Acasă | Despre noi | feedback-ul
Punctul de plecare al acestei teorii a fost principiul relativității. Principiul clasic al relativității a fost formulat de G. Galileo: în toate formele de referință inerțiale, mișcarea corpurilor apare în conformitate cu aceleași legi. Sistemele inerțiale sunt denumite cadre de referință care se mișcă reciproc uniform și rectiliniu.
Galileo a explicat această situație prin diverse exemple ilustrative. Imaginați-vă un călător într-o navă închisă care plutește calm. Nu observa semne de mișcare. Dacă muștele zboară în cabină, nu se acumulează în spatele peretelui, ci zboară în siguranță în întregul volum. Dacă aruncați mingea drept în sus, va cădea drept în jos, și nu se încadrează în spatele navei, nu se încadrează mai aproape de pupa.
Din principiul relativității rezultă că între odihnă și mișcare - dacă este uniformă și rectilinie - nu există nici o diferență fundamentală. Diferența este numai în punctul de vedere.
De exemplu, un călător în cabina navei are motive întemeiate să creadă că cartea situată pe biroul său este în repaus. Dar un bărbat de pe țărm vede că nava navighează și are toate motivele să creadă că cartea se mișcă și la aceeași viteză ca nava. Deci, cartea se mișcă sau se odihnește?
Această întrebare, evident, nu poate fi răspunsă pur și simplu prin "da" sau "nu". Litigiul dintre călător și bărbatul de pe țărm ar fi o pierdere de timp, dacă fiecare dintre aceștia ar apăra doar punctul său de vedere și ar fi negat punctul de vedere al partenerului. Ei au ambele dreptate și, pentru a coordona pozițiile, trebuie doar să recunoască faptul că cartea este în repaus față de navă și se mișcă în raport cu țărmul împreună cu nava.
Astfel, cuvântul "relativitate" în numele principiului lui Galileo nu ascunde în sine nimic deosebit. Nu are altceva decât sensul pe care îl punem în declarația că mișcarea sau pacea este întotdeauna o mișcare sau odihnă în legătură cu ceva care servește ca sistem de referință. Aceasta, desigur, nu înseamnă că nu există nicio diferență între odihnă și mișcare uniformă. Dar conceptele de odihnă și mișcare devin semnificative numai atunci când este indicat punctul de referință.
În cazul în care principiul clasic al relativității pretins invarianța legilor mecanicii în toate sistemele de referință inerțiale, teoria specială a relativității, acest principiu a fost extins, de asemenea, legile electrodinamicii și relativității generale a pretins invarianța legilor naturii în toate cadrele de referință, atât inerțială și non-inerțial. Sistemele nonineriale sunt cadre de referință care se mișcă cu decelerare sau accelerare.
În conformitate cu teoria specială a relativității, care combină spațiul și timpul într-un singur spațiu-timp continuu, spațiul-timp proprietățile corpurilor depind de viteza mișcării lor. Dimensiunile spațiului contractează în direcția mișcării, deoarece viteza corpului abordează viteza luminii într-un vid (300.000 km / s), procesele de timp se încetinesc în sistemele cu mișcare rapidă, crește masa corporală.
Fiind în cadrul de referință însoțitor, adică, se deplasează în paralel și echidistant față de sistemul de măsurare, este imposibil de observat aceste efecte, care sunt numite relativistă, deoarece toate utilizate în măsurătorile de scări spațiale și ceasurile vor fi schimbate în același fel. Conform principiului relativității, toate procesele din cadrele inerțiale de referință se desfășoară în același mod. Dar dacă sistemul nu este inerțial, atunci efectele relativiste pot fi văzute și măsurate. Deci, în cazul în care de călătorie imaginară relativist tip navă racheta fotonic la stele îndepărtate, după întoarcerea sa de la ora Pământului în sistemul vehiculului va lua în mod semnificativ mai mică decât pe Pământ, iar această diferență este mai mare, cu atât mai mult a comis zborul și viteza navei spațiale este mai aproape de viteza luminii. Diferența poate fi măsurată în sute și chiar mii de ani, cu rezultatul că echipajul navei imediat transferat în viitorul apropiat sau mai îndepărtat, ocolind timpul intermediar, ca racheta cu echipajul a căzut din cursul de dezvoltare din lume.
Astfel de procese sunt dilatarea timpului în funcție de viteza de înregistrat acum Mezonii dimensiuni lungimea căii reale care rezultă din coliziunea particulelor ale radiației cosmice primare cu nuclee
atomi de pe Pământ. Mesonii există pentru 10-6 - 10-15 s (în funcție de tipul de particule) și după ce apariția lor se descompune la o mică distanță de locul nașterii. Toate acestea pot fi înregistrate prin măsurarea dispozitivelor în liniile de rulare a particulelor. Dar dacă mesonul se deplasează cu o viteză apropiată de viteza luminii, procesele de timp în el încetinesc, perioada de decădere crește (în mii și zeci de mii de ori) și, în consecință, lungimea căii crește de la naștere la decădere.
Deci, teoria specială a relativității se bazează pe principiul extins al relativității lui Galileo. În plus, folosește o nouă poziție: viteza propagării luminii (în vid) este aceeași în toate cadrele inerțiale de referință.
Dar de ce această viteză este atât de importantă încât judecata despre ea este egală cu valoarea principiului relativității? Adevărul este că suntem confruntați cu a doua constantă fizică universală. Viteza luminii este cea mai mare dintre toate vitezele din natură, viteza limitantă a interacțiunilor fizice. De mult timp a fost în general considerată a fi infinită. A fost instalat în secolul al XIX-lea. care a făcut 300 000 km / s. Aceasta este o viteză uriașă în comparație cu vitezele observate în mod normal în lumea din jurul nostru. De exemplu, viteza liniară de rotație a pământului la ecuator este egal cu 0,5 km / s, viteza Pământului pe orbita sa in jurul soarelui se roteste - 30 km / s, viteza soarelui în mișcarea sa în jurul centrului galactic - aproximativ 250 km / s. Viteza de deplasare a întregii galaxii cu un grup mare de alte galaxii în raport cu alte astfel de grupuri - chiar de două ori. Împreună cu Pământul, Soarele și galaxiei ne zboară în spațiu, fără măcar să observe, cu viteză mare, măsurată prin câteva sute de kilometri pe secundă. Aceasta este o viteză imensă, dar totuși este mică în comparație cu viteza luminii.
Imaginați-vă un experiment: un satelit mare se mișcă pe orbită în jurul Pământului, iar din acesta, ca un cosmodrom, lansează o rachetă - o stație interplanetară către Venus. Lansarea se face strict în direcția mișcării cosmodromului orbital. Din legile mecanicii clasice, rezultă că rachete în raport cu Pământul va avea o viteză egală cu suma celor două viteze: viteza rachetei în raport cu viteza orbitală a cosmodromul din Baikonur, plus față de Pământ. Vitezele mișcărilor se adaugă și racheta are o viteză destul de mare, ceea ce permite depășirea atracției Pământului și zborul către Venus.
Un alt experiment: un fascicul de lumină este emis de satelit în direcția mișcării sale. În ceea ce privește satelitul, de unde este emis, lumina se răspândește cu viteza luminii. Care este viteza propagării luminii în raport cu Pământul? Rămâne la fel. Chiar dacă lumina nu este emisă de satelit, ci în direcția opusă, atunci viteza luminii nu se va schimba în raport cu Pământul.
Aceasta este o ilustrare a celei mai importante afirmații care sta la baza teoriei speciale a relativității. Mișcarea luminii este fundamental diferită de mișcarea tuturor celorlalte corpuri, a căror viteză este mai mică decât viteza luminii. Vitezele acestor corpuri se adaugă mereu cu alte viteze. În acest sens, vitezele sunt relative: magnitudinea lor depinde de punctul de vedere. Și viteza luminii nu se compară cu alte viteze, este absolută, întotdeauna aceeași, iar atunci când vorbim despre ea, nu trebuie să specificăm un cadru de referință.
Valoarea absolută a vitezei luminii nu contrazice principiul relativității și este pe deplin compatibilă cu aceasta. Constanța acestei viteze este o lege a naturii și, prin urmare - exact în conformitate cu principiul relativității - este valabilă în toate formele de referință inerțiale.
Viteza luminii este limita superioară pentru viteza de mișcare a oricăror corpuri de natură, pentru viteza de propagare a oricăror valuri, orice semnale. Este maxim - este un record absolut de viteză. Prin urmare, adesea se spune că viteza luminii este viteza limitată de transmitere a informațiilor. Și viteza maximă a oricăror interacțiuni fizice și, într-adevăr, a tuturor interacțiunilor imaginabile din lume.
Viteza luminii este strâns legată de rezolvarea problemei simultaneității, care, de asemenea, se dovedește a fi relativă, adică în funcție de punctul de vedere. În mecanica clasică, care a considerat timpul absolut, simultanitatea este absolută.
În teoria generală a relativității au fost descoperite noi aspecte ale dependenței relațiilor spațiu-timp cu procesele materiale. Această teorie a rezumat temele fizice sub geometrii non-euclideene și a legat curbura spațiului și retragerea metricei sale de la euclidian cu acțiunea câmpurilor gravitaționale create de masele corpurilor. Teoria generală a relativității decurge din principiul echivalenței maselor inerțiale și gravitaționale, ale căror egalitate cantitativă sa stabilit de mult în fizica clasică. Efectele cinematice care apar sub acțiunea forțelor gravitaționale sunt echivalente cu efectele care decurg din acțiunea accelerației. Deci, dacă racheta decolează cu o accelerație de 2g, atunci echipajul de rachete se va simți ca și cum ar fi în câmpul de gravitație al Pământului dublat. Pe baza principiului echivalenței maselor sa generalizat principiul relativității, afirmând în teoria generală a relativității invarianța legilor naturii în orice cadru de referință, atât inerțial, cât și neinerțial.
Cum vă puteți imagina curbura spațiului, care este rostită de teoria generală a relativității? Imaginați-vă o foaie foarte subțire de cauciuc și vom considera că acesta este un model de spațiu. Vom plasa pe această foaie bile mari și mici - modele de stele. Aceste bile vor îndoi foaia de cauciuc cu atât mai mult, cu atât este mai mare masa mingii. Acest lucru demonstrează în mod clar dependența curburii spațiului de masa corpului și arată, de asemenea, că geometria euclidiană familiară în acest caz nu funcționează (geometria lui Lobachevski și a lui Riemann).
Teoria relativității a stabilit nu numai curbura spațiului sub influența câmpurilor gravitaționale, ci și încetinirea timpului în câmpuri gravitaționale puternice. Chiar și gravitația Soarelui - o stea destul de mică după standardele cosmice - afectează rata fluxului de timp, încetinind-o aproape de tine. Prin urmare, dacă vom trimite un semnal radio la un punct dintr-o cale care trece aproape de Soare, călătoria radio va lua în acest caz, mai mult timp decât în cazul în care calea semnalului - la aceeași distanță va fi-nu soarele. Întârzierea semnalului la trecerea sa în apropierea Soarelui este de aproximativ 0,0002 s.
Una dintre cele mai fantastice predicții ale teoriei generale a relativității este stoparea completă a timpului într-un câmp gravitațional foarte puternic. Cu cât timpul este mai lent, cu atât gravitatea este mai puternică. Încetinirea timpului se manifestă prin roșu gravitațional al luminii: cu cât gravitatea este mai puternică, cu atât lungimea de undă crește mai mult și frecvența acesteia scade. În anumite condiții, lungimea de undă poate avea tendința de infinitate, iar frecvența acesteia - la zero.
Cu lumina emisă de soare, s-ar putea întâmpla, în cazul în care lumina noastră sa scufundat brusc și sa transformat într-o minge cu o rază de 3 km sau mai mică (raza Soarelui este de 700 000 km). Din cauza acestei compresii, forța gravitațională de pe suprafață, de unde lumina emană, va crește atât de mult încât schimbarea roșie gravitațională se va dovedi a fi cu adevărat infinită.
Spuneți imediat că acest lucru nu se va întâmpla niciodată la Soare. La sfârșitul existenței sale, în 15-20 de miliarde de ani, probabil că va trece prin multe transformări, regiunea sa centrală se poate micșora considerabil, dar nu atât de mult.
Dar alte stele, ale căror mase sunt de trei ori mai multe decât masa Soarelui, la sfârșitul vieții lor și experimentează cu adevărat compresia catastrofală rapidă, cel mai probabil, sub influența propriei gravitații. Acest lucru îi va conduce la starea găurii negre. O gaură neagră este un corp fizic care creează o gravitate atât de puternică, încât o schimbare roșie pentru lumina emisă lângă ea se poate transforma în infinit.
Găurile negre apar ca rezultat al compresiei incontrolabile a unei substanțe sub influența gravitației proprii. Pentru ca o gaură neagră să apară, corpul trebuie să se contracteze cu o rază care nu depășește raportul dintre masa corpului și masa Soarelui înmulțită cu 3 km. Această rază critică se numește raza gravitațională a corpului.
Fizicienii și astronomii sunt siguri că găurile negre există în natură, deși până acum nu au fost găsite. Dificultățile căutărilor astronomice sunt legate de însăși natura acestor obiecte neobișnuite. La urma urmei, o schimbare roșie infinită, din cauza căreia frecvența luminii recepționate dispare, le face pur și simplu invizibile. Ei nu strălucesc și, prin urmare, în sensul complet al cuvântului, sunt negri. Numai pentru o serie de semne indirecte, putem spera să observăm o gaură neagră, de exemplu, într-un sistem dublu, în care partenerul său ar fi o stea obișnuită. Dintre vizibile observațiile de mișcare stele în domeniul general, gravitațional al unei astfel de perechi ar putea fi de a estima masa de stele invizibile, iar în cazul în care această valoare depășește masa Soarelui în trei sau mai multe ori, va fi posibil să spunem că am găsit o gaură neagră.
Acum există câteva sisteme binare bine studiate în care masa partenerului invizibil este estimată la 5 sau chiar 8 ori masa Soarelui. Cel mai probabil, acestea sunt găuri negre, dar astronomii preferă să numească aceste obiecte candidați pentru găuri negre înainte de a specifica aceste estimări.
dilatarea timpului gravitaționale, o măsură și a cărei probă este redshiftul, foarte mult aproape de steaua neutronică, și în apropierea găurii negre la raza gravitațională, este atât de mare, încât în timp ce există ca și în cazul transfigurat.
Pentru un corp care se încadrează în câmpul gravitațional al unei găuri negre formate dintr-o masă egală cu 3 mase solare, o picătură de la o distanță de 1 milion km până la o rază gravitațională durează doar aproximativ o oră. Dar în funcție de orele care se odihnesc de gaura neagră, căderea liberă a corpului în câmp va crește în timp până la infinit. Cu cât corpul care se încadrează mai aproape de raza gravitațională, cu atât mai lent acest zbor va fi pentru observatorul de la distanță. Corpul văzut de departe se va apropia fără sfârșit de raza gravitațională și nu va ajunge niciodată. Aceasta este întârzierea de timp lângă gaura neagră.
Ideile despre spațiu și timp, formulate în teoria relativității lui Einstein, sunt de departe cele mai consecvente. Dar ele sunt macroscopice, deoarece se bazează pe experiența de a studia obiecte macroscopice, distanțe mari și intervale de timp mari. La construirea teorii care descriu fenomene microscopice, acest model geometric clasic, presupunând continuitatea spațiului și timpului (spațiu-timp) a fost mutat într-o zonă nouă, fără a face modificări. Nu există date experimentale care să contravină aplicării teoriei relativității în microworld. Dar însăși dezvoltarea teoriilor cuantice poate necesita o revizuire a ideilor despre spațiul și timpul fizic. Am vorbit deja despre teoria superstructurilor, care reprezintă particulele elementare ca vibrații armonice ale acestor șiruri, care leagă fizica de geometrie. Acest lucru înseamnă că ne aflăm într-o nouă etapă de dezvoltare a științei, un nou nivel de cunoștințe înapoi la predicțiile lui Einstein 1930 „Am ajuns la concluzia ciudat: acum începem să ne gândim că rolul principal jucat de spațiul, materia trebuie să fie obținute din spațiu , ca să spunem așa, în etapa următoare. Întotdeauna am considerat materia primară și spațiul este secundar. Spațiul, vorbind figurat, se răzbune acum și "mănâncă" materie. " Poate că există un spațiu cuantic, lungimea fundamentală L. Prin introducerea acestui concept putem evita numeroasele dificultăți ale teoriilor cuantice moderne. În cazul în care existența sa este confirmată, ar fi al treilea L (cu excepția constanta lui Planck și viteza luminii în vid) a constantei fundamentale în fizică. Existența spațiului și implică existența unui cuantum felie de timp (egal cu L / c), care limitează acuratețea determinării intervalelor de timp.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: