«Ժամանակակից բնական գիտության հայեցակարգեր». Հարաբերականության հատուկ տեսություն Ո՞րն է տարբերությունը հարաբերականության ընդհանուր տեսության և հատուկի միջև

Հարաբերականության տեսությունը ներկայացվել է Ալբերտ Էյնշտեյնի կողմից 20-րդ դարի սկզբին։ Ո՞րն է դրա էությունը: Եկեք դիտարկենք հիմնական կետերը և պարզ լեզվով նկարագրենք TOE-ն:

Հարաբերականության տեսությունը գործնականում վերացրեց 20-րդ դարի ֆիզիկայի անհամապատասխանություններն ու հակասությունները, ստիպեց արմատական ​​փոփոխություն տարածություն-ժամանակի կառուցվածքի գաղափարի մեջ և փորձնականորեն հաստատվեց բազմաթիվ փորձերի և ուսումնասիրությունների ժամանակ:

Այսպիսով, TOE-ն հիմք հանդիսացավ բոլոր ժամանակակից ֆունդամենտալ ֆիզիկական տեսությունների համար: Իրականում սա ժամանակակից ֆիզիկայի մայրն է։

Սկզբից հարկ է նշել, որ գոյություն ունի հարաբերականության 2 տեսություն.

• Հարաբերականության հատուկ տեսություն (STR) – դիտարկում է ֆիզիկական գործընթացները միատեսակ շարժվող օբյեկտներում:
• Հարաբերականության ընդհանուր տեսություն (GTR) - նկարագրում է արագացող օբյեկտները և բացատրում այնպիսի երևույթների ծագումը, ինչպիսիք են գրավիտացիան և գոյությունը:

Հասկանալի է, որ STR-ը հայտնվել է ավելի վաղ և ըստ էության GTR-ի մի մասն է։ Եկեք նախ խոսենք նրա մասին:

STO պարզ բառերով

Տեսությունը հիմնված է հարաբերականության սկզբունքի վրա, ըստ որի բնության ցանկացած օրենքներ նույնն են անշարժ և հաստատուն արագությամբ շարժվող մարմինների նկատմամբ։ Եվ նման թվացյալ պարզ մտքից հետևում է, որ լույսի արագությունը (300000 մ/վ վակուումում) բոլոր մարմինների համար նույնն է։

Օրինակ, պատկերացրեք, որ ձեզ հեռավոր ապագայից տրվել է տիեզերանավ, որը կարող է թռչել մեծ արագությամբ: Նավի աղեղի վրա տեղադրված է լազերային թնդանոթ, որն ունակ է ֆոտոնները դեպի առաջ արձակել։

Նավի համեմատ նման մասնիկները թռչում են լույսի արագությամբ, բայց անշարժ դիտորդի համեմատ, թվում է, որ նրանք պետք է ավելի արագ թռչեն, քանի որ երկու արագություններն էլ ամփոփված են:

Սակայն իրականում դա տեղի չի ունենում։ Դրսի դիտորդը տեսնում է ֆոտոններ, որոնք շարժվում են 300000 մ/վ արագությամբ, կարծես տիեզերանավի արագությունը դրանց ավելացված չէ:

Պետք է հիշել. ցանկացած մարմնի համեմատ լույսի արագությունը հաստատուն արժեք կլինի, անկախ նրանից, թե որքան արագ է այն շարժվում:

Դրանից հետևում են զարմանալի եզրակացություններ, ինչպիսիք են ժամանակի լայնացումը, երկայնական կծկումը և մարմնի քաշի կախվածությունը արագությունից: Հարաբերականության հատուկ տեսության ամենահետաքրքիր հետևանքների մասին ավելին կարդացեք հոդվածում ստորև բերված հղումով:

Հարաբերականության ընդհանուր էությունը (GR)

Այն ավելի լավ հասկանալու համար մենք պետք է կրկին համատեղենք երկու փաստ.

• Մենք ապրում ենք քառաչափ տարածության մեջ

Տարածությունը և ժամանակը նույն էության դրսևորումներ են, որոնք կոչվում են «տիեզերական-ժամանակային շարունակականություն»: Սա քառաչափ տարածություն-ժամանակ է՝ x, y, z և t կոորդինատային առանցքներով:

Մենք՝ մարդիկս, չենք կարողանում հավասարապես ընկալել 4 չափերը։ Ըստ էության, մենք տեսնում ենք միայն իրական քառաչափ օբյեկտի կանխատեսումներ տարածության և ժամանակի վրա:

Հետաքրքիր է, որ հարաբերականության տեսությունը չի նշում, որ մարմինները փոխվում են, երբ շարժվում են: 4-չափ օբյեկտները միշտ մնում են անփոփոխ, բայց հարաբերական շարժման դեպքում դրանց կանխատեսումները կարող են փոխվել: Եվ սա մենք ընկալում ենք որպես ժամանակի դանդաղում, չափի կրճատում և այլն։

• Բոլոր մարմիններն ընկնում են հաստատուն արագությամբ և չեն արագանում

Եկեք մի սարսափելի մտքի փորձ կատարենք: Պատկերացրեք, որ դուք նստում եք փակ վերելակ և գտնվում եք անկշռության վիճակում։

Այս իրավիճակը կարող է առաջանալ միայն երկու պատճառով՝ կա՛մ տիեզերքում եք, կա՛մ ազատորեն ընկնում եք խցիկի հետ միասին՝ երկրի ձգողության ազդեցության տակ:

Առանց կրպակից դուրս նայելու՝ բացարձակապես անհնար է տարբերակել այս երկու դեպքերը։ Պարզապես մի դեպքում թռչում ես միատեսակ, իսկ մյուս դեպքում՝ արագացումով։ Դուք պետք է գուշակեք:

Երևի ինքը՝ Ալբերտ Էյնշտեյնը, մտածում էր երևակայական վերելակի մասին և մեկ զարմանալի միտք ուներ՝ եթե այս երկու դեպքերը չեն կարող տարբերվել, ապա ձգողականության պատճառով ընկնելը նույնպես միատեսակ շարժում է։ Շարժումը պարզապես միատեսակ է քառաչափ տարածություն-ժամանակում, բայց զանգվածային մարմինների առկայության դեպքում (օրինակ՝) այն կոր է և միատեսակ շարժումը պրոյեկտվում է մեր սովորական եռաչափ տարածության մեջ՝ արագացված շարժման տեսքով:

Դիտարկենք երկչափ տարածության կորության մեկ այլ ավելի պարզ, թեև ոչ ամբողջությամբ ճիշտ օրինակ։

Դուք կարող եք պատկերացնել, որ ցանկացած զանգվածային մարմին իր տակ ինչ-որ ձևավորված ձագար է ստեղծում: Այնուհետև մյուս կողքով թռչող մարմինները չեն կարողանա շարունակել իրենց շարժումը ուղիղ գծով և կփոխեն իրենց հետագիծը՝ ըստ կոր տարածության թեքությունների:

Ի դեպ, եթե մարմինը շատ էներգիա չունի, ապա նրա շարժումը կարող է փակ լինել։

Հարկ է նշել, որ շարժվող մարմինների տեսակետից նրանք շարունակում են շարժվել ուղիղ գծով, քանի որ չեն զգում ոչինչ, որը ստիպում է շրջվել։ Նրանք պարզապես հայտնվել են կոր տարածության մեջ և, առանց գիտակցելու, ունեն ոչ գծային հետագիծ։

Հարկ է նշել, որ 4 չափերը թեքված են, ներառյալ ժամանակը, ուստի այս անալոգիան պետք է զգուշությամբ վերաբերվել:

Այսպիսով, հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ գրավիտացիան ամենևին էլ ուժ չէ, այլ միայն տարածություն-ժամանակի կորության հետևանք։ Ներկա պահին այս տեսությունը ձգողականության առաջացման աշխատանքային տարբերակ է և հիանալի համաձայնվում է փորձերի հետ։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության զարմանալի հետևանքները

Լույսի ճառագայթները կարող են թեքվել, երբ թռչում են զանգվածային մարմինների մոտ: Իրոք, տարածության մեջ հայտնաբերվել են հեռավոր առարկաներ, որոնք «թաքնվում» են ուրիշների հետևում, սակայն լույսի ճառագայթները թեքում են դրանց շուրջը, ինչի շնորհիվ լույսը հասնում է մեզ։

Համաձայն հարաբերականության ընդհանուր տեսության՝ որքան ուժեղ է ձգողականությունը, այնքան ժամանակն ավելի դանդաղ է անցնում։ Այս հանգամանքը պետք է հաշվի առնել GPS-ը և GLONASS-ը շահագործելիս, քանի որ նրանց արբանյակները հագեցված են ամենաճշգրիտ ատոմային ժամացույցներով, որոնք մի փոքր ավելի արագ են տկտկում, քան Երկրի վրա։ Եթե ​​այս փաստը հաշվի չառնվի, ապա մեկ օրվա ընթացքում կոորդինատային սխալը կկազմի 10 կմ։

Ալբերտ Էյնշտեյնի շնորհիվ է, որ կարող ես հասկանալ, թե մոտակայքում որտեղ է գտնվում գրադարանը կամ խանութը։

Եվ վերջապես, հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը կանխատեսում է սև խոռոչների գոյությունը, որոնց շուրջ գրավիտացիան այնքան ուժեղ է, որ ժամանակը պարզապես կանգ է առնում մոտակայքում: Հետևաբար, լույսը, որն ընկնում է սև խոռոչի մեջ, չի կարող լքել այն (արտացոլել):

Սև խոռոչի կենտրոնում վիթխարի գրավիտացիոն սեղմման պատճառով ձևավորվում է անսահման բարձր խտությամբ մի առարկա, և դա, կարծես թե, գոյություն ունենալ չի կարող։

Այսպիսով, ընդհանուր հարաբերականությունը կարող է հանգեցնել շատ հակասական եզրակացությունների, ի տարբերություն , որի պատճառով ֆիզիկոսների մեծամասնությունը չընդունեց այն ամբողջությամբ և շարունակեց այլընտրանք փնտրել:

Բայց նրան հաջողվում է շատ բան կանխատեսել, օրինակ՝ վերջերս տեղի ունեցած սենսացիոն հայտնագործությունը հաստատեց հարաբերականության տեսությունը և ստիպեց մեզ ևս մեկ անգամ հիշել մեծ գիտնականին լեզուն կախած։ Եթե ​​գիտություն եք սիրում, կարդացեք WikiScience:

ՀԱՏՈՒԿ ԵՎ ԸՆԴՀԱՆՈՒՐ Հարաբերականություն

Ժամանակակից ֆիզիկայի ամենակարևոր ասպեկտներից մեկը, որն անմիջականորեն առնչվում է աստվածաբանության մեր վերլուծությանը, ժամանակի հայեցակարգն է՝ դրա ծագումը և դրա հոսքի մեկ կամ մշտական ​​և անփոփոխ չափման բացակայությունը: Քանի որ ժամանակագրությունը կարևոր է Աստվածաշնչի մեկնաբանության մեջ, շատ կարևոր է փորձել հասկանալ, թե ինչպես է հարաբերականության տեսությունը մեկնաբանում Տիեզերքի մեր ընկալումը, նրա տարիքը և այն ամենը, ինչ տեղի է ունենում դրանում: ժամանակի հարաբերականության քվանտային ֆոտոն

Դժվար է անվանել մեկ այլ տեսություն, որն այդքան խորը ազդեցություն կունենա աշխարհի և դրա ստեղծման մեր ըմբռնման վրա, որպես հարաբերականության տեսություն (և հատուկ և ընդհանուր): Մինչ այս տեսության ի հայտ գալը, ժամանակը միշտ դիտարկվել է որպես բացարձակ կատեգորիա։ Գործընթացի սկզբից մինչև գործընթացի ավարտը անցած ժամանակը համարվում էր անկախ նրանից, թե ով է չափել դրա տևողությունը: Նույնիսկ 300 տարի առաջ Նյուտոնը շատ պերճախոս ձևակերպեց այս համոզմունքը. «Բացարձակ, ճշմարիտ և մաթեմատիկական ժամանակն ինքնին և իր բնույթով հոսում է միատեսակ և անկախ արտաքին գործոններից»: Ավելին, ժամանակն ու տարածությունը համարվում էին իրար հետ կապ չունեցող կատեգորիաներ, որոնք ոչ մի կերպ չեն ազդել միմյանց վրա։ Եվ իսկապես, ի՞նչ այլ կապ կարող է լինել տարածության երկու կետերը բաժանող հեռավորության և ժամանակի ընթացքի միջև, բացի այն, որ ավելի մեծ հեռավորությունը ավելի շատ ժամանակ է պահանջում այն ​​հաղթահարելու համար. պարզ և մաքուր տրամաբանություն.

Իր հարաբերականության հատուկ տեսությունում (1905) Էյնշտեյնի առաջարկած հայեցակարգերը, իսկ ավելի ուշ՝ հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը (1916 թ.) փոխեցին տարածության և ժամանակի մեր պատկերացումները նույնքան հիմնովին, որքան միացված լամպի լույսը փոխում է նախկինում մթնեցված սենյակի մեր ընկալումը։ .

Երկար ճանապարհորդությունը դեպի Էյնշտեյնի խորաթափանցություն սկսվեց 1628 թվականին, երբ Յոհաննես Կեպլերը հայտնաբերեց մի հետաքրքիր երևույթ։ Նա նկատել է, որ գիսաստղերի պոչերը միշտ ուղղված են Արեգակին հակառակ ուղղությամբ։ Ընկնող աստղերը, որոնք հետևում են գիշերային երկնքին, ունեն իրենց հետևում բոցավառվող պոչը, ինչպես և պետք է լինի: Նույն կերպ պոչը ձգվում է գիսաստղի հետևում, երբ այն մոտենում է Արեգակին։ Բայց այն բանից հետո, երբ գիսաստղը անցնում է Արեգակի վրայով և սկսում է իր վերադարձի թռիչքը դեպի Արեգակնային համակարգի հեռավոր շրջաններ, իրավիճակը փոխվում է ամենադրամատիկ ձևով: Գիսաստղի պոչը նրա հիմնական մարմնի դիմաց է։ Այս նկարը վճռականորեն հակասում է պոչ հասկացությանը: Կեպլերն առաջարկեց, որ գիսաստղի պոչի դիրքը նրա հիմնական մարմնի նկատմամբ որոշվում է արևի լույսի ճնշմամբ։ Պոչն ավելի քիչ խտություն ունի, քան բուն գիսաստղը, և, հետևաբար, ավելի հակված է արևի ճառագայթման ճնշմանը, քան գիսաստղի հիմնական մարմինը: Արեգակի ճառագայթումը իրականում փչում է պոչին և հեռացնում այն ​​արևից: Եթե ​​չլիներ գիսաստղի հիմնական մարմնի ձգողականությունը, պոչը կազմող փոքրիկ մասնիկները կքշվեին։ Կեպլերի հայտնագործությունը առաջին ցուցումն էր, որ ճառագայթումը, օրինակ՝ լույսը, կարող է ունենալ մեխանիկական (այս դեպքում՝ վանող) ուժ։ Սա շատ կարևոր փոփոխություն էր լույսի մասին մեր ըմբռնման մեջ, քանի որ հետևում է, որ լույսը, որը միշտ համարվել է ոչ նյութական բան, կարող է ունենալ քաշ կամ զանգված: Բայց միայն 273 տարի անց՝ 1901 թվականին, չափվեց լույսի հոսքի կողմից գործադրվող ճնշումը։ Է.Ֆ. Նիկոլսը և Ջ.Ֆ. Հալլը, լույսի հզոր ճառագայթը արձակելով վակուումում կախված հայելու վրա, չափեց հայելու տեղաշարժը լույսի ճնշման արդյունքում: Սա գիսաստղի պոչի լաբորատոր անալոգիա էր, որը հեռու է մղվել արևի լույսից:

1864 թվականին, ուսումնասիրելով Մայքլ Ֆարադեյի հայտնագործությունները էլեկտրաէներգիայի և մագնիսականության մասին, Ջեյմս Քլերք Մաքսվելն առաջարկեց, որ լույսը և էլեկտրամագնիսական ճառագայթման բոլոր այլ ձևերը տարածության մեջ շարժվեն որպես ալիքներ նույն ֆիքսված արագությամբ7: Մեր խոհանոցի միկրոալիքային վառարանում միկրոալիքային վառարանները, լույսը, որում մենք կարդում ենք, ռենտգենյան ճառագայթները, որոնք թույլ են տալիս բժշկին տեսնել կոտրված ոսկորը, և գամմա ճառագայթները, որոնք թողարկվում են ատոմային պայթյունի հետևանքով, բոլորը էլեկտրամագնիսական ալիքներ են, որոնք տարբերվում են միմյանցից միայն: ալիքի երկարությամբ և հաճախականությամբ։ Որքան մեծ է ճառագայթման էներգիան, այնքան կարճ է ալիքի երկարությունը և բարձր հաճախականությունը: Մնացած բոլոր առումներով նրանք նույնական են։

1900 թվականին Մաքս Պլանկն առաջարկեց էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տեսություն, որը հիմնովին տարբերվում էր բոլոր նախորդներից։ Նախկինում ենթադրվում էր, որ ջեռուցվող առարկայի արտանետվող էներգիան, ինչպիսին է տաք մետաղի կարմիր փայլը, արտանետվում է միատեսակ և անընդհատ: Ենթադրվում էր նաև, որ ճառագայթման գործընթացը շարունակվել է այնքան ժամանակ, մինչև ամբողջ ջերմությունը ամբողջությամբ ցրվի, և օբյեկտը վերադառնա իր սկզբնական վիճակին, և դա լիովին հաստատվել է տաքացվող մետաղը սենյակային ջերմաստիճանում սառեցնելով: Բայց Պլանկը ցույց տվեց, որ իրավիճակը բոլորովին այլ է։ Էներգիան արտանետվում է ոչ թե միատեսակ և շարունակական հոսքով, այլ առանձին մասերով, կարծես շիկացած մետաղը թողնում է իր ջերմությունը՝ դուրս ցայտելով փոքրիկ տաք մասնիկների հոսք:

Պլանկն առաջարկեց մի տեսություն, համաձայն որի այս մասնիկները ներկայացնում են ճառագայթման առանձին մասեր: Նա նրանց անվանեց «քվանտա», և այդպես ծնվեց քվանտային մեխանիկան: Քանի որ ցանկացած ճառագայթում շարժվում է նույն արագությամբ (լույսի արագությամբ), քվանտների շարժման արագությունը պետք է լինի նույնը։ Եվ չնայած բոլոր քվանտների արագությունը նույնն է, նրանք բոլորը չունեն նույն էներգիան: Պլանքն առաջարկեց, որ առանձին քվանտի էներգիան համաչափ է նրա տատանումների հաճախականությանը, երբ այն շարժվում է տարածության միջով, ինչպես մի փոքրիկ ռետինե գնդիկ, որն անընդհատ կծկվում և ընդլայնվում է, երբ թռչում է իր հետագծի երկայնքով: Տեսանելի տիրույթում մեր աչքերը կարող են չափել քվանտի պուլսացիայի հաճախականությունը, և մենք այս չափումը անվանում ենք գույն: Էներգիայի քվանտացված արտանետման շնորհիվ է, որ մի փոքր տաքացած առարկան սկսում է կարմիր շողալ, այնուհետև, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, այն սկսում է արձակել սպեկտրի այլ գույներ, որոնք համապատասխանում են ավելի բարձր էներգիաներին և հաճախականություններին: Ի վերջո, նրա ճառագայթումը վերածվում է բոլոր հաճախականությունների խառնուրդի, որը մենք ընկալում ենք որպես տաք մարմնի սպիտակ գույն։

Եվ այստեղ մենք բախվում ենք պարադոքսի. նույն տեսությունը, որը նկարագրում է լույսը որպես քվանտա կոչվող մասնիկների հոսք, միաժամանակ նկարագրում է լույսի էներգիան՝ օգտագործելով հաճախականությունը (տես նկ. 1): Բայց հաճախականությունը կապված է ալիքների, ոչ թե մասնիկների հետ: Բացի այդ, մենք գիտենք, որ լույսի արագությունը միշտ հաստատուն է։ Բայց ի՞նչ տեղի կունենա, եթե լույս արձակող առարկան կամ այդ լույսը հայտնաբերող դիտորդն ինքն իրեն շարժի: Արդյո՞ք դրանց արագությունը կավելացվի կամ կհանվի լույսի արագությանը: Տրամաբանությունը մեզ ասում է, որ այո, այն պետք է գումարել կամ հանել, բայց այդ դեպքում լույսի արագությունը հաստատուն չի լինի: Ճնշումը, որ լույսը գործադրում է գիսաստղի պոչին կամ հայելու վրա Նիքոլս-Հալլ փորձի ժամանակ նշանակում է, որ լույսի իմպուլսի (նաև կոչվում է իմպուլս) փոփոխություն, երբ այն հարվածում է մակերեսին։ Հենց այս պատճառով է, որ ցանկացած շարժվող առարկա ճնշում է խոչընդոտի վրա։ Գուլպանից ջրի հոսքը գնդակը մղում է գետնի երկայնքով, քանի որ ջուրն ունի զանգված, և այս զանգվածն ունի արագություն, որը դառնում է զրոյի այն պահին, երբ հոսքը հարվածում է գնդակին: Այս դեպքում ջրի թափը փոխանցվում է գնդակին, և գնդակը հետ է գլորվում։ Իմպուլսի (իմպուլս) սահմանումը որպես առարկայի զանգվածի (t) կամ քաշի և նրա շարժման արագության (v) կամ mv-ի արտադրյալը պահանջում է, որ շարժվող լույսը զանգված ունենա: Ինչ-որ կերպ լույսի այս ալիքանման մասնիկները զանգված ունեն, թեև ոչ մի նյութական հետք չի մնացել այն մակերեսի վրա, որի վրա ընկնում է լույսը: Լույսը մակերեսի վրա «թափվելուց» հետո դրա վրա «կեղտ» չի մնացել, որից այն կարելի է մաքրել։ Մինչ այժմ մենք դեռ փորձում ենք ստեղծել միասնական տեսություն, որը լիովին կբացատրի լույսի և ցանկացած այլ ճառագայթման այս երևույթը։

Ճառագայթային էներգիայի բնույթի ուսումնասիրության հետ միաժամանակ իրականացվել են հետազոտություններ՝ կապված լույսի տարածման հետ։ Թվում էր, թե տրամաբանական է, որ քանի որ լույսը և էլեկտրամագնիսական ճառագայթման այլ ձևերը, որոշակի առումով, ալիքներ են, նրանց անհրաժեշտ կլինի ինչ-որ միջավայր, որտեղ այդ ալիքները կարող են տարածվել: Համարվում էր, որ ալիքները չեն կարող տարածվել վակուումում։ Ինչպես ձայնին անհրաժեշտ էր որոշակի նյութական նյութ, ինչպիսին օդն է, որպեսզի տանի իր ալիքանման էներգիան, այնպես էլ լույսը, թվում էր, պահանջում էր ինչ-որ հատուկ նյութ՝ այն տարածելու համար: Ժամանակին առաջարկվում էր, որ Տիեզերքը պետք է լցված լինի անտեսանելի և ոչ նյութական միջավայրով, որն ապահովում է ճառագայթային էներգիայի փոխանցումը արտաքին տարածության միջով, օրինակ՝ լույսն ու ջերմությունը Արևից Երկիր: Այս միջավայրը կոչվում էր եթեր, որը պետք է լրացներ նույնիսկ տարածության վակուումը։

Եթերի միջոցով լույսի տարածման մասին պոստուլատը հնարավորություն տվեց բացատրել դրա արագության կայունության պարադոքսը։ Համաձայն այս բացատրության՝ լույսը պետք է շարժվի հաստատուն արագությամբ, ոչ թե լույսի աղբյուրի կամ դիտորդի, այլ այս ամենուր առկա եթերի համեմատ։ Եթերով ընթացող դիտորդի համար լույսը կարող է ավելի արագ կամ դանդաղ շարժվել՝ կախված իր շարժման ուղղությունից՝ լույսի ուղղության նկատմամբ, բայց անշարժ եթերի համեմատ լույսի արագությունը պետք է մշտական ​​մնա։

Բրինձ. 1.

Նույնը վերաբերում է ձայնի տարածմանը: Ձայնը շարժվում է ծովի մակարդակով անշարժ օդի միջով մոտ 300 մետր վայրկյանում հաստատուն արագությամբ՝ անկախ նրանից՝ ձայնի աղբյուրը շարժվում է, թե ոչ։ Պայթյունի նման ձայնը, որը օդանավն արձակում է ձայնային պատնեշը հատելիս, իրականում այն ​​արդյունքն է, որ ինքնաթիռը հարվածում է իր ձայնային ալիքին, երբ այն շրջանցում է իրեն՝ արագությամբ 300 մետր վայրկյանում: Այս դեպքում ձայնի աղբյուրը՝ ինքնաթիռը, ավելի արագ է շարժվում, քան իր արձակած ձայնը։ Լույսի երկակի բնույթն այնպիսին է, որ եթե մենք փոքր տրամագծով անցք դնենք նրա ճանապարհին, լույսն իրեն պահում է հենց օվկիանոսի ալիքի պես, որն անցնում է նեղ նավահանգստի մուտքով: Ե՛վ լույսը, և՛ օվկիանոսի ալիքը, անցնելով անցքի միջով, շրջանաձև տարածվում են անցքի մյուս կողմում։ Մյուս կողմից, եթե լույսը լուսավորում է ինչ-որ մետաղի մակերեսը, այն իրեն պահում է որպես մանր մասնիկների հոսք, որը ռմբակոծում է այդ մակերեսը։ Լույսը մետաղից էլեկտրոնները մեկ առ մեկ դուրս է հանում այնպես, ինչպես փոքր գնդիկները, որոնք հարվածում են թղթե թիրախին, դրանից կպոկեն թղթի մնացորդները՝ յուրաքանչյուր գնդիկի համար մեկ կտոր: Լույսի ալիքի էներգիան որոշվում է նրա երկարությամբ։ Լույսի մասնիկների էներգիան որոշվում է ոչ թե նրանց արագությամբ, այլ այն հաճախականությամբ, որով լույսի մասնիկները՝ ֆոտոնները, շարժվում են լույսի արագությամբ շարժվելիս։

Երբ գիտնականները քննարկում էին եթերի ենթադրյալ հատկությունները, որոնք դեռ պետք է հայտնաբերվեին, ոչ ոք չէր կասկածում, որ ժամանակի ընթացքը կապված է լույսի շարժման հետ։ Բայց այս բացահայտումը հենց անկյունում էր:

1887 թվականին Ալբերտ Միխելսոնը և Էդվարդ Մորլին հրապարակեցին իրենց փորձի արդյունքները՝ փորձնականորեն դիտարկելու այն, ինչ բխում էր եթերի տեսությունից8։ Նրանք համեմատեցին ընդհանուր ժամանակը, որ լույսին անհրաժեշտ է նույն տարածությունը հետ ու առաջ անցնելու համար երկու ուղղություններով՝ Արեգակի շուրջ Երկրի ուղեծրին զուգահեռ և ուղղահայաց: Քանի որ Երկիրը Արեգակի շուրջ իր ուղեծրով շարժվում է վայրկյանում մոտավորապես 30 կիլոմետր արագությամբ, ենթադրվում էր, որ այն շարժվում է եթերի համեմատ նույն արագությամբ։ Եթե ​​լույսի ճառագայթումը ենթարկվում է նույն օրենքներին, որոնք կառավարում են բոլոր մյուս ալիքները, Երկրի շարժումը եթերի նկատմամբ պետք է ազդեր լույսի ճամփորդության ժամանակի վրա, որը չափվում է նրանց փորձերում: Այս էֆեկտը չպետք է տարբերվեր ուժեղ քամու ազդեցությունից, որը տանում էր ձայնը:

Ի զարմանս բոլորի, Մայքելսոնն ու Մորլին վայրկյանում 30 կիլոմետր արագության այս արագության հարվածի նվազագույն հետք չեն գրանցել։ Նախնական փորձը, ինչպես նաև նույն փորձի հետագա, տեխնիկապես ավելի կատարելագործված տարբերակները հանգեցրին միանգամայն անսպասելի եզրակացության՝ Երկրի շարժումը ոչ մի ազդեցություն չունի լույսի արագության վրա։

Սա տարակուսանք առաջացրեց։ Լույսի արագությունը (գ) միշտ 299792,5 կիլոմետր է վայրկյանում, անկախ նրանից լույսի աղբյուրը կամ դիտորդը շարժվում է, թե անշարժ։ Բացի սրանից, լույսի նույն ճառագայթն իրեն պահում է և՛ որպես ալիք, և՛ որպես մասնիկ՝ կախված նրանից, թե ինչպես է այն դիտվում։ Կարծես կանգնած էինք մի նավամատույցի վրա և նայում էինք օվկիանոսից ներս գլորվող ալիքներին, և հանկարծ, աչք թարթելով, ալիքների սովորական գագաթները և նրանց միջև եղած խրամատները կվերածվեին առանձին ջրային գնդիկների հոսքի։ , շարժվող, զարկերակային, օդում հենց ծովի մակարդակից բարձր։ Իսկ հաջորդ պահին գնդերը կվերանային ու նորից ալիքները կհայտնվեին։

1905 թվականին, այս շփոթության մեջ, Ալբերտ Էյնշտեյնը հայտնվեց գիտական ​​ասպարեզում՝ իր հարաբերականության տեսությամբ։ Այդ տարվա ընթացքում Էյնշտեյնը հրապարակեց մի շարք հոդվածներ, որոնք բառացիորեն փոխեցին մարդկության պատկերացումները մեր տիեզերքի մասին: Հինգ տարի առաջ Պլանկն առաջարկել էր լույսի քվանտային տեսությունը։ Օգտվելով Պլանկի տեսությունից՝ Էյնշտեյնը կարողացավ բացատրել մի հետաքրքիր երեւույթ. Լույսը, որը հարվածում է որոշ մետաղների մակերեսին, ազատում է էլեկտրոններ, ինչի արդյունքում էլեկտրական հոսանք է առաջանում: Էյնշտեյնը ենթադրում էր, որ այս «ֆոտոէլեկտրական» էֆեկտը առաջանում է լույսի քվանտաների (ֆոտոնների) արդյունքում, որոնք բառացիորեն դուրս են մղում էլեկտրոնները ատոմի միջուկի շուրջ իրենց ուղեծրերից: Պարզվում է, որ ֆոտոնները շարժման ժամանակ զանգված ունեն (հիշենք, որ դրանք շարժվում են լույսի c արագությամբ), բայց նրանց «հանգիստ զանգվածը» զրո է։ Շարժվող ֆոտոնն ունի մասնիկի հատկություններ. ամեն պահի այն գտնվում է տարածության որոշակի կետում և ունի նաև զանգված, և, հետևաբար, ինչպես մի անգամ առաջարկել է Կեպլերը, այն կարող է գործել նյութական առարկաների վրա, օրինակ՝ գիսաստղի պոչը. միևնույն ժամանակ, այն ունի ալիքի հատկություններ - այն բնութագրվում է տատանումների հաճախականությամբ, որը համաչափ է իր էներգիային: Պարզվել է, որ ֆոտոնում նյութն ու էներգիան սերտորեն կապված են։ Էյնշտեյնը հայտնաբերեց այս կապը և ձևակերպեց այն լայնորեն հայտնի հավասարման մեջ։ Էյնշտեյնը եզրակացրեց, որ այս հավասարումը վերաբերում է զանգվածի բոլոր տեսակներին և էներգիայի ձևերին: Այս դրույթները դարձան հարաբերականության հատուկ տեսության հիմքը։

Այս գաղափարների ընկալումն այնքան էլ պարզ չէ և զգալի մտավոր ջանքեր է պահանջում։ Օրինակ՝ վերցնենք որոշակի օբյեկտ։ Անշարժ առարկայի զանգվածը (այն, ինչ մենք սովորաբար անվանում ենք «քաշ») գիտական ​​առումով կոչվում է հանգիստ զանգված։ Հիմա եկեք այս օբյեկտին ուժեղ մղում տանք: Այն կսկսի շարժվել որոշակի արագությամբ և արդյունքում ձեռք կբերի կինետիկ էներգիա, որքան մեծ է նրա արագությունը։ Բայց քանի որ E=mc2-ում e-ը վերաբերում է էներգիայի բոլոր ձևերին, օբյեկտի ընդհանուր էներգիան կլինի նրա հանգստի էներգիայի գումարը (կապված հանգստի զանգվածի հետ) և կինետիկ էներգիայի (նրա շարժման էներգիան): Այլ կերպ ասած, Էյնշտեյնի հավասարումը պահանջում է, որ օբյեկտի զանգվածն իրականում մեծանա, քանի որ արագությունը մեծանում է:

Այսպիսով, հարաբերականության տեսության համաձայն, օբյեկտի զանգվածը փոխվում է, քանի որ փոխվում է նրա արագությունը: Ցածր արագությունների դեպքում օբյեկտի զանգվածը գործնականում չի տարբերվում մնացած զանգվածից։ Ահա թե ինչու մեր ամենօրյա գործունեության մեջ Նյուտոնի բնության օրենքների նկարագրությունը բավականին ճշգրիտ է ստացվում։ Սակայն տիեզերքում արագ անցնող գալակտիկաների կամ արագացուցիչի ենթատոմային մասնիկների դեպքում իրավիճակը բոլորովին այլ է: Երկու դեպքում էլ այս օբյեկտների արագությունը կարող է լինել լույսի արագության մեծ մասը, և, հետևաբար, դրանց զանգվածների փոփոխությունը կարող է շատ, շատ նշանակալի լինել:

Զանգվածի և էներգիայի այս փոխանակումը շատ պերճախոս կերպով քննարկվում է և՛ Սթիվեն Վայնբերգի կողմից՝ իր «Առաջին երեք րոպեները» գրքում, և՛ Նաքմանիդների կողմից՝ Ծննդոցի իր մեկնաբանության մեջ: Նրանք երկուսն էլ խոսում են զանգված-էներգիայի դուալիզմի մասին, երբ նկարագրում են Տիեզերքի կյանքի առաջին րոպեները:

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը հիմնված է երկու պոստուլատների վրա՝ հարաբերականության սկզբունքի և լույսի արագության կայունության։ Հարաբերականության սկզբունքը, որը պնդում էր Գալիլեո Գալիլեյը 300 տարի առաջ, կատարելագործվեց Էյնշտեյնի կողմից: Այս սկզբունքն ասում է, որ ֆիզիկայի բոլոր օրենքները (որոնք ոչ այլ ինչ են, քան բնության օրենքները) հավասարապես գործում են բոլոր համակարգերում, որոնք շարժվում են առանց արագացման, այսինքն՝ միատեսակ և ուղղագիծ։ Ֆիզիկոսների լեզվով նման համակարգերը կոչվում են հղման իներցիոն համակարգ։

Հղման շրջանակը որոշում է դիտորդի հարաբերությունները արտաքին աշխարհի հետ: Հարաբերականության սկզբունքը մեզ ասում է, որ լինելով հղման իներցիոն համակարգում, մենք չենք կարող, օգտագործելով ֆիզիկայի օրենքները, որոշել, թե արդյոք համակարգը ինքնին շարժվում է, քանի որ դրա շարժումը որևէ կերպ չի ազդում համակարգում կատարված չափումների արդյունքների վրա։ . Ահա թե ինչու մենք հանգիստ եղանակին անընդհատ արագությամբ թռչելիս շարժում չենք զգում։ Բայց ճոճաթոռի վրա օրորվելով՝ մենք հայտնվում ենք ոչ իներցիոն հղման համակարգում. Քանի որ ճոճաթոռի շարժման արագությունն ու ուղղությունը անընդհատ փոխվում է, մենք կարող ենք զգալ մեր շարժումը։

Բոլորս էլ հանդիպել ենք բացարձակ շարժումը չափելու անհնարինության օրինակների։ Օրինակ՝ մենք կանգնած ենք լուսացույցի դիմաց, իսկ դիմացի մեքենան սկսում է կամաց հետ գլորվել։ Թե՞ առաջ ենք գնում։ Սկզբում դժվար է հասկանալ, թե կոնկրետ ով է շարժվում։ Մեր գնացքը դանդաղ ու սահուն սկսում է շարժվել հարթակի երկայնքով։ Արթնանալով նիրհից՝ նկատում ենք, որ հարևան գծի վրա կանգնած գնացքը սկսում է դանդաղ շարժվել դեպի հետ։ Կամ գոնե մեզ թվում է, որ այդպես է։ Քանի դեռ մեր հղման շրջանակը՝ մեր մեքենան կամ գնացքը, չի սկսում շարժվել արագացումով (դադարում է լինել իներցիոն շրջանակ), անհասկանալի է, թե ինչն է շարժվում, իսկ ինչը՝ հանգստի վիճակում:

Այստեղ կարող է հակասություն թվալ. Էյնշտեյնը մեզ սովորեցրել է, որ առարկայի զանգվածը նրա արագության ֆունկցիան է, և այժմ մենք պնդում ենք, որ չենք կարող որոշել շարժումը՝ չափելով, թե ինչպես է զանգվածը փոխվում դրա ազդեցության տակ: Բայց այստեղ մի շատ նուրբ տարբերություն կա. Իներցիոն հղման շրջանակի ներսում բոլոր քանակությունները մնում են անփոփոխ: Երբ դրանք չափվում են մեկ այլ տեղեկատու համակարգից, որը շարժվում է առաջինի համեմատ, չափի և զանգվածի արժեքները կփոխվեն: Եթե ​​Տիեզերքի բոլոր մասերը շարժվեն հավասարապես և միատեսակ, հարաբերականության տեսությունը ոչ մի կապ չի ունենա մեր ուսումնասիրության թեմայի հետ: Բայց դա այդպես չէ։ Նույն իրադարձությունները տարբեր հղումների շրջանակներից դիտարկելու ունակությունն է, որը նշանակալի դեր է խաղում տիեզերագիտության աստվածաշնչյան վերլուծության մեջ, որը մենք ձեռնարկում ենք:

Հարաբերականության հատուկ տեսության հիմքի երկրորդ տարրն էլ ավելի դժվար է հասկանալ։ Նույնիսկ կարելի է ասել, որ նա ծայրահեղ անհասկանալի է։ Նա նշում է, որ լույսի արագությունը՝ c, հաստատուն մեծություն է (c = 2,997925 x 108 մետր վայրկյանում վակուումում – միշտ) և նույնն է բոլոր հղման շրջանակներում։ Այս փաստը պարզվել է Մայքելսոն-Մորլիի փորձի արդյունքներից։ Եթե ​​մտածեք այս հայտարարության իմաստի մասին, կկարողանաք գնահատել դրա հանդգնությունը։ Էյնշտեյնը պարտավորվեց հայտարարել, որ անկախ դիտորդի շարժման արագությունից դեպի լույսի աղբյուր կամ հեռու, լույսի արագությունը մնում է նույն c. Շարժման ոչ մի այլ ձև (օրինակ՝ ձայնային ալիքը) չունի այս հատկությունը: Սա խիստ անտրամաբանական է թվում:

Եթե ​​կուժը գնդակը նետում է բռնողին ժամում 90 մղոն արագությամբ, բռնողը տեսնում է, որ գնդակը գալիս է իր վրա ժամում 90 մղոն արագությամբ: Այժմ, եթե, հակառակ բոլոր կանոնների, բռնողը վազում է դեպի կուժը ժամում 20 մղոն արագությամբ, ապա գնդակի արագությունը բռնողի նկատմամբ կկազմի ժամում 110 մղոն (90 + 20): Գնդակի արագությունը կուժի նկատմամբ կլինի նույնը, ինչ նախկինում՝ 90 մղոն/ժամ: Հաջորդ անգամ կուժը գնդակը նետելու փոխարեն բռնողին ցույց է տալիս գնդակի նկարը: Այն շարժվում է դեպի բռնողը լույսի արագությամբ (գ), այսինքն՝ մոտավորապես 300 միլիոն մետր վայրկյանում։ Նավատորմի ոտքով բռնողն իր հերթին շտապում է դեպի կուժը լույսի արագության մեկ տասներորդին հավասար արագությամբ, այսինքն՝ վայրկյանում 30 միլիոն մետր։ Իսկ ի՞նչ է տեսնելու մեր այս բռնողը։ Գնդակի պատկեր, որը մոտենում է նրան վայրկյանում 330 միլիոն մետր արագությամբ: Ո՛չ։ Սա հենց լույսի պարադոքսն է՝ առաջացնելով շփոթություն, նյարդայնացնող, երբեմն նույնիսկ զայրացնող, բայց միևնույն ժամանակ մեզ ազատագրող:

Բռնողը տեսնում է գնդակի պատկերը, որը մոտենում է իրեն ճիշտ լույսի արագությամբ՝ վայրկյանում 300 միլիոն մետր, թեև նա վազում է դեպի այն և դրանով իսկ լույսի արագությանը ավելացնում է սեփական արագությունը։ Լույսը, անկախ լույսի աղբյուրի նկատմամբ դիտորդի շարժման արագությունից, միշտ շարժվում է c արագությամբ։ Միշտ. Իսկ գնդակի պատկերի շարժման ի՞նչ արագություն է գրանցում անշարժ կանգնած կուժը: Ճիշտ է, նաև ս. Ինչպե՞ս են երկու դիտորդներ, որոնցից մեկը շարժվում է, իսկ մյուսը՝ անշարժ, արձանագրում լույսի նույն արագությունը: Տրամաբանությունն ու ողջախոհությունն ասում են, որ դա անհնար է։ Բայց հարաբերականությունն ասում է, որ սա իրականություն է։ Եվ այս իրողությունը հաստատվեց Մայքելսոն-Մորլիի փորձով։

Երկու դիտորդներն էլ գրանցում են լույսի նույն արագությունը, քանի որ զանգվածի, տարածության և ժամանակի փոփոխությունների փաստը, որքան էլ դա անհասկանալի թվա, հարաբերական մեխանիկայի և Տիեզերքի հիմնարար օրենքն է, որտեղ մենք ապրում ենք: Այս փոփոխությունները կարգավորող օրենքներն այնպիսին են, որ տվյալ համակարգում անհեթեթ թվացող ոչինչ տեղի չի ունենում: Նրա ներսում գտնվողը ոչ մի փոփոխություն չի նկատում։ Բայց, դիտարկելով մեր կողքով շարժվող մեկ այլ համակարգ, մենք տեսնում ենք, որ շարժման ուղղությամբ գտնվող օբյեկտի չափերը նվազում են օբյեկտի նույն չափերի համեմատ, երբ այն գտնվում է հանգստի վիճակում: Ավելին, ժամացույցները, որոնք ցույց էին տալիս ճշգրիտ ժամանակը, երբ նրանք գտնվում էին հանգստի, շարժման մեջ, սկսում են ետ մնալ «հանգիստ» ժամացույցներից մեր հղման շրջանակում։

Լույսի արագության կայունության և հարաբերականության սկզբունքի համադրությունը անխուսափելիորեն հանգեցնում է ժամանակի ընդլայնմանը: Ժամանակի լայնացումը կարելի է ցույց տալ՝ օգտագործելով մտքի փորձը, որը նման է Էյնշտեյնի փորձին, երբ նա մշակեց հարաբերականության հիմնական սկզբունքները: Նման մտքի փորձի օրինակ են բերում Թեյլորը և Ուիլերը իրենց դասական «Տիեզերքի և ժամանակի ֆիզիկա» գրքում0։

Դիտարկենք երկու տեղեկատու համակարգ, որոնցից մեկը անշարժ է, իսկ մյուսը՝ շարժական։ Ստացիոնար համակարգը սովորական ֆիզիկական լաբորատորիա է: Երկրորդ համակարգը մեծ արագությամբ շարժվող, ամբողջովին թափանցիկ ու թափանցելի հրթիռ է, որի ներսում գտնվում է բացարձակ թափանցիկ ու թափանցելի գիտնականներից կազմված անձնակազմը։ Հրթիռն իր ամբողջական թափանցիկության և թափանցելիության շնորհիվ կարող է անցնել մեր լաբորատորիայի միջով՝ առանց որևէ փոխազդեցության մտնելու նրա և դրա պարունակության հետ։ Լաբորատորիայում A կետից (նկ. 2) տեղի է ունենում լույսի բռնկում, որը անկյունագծով շարժվում է դեպի M կետում գտնվող հայելին: Հայելուց արտացոլված լույսը նույնպես անկյունագծով անցնում է B կետ: Հրթիռի ժամանման ժամանակը. դեպի լաբորատորիա որոշվում է այնպես, որ հրթիռի բռնկման A կետի պահին համընկնում է լաբորատորիայի A կետի հետ: Թող հրթիռի արագությունը լինի այնպիսին, որ հրթիռի A կետը համընկնի լաբորատորիայի B կետի հետ հենց այն պահին, երբ լույսի բռնկումը հասնում է B կետին: Հրթիռի դիտորդներին կթվա, որ A կետից ուղարկված լույսը հրթիռի վրա անմիջապես անցնում է B M կետ և վերադառնում հրթիռի A կետ: Քանի որ հրթիռի արագությունը հաստատուն է (դա իներցիոն համակարգ է), հրթիռի մարդիկ չգիտեն, որ այն շարժվում է:

Լույսի անցած հեռավորությունը, ինչպես ընկալվում է հրթիռի ուղևորների կողմից, 2y է (Ա կետից մինչև M կետ և հակառակ ուղղությամբ): Լույսի նույն ուղին, որը տեսանելի է լաբորատորիայում գտնվողների համար, եռանկյան երկու կողմերի գումարն է՝ A կետից M կետ և M կետից B կետ: Ակնհայտ է, որ այս ճանապարհը պետք է ավելի մեծ լինի, քան տեսանելի ճանապարհը: հրթիռի ուղեւորները. Մենք կարող ենք ճշգրիտ հաշվարկել դրանց միջև եղած տարբերությունը՝ օգտագործելով Պյութագորասի թեորեմը: Այսպիսով, մենք եզրակացնում ենք, որ հրթիռից դիտվող լույսի ուղին ավելի կարճ է, քան լաբորատորիայից նկատված լույսի ուղին։

Բրինձ. 2.

Հիշենք, որ լույսի արագությունը երկու համակարգերում էլ նույնն է։ Սա հարաբերականության տեսության հաստատուն հիմնարար սկզբունքներից մեկն է: Հայտնի է նաև, որ բոլոր դեպքերում շարժման ժամանակ ծախսված ժամանակը հավասար է անցած տարածությանը` բաժանելով շարժման արագությունը։ Ժամում 50 մղոն արագությամբ 100 մղոն ճանապարհորդելու համար պահանջվող ժամանակը երկու ժամ է: Քանի որ լույսի արագությունը և՛ լաբորատորիայում, և՛ հրթիռով շարժվող գիտնականների համար հավասար է նույն c-ին, և լույսի անցած հեռավորությունը լաբորատորիայում ավելի մեծ է, քան հրթիռով նրա անցած հեռավորությունը, ժամանակի միջակայքը: բռնկումը պետք է ավելի շատ լույս լինի A կետում և լույսի ժամանումը B կետում լաբորատորիայում, քան հրթիռում:

Միայն մեկ իրադարձություն է տեղի ունեցել. Լույսի միայն մեկ առկայծում կար, և լույսը, որը դիտվում էր երկու հղումների շրջանակում, մեկ անգամ ավարտեց իր ճանապարհորդությունը: Այնուամենայնիվ, այս իրադարձության տեւողությունը տարբեր էր, երբ չափվում էր երկու տարբեր հղման շրջանակներում:

Չափված ժամանակի այս տարբերությունը կոչվում է հարաբերական ժամանակի լայնացում, և հենց այս ընդլայնումն է, որ համոզիչ կերպով համընկնում է Արարչության վեց օրերի հետ 15 միլիարդ տարվա տիեզերագիտության հետ:

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության հիմքում ընկած հասկացությունները հարաբերականության հատուկ տեսության գաղափարների զարգացում են, բայց ավելի բարդ են: Մինչ հարաբերականության հատուկ տեսությունը վերաբերում է իներցիոն համակարգերին, հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը վերաբերում է ինչպես իներցիոն, այնպես էլ ոչ իներցիոն (արագացված) համակարգերին։ Ոչ իներցիոն համակարգերում արտաքին ուժերը, ինչպիսիք են գրավիտացիոն ուժերը, ազդում են առարկաների շարժման վրա: Ձգողության հատուկ հարաբերական հատկությունը, որն անմիջականորեն կապված է մեր ուսումնասիրած խնդրի հետ, այն է, որ գրավիտացիան, ինչպես արագությունը, առաջացնում է ժամանակի ընդլայնում: Լուսնի վրա նույն ժամացույցն ավելի արագ է աշխատում, քան Երկրի վրա, քանի որ Լուսնի ձգողականությունն ավելի թույլ է: Ինչպես կտեսնենք, գրավիտացիան վճռորոշ դեր է խաղում Արարման և Մեծ պայթյունի հետ հաշտեցնելու գործում:

Գրավիտացիոն ձգողության ուժերը զգացվում են ճիշտ այնպես, ինչպես արագացում առաջացնող ուժերը։ Օրինակ՝ բարձրացող վերելակում մենք զգում ենք այն ուժը, որով հատակը ճնշում է մեր ոտքերին. նա իրականում մեզ բարձրացնում է վերելակի հետ միասին: Սա ընկալվում է որպես ուժ, որը մենք կզգայինք՝ կանգնած վերելակում, եթե ինչ-որ կերպ հանկարծակի մեծանա Երկրի գրավիտացիոն ձգողականությունը: Էյնշտեյնը պատճառաբանեց, որ քանի որ գրավիտացիան ընկալվում է այնպես, ինչպես ցանկացած այլ ուժ, որն առաջացնում է շարժման փոփոխություն, այն պետք է տա ​​նույն արդյունքները: Քանի որ արագացող ուժերը առաջացնում են շարժման և ժամանակի ընդլայնման փոփոխություններ, ձգողականության փոփոխությունները պետք է նաև առաջացնեն ժամանակի լայնացում:

Քանի որ հարաբերականության տեսության ժամանակի ընդլայնման ասպեկտը շատ կարևոր է տիեզերագիտական ​​և աստվածաշնչյան օրացույցների միավորման խնդրի համար, շատ կարևոր է ցույց տալ, որ ժամանակի լայնացում իրականում գոյություն ունի: Ի վերջո, հարաբերական փոփոխությունները նկատելի են դառնում միայն այն դեպքերում, երբ շարժման հարաբերական արագությունները մոտենում են լույսի արագությանը։ Նույնիսկ վայրկյանում 30 միլիոն մետր արագությամբ, լույսի արագության մեկ տասներորդը, ժամանակի լայնացումը մեկ տոկոսից պակաս է:

Լույսի արագությանը մոտ արագությունները հազվադեպ են առօրյա կյանքում, սակայն տարածված են տիեզերագիտության և բարձր էներգիայի ֆիզիկայի մեջ: Այնուամենայնիվ, պետք է նշել, որ ժամանակի լայնացման չափման իրական հնարավորությունը գաղափարն ինքնին ավելի մատչելի չի դարձնում հասկանալու համար: Այնուամենայնիվ, սա թույլ է տալիս այն զուտ տեսական հայեցակարգի կատեգորիայից տեղափոխել էմպիրիկ փաստերի տիրույթ։ Մարդկային գործունեության բավականին լայն շրջանակը՝ բարձր էներգիայի ֆիզիկայի լաբորատորիաներում փորձարկումներից մինչև առևտրային ավիաընկերությունների կանոնավոր թռիչքները, թույլ է տալիս ցույց տալ ժամանակի ընդլայնում:

Բազմաթիվ տարրական մասնիկներից մեկը, որն առաջանում է ֆիզիկայի լաբորատորիաներում փորձերի ժամանակ, մու մեզոնն է։ Այն ունի մեկուկես միկրովայրկյան կիսամյակ: Մու մեզոնները, սակայն, հայտնվում են ոչ միայն բարձր էներգիայի ֆիզիկայի լաբորատորիաներում, այլև Երկրի մթնոլորտի վերին շերտերում, երբ տիեզերական ճառագայթները բախվում են մթնոլորտային գազի ատոմների միջուկներին։ Քանի որ տիեզերական ճառագայթման էներգիան շատ մեծ է, մու մեզոններն իրենց ձևավորման պահին ձեռք են բերում լույսի արագությանը գրեթե հավասար արագություն։ Նման բարձր արագությունների դեպքում տեղի է ունենում ժամանակի լայնացում, որը կարելի է չափել։ Նույնիսկ լույսի արագությանը մոտ շարժվելիս մու-մեզոններից պահանջվում է 200 միկրովայրկյան՝ մթնոլորտի շերտից 60 կիլոմետր ճանապարհ անցնելու համար, որտեղից նրանք առաջանում են մինչև Երկրի մակերես: Քանի որ մու-մեզոնն ունի մեկուկես միկրովայրկյան կիսամյակ, 200 միկրովայրկյան տարանցման ժամանակն ընդգրկում է նրա կես կյանքի 133-ը: Հիշենք, որ յուրաքանչյուր նման կիսաշրջանի ընթացքում մնացած մասնիկների կեսը քայքայվում է։ 133 կիսաշրջանից հետո մու-մեզոնների այն բաժինը, որը պետք է գոյատևի և հասնի Երկրի մակերևույթին, հավասար կլինի «/2 x 1/2 x»/2-ի և այսպես շարունակ 133 անգամ, ինչը միլիոներորդականի մեկ միլիոներորդն է։ մու-մեզոնների թվի միլիարդերորդական միլիարդերորդական մասը, որոնք սկսեցին իրենց ճանապարհորդությունը դեպի Երկրի մակերես: Այս թիվն այնքան փոքր է, որ գրեթե ոչ մի մուսոն չպետք է հասնի Երկիր: Դրանց ճնշող մեծամասնությունը ճանապարհին կփլվի։ Այնուամենայնիվ, եթե համեմատենք մթնոլորտի վերին շերտերում արտադրված մու-մեսոնների թիվը Երկրի մակերեսին հասնող մու-մեսոնների թվի հետ, մենք զարմանում ենք, երբ պարզում ենք, որ նրանց սկզբնական թվից /8-ը հաջողությամբ հասնում է իրենց նպատակակետին: 1/8 մյուոնների «գոյատևումը» նշանակում է, որ իրենց 60 կմ ճանապարհորդության ընթացքում ավարտվում է ընդամենը երեք կիսաշրջան: Այսպիսով, լույսի արագությանը մոտ շարժվող մու մեզոնի համար անցած (հարաբերական) ժամանակը ընդամենը երեք կիսաշրջան է. 4,5 միկրովայրկյան (3 x 1,5 միկրովայրկյան) Երկրի մակերևույթի վրա գտնվող դիտորդի համար կանցնի առնվազն 200 միկրովայրկյան՝ նվազագույն ժամանակը, որը պահանջվում է մթնոլորտի վերին մակերևույթից 60 կիլոմետր ճանապարհ անցնելու համար: և նույն իրադարձությունը տեղի է ունենում երկու տարբեր ժամանակներում: ժամանակային ընդմիջումներ - 4,5 միկրովայրկյան արագ շարժվող մու-մեզոնի հղման շրջանակում և 200 միկրովայրկյան մակերեսին կանգնած դիտորդի հղման շրջանակում: Եվս մեկ անգամ հիշեք, որ մենք խոսում ենք մեկ իրադարձության մասին: Բայց պայմանավորված այն հանգամանքով, որ դիտորդը և դիտարկվող առարկան շարժվում են միմյանց նկատմամբ, այս մեկ իրադարձության համար կան երկու տարբեր ժամանակաշրջաններ: Եվ երկուսն էլ բացարձակապես ճշմարիտ են։

Բայց մու մեզոնները բավականին էկզոտիկ մասնիկներ են, և թերահավատը կարող է ժպտալ և գլուխը թափահարել անհավատությամբ: Ի վերջո, ոչ մի դիտորդ չի կարող ճանապարհորդել մյուոնների ընկերակցությամբ: Մենք ապավինում ենք միայն նրանց կես կյանքին, որպես նրանց հետ շարժվող ժամացույցի:

Իսկական ժամացույցի և դրանով շարժվող և ժամանակի ընդլայնումը ամենաուղիղ ձևով չափող մարդու մասին ի՞նչ կասեք։ Սա ակնհայտորեն ավելի համոզիչ տեսք կունենա: Եվ սա հենց այն է, ինչ հեղինակավոր Science ամսագրում գրվել է Վաշինգտոնի համալսարանի և ԱՄՆ ռազմածովային լաբորատորիայի Հաֆելեի և Քիթինգի 12 հեղինակավոր ամսագրում: Նրանք ուղարկել են ցեզիումի չորս հավաքածու Boeing 707 և Concorde ինքնաթիռներով, որոնք պատկանում են TWA-ին և Pan Am-ին և կանոնավոր առևտրային թռիչքներ են իրականացնում ամբողջ աշխարհով մեկ: Այս ժամացույցներն ընտրվել են, քանի որ դրանք չափազանց ճշգրիտ են:

Երկիրը պտտվում է արևմուտքից արևելք։ Եթե ​​տիեզերքից նայենք Երկրին, գտնվելով նրա հյուսիսային բևեռից վեր, կտեսնենք, որ դեպի արևելք թռչելիս օդանավի արագությունը գումարվում է Երկրի արագությանը։ Ինչպես կանխատեսում էր հարաբերականության տեսությունը, ինքնաթիռի ժամացույցները գտնվում էին նույն ժամացույցների հետևում, որոնք տեղակայված էին ԱՄՆ ռազմածովային լաբորատորիայում Վաշինգտոնում (այս փորձի ժամանակ օգտագործված բոլոր ժամացույցները տրամադրվել էին լաբորատորիայի կողմից): Արևմուտք թռչելիս ինքնաթիռի արագությունը հանվում է Երկրի պտույտի արագությունից և հարաբերականության տեսության հետ լիովին համաձայն՝ այս ինքնաթիռի ժամացույցները շարժվել են առաջ։ Ըստ Հեֆելեի և Քիթինգի՝ «Գիտության մեջ համապատասխան էմպիրիկ փաստերն ավելի հզոր են, քան տեսական փաստարկները: Այս արդյունքները միանշանակ էմպիրիկ լուծում են տալիս ժամացույցի հայտնի պարադոքսին»:3

Ոչ միայն ժամանակի ընկալումը, այլև ժամանակի իրական ընթացքը փոխվում է՝ կախված դիտորդների հարաբերական շարժումից։ Ցանկացած տվյալների շրջանակում ամեն ինչ միանգամայն նորմալ է թվում: Բայց երբ երկու համակարգերը սկզբում բաժանվում են, հետո նորից միանում, և ժամացույցի ցուցումները համեմատվում են, դրանցում ժամանակի ընթացքը տարբերվում է (իրական «ծերացում»):

Հեֆել-Քեյթինգ ժամանակի լայնացման փորձերի հատկապես հետաքրքիր կողմն այն էր, որ նրանք փորձարկեցին ինչպես հատուկ, այնպես էլ ընդհանուր հարաբերականությունը: Համաձայն հարաբերականության ընդհանուր տեսության՝ ձգողականության ուժի տարբերությունները ազդում են տևողության վրա այնպես, ինչպես հարաբերական արագության տարբերությունները, ինչպես ենթադրվում է հարաբերականության հատուկ տեսության կողմից։ Ցանկացած օբյեկտի վրա գրավիտացիոն դաշտի ազդեցությունը հակադարձ համեմատական ​​է օբյեկտների միջև հեռավորության քառակուսուն: Քանի որ հեռավորությունը կրկնապատկվում է, գրավիտացիոն ձգողականությունը նվազում է չորս անգամ: Որքան հեռու է օբյեկտը Երկրից, այնքան ավելի թույլ է Երկրի գրավչությունը դեպի այն: Քանի որ թռիչքի ժամանակ ինքնաթիռները գտնվում են Երկրի մակերևույթից բարձր (Boeing 707-ի թռիչքի տիպիկ բարձրությունը 10 կմ է, իսկ Concorde-ը 20 կմ է), Երկրի գրավիտացիոն ազդեցությունը ինքնաթիռի ժամացույցների վրա տարբերվում էր ազդեցությունից։ ժամացույցները, որոնք գտնվում էին Երկրի մակերեսին ռազմածովային ուժերի լաբորատորիաներում։ Փորձի ժամանակ գրանցված ժամացույցի ժամանակի փոփոխությունները համահունչ էին հարաբերականության ընդհանուր տեսության կանխատեսումներին (որը հաշվի է առնում ինչպես շարժման, այնպես էլ ձգողականության ազդեցությունը)։

Այս փորձը, ինչպես և մյուս նման փորձերը, ապացուցեցին, որ Էյնշտեյնի հարաբերականության հատուկ և ընդհանուր տեսությունները ճիշտ են նկարագրում մեր Տիեզերքի իրական բնութագրերը: Հարաբերականությունն այլևս մաքուր տեսություն չէ։ Հարաբերականությունը ապացուցված, էմպիրիկորեն ապացուցված փաստ է: Այսինքն՝ հարաբերականության տեսությունը դարձել է հարաբերականության օրենք։

Եվ հիմա, հիմնվելով այս օրենքի վրա, հիմնվելով Տիեզերքը նկարագրող բնական գիտություններից մեկի վրա, մենք կարող ենք շարունակել քննարկել Արարման առաջին վեց օրերը, այն ժամանակաշրջանը, երբ բնական գիտությունն ու աստվածաբանությունը, առաջին հայացքից, հակասում են միմյանց:

Եկեք դիտարկենք Արարչի, Տիեզերքի և մարդու փոխհարաբերությունների փոփոխությունները, որոնք տեղի են ունեցել այն պահից, որը մենք անվանում ենք «սկիզբ»: Միևնույն ժամանակ, մենք չպետք է մի պահ աչքաթող լինենք, որ ժամանակի ընթացքում տարբերությունը կարելի է արձանագրել միայն այն դեպքում, եթե համեմատենք նույն իրադարձությունների դիտարկումը երկու տարբեր տեղեկատու համակարգերից: Բայց դա բավարար չէ. անհրաժեշտ է նաև, որ կա՛մ այս երկու տեղեկատու համակարգերում գրավիտացիոն ուժերը էապես տարբերվեն միմյանցից, կա՛մ դրանց շարժման հարաբերական արագությունը մոտենա 300 մլն մետր վայրկյանում, այսինքն՝ լույսի արագությանը։ Յուրաքանչյուր համակարգի ներսում, անկախ նրա հարաբերական արագությունից կամ դրանում գործող գրավիտացիոն ուժից, ամեն ինչ տեղի է ունենում Նյուտոնի օրենքներին լիովին համապատասխան, այսինքն՝ ամեն ինչ նորմալ և տրամաբանական է թվում, ինչպես Երկրի վրա, թեև մենք շտապում ենք մեծ արագությամբ տարածություն:

Արարիչը որոշակի շահագրգռվածություն ուներ և ունի Տիեզերքի ստեղծման հարցում: Սա կարող ենք ենթադրել՝ ելնելով Տիեզերքի գոյության փաստից: Սակայն մենք չգիտենք, թե որն է այս շահը։ Այնուամենայնիվ, մենք կարող ենք դրա մասին որոշ ակնարկներ գտնել՝ վերլուծելով Արարչի և Տիեզերքի փոխազդեցությունը նրա ստեղծման և գոյության ողջ ընթացքում: Ավանդական աստվածաբանությունը պնդում է, որ եթե Արարիչը ցանկանար տիեզերքը ստեղծել մեկ հարվածով, նա դա կաներ: Բայց աստվածաշնչյան պատմությունից պարզ է դառնում, որ նրա պլանը մեկ գործողության միջոցով լիովին ձևավորված տիեզերք ստեղծելը չէր: Չգիտես ինչու, ընտրվել է աստիճանական զարգացման մեթոդը։ Իսկ «Ծննդոց» գրքի առաջին երկու գլուխները նվիրված են հենց Տիեզերքի փուլ առ փուլ ձևավորման նկարագրությանը։

Եթե ​​մենք խաղում ենք այն կանոններով, որոնց համաձայն այսօր գործում է Տիեզերքը, և այդ կանոնները մեզ հայտնի ֆիզիկական օրենքներն են, ապա Տիեզերքի աստիճանական զարգացումը առաջնային նյութից, որը գոյություն ուներ Մեծ պայթյունի պահին, բացարձակապես անհրաժեշտ էր առաջացման համար: մարդու. Բայց ինքը Երկիրը և այն ամենը, ինչ գոյություն ունի դրա վրա, Մեծ պայթյունի անմիջական արդյունք չեն: Մեզ միանգամայն պարզ ասում են, որ հենց սկզբում Երկիրը անձև ու դատարկ էր, կամ եբրայերեն՝ gohu և bohu։ Միջուկային մասնիկների առաջատար ֆիզիկոսներն այժմ անվանում են T և B (tohu և bohu) երկու բնօրինակ «աղյուսներ», որոնցից կառուցված է ամբողջ նյութը: Մեծ պայթյունի ուժը բառացիորեն սեղմեց այս GiB-ները ջրածնի և հելիումի մեջ. այդ պահին գրեթե ոչ մի այլ տարր չէր ձևավորվել: Եվ միայն տիեզերքի ալքիմիան հետագայում ստեղծեց մնացած բոլոր տարրերը այս սկզբնական ջրածնից և հելիումից:

Երկիրը և ամբողջ Արեգակնային համակարգը մատերիաների խառնաշփոթ են, որը մեզ է հասել աստղերի խորքում գերսեղմման անհամար ցիկլերից հետո: Այս ճնշումը այնքան ամուր սեղմեց ջրածինը և հելիումը, որ նրանց միջուկները միացան և նորից բաժանվեցին՝ ձևավորելով ավելի ծանր տարրեր, ինչպիսիք են ածխածինը (իսկապես կյանքի նյութը), երկաթը, ուրանը և Տիեզերքը կազմող մյուս 89 տարրերը: Այնուհետև աստղերը պայթեցին և իրենց նոր ձևավորված տարրերը դուրս թափեցին դեպի Տիեզերք, որն ագահորեն կլանեց դրանք՝ օգտագործելով դրանք այլ աստղեր ստեղծելու համար: Աստղերի ծնունդը և նրանց մահը անհրաժեշտ էին, որպեսզի ի վերջո Մեծ պայթյունից հետո ձևավորված ջրածինը և հելիումը վերածվեն այն տարրերի, որոնք անհրաժեշտ են կյանք ստեղծելու համար այն տեսքով, որին մենք ծանոթ ենք: Աստվածաշնչի իրենց մեկնաբանության մեջ այնպիսի մեկնաբաններ, ինչպիսիք են Մայմոնիդը և Ռաշին, բացատրեցին, որ Աստված ստեղծել և ոչնչացրել է բազմաթիվ աշխարհներ Երկրի վրա կյանք ստեղծելու գործընթացում: Բայց այստեղ ես հույս չեմ դնում Մայմոնիդների վրա. Վերոնշյալ տեղեկատվությունը ես ստացել եմ աստղաֆիզիկոսներ Վուսլիից և Ֆիլիպսից:

Այսպիսով, եթե մենք ամեն ինչ ունենք անելու Ադամի հայտնվելուց վեց օրվա ընթացքում, ինչպե՞ս կարող ենք աշխարհի ձևավորման և կործանման բոլոր ցիկլերը սեղմել այդ ժամանակահատվածի մեջ: Աստվածաշնչի մեկնաբանները, որոնց վրա մենք հենվում ենք, հստակ նշում են, որ Արարչության առաջին վեց օրերը վեց օր են՝ յուրաքանչյուրը 24 ժամ տևողությամբ: Սա նշանակում է, որ մեկը, ով հետևում էր ժամանակին, այնուհետև պետք է գրանցեր այդ նույն 24 ժամվա անցումը: Բայց ո՞վ կարող էր ներկա լինել այդ ժամանակ՝ չափելու ժամանակի ընթացքը։ Մինչև այն պահը, երբ վեց օր հետո հայտնվեց Ադամը, միայն Տեր Աստված կարող էր հետևել ժամացույցին: Եվ սա է ամբողջ իմաստը:

Երբ ստեղծվեց մեր Տիեզերքը, մինչև մարդու հայտնվելը, Աստված սերտորեն կապված չէր Երկրի հետ: Ստեղծման վեց օրերի առաջին մեկ կամ երկու օրվա ընթացքում Երկիրը նույնիսկ գոյություն չուներ։ Թեև Ծննդոց 1։1-ում ասվում է, որ «Սկզբում Աստված ստեղծեց երկինքն ու երկիրը», հաջորդ համարում ասվում է, որ Երկիրը դատարկ էր և առանց ձևի։ Ծննդոց գրքի առաջին համարը, ըստ էության, շատ ընդհանրական հայտարարություն է, որը նշանակում է, որ հենց սկզբում ստեղծվել է մի առաջնային նյութ, որից հաջորդ վեց օրերի ընթացքում պետք է ձևավորվեին երկինքն ու երկիրը։ Ստորև «Ելք» գրքի 31:17-ում սա ավելի պարզ է ասվում. «...վեց օրում Տերը ստեղծեց երկինքն ու երկիրը...»: Ինչի՞ց էին «ստեղծվել» երկինքն ու երկիրը այս վեց օրերի ընթացքում։ Այդ վեց օրերի «սկզբում» ստեղծված նյութից։ Քանի որ վաղ Տիեզերքում Երկիր չկար, և քանի որ չկար հղման համակարգերի սերտ կապի կամ փոխներթափանցման հնարավորություն, չկար ընդհանուր օրացույց Աստծո և Երկրի համար:

Հարաբերականության օրենքը մեզ սովորեցրել է, որ նույնիսկ հնարավոր չէ, որ Աստված ընտրի մի օրացույց, որն արդար կլինի Տիեզերքի բոլոր մասերի համար, կամ գոնե դրանց սահմանափակ թվի համար, ինչը դեր է խաղացել մարդկության առաջացման գործում: Հարաբերականության օրենքը՝ Տիեզերքի հիմնարար օրենքներից մեկը, որը հաստատվել է նրա ստեղծման ժամանակ, անհնարին է դարձնում Արարչի և նյութի այդ ամբողջության յուրաքանչյուր մասի գոյությունը, որն ի վերջո վերածվեց մարդկության և մոլորակի։ Երկիր, որի վրա այն ապրում է:

Մենք գիտենք, որ հարաբերականության օրենքի համաձայն, ընդլայնվող Տիեզերքում անհնար է նկարագրել Տիեզերքի մի մասում իրադարձությունների որոշակի հաջորդականություն ընդգրկող ժամանակն այնպես, որ այն հավասար լինի նույն իրադարձությունների ժամանակին: դիտվել է Տիեզերքի մեկ այլ մասից: Միևնույն գալակտիկայի տարբեր գալակտիկաների կամ նույնիսկ աստղերի շարժման և գրավիտացիոն ուժերի տարբերությունները բացարձակ ժամանակը վերածում են զուտ տեղային երևույթի։ Ժամանակը տարբեր կերպ է հոսում Տիեզերքի տարբեր մասերում:

Աստվածաշունչը ուղեցույց է, որը նկարագրում է մարդկության ճանապարհորդությունը կյանքի և ժամանակի միջով: Մարդկանց մեջ Տիեզերքի ֆիզիկական հրաշքի հանդեպ գնահատանք սերմանելու համար այս ուղեցույցը ներառում է գործընթացի նկարագրություն, որը դատարկ, անձև Տիեզերքից հանգեցրեց տուն, որտեղ մարդկությունը կարող է գոյություն ունենալ: Բայց գրեթե անհնար է ընտրել մեկ ժամանակաշրջան այս գործընթացը նկարագրելու համար, քանի որ չափազանց շատ գործոններ ուղղակիորեն ազդում են ժամանակի արագության վրա: Այս գործոնները ներառում են գրավիտացիոն ուժեր բազմաթիվ աստղերում, որոնց խորքերում սկզբնական ջրածինը և հելիումը վերածվել են կյանքի հիմքում ընկած տարրերի, և միջգալակտիկական գազի շարժումը, որը խտանում է միգամածության շարժման գործընթացում, այնուհետև աստղերի և գերնոր աստղերի: պայթյուններ, որոնք նշում են Ծիր Կաթինի և Երկրի զանգվածը կազմող աստղերի մահը և հետագա վերածնունդը: Ժամանակի ընթացքը կյանքի մի կողմ էր, որը, մինչ Էյնշտեյնի խորաթափանցությունը, մենք սխալմամբ կարծում էինք, որ անփոփոխ է: Անիրատեսական է, ոչ, պարզապես անհնար է, որ բոլոր դարերում նույն ժամացույցը չափի այն ամբողջ տիեզերական նյութի տարիքը, որից մենք կազմված ենք։

Նյութի ոդիսականը Մեծ պայթյունի նյութից մինչև ներկայիս վիճակն այնքան բարդ էր, չափազանց բազմազան, որպեսզի դրա մեջ ժամանակի ընթացքը չչափվի նույն ժամացույցով: Ո՞վ կարող է հիմա ասել, թե քանի գալակտիկա կամ ո՞ր գերնոր աստղն է ի վերջո առաջացրել մեր ֆիզիկական մարմինները կազմող տարրերը: Մենք՝ մարդիկ, և արեգակնային համակարգում մնացած ամեն ինչ, ներառյալ Արևը և մոլորակները, աստղերի բեկորներ ենք վաղուց անհետացած: Մենք բառացիորեն պատրաստված ենք աստղային փոշուց: Ածխածնի, ազոտի կամ թթվածնի ո՞ր ատոմներին է վերաբերում այս լարվածությունը: Քո՞նը, թե՞ հարեւանի ատոմներին։ Նրանք, որոնք ձեր մաշկի մասնիկի մասն են կազմում, թե՞ նրանք, որոնք ձեր արյան մի կաթիլի մեջ են: Հավանական է, որ նրանցից յուրաքանչյուրը սկսվել է տարբեր աստղերի խորքերում, և, հետևաբար, նրանցից յուրաքանչյուրն ունի իր յուրահատուկ տարիքը: Տիեզերական նյութի փոխակերպումները, որոնք տեղի են ունեցել մինչև Երկրի ձևավորումը, տեղի են ունեցել բազմաթիվ աստղերի մեջ՝ միաժամանակ և հաջորդաբար: Յուրաքանչյուր աստղ, յուրաքանչյուր սուպերնոր ուներ իր ձգողականությունը և շարժման իր արագությունը, հետևաբար՝ իր սեփական տարածա-ժամանակային հղման շրջանակը:

Տիեզերական միլիարդավոր ժամացույցներ տկտկացնում էին (և դեռևս տկտկում են), յուրաքանչյուրն իր սեփական, տեղական ճիշտ տեմպերով: Նրանք բոլորը սկսեցին մի պահ՝ Մեծ պայթյունի պահը, և նրանք բոլորը միաժամանակ հասան այն ժամանակաշրջանին, երբ հայտնվեց Ադամը: Բայց բացարձակ, տեղական ժամանակը, որն անցավ «սկզբից» մինչև այն պահը, երբ նյութի այս մասնիկներից յուրաքանչյուրը նպաստեց մարդկության ստեղծմանը, շատ տարբեր էր յուրաքանչյուր աստղի և յուրաքանչյուր մասնիկի համար: Թեև նյութի փոխակերպումները սկսվել և ավարտվել են միևնույն ժամանակ, Էյնշտեյնի տեսությունից հետևում է, որ նյութի յուրաքանչյուր մասնիկի տարիքը շատ էականորեն տարբերվում է նյութի այլ մասնիկների տարիքից, որոնց հետ այն ի վերջո միավորվել է՝ ձևավորելով Արեգակնային համակարգը և հետո մարդկությունը։ Մեր հիմնավորումը ոչ ավելի կամ պակաս բարդ է, քան, ասենք, 200 միկրովայրկյան հայտնաբերելը 4,5 միկրովայրկյանում, որն անցնում է, մինչ մու-մեզոնները, որոնք ձևավորվել են վերին մթնոլորտում տիեզերական ճառագայթման ազդեցության տակ, հասնում են Երկրի մակերեսին: 4,5 միկրովայրկյանում անցնում է 200 միկրովայրկյան: Այս ապացուցված փաստը կարելի է ավելի լավ հասկանալ Էյնշտեյնի մտքի փորձի միջոցով, երբ գիտնականները բարձր արագությամբ հրթիռով և ստացիոնար լաբորատորիայում գտնվող գիտնականները գրանցում են նույն իրադարձության երկու տարբեր ժամանակաշրջաններ: Այս իրավիճակը կապ չունի հանգուցյալ Վ.Կ.-ի հայտարարության հետ։ Ֆիլդսը, ով ասաց, որ մի երկար երեկոյի ընթացքում նա մի ամբողջ շաբաթ ապրել է Ֆիլադելֆիայում15։ Նրա հայտարարությունը վերաբերում է հուզական սենսացիայի ոլորտին. մեր դեպքում գործ ունենք ֆիզիկական փաստի հետ։ Երբ մենք խոսում ենք միլիարդ տարվա մասին, մենք նկատի չունենք, որ դրանք ընկալում ենք որպես միլիարդ տարի: Մի միլիարդ տարի իսկապես անցել է: Եթե ​​այդ նույն վեց օրերի ընթացքում Տիեզերքի այն մասում, որն այժմ զբաղեցնում է Երկիրը, ժամացույց լիներ, այն անպայման չէր գրանցի 15 միլիարդ տարի: Վաղ Տիեզերքում տարածության և ժամանակի կորությունն այս վայրում, հավանաբար, բոլորովին այլ էր, քան հիմա:

Տիեզերքի հետեւողական զարգացումը նկարագրելու համար անհրաժեշտ էր ինչ-որ փոխզիջում գտնել: Որպես այդպիսի փոխզիջում, Արարիչը Ադամի հայտնվելուն նախորդող ժամանակի համար ընտրեց իր սեփական հղման շրջանակը, որտեղ ամբողջ Տիեզերքը ընկալվում էր որպես մեկ ամբողջություն:

Ադամի ստեղծումը որակապես տարբերվում էր Տիեզերքի ստեղծմանը ուղեկցող մյուս բոլոր իրադարձություններից։ Դա ազդարարում էր տիեզերքի հետ Աստծո հարաբերությունների հիմնարար փոփոխություն: Մենք գիտենք, որ Տիեզերքի բոլոր առարկաները՝ օրգանական և անօրգանական, կենդանի և անշունչ, կազմված են նյութից, որի ծագումը կարելի է գտնել մինչև սկզբնական արարումը: Այս առումով մարդկությունը բացառություն չէ։ Մեզ հստակ բացատրվեց, որ մեր ծագման նյութական աղբյուրը «երկրի փոշին» է։ Բոլոր կենդանի էակներին (Ծննդոց 1:30), ներառյալ մարդկանց (Ծննդոց 2:7), տրվեց կենդանի հոգի (եբրայերեն նեֆեշ): Այնուամենայնիվ, միայն Ադամին տրվեց մի նոր բան, որը եզակի է ամբողջ Տիեզերքի համար՝ Աստծո կենդանի շունչը (Ծննդոց 2:7):

Եվ հենց այս պահին, երբ Աստված Ադամին շնչեց նրա կյանքի շունչը (եբրայերեն՝ նեսամահ), երկուսն էլ՝ Արարիչը և նրա արարչությունը, անքակտելիորեն կապված էին միմյանց հետ: Հենց այս պահին միլիարդավոր հնարավոր ժամերից անդառնալիորեն ընտրվեց միայն մեկը, որով այսուհետ պետք է չափվեր բոլոր ապագա իրադարձությունների ընթացքը։

Հարաբերական ֆիզիկոսների ժարգոնում Ադամի հայտնվելու պահին Տիեզերքի այդ հատվածը, որը դարձավ մարդու բնակավայրը, սկսեց գործել նույն տարածա-ժամանակային հղման շրջանակում, ինչ իր Արարիչը: Այս կետից սկսած՝ Աստվածաշնչի ժամանակագրությունը և Երկրի վրա ժամանակի ընթացքը միավորվեցին՝ Աստծո և մարդու ընդհանուր տարածա-ժամանակային հարաբերությունն այսուհետ ամրագրվեց:

Այս նոր կապի արդյունքներն ակնհայտ են աստվածաշնչյան տեքստի առաջին հայացքից: Զուգահեռություն կա այն տարեթվերի միջև, որոնց Աստվածաշունչը վկայակոչում է Ադամի ստեղծումից հետո տեղի ունեցած իրադարձությունները, և նույն իրադարձությունների ժամանակագրության համապատասխան հնագիտական ​​գնահատականները: Աստվածաշնչի օրացույցի բրոնզե դարը և հնագիտության բրոնզե դարը համընկնում են: Ըստ Աստվածաշնչի՝ Հազորը ոչնչացվել է Հեսուի կողմից 3300 տարի առաջ; հնագիտությունը, ինչպես պարզվեց մանրամասն ուսումնասիրություններից հետո, այս իրադարձությունը թվագրում է նույն ժամանակաշրջանով: Աստվածաշնչի օրացույցի այն մասը, որը սկսվում է Ադամի ստեղծմամբ, մեր աչքերում միանգամայն տրամաբանական է թվում, և Մեռյալ ծովի ձեռագրերի հայտնաբերումն ապացուցում է, որ Աստվածաշունչը ճիշտ է նկարագրում իրադարձությունները հազարավոր տարիներ առաջ, մինչ ժամանակակից հնագիտական ​​գտածոները կհաստատեն դրանք: Եթե ​​մենք չգիտեինք հարաբերականության օրենքը և եթե փորձեինք Երկրի վրա Ադամից հետո տեղի ունեցած իրադարձությունները թվագրել Տիեզերքի մեկ այլ կետից, այժմ կզարմանայինք, թե ինչու է մեր ընկալմամբ անցյալ ժամանակը տարբերվում արձանագրվածից։ Երկրի վրա ժամացույցով:

Մեր Տիեզերքի գոյության առաջին վեց օրերի ընթացքում Հավերժական Ժամացույցը չափել է 144 ժամ: Այժմ մենք գիտենք, որ այս ժամանակահատվածը պարտադիր չէ, որ համընկնի Տիեզերքի մեկ այլ մասում չափված նույն ժամանակահատվածի հետ: Որպես այս Տիեզերքի բնակիչներ, մենք գնահատում ենք ժամանակի ընթացքը մեր տեղական հղման համակարգում տեղակայված ժամացույցների օգնությամբ. Նման ժամացույցները ներառում են ռադիոակտիվ թվագրում, երկրաբանական տվյալներ և ընդլայնվող Տիեզերքում արագությունների և հեռավորությունների չափումներ։ Հենց այս ժամացույցներով մարդկությունը ճանապարհորդում է ժամանակի և տարածության մեջ:

Երբ Աստվածաշունչը նկարագրում է, թե ինչպես է մեր տիեզերքը զարգանում օրեցօր Արարչագործմանը հաջորդող առաջին վեց օրերի ընթացքում, այն իրականում խոսում է յուրաքանչյուր 24 ժամ տեւողությամբ վեց օրվա մասին: Բայց այն հղման շրջանակը, որում հաշվարկվում էին այս օրերը, ներառում էր ողջ Տիեզերքը։ Արարչության այս առաջին շաբաթը ամենևին էլ հեքիաթ չէ, որը նախատեսված է երեխայի հետաքրքրասիրությունը բավարարելու համար, որպեսզի հետագայում նրան անտեսեն որպես անհարկի, մեծահասակների իմաստության գալուստով: Ընդհակառակը, այն պարունակում է իրադարձությունների ակնարկներ, որոնք մարդկությունը միայն հիմա է սկսում հասկանալ:

Աստվածաշնչի իմաստունները վաղուց զգուշացրել են, որ Արարչության առաջին վեց օրերի իրադարձությունների մեր ըմբռնումը չի համապատասխանի Ադամի հայտնվելուն հաջորդող ժամանակներում բնության մեր ըմբռնմանը: Նրանք դա հասկացան Տասը պատվիրաններում պարունակվող շաբաթօրյա հանգստի նկարագրությունից: Եթե ​​համեմատենք Ելից 20:11-ի տեքստը Զաքարիա 5:11 և 2 Սամուել 21:10 համարների տեքստի հետ, ապա կտեսնենք, որ երկու տեքստերն էլ օգտագործում են նույն բառը հանգստի համար, բայց տարբեր երանգներով: Այնտեղ բառի գործածության ձևից կարելի է եզրակացնել, որ Աստված իրականում չի «հանգստացել» առաջին շաբաթ օրը։ Ավելի շուտ, Արարիչը դադարեցրեց իր աշխատանքը՝ ուսումնասիրելու Տիեզերքը, որը ստեղծվել էր առաջին վեց օրվա ընթացքում: Այս ընդմիջման մեր ընկալումը, ըստ Մայմոնիդեսի, այն է, որ բոլոր ժամանակներում՝ սկսած այս առաջին շաբաթ օրվանից, բնության օրենքները, ներառյալ ժամանակի ընթացքը, կգործեն «նորմալ» ձևով: Ի հակադրություն, առաջին վեց օրերի ընթացքում տեղի ունեցած իրադարձությունների ընթացքը կարող էր անտրամաբանական թվալ, ասես տեղի է ունեցել բնության և ժամանակի օրենքների խախտում։ Ինչպես տեսնում ենք, իմաստունների այն կանխատեսումը, որ մենք կընկալենք վաղ Տիեզերքի աստվածաշնչյան և գիտական ​​պատկերները որպես միմյանց հակասող, իրականում իրականացավ:

Առաջին շաբաթ օրը նշվում է օրացույցի սկիզբը, որը սկսվում է Ադամի ստեղծմամբ: Եվ օրացույցի հենց այս հատվածն է համապատասխանում իրականության մեր տրամաբանական ընկալմանը: Ժամանակի հարաբերականության արտասովոր փաստի, Էյնշտեյնի հարաբերականության օրենքի շնորհիվ աստվածաշնչյան օրացույցը ճիշտ է այս վեց օրերին։ Ավելորդ է դարձել բրածո գտածոների հայտնաբերումը բացատրել նրանով, որ Արարիչը միտումնավոր դրել է դրանք այնտեղ, որտեղ դրանք գտնվել են՝ փորձելու մեր հավատքը Արարման գործողության նկատմամբ կամ բավարարելու մեր հետաքրքրասիրությունը: Ժայռերի, երկնաքարերի և բրածոների ռադիոակտիվ քայքայման արագությունը ճիշտ է արտացոլում ժամանակի ընթացքը, բայց ժամանակի այս ընթացքը և շարունակում է չափվել մեր երկրային հղման համակարգում տեղակայված ժամացույցներով: Այս ժամացույցների գրանցած ժամանակը եղել և շարունակում է մնալ միայն հարաբերականորեն, այսինքն՝ միայն տեղային առումով, ճիշտ։ Այլ տեղեկատու համակարգերում տեղակայված այլ ժամացույցներ Երկրի վրա տեղի ունեցող իրադարձությունները վերագրում են ժամանակի տարբեր, բայց ոչ պակաս ճիշտ պահերին: Եվ այդպես կլինի միշտ, քանի դեռ Տիեզերքը ենթարկվում է բնության օրենքներին:

ԳՐԱԿԱՆՈՒԹՅՈՒՆ

• 1. Ռաշի. «Ծննդոց գրքի մեկնաբանություն»։ 1։1։
• 2. Նախմանիդներ. «Թորայի մեկնաբանություններ». Ծննդոց 5։4.
• 3. «Հնագիտության և Հին Կտակարանի ուսումնասիրություններ»: Էդ. Թոմաս. (Thomas, ed., Archaeology and Old Testament Study):
• 4. Նյուտոն. «Բնափիլիսոփայության մաթեմատիկական սկզբունքները». (Նյուտոն, Բնական փիլիսոփայության մաթեմատիկական սկզբունքներ):
• 5. Էյնշտեյն. «Հարաբերականություն. հատուկ և ընդհանուր տեսություններ». (Էյնշտեյն, Հարաբերականություն. Հատուկ և ընդհանուր տեսություններ):
• 6. Կոեն. «Նոր ֆիզիկայի ծնունդը». (Քոհեն, Նոր ֆիզիկայի ծնունդը):
• 7. Pagels. «Կատարյալ համաչափություն». (Pagels, Perfect Symmetry):
• 8. Շենկլենդ. «Մայքելսոն-Մորլիի փորձ». (Շենկլենդ, «Մայքելսոն-Մորլիի փորձը», Ամերիկյան ֆիզիկայի ամսագիր, 32 (1964):16):
• 9. Հերման. «Քվանտային տեսության ծագումը» (1899-1913 թթ.). (Hermann, The Genesis of the Quantum Theory (1899-1913)):
• 10. Թեյլոր և Ուիլեր. «Տիեզերք-Ժամանակի ֆիզիկա». (Taylor and Wheeler, Spacetime Physics):
• 11. Հեյֆել և Քիթինգ, «Աշխարհի ատոմային ժամացույցներ. ռելյատիվիստական ​​ժամանակի հերթափոխի դիտարկումներ»: (Հաֆել և Քիթինգ, «Աշխարհի ատոմային ժամացույցներ. դիտարկված հարաբերական ժամանակի ձեռքբերումներ»: Գիտություն, 117 (1972): 168):
• 12. Վուսլի և Ֆիլիպս, «Supernova 1987A1»: (Woosley and Phillips, “Supernova 1987A!” Science, 240 (1988): 750):
• 13. Մայմոնիդներ. «Տատանվողի դաստիարակ», մաս 1, գլ. 67.

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը (STR) կամ հարաբերականության մասնակի տեսությունը Ալբերտ Էյնշտեյնի տեսությունն է, որը հրապարակվել է 1905 թվականին «Շարժվող մարմինների էլեկտրոդինամիկայի մասին» աշխատությունում (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge): 17. Seite 891-921 Juni 1905).

Այն բացատրում էր տարբեր իներցիոն հղման համակարգերի միջև շարժումը կամ հաստատուն արագությամբ միմյանց նկատմամբ շարժվող մարմինների շարժումը։ Այս դեպքում օբյեկտներից ոչ մեկը չպետք է ընդունվի որպես հղման համակարգ, այլ դրանք պետք է դիտարկվեն միմյանց նկատմամբ հարաբերական: SRT-ն ապահովում է միայն 1 դեպք, երբ 2 մարմին չեն փոխում շարժման ուղղությունը և շարժվում են միատեսակ։

SRT-ի օրենքները դադարում են գործել, երբ մարմիններից մեկը փոխում է իր հետագիծը կամ մեծացնում է իր արագությունը: Այստեղ տեղի է ունենում հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը (GTR), որը տալիս է առարկաների շարժման ընդհանուր մեկնաբանություն։

Երկու պոստուլատ, որոնց վրա հիմնված է հարաբերականության տեսությունը.

1. Հարաբերականության սկզբունքը- Ըստ նրա՝ գործող բոլոր ռեֆերենս համակարգերում, որոնք միմյանց նկատմամբ շարժվում են մշտական ​​արագությամբ և ուղղություն չեն փոխում, գործում են նույն օրենքները։
2. Լույսի արագության սկզբունքը-Լույսի արագությունը բոլոր դիտորդների համար նույնն է և կախված չէ նրանց շարժման արագությունից։ Սա ամենաբարձր արագությունն է, և բնության մեջ ոչինչ ավելի մեծ արագություն չունի: Լույսի արագությունը 3*10^8 մ/վ է։

Ալբերտ Էյնշտեյնը որպես հիմք օգտագործել է ոչ թե տեսական, այլ փորձարարական տվյալներ։ Սա նրա հաջողության բաղադրիչներից մեկն էր։ Նոր տեսության ստեղծման համար հիմք են ծառայել նոր փորձարարական տվյալները։

19-րդ դարի կեսերից ֆիզիկոսները փնտրում էին նոր խորհրդավոր միջավայր, որը կոչվում է եթեր: Համարվում էր, որ եթերը կարող է անցնել բոլոր առարկաների միջով, բայց չի մասնակցում դրանց շարժմանը։ Եթերի մասին հավատալիքների համաձայն՝ եթերի նկատմամբ դիտողի արագությունը փոխելով, փոխվում է նաև լույսի արագությունը։

Էյնշտեյնը, վստահելով փորձերին, մերժեց նոր եթերային միջավայրի հայեցակարգը և ենթադրեց, որ լույսի արագությունը միշտ հաստատուն է և կախված չէ որևէ հանգամանքից, օրինակ՝ մարդու արագությունից:

Ժամանակային միջակայքերը, հեռավորությունները և դրանց միատեսակությունը

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը կապում է ժամանակը և տարածությունը: Նյութական Տիեզերքում տարածության մեջ հայտնի է երեքը՝ աջ և ձախ, առաջ և հետ, վեր և վար: Եթե ​​դրանց ավելացնենք մեկ այլ հարթություն, որը կոչվում է ժամանակ, դա կկազմի տարածություն-ժամանակային շարունակականության հիմքը:

Եթե ​​դուք դանդաղ արագությամբ եք շարժվում, ձեր դիտարկումները չեն համընկնի մարդկանց հետ, ովքեր ավելի արագ են շարժվում։

Հետագա փորձերը հաստատեցին, որ տարածությունը, ինչպես ժամանակը, չի կարող ընկալվել նույն կերպ. մեր ընկալումը կախված է առարկաների շարժման արագությունից։

Էներգիայի կապը զանգվածի հետ

Էյնշտեյնը ստեղծեց մի բանաձև, որը միավորում էր էներգիան զանգվածի հետ: Այս բանաձևը լայնորեն կիրառվում է ֆիզիկայում, և այն ծանոթ է յուրաքանչյուր ուսանողի. E=m*c², որտեղ Էլեկտրոնային էներգիա; մ - մարմնի զանգված, գ - արագությունլույսի տարածում.

Մարմնի զանգվածը մեծանում է լույսի արագության աճին համամասնորեն։ Եթե ​​հասնում եք լույսի արագությանը, մարմնի զանգվածը և էներգիան դառնում են անչափ:

Օբյեկտի զանգվածը մեծացնելով՝ ավելի դժվար է դառնում հասնել նրա արագության բարձրացմանը, այսինքն՝ անսահման հսկայական նյութական զանգված ունեցող մարմնի համար անսահման էներգիա է պահանջվում։ Բայց իրականում դրան հնարավոր չէ հասնել։

Էյնշտեյնի տեսությունը միավորեց երկու առանձին դրույթներ՝ զանգվածի դիրքը և էներգիայի դիրքը մեկ ընդհանուր օրենքի մեջ։ Սա հնարավորություն տվեց էներգիան վերածել նյութական զանգվածի և հակառակը։

Պետք է փոփոխվի լույսի արագությանը մոտ գտնվող մարմինների արագությամբ: Բացի այդ, մարմնի իմպուլսի և կինետիկ էներգիայի արտահայտությունն ավելի բարդ կախվածություն ունի արագությունից, քան ոչ հարաբերական դեպքում:

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը ստացել է բազմաթիվ փորձարարական հաստատումներ և իր կիրառելիության ոլորտում ճիշտ տեսություն է (տես SRT-ի փորձարարական հիմունքներ)։ Ըստ Լ. Փեյջի տեղին դիտողության՝ «էլեկտրականության մեր դարաշրջանում յուրաքանչյուր գեներատորի և յուրաքանչյուր էլեկտրական շարժիչի պտտվող խարիսխը անխոնջորեն հռչակում է հարաբերականության տեսության վավերականությունը, պարզապես պետք է կարողանալ լսել»։

Հարաբերականության հատուկ տեսության հիմնարար բնույթը դրա հիման վրա կառուցված ֆիզիկական տեսությունների համար այժմ հանգեցրել է նրան, որ «հարաբերականության հատուկ տեսություն» տերմինն ինքնին գործնականում չի օգտագործվում ժամանակակից գիտական ​​հոդվածներում, նրանք սովորաբար խոսում են միայն հարաբերականության անփոփոխության մասին։ առանձին տեսություն.

SRT-ի հիմնական հասկացությունները և պոստուլատները

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը, ինչպես ցանկացած այլ ֆիզիկական տեսություն, կարող է ձևակերպվել հիմնական հասկացությունների և պոստուլատների (աքսիոմների) հիման վրա՝ գումարած դրա ֆիզիկական օբյեկտներին համապատասխանության կանոնները։

Հիմնական հասկացություններ

Ժամանակի համաժամացում

STR-ը ենթադրում է տվյալ իներցիոն հղման համակարգում միասնական ժամանակի որոշման հնարավորությունը: Դա անելու համար ներդրվում է ISO-ի տարբեր կետերում տեղակայված երկու ժամացույցների համաժամացման ընթացակարգ: Թող ազդանշան (պարտադիր չէ, որ լույս) ուղարկվի առաջին ժամացույցից ժամանակի մի պահից մինչև երկրորդ ժամացույցը հաստատուն արագությամբ: Երկրորդ ժամացույցին հասնելուց անմիջապես հետո (ըստ ժամանակի ցուցումների) ազդանշանը հետ է ուղարկվում նույն հաստատուն արագությամբ և ժամանակին հասնում է առաջին ժամացույցին: Ժամացույցները համարվում են համաժամանակացված, եթե հարաբերությունը բավարարված է:

Ենթադրվում է, որ տվյալ իներցիոն հղման համակարգում նման ընթացակարգ կարող է իրականացվել ցանկացած ժամացույցի համար, որոնք անշարժ են միմյանց նկատմամբ, ուստի անցումային հատկությունը վավեր է. եթե ժամացույցները Ասինխրոնիզացված ժամացույցի հետ Բև ժամացույցը Բսինխրոնիզացված ժամացույցի հետ Գ, ապա ժամացույցը ԱԵվ Գնույնպես կհամաժամեցվի:

Չափման միավորների համակարգում

Դա անելու համար անհրաժեշտ է դիտարկել երեք իներցիոն համակարգեր S1, S2 և S3: Թող S2 համակարգի արագությունը S1 համակարգի նկատմամբ հավասար լինի , S3 համակարգի արագությունը S2-ի նկատմամբ հավասար լինի , իսկ S1-ի նկատմամբ համապատասխանաբար . Գրելով փոխակերպումների (S2, S1), (S3, S2) և (S3, S1) հաջորդականությունը՝ կարող ենք ստանալ հետևյալ հավասարությունը.

Ապացույց

Փոխակերպումները (S2, S1) (S3, S2) ունեն ձև.

որտեղ և այլն: Առաջին համակարգից երկրորդին փոխարինելը տալիս է.

Երկրորդ հավասարությունը S3 և S1 համակարգերի միջև փոխակերպումների ռեկորդ է: Եթե ​​համակարգի առաջին հավասարման և երկրորդի գործակիցները հավասարեցնենք, ապա.

Մեկ հավասարումը մյուսի վրա բաժանելով՝ հեշտ է ստանալ ցանկալի հարաբերությունը։

Քանի որ հղման համակարգերի հարաբերական արագությունները կամայական և անկախ մեծություններ են, այդ հավասարությունը կբավարարվի միայն այն դեպքում, երբ հարաբերակցությունը հավասար է ինչ-որ հաստատունի, ընդհանուր բոլոր իներցիոն հղման համակարգերի համար, և, հետևաբար, .

ISO-ների միջև հակադարձ փոխակերպման առկայությունը, որն ուղղակիից տարբերվում է միայն հարաբերական արագության նշանը փոխելով, թույլ է տալիս գտնել ֆունկցիան:

Ապացույց

Լույսի արագության հաստատունության պոստուլատ

Պատմականորեն SRT-ի կառուցման մեջ կարևոր դեր է խաղացել Էյնշտեյնի երկրորդ պոստուլատը, որն ասում է, որ լույսի արագությունը կախված չէ աղբյուրի արագությունից և նույնն է բոլոր իներցիոն տեղեկատու համակարգերում։ Հենց այս պոստուլատի և հարաբերականության սկզբունքի օգնությամբ 1905 թվականին Ալբերտ Էյնշտեյնը ստացավ Լորենցի փոխակերպումը հիմնարար հաստատունով, որը նշանակում է լույսի արագություն։ Վերևում նկարագրված STR-ի աքսիոմատիկ կառուցման տեսանկյունից, Էյնշտեյնի երկրորդ պոստուլատը պարզվում է, որ տեսության թեորեմ է և ուղղակիորեն բխում է Լորենցի փոխակերպումներից (տե՛ս արագությունների հարաբերական հավելումը): Այնուամենայնիվ, իր պատմական կարևորության պատճառով Լորենցի փոխակերպումների այս ածանցյալը լայնորեն կիրառվում է կրթական գրականության մեջ։

Հարկ է նշել, որ լուսային ազդանշաններ, ընդհանուր առմամբ, չեն պահանջվում SRT-ն հիմնավորելիս: Թեև Մաքսվելի հավասարումների անփոփոխությունը Գալիլեյան փոխակերպումների նկատմամբ հանգեցրեց STR-ի կառուցմանը, վերջինս ավելի ընդհանուր բնույթ ունի և կիրառելի է բոլոր տեսակի փոխազդեցությունների և ֆիզիկական գործընթացների համար։ Հիմնարար հաստատունը, որն ի հայտ է գալիս Լորենցի ձևափոխություններում, ունի նյութական մարմինների շարժման առավելագույն արագության նշանակություն։ Թվային առումով այն համընկնում է լույսի արագության հետ, սակայն այս փաստը կապված է էլեկտրամագնիսական դաշտերի զանգվածային չլինելու հետ։ Նույնիսկ եթե ֆոտոնը ունենար ոչ զրոյական զանգված, Լորենցի փոխակերպումները չէին փոխվի։ Ուստի իմաստ ունի տարբերակել հիմնական արագությունը լույսի արագությունից: Առաջին հաստատունը արտացոլում է տարածության և ժամանակի ընդհանուր հատկությունները, մինչդեռ երկրորդը կապված է որոշակի փոխազդեցության հատկությունների հետ: Հիմնարար արագությունը չափելու համար էլեկտրադինամիկական փորձեր կատարելու կարիք չկա։ Բավական է, օրինակ, օգտագործելով արագություններ ավելացնելու հարաբերականական կանոնը, որը հիմնված է որոշ օբյեկտի արագության արժեքների վրա, երկու ISO-ների նկատմամբ, ստանալ հիմնական արագության արժեքը:

Հարաբերականության տեսության հետևողականությունը

Հարաբերականության տեսությունը տրամաբանորեն համահունչ տեսություն է։ Սա նշանակում է, որ դրա սկզբնական դրույթներից անհնար է տրամաբանորեն եզրակացնել որոշակի պնդում՝ դրա ժխտման հետ միաժամանակ։ Հետևաբար, շատ, այսպես կոչված, պարադոքսներ (ինչպես երկվորյակ պարադոքսը) ակնհայտ են: Դրանք առաջանում են տեսության ոչ ճիշտ կիրառման արդյունքում որոշակի խնդիրների, այլ ոչ թե STR-ի տրամաբանական անհամապատասխանության պատճառով։

Հարաբերականության տեսության վավերականությունը, ինչպես ցանկացած այլ ֆիզիկական տեսություն, ի վերջո փորձարկվում է էմպիրիկ կերպով: Բացի այդ, STR-ի տրամաբանական հետևողականությունը կարելի է ապացուցել աքսիոմատիկորեն: Օրինակ, խմբային մոտեցման շրջանակներում ցույց է տրված, որ Լորենցի փոխակերպումները կարելի է ձեռք բերել դասական մեխանիկայի աքսիոմների ենթաբազմության հիման վրա։ Այս փաստը նվազեցնում է SRT-ի հետևողականության ապացույցը դասական մեխանիկայի հետևողականության ապացույցի: Իսկապես, եթե աքսիոմների ավելի լայն համակարգի հետևանքները համահունչ են, ապա դրանք էլ ավելի հետևողական կլինեն աքսիոմների միայն մի մասի օգտագործման դեպքում: Տրամաբանական տեսանկյունից հակասություններ կարող են առաջանալ, երբ գոյություն ունեցող աքսիոմներին ավելացվի նոր աքսիոմ, որը չի համընկնում սկզբնականների հետ։ Վերևում նկարագրված STR-ի աքսիոմատիկ կառուցման մեջ դա տեղի չի ունենում, հետևաբար SRT-ն հետևողական տեսություն է:

Երկրաչափական մոտեցում

Հարաբերականության հատուկ տեսության կառուցման այլ մոտեցումներ հնարավոր են։ Հետևելով Մինկովսկու և Պուանկարեի նախկին աշխատանքին՝ կարելի է ենթադրել 4 կոորդինատներով մեկ մետրիկ քառաչափ տարածաժամանակի գոյությունը։ Հարթ տարածության ամենապարզ դեպքում երկու անսահման մոտ կետերի միջև հեռավորությունը որոշող մետրիկը կարող է լինել էվկլիդյան կամ կեղծ-էվկլիդյան (տես ստորև)։ Վերջին դեպքը համապատասխանում է հարաբերականության հատուկ տեսությանը։ Այս դեպքում Լորենցի փոխակերպումները պտույտներ են այնպիսի տարածության մեջ, որոնք երկու կետերի միջև հեռավորությունը թողնում են անփոփոխ։

Հնարավոր է ևս մեկ մոտեցում, որում դրված է արագության տարածության երկրաչափական կառուցվածքը։ Նման տարածության յուրաքանչյուր կետ համապատասխանում է ինչ-որ իներցիոն հղման համակարգին, իսկ երկու կետերի միջև հեռավորությունը համապատասխանում է ISO-ների միջև հարաբերական արագության մոդուլին: Հարաբերականության սկզբունքի համաձայն՝ նման տարածության բոլոր կետերը պետք է հավասար լինեն, և, հետևաբար, արագության տարածությունը միատարր է և իզոտրոպ։ Եթե ​​նրա հատկությունները տրված են Ռիմանյան երկրաչափությամբ, ապա կա երեք և միայն երեք հնարավորություն՝ հարթ տարածություն, հաստատուն դրական և բացասական կորության տարածություն։ Առաջին դեպքը համապատասխանում է արագությունների գումարման դասական կանոնին։ Մշտական ​​բացասական կորության տարածությունը (Լոբաչևսկու տարածություն) համապատասխանում է արագությունների գումարման հարաբերականության կանոնին և հարաբերականության հատուկ տեսությանը։

Տարբեր նշումներ Լորենցի փոխակերպման համար

Թող երկու իներցիոն հղման համակարգերի կոորդինատային առանցքները լինեն միմյանց զուգահեռ, (t, x,y, z) - S համակարգի նկատմամբ դիտարկվող որոշ իրադարձության ժամանակը և կոորդինատները, և (t",x": ,y",z") - ժամանակը և կոորդինատները նույնըիրադարձություններ՝ կապված S համակարգի հետ։ Եթե S» համակարգը շարժվում է միատեսակ և ուղղագիծ՝ S-ի նկատմամբ v արագությամբ, ապա Լորենցի փոխակերպումները վավեր են.

որտեղ է լույսի արագությունը. Լույսի արագությունից շատ ավելի փոքր արագությամբ (), Լորենցի փոխակերպումները վերածվում են Գալիլեյան փոխակերպումների.

Սահմանի նման անցումը համապատասխանության սկզբունքի արտացոլումն է, ըստ որի ավելի ընդհանուր տեսությունը (STR) ունի որպես սահմանափակող դեպք ավելի քիչ ընդհանուր տեսություն (այս դեպքում՝ դասական մեխանիկա):

Լորենցի փոխակերպումները կարող են գրվել վեկտորային ձևով, երբ հղման շրջանակների արագությունն ուղղված է կամայական ուղղությամբ (պարտադիր չէ, որ առանցքի երկայնքով).

որտեղ է Լորենցի գործոնը, և իրադարձության շառավղային վեկտորներն են S և S համակարգերի նկատմամբ»:

Լորենցի փոխակերպումների հետևանքները

Արագության ավելացում

Լորենցի փոխակերպումների անմիջական հետևանքը արագությունների գումարման հարաբերական կանոնն է։ Եթե ​​ինչ-որ օբյեկտ ունի արագության բաղադրամասեր՝ համեմատած S համակարգի և - հարաբերական S համակարգի, ապա դրանց միջև գոյություն ունի հետևյալ հարաբերությունը.

Այս հարաբերություններում հղման շրջանակների շարժման հարաբերական արագությունը v ուղղված է x առանցքի երկայնքով։ Արագությունների հարաբերական հավելումը, ինչպես Լորենցի փոխակերպումը, ցածր արագություններում () վերածվում է արագությունների գումարման դասական օրենքի։

Եթե ​​օբյեկտը շարժվում է լույսի արագությամբ x առանցքի երկայնքով՝ համեմատելով S համակարգի, ապա այն կունենա նույն արագությունը S-ի նկատմամբ»: Սա նշանակում է, որ արագությունը անփոփոխ է (նույնը) բոլոր ISO-ներում:

Ժամանակի լայնացում

Եթե ​​ժամացույցը համակարգում անշարժ է, ապա երկու հաջորդական իրադարձությունների համար: Նման ժամացույցները շարժվում են համակարգի համեմատ օրենքի համաձայն, ուստի ժամանակային ընդմիջումները կապված են հետևյալ կերպ.

Կարևոր է հասկանալ, որ այս բանաձևում չափվում է ժամանակի միջակայքը միայնակշարժվող ժամացույց. Այն համեմատվում է ընթերցումների հետ մի քանիսըտարբեր, համաժամանակյա գործող ժամացույցներ, որոնք տեղակայված են համակարգում, որոնց կողքով շարժվում է ժամացույցը: Այս համեմատության արդյունքում պարզվում է, որ շարժվող ժամացույցներն ավելի դանդաղ են ընթանում, քան անշարժ ժամացույցները։ Այս էֆեկտի հետ կապված է այսպես կոչված երկվորյակ պարադոքսը:

Եթե ​​ժամացույցը շարժվում է փոփոխական արագությամբ՝ համեմատած իներցիոն հղման շրջանակի հետ, ապա այս ժամացույցով չափվող ժամանակը (այսպես կոչված՝ պատշաճ ժամանակը) կախված չէ արագացումից և կարող է հաշվարկվել հետևյալ բանաձևով.

որտեղ, օգտագործելով ինտեգրումը, ամփոփվում են ժամանակային ընդմիջումները տեղական իներցիոն հղման համակարգերում (այսպես կոչված՝ ակնթարթորեն ուղեկցող ISO):

Միաժամանակության հարաբերականությունը

Եթե ​​երկու տարածականորեն բաժանված իրադարձություններ (օրինակ՝ լույսի բռնկումները) տեղի են ունենում միաժամանակ շարժվող հղման շրջանակում, ապա դրանք կլինեն ոչ միաժամանակ՝ համեմատած «ստացիոնար» շրջանակի հետ։ Երբ Լորենցի փոխակերպումներից բխում է

Եթե ​​, ապա եւ . Սա նշանակում է, որ անշարժ դիտորդի տեսանկյունից ձախ իրադարձությունը տեղի է ունենում աջից առաջ: Միաժամանակության հարաբերականությունը անհնարին է դարձնում ժամացույցների համաժամացումը տարբեր իներցիալ հղման շրջանակներում ամբողջ տարածության մեջ:

Համակարգի տեսակետից Ս

S համակարգի տեսակետից»

Թող x առանցքի երկայնքով երկու հղման համակարգերում լինեն ժամացույցներ, որոնք սինխրոնացված են յուրաքանչյուր համակարգում, և այն պահին, երբ «կենտրոնական» ժամացույցները համընկնում են (ներքևում գտնվող նկարում), նրանք ցույց են տալիս նույն ժամանակը:

Ձախ նկարը ցույց է տալիս, թե ինչպես է այս իրավիճակը դիտողի տեսանկյունից S կադրում: Շարժվող շրջանակի ժամացույցները ցույց են տալիս տարբեր ժամանակներ: Ճանապարհորդության ուղղությամբ տեղակայված ժամացույցները ետևում են, իսկ շարժման ուղղությամբ տեղակայված ժամացույցները առաջ են «կենտրոնական» ժամացույցից: Իրավիճակը նման է S-ում դիտորդների համար» (աջ նկար):

Գծային չափերի կրճատում

Եթե ​​շարժվող օբյեկտի երկարությունը (ձևը) որոշվում է դրա մակերևույթի կոորդինատները միաժամանակ ամրագրելով, ապա Լորենցի փոխակերպումներից հետևում է, որ նման մարմնի գծային չափերը՝ կապված «անշարժ» հղման համակարգի հետ, կրճատվում են.

,

որտեղ է երկարությունը շարժման ուղղության երկայնքով՝ համեմատած անշարժ հղման շրջանակի հետ, և երկարությունն է շարժվող հղման շրջանակում՝ կապված մարմնի հետ (այսպես կոչված, մարմնի պատշաճ երկարություն): Միևնույն ժամանակ մարմնի երկայնական չափերը (այսինքն՝ չափված շարժման ուղղությամբ) կրճատվում են։ Լայնակի չափերը չեն փոխվում։

Այս չափի կրճատումը կոչվում է նաև Լորենցի կծկում: Շարժվող մարմինները տեսողականորեն դիտարկելիս, բացի Լորենցի կծկումից, անհրաժեշտ է հաշվի առնել մարմնի մակերեւույթից լուսային ազդանշանի տարածման ժամանակը։ Արդյունքում արագ շարժվող մարմինը հայտնվում է պտտված, բայց ոչ սեղմված շարժման ուղղությամբ:

Դոպլերի էֆեկտ

Թող աղբյուրը, որը շարժվում է v արագությամբ, թողարկում է պարբերական ազդանշան հաճախականությամբ: Այս հաճախականությունը չափվում է աղբյուրի հետ կապված դիտորդի կողմից (այսպես կոչված՝ բնական հաճախականություն)։ Եթե ​​նույն ազդանշանը գրանցվում է «ստացիոնար» դիտորդի կողմից, ապա դրա հաճախականությունը կտարբերվի բնական հաճախականությունից.

որտեղ է անկյունը դեպի աղբյուրի ուղղության և դրա արագության միջև:

Կան երկայնական և լայնակի դոպլեր ազդեցություններ: Առաջին դեպքում, այսինքն, աղբյուրը և ստացողը գտնվում են նույն ուղիղ գծի վրա: Եթե ​​աղբյուրը հեռանում է ստացողից, ապա դրա հաճախականությունը նվազում է (կարմիր տեղաշարժ), իսկ եթե մոտենում է, ապա դրա հաճախականությունը մեծանում է (կապույտ տեղաշարժ).

Լայնակի ազդեցությունը տեղի է ունենում, երբ, այսինքն՝ դեպի աղբյուրի ուղղությունը ուղղահայաց է նրա արագությանը (օրինակ՝ աղբյուրը «թռչում է» ստացողի վրայով): Այս դեպքում ժամանակի լայնացման ազդեցությունը ուղղակիորեն դրսևորվում է.

Դասական ֆիզիկայում լայնակի էֆեկտի անալոգը չկա, և սա զուտ հարաբերական էֆեկտ է։ Ի հակադրություն, երկայնական Դոպլերի էֆեկտը պայմանավորված է ինչպես դասական բաղադրիչով, այնպես էլ հարաբերական ժամանակի լայնացման էֆեկտով:

Շեղում

գործում է նաև հարաբերականության տեսության մեջ։ Սակայն ժամանակային ածանցյալը վերցված է հարաբերական ազդակից, այլ ոչ դասականից։ Սա հանգեցնում է նրան, որ ուժի և արագացման միջև կապը զգալիորեն տարբերվում է դասականից.

Առաջին տերմինը պարունակում է «հարաբերական զանգվածը», որը հավասար է ուժի և արագացման հարաբերակցությանը, եթե ուժը գործում է արագությանը ուղղահայաց: Հարաբերականության տեսության վաղ աշխատություններում այն ​​կոչվում էր «լայնակի զանգված»: Հենց նրա «աճն» է նկատվում մագնիսական դաշտի միջոցով էլեկտրոնների շեղման փորձերի ժամանակ։ Երկրորդ տերմինը պարունակում է «երկայնական զանգված», որը հավասար է ուժի և արագացման հարաբերակցությանը, եթե ուժը գործում է արագությանը զուգահեռ.

Ինչպես նշվեց վերևում, այս հասկացությունները հնացած են և կապված են Նյուտոնի շարժման դասական հավասարումը պահպանելու փորձի հետ:

Էներգիայի փոփոխության արագությունը հավասար է ուժի սկալյար արտադրյալին և մարմնի արագությանը.

Սա հանգեցնում է նրան, որ, ինչպես դասական մեխանիկայում, մասնիկի արագությանը ուղղահայաց ուժի բաղադրիչը չի փոխում իր էներգիան (օրինակ՝ Լորենցի ուժի մագնիսական բաղադրիչը)։

Էներգիայի և իմպուլսի փոխարկումներ

Ժամանակի և կոորդինատների համար Լորենցի փոխակերպումների նման, հարաբերական էներգիան և իմպուլսը, որոնք չափվում են տարբեր իներցիոն հղման համակարգերի համեմատ, նույնպես կապված են որոշակի հարաբերություններով.

որտեղ իմպուլսի վեկտորի բաղադրիչները հավասար են . S, S» իներցիոն հղման համակարգերի հարաբերական արագությունը և կողմնորոշումը որոշվում են այնպես, ինչպես Լորենցի ձևափոխություններում։

Կովարիանտային ձևակերպում

Քառաչափ տարածություն-ժամանակ

Լորենցի փոխակերպումները թողնում են հետևյալ մեծությունը անփոփոխ (անփոփոխ), որը կոչվում է ինտերվալ.

որտեղ և այլն երկու իրադարձությունների ժամանակների և կոորդինատների տարբերություններն են: Եթե ​​, ապա ասում են, որ իրադարձությունները բաժանված են ժամանակի նման ընդմիջումով. եթե , ապա տիեզերական: Վերջապես, եթե , ապա այդպիսի միջակայքերը կոչվում են լուսանման։ Լույսի նմանվող միջակայքը համապատասխանում է լույսի արագությամբ շարժվող ազդանշանի հետ կապված իրադարձություններին: Ինտերվալի անփոփոխությունը նշանակում է, որ այն ունի նույն արժեքը երկու իներցիոն հղման շրջանակների նկատմամբ.

Իր ձևով ինտերվալը նման է էվկլիդյան տարածության հեռավորությանը: Այնուամենայնիվ, այն ունի իրադարձության տարածական և ժամանակային բաղադրիչների այլ նշան, ուստի ասում են, որ միջակայքը սահմանում է հեռավորությունը կեղծ-էվկլիդեսյան քառաչափ տարածություն-ժամանակում: Այն նաև կոչվում է Մինկովսկու տարածության ժամանակ։ Նման տարածության մեջ պտույտների դեր են խաղում Լորենցի փոխակերպումները։ Հիմքի պտույտները քառաչափ տարածություն-ժամանակում, խառնելով 4-վեկտորների ժամանակի և տարածական կոորդինատները, նման են շարժվող հղման շրջանակի անցման և նման են սովորական եռաչափ տարածության պտույտներին: Այս դեպքում, որոշակի իրադարձությունների միջև քառաչափ ինտերվալների կանխատեսումները հղման համակարգի ժամանակային և տարածական առանցքների վրա, բնականաբար, փոխվում են, ինչը հանգեցնում է ժամանակի և տարածական ինտերվալների փոփոխությունների հարաբերական ազդեցությունների: STR-ի պոստուլատներով սահմանված այս տարածության անփոփոխ կառուցվածքն է, որը չի փոխվում մի իներցիոն հղման համակարգից մյուսը տեղափոխելիս: Օգտագործելով միայն երկու տարածական կոորդինատներ (x, y), քառաչափ տարածությունը կարող է ներկայացվել կոորդինատներով (t, x, y): Իրադարձությունները, որոնք կապված են սկզբնավորման իրադարձության հետ (t=0, x=y=0) լուսային ազդանշանով (լույսի նմանվող միջակայքը) ընկած են այսպես կոչված լուսային կոնի վրա (տե՛ս նկարը աջ կողմում):

Մետրիկ տենզոր

Երկու անսահման մոտ իրադարձությունների միջև հեռավորությունը կարելի է գրել՝ օգտագործելով մետրիկական տենզորը թենզորի տեսքով.

որտեղ , և կրկնվող ինդեքսների վրա ենթադրում է 0-ից 3-ի գումարում: Դեկարտյան կոորդինատներով իներցիոն հղման համակարգերում մետրային տենզորն ունի հետևյալ ձևը.

Համառոտ, այս անկյունագծային մատրիցը նշվում է հետևյալ կերպ.

Ոչ դեկարտյան կոորդինատային համակարգի ընտրությունը (օրինակ՝ անցում գնդաձև կոորդինատներին) կամ ոչ իներցիոն հղման համակարգերի դիտարկումը հանգեցնում է մետրային տենզորի բաղադրիչների արժեքների փոփոխության, բայց դրա ստորագրությունը մնում է անփոփոխ: Հարաբերականության հատուկ տեսության շրջանակներում միշտ տեղի է ունենում կոորդինատների և ժամանակի գլոբալ փոխակերպում, որը մետրական թենզորը դարձնում է բաղադրիչների հետ անկյունագծային։ Այս ֆիզիկական իրավիճակը համապատասխանում է դեկարտյան կոորդինատներով իներցիոն հղման համակարգի անցմանը: Այլ կերպ ասած, հարաբերականության հատուկ տեսության քառաչափ տարածություն-ժամանակը հարթ է (կեղծ-էվկլիդյան): Ի հակադրություն, հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը (GTR) դիտարկում է կոր տարածություններ, որոնցում մետրային տենզորը չի կարող ամբողջ տարածության մեջ որևէ կոորդինատային փոխակերպմամբ բերվել կեղծ-էվկլիդյան ձևի, բայց տենզորի ստորագրությունը մնում է նույնը:

4-վեկտոր

SRT հարաբերությունները կարող են գրվել տենզորի տեսքով՝ ներկայացնելով չորս բաղադրիչ ունեցող վեկտոր (բաղադրիչի վերևում գտնվող թիվը կամ ինդեքսը նրա թիվն է, ոչ թե աստիճանը): 4 վեկտորի զրոյական բաղադրիչը կոչվում է ժամանակային, իսկ 1,2,3 ինդեքսներով բաղադրիչները՝ տարածական։ Դրանք համապատասխանում են սովորական եռաչափ վեկտորի բաղադրիչներին, ուստի 4-վեկտորը նույնպես նշվում է հետևյալ կերպ.

4-վեկտորի բաղադրիչները, որոնք չափվում են հարաբերական արագությամբ շարժվող երկու իներցիոն շրջանակների նկատմամբ, միմյանց հետ կապված են հետևյալ կերպ.

4-վեկտորների օրինակներն են՝ իրադարձությունը բնութագրող կեղծ-էվկլիդյան տարածություն-ժամանակի կետ և էներգիա-իմպուլս.

.

Օգտագործելով մետրային տենզորը, կարող եք ներկայացնել այսպես կոչված կովեկտորներ, որոնք նշվում են նույն տառով, բայց ենթագրով.

Ստորագրությամբ անկյունագծային մետրային թենզորի համար կովեկտորը տարբերվում է 4-վեկտորից տարածական բաղադրիչների դիմացի նշանով: Այսպիսով, եթե, ապա. Վեկտորի և կովեկտորի ոլորումը ինվարիանտ է և ունի նույն նշանակությունը բոլոր իներցիոն հղման համակարգերում.

Օրինակ, էներգիա-իմպուլսի ոլորումը (քառակուսի - 4-վեկտոր) համամասնական է մասնիկների զանգվածի քառակուսուն.

.

SRT-ի փորձարարական հիմքերը

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը բոլոր ժամանակակից ֆիզիկայի հիմքում ընկած է: Հետևաբար, չկա առանձին փորձ, որը «ապացուցի» STR: Բարձր էներգիայի ֆիզիկայի, միջուկային ֆիզիկայի, սպեկտրոսկոպիայի, աստղաֆիզիկայի, էլեկտրադինամիկայի և ֆիզիկայի այլ ոլորտների փորձարարական տվյալների ամբողջությունը համահունչ է հարաբերականության տեսությանը փորձարարական ճշգրտության սահմաններում: Օրինակ, քվանտային էլեկտրադինամիկայի մեջ (հարաբերականության հատուկ տեսության, քվանտային տեսության և Մաքսվելի հավասարումների համակցություն) էլեկտրոնի անոմալ մագնիսական պահի արժեքը համընկնում է տեսական կանխատեսման հետ հարաբերական ճշգրտությամբ։

Իրականում SRT-ն ինժեներական գիտություն է: Դրա բանաձևերը օգտագործվում են մասնիկների արագացուցիչների հաշվարկում։ Էլեկտրամագնիսական դաշտերում հարաբերական արագությամբ շարժվող մասնիկների բախումների վերաբերյալ հսկայական քանակությամբ տվյալների մշակումը հիմնված է հարաբերական դինամիկայի օրենքների վրա, որոնցից շեղումները չեն հայտնաբերվել: SRT-ից և GTR-ից ստացված ուղղումները օգտագործվում են արբանյակային նավիգացիոն համակարգերում (GPS): SRT-ն միջուկային էներգիայի հիմքն է և այլն։

Այս ամենը չի նշանակում, որ SRT-ն կիրառելիության սահմաններ չունի: Ընդհակառակը, ինչպես ցանկացած այլ տեսության մեջ, նրանք գոյություն ունեն, և դրանց նույնականացումը փորձարարական ֆիզիկայի կարևոր խնդիրն է։ Օրինակ, Էյնշտեյնի ձգողության տեսությունը (GTR) դիտարկում է STR-ի կեղծ-էվկլիդյան տարածության ընդհանրացումը կորություն ունեցող տարածություն-ժամանակի դեպքին, ինչը թույլ է տալիս բացատրել աստղաֆիզիկական և տիեզերական դիտելի տվյալների մեծ մասը: Փորձեր կան հայտնաբերելու տարածության անիզոտրոպիան և այլ էֆեկտներ, որոնք կարող են փոխել STR հարաբերությունները։ Այնուամենայնիվ, պետք է հասկանալ, որ եթե դրանք հայտնաբերվեն, դրանք կհանգեցնեն ավելի ընդհանուր տեսությունների, որոնց սահմանափակող դեպքը կրկին կլինի STR-ը։ Նույն կերպ ցածր արագությունների դեպքում ճիշտ է մնում դասական մեխանիկան, որը հարաբերականության տեսության հատուկ դեպք է։ Ընդհանրապես, համապատասխանության սկզբունքի պատճառով, բազմաթիվ փորձարարական հաստատումներ ստացած տեսությունը չի կարող սխալ լինել, թեև, իհարկե, դրա կիրառելիության շրջանակը կարող է սահմանափակ լինել:

Ստորև բերված են ընդամենը մի քանի փորձեր, որոնք ցույց են տալիս STR-ի և դրա առանձին դրույթների վավերականությունը:

Հարաբերական ժամանակի լայնացում

Այն, որ ժամանակն ավելի դանդաղ է հոսում շարժվող առարկաների համար, անընդհատ հաստատվում է բարձր էներգիայի ֆիզիկայում իրականացվող փորձերում։ Օրինակ, CERN-ի օղակային արագացուցիչում մյուոնների կյանքի տևողությունը մեծանում է ճշգրտությամբ՝ համաձայն հարաբերական բանաձևի: Այս փորձի ժամանակ մյուոնների արագությունը հավասար էր լույսի արագությանը 0,9994 անգամ, ինչի արդյունքում նրանց կյանքի տևողությունը 29 անգամ ավելացավ։ Այս փորձը կարևոր է նաև այն պատճառով, որ օղակի 7 մետր շառավղով մյուոնի արագացումը հասել է ծանրության արագացմանը հավասար արժեքների: Սա իր հերթին ցույց է տալիս, որ ժամանակի լայնացման ազդեցությունը պայմանավորված է միայն օբյեկտի արագությամբ և կախված չէ դրա արագացումից։

Ժամանակի լայնացման մեծության չափումներ են իրականացվել նաև մակրոսկոպիկ առարկաներով։ Օրինակ, Hafele-Keating փորձի ժամանակ համեմատություն է արվել անշարժ ատոմային ժամացույցի և ինքնաթիռի վրա թռչող ատոմային ժամացույցի ընթերցումների վերաբերյալ:

Լույսի արագության անկախությունը աղբյուրի շարժումից

Հարաբերականության տեսության սկզբում Վալտեր Ռիցի այն գաղափարները, որ Մայքելսոնի փորձի բացասական արդյունքը կարելի է բացատրել բալիստիկ տեսության միջոցով, ձեռք բերեցին որոշակի ժողովրդականություն: Այս տեսության մեջ ենթադրվում էր, որ լույսն արտանետվում է աղբյուրի համեմատ արագությամբ, և լույսի արագությունն ու աղբյուրի արագությունը գումարվում են արագության գումարման դասական կանոնին համապատասխան։ Բնականաբար, այս տեսությունը հակասում է SRT-ին։

Աստղաֆիզիկական դիտարկումները տալիս են նման գաղափարի համոզիչ հերքումը։ Օրինակ, երբ դիտարկելով կրկնակի աստղեր, որոնք պտտվում են զանգվածի ընդհանուր կենտրոնի շուրջ, Ռիցի տեսության համաձայն, տեղի կունենան էֆեկտներ, որոնք իրականում չեն դիտվում (դե Սիտերի փաստարկ): Իրոք, Երկրին մոտեցող աստղի լույսի արագությունը («պատկերը») ավելի մեծ կլինի, քան պտտման ժամանակ հեռվող աստղի լույսի արագությունը։ Երկուական համակարգից ավելի մեծ հեռավորության վրա, ավելի արագ «պատկերը» զգալիորեն գերազանցում է դանդաղին: Արդյունքում, կրկնակի աստղերի ակնհայտ շարժումը բավականին տարօրինակ տեսք կունենա, ինչը չի նկատվում:

Երբեմն առարկություն է արվում, որ Ռիցի վարկածը «իրականում» ճիշտ է, բայց լույսը միջաստղային տարածության միջով շարժվելիս կրկին արտանետվում է ջրածնի ատոմներից, որոնք ունեն միջին զրոյական արագություն Երկրի նկատմամբ և արագ արագություն է ձեռք բերում։

Այնուամենայնիվ, եթե այդպես լիներ, ապա տարբեր սպեկտրային տիրույթներում կրկնակի աստղերի պատկերի մեջ զգալի տարբերություն կլիներ, քանի որ լույսի միջավայրի հետ «ներքաշման» ազդեցությունը զգալիորեն կախված է դրա հաճախականությունից:

Տոմաշեկի (1923 թ.) փորձերում, օգտագործելով ինտերֆերոմետր, համեմատվել են երկրային և արտաերկրային աղբյուրներից (Արև, Լուսին, Յուպիտեր, Սիրիուս և Արկտուրուս աստղեր) ինտերֆերենցիայի օրինաչափությունները։ Այս բոլոր օբյեկտները Երկրի համեմատ տարբեր արագություններ ունեին, սակայն Ritz մոդելում սպասվող միջամտության եզրերի ոչ մի տեղաշարժ չի հայտնաբերվել: Այս փորձերը հետագայում մի քանի անգամ կրկնվեցին: Օրինակ, Բոնչ-Բրյուևիչ Ա.Մ.-ի և Մոլչանով Վ.Ա.-ի (1956թ.) փորձի ժամանակ չափվել է պտտվող Արեգակի տարբեր եզրերից լույսի արագությունը։ Այս փորձերի արդյունքները նույնպես հակասում են Ritz-ի վարկածին։

Պատմական ուրվագիծ

Կապը այլ տեսությունների հետ

Ձգողականություն

Դասական մեխանիկա

Հարաբերականության տեսությունը էական հակասության մեջ է դասական մեխանիկայի որոշ ասպեկտների հետ։ Օրինակ, Էրենֆեստի պարադոքսը ցույց է տալիս STR-ի անհամատեղելիությունը բացարձակ կոշտ մարմնի հասկացության հետ։ Հարկ է նշել, որ նույնիսկ դասական ֆիզիկայում ենթադրվում է, որ պինդ մարմնի վրա մեխանիկական ազդեցությունը տարածվում է ձայնի արագությամբ, և ոչ բոլորովին անսահման արագությամբ (ինչպես պետք է լինի երևակայական բացարձակ պինդ միջավայրում)։

Քվանտային մեխանիկա

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը (ի տարբերություն ընդհանուր հարաբերականության) լիովին համատեղելի է քվանտային մեխանիկայի հետ։ Նրանց սինթեզը դաշտի հարաբերական քվանտային տեսությունն է։ Այնուամենայնիվ, երկու տեսություններն էլ լիովին անկախ են միմյանցից: Հնարավոր է կառուցել և՛ քվանտային մեխանիկա՝ հիմնված Գալիլեոյի հարաբերականության ոչ հարաբերական սկզբունքի վրա (տես Շրյոդինգերի հավասարումը), և՛ տեսություններ հիմնված SRT-ի վրա, որոնք ամբողջությամբ անտեսում են քվանտային էֆեկտները: Օրինակ՝ դաշտի քվանտային տեսությունը կարող է ձևակերպվել որպես ոչ հարաբերական տեսություն։ Միևնույն ժամանակ, այնպիսի քվանտային մեխանիկական երևույթ, ինչպիսին է սպինը, հաջորդաբարչի կարող նկարագրվել առանց հարաբերականության տեսության վկայակոչման (տես Դիրակի հավասարումը):

Քվանտային տեսության զարգացումը դեռ շարունակվում է, և շատ ֆիզիկոսներ կարծում են, որ ապագա ամբողջական տեսությունը կպատասխանի ֆիզիկական նշանակություն ունեցող բոլոր հարցերին և կտրամադրի ինչպես STR-ի սահմաններում՝ դաշտի քվանտային տեսության և GRT-ի հետ համատեղ: Ամենայն հավանականությամբ, SRT-ին կարժանանա նույն ճակատագիրը, ինչ նյուտոնյան մեխանիկային. նրա կիրառելիության սահմանները հստակ ուրվագծված կլինեն: Միևնույն ժամանակ, նման մաքսիմալ ընդհանուր տեսությունը դեռևս հեռավոր հեռանկար է։

տես նաեւ

Նշումներ

Աղբյուրներ

1. Գինցբուրգ Վ.Լ. Էյնշտեյնի հավաքածու, 1966. - M.: Nauka, 1966. - P. 363. - 375 p. - 16000 օրինակ։
2. Գինցբուրգ Վ.Լ.Ինչպե՞ս և ով ստեղծեց հարաբերականության տեսությունը: Վ Էյնշտեյնի հավաքածու, 1966. - M.: Nauka, 1966. - P. 366-378: - 375 էջ - 16000 օրինակ։
3. Սացունկևիչ Ի.Ս.Հարաբերականության հատուկ տեսության փորձարարական արմատներ. - 2-րդ հրատ. - M.: URSS, 2003. - 176 p. - ISBN 5-354-00497-7
4. Միսներ Ք., Թորն Կ., Ուիլեր Ջ.Ձգողականություն. - M.: Mir, 1977. - T. 1. - P. 109. - 474 p.
5. Einstein A. «Zur Elektrodynamik bewegter Korper» Ann Phys.- 1905.- Bd 17.- S. 891. Թարգմանություն՝ Էյնշտեյն Ա. «Շարժվող մարմնի էլեկտրադինամիկայի մասին» Էյնշտեյն Ա.Գիտական ​​աշխատությունների ժողովածու. - M.: Nauka, 1965. - T. 1. - P. 7-35: - 700 վ. - 32000 օրինակ։
6. Մատվեև Ա.Ն.Մեխանիկա և հարաբերականության տեսություն. - 2-րդ հրատարակություն, վերանայված։ - Մ.: Ավելի բարձր: դպրոց, 1986. - էջ 78-80: - 320 վ. - 28000 օրինակ։
7. Պաուլի Վ.Հարաբերականության տեսություն. - Մ.: Գիտություն, 3-րդ հրատարակություն, վերանայված: - 328 էջ. - 17700 օրինակ։ - ISBN 5-02-014346-4
8. ֆոն Ֆիլիպ Ֆրանկ und Հերման Ռոթե«Über die Transformation der Raumzeitkoordinaten von ruhenden auf bewegte Systeme» Ann. der Physik, Ser. 4, հատ. 34, թիվ 5, 1911, էջ. 825-855 (ռուսերեն թարգմանություն)
9. Ֆոկ Վ.Ա.Տարածություն-ժամանակի և ձգողության տեսություն. - 2-րդ հրատարակություն, լրացված. - Մ.: Պետական ​​հրատարակչություն. ֆիզիկա և մաթեմատիկա լիտ., 1961. - էջ 510-518։ - 568 էջ. - 10000 օրինակ:
10. «Լորենցի փոխակերպումները» «Ռելատիվիստական ​​աշխարհ» գրքում։
11. Kittel C., Nait U., Ruderman M.Բերքլիի ֆիզիկայի դասընթաց. - 3-րդ հրատարակություն, վերանայված։ - M.: Nauka, 1986. - T. I. Mechanics. - էջ 373.374: - 481 էջ.
12. von W.v. Իգնատովսկի«Einige allgemeine Bemerkungen zum Relativitätsprinzip» Verh. դ. Deutsch. Ֆիզ. Գես. 12, 788-96, 1910 (ռուսերեն թարգմանություն)
13. Տերլեցկի Յա Պ.Հարաբերականության տեսության պարադոքսներ. - M.: Nauka, 1966. - P. 23-31: - 120 վ. - 16500 օրինակ։

Նյուտոնի աշխատանքը խոշոր գիտական ​​հեղափոխության օրինակ է, բնագիտության գրեթե բոլոր գիտական ​​գաղափարների արմատական ​​փոփոխությունը: Նյուտոնի ժամանակներից առաջացավ դասական ֆիզիկայի պարադիգմը և դարձավ գիտության տեսակետների հիմնական և որոշիչ համակարգը գրեթե 250 տարի։

Նյուտոնի հետևորդները սկսեցին իմաստալից կերպով կատարելագործել նրա հայտնաբերած հաստատունները: Աստիճանաբար սկսեցին ձևավորվել գիտական ​​դպրոցներ, ստեղծվեցին դիտարկման և վերլուծության, բնական տարբեր երևույթների դասակարգման մեթոդներ։ Գործիքներ և գիտական ​​սարքավորումներ սկսեցին արտադրվել գործարանային եղանակով։ Պարբերականներ սկսեցին հրատարակվել բնագիտության բազմաթիվ ճյուղերում։ Գիտությունը դարձել է մարդկային գործունեության ամենակարեւոր ճյուղը։

Այսպիսով, Նյուտոնյան մեխանիկան և տիեզերագիտությունը հաստատվեցին որպես նոր աշխարհայացքի հիմք՝ փոխարինելով Արիստոտելի ուսմունքին և միջնադարյան դպրոցական շինություններին, որոնք գերիշխում էին ավելի քան հազար տարի:

Սակայն 19-րդ դարի վերջին սկսեցին ի հայտ գալ փաստեր, որոնք հակասում էին գերիշխող պարադիգմին։ Իսկ հիմնական անհամապատասխանությունները կրկին նկատվել են այն ժամանակվա ամենադինամիկ զարգացող գիտության՝ ֆիզիկայի մեջ։

Այս իրավիճակի դասական օրինակ է լորդ Քելվինի (Ուիլյամ Թոմսոն) հայտարարությունը, որը 19-րդ դարի վերջում նշել է, որ «այդ տարիների դասական ֆիզիկայի պարզ և փայլուն երկնքում ընդամենը երկու փոքր ամպ կար»: Դրանցից մեկը կապված է Երկրի բացարձակ արագությունը որոշելու Միխելսոնի փորձի բացասական արդյունքի հետ, մյուսը՝ բացարձակ սև մարմնի սպեկտրում էներգիայի բաշխման տեսական և փորձարարական տվյալների հակասության հետ։

Քելվինը արտասովոր խորաթափանցություն ցուցաբերեց։ Այս չլուծված խնդիրները հանգեցրին ինչպես Էյնշտեյնի հարաբերականության տեսության, այնպես էլ քվանտային տեսության առաջացմանը, որոնք հիմք հանդիսացան բնական գիտությունների նոր պարադիգմայի համար:

Կարելի է նաև նշել, որ դասական նյուտոնյան ֆիզիկայի օգտագործումը թույլ չի տվել ճշգրիտ հաշվարկել Մերկուրիի ուղեծիրը, և Մաքսվելի էլեկտրադինամիկայի հավասարումները չեն համապատասխանում շարժման դասական օրենքներին։

Հարաբերականության տեսության ստեղծման նախադրյալը հենց արդեն նշված հակասություններն էին։ Դրանց լուծումը հնարավոր դարձավ բնական գիտության մեջ նոր հարաբերական մոտեցման ներդրմամբ։

Այն, ինչ սովորաբար հստակ չի հասկացվում, այն փաստն է, որ ֆիզիկական օրենքների նկատմամբ հարաբերական (կամ հարաբերական) մոտեցման ընդհանուր ցանկությունը սկսել է ի հայտ գալ ժամանակակից գիտության զարգացման շատ վաղ փուլում: Արիստոտելից սկսած՝ գիտնականները համարում էին, որ Երկիրը տիեզերքի կենտրոնական կետն է, և ժամանակի սկզբնական պահն ընդունվել է որպես սկզբնական մղում, որը շարժման մեջ է դրել սկզբնական նյութը: Արիստոտելի գաղափարները միջնադարյան գիտակցության մեջ ընդունվել են որպես բացարձակ, սակայն 15-րդ դարի վերջում դրանք արդեն հակասության մեջ են մտել դիտարկվող բնական երեւույթների հետ։ Հատկապես շատ անհամապատասխանություններ են կուտակվել աստղագիտության մեջ։

Հակասությունները լուծելու առաջին լուրջ փորձն արեց Կոպեռնիկոսը՝ պարզապես ընդունելով, որ մոլորակները շարժվում են Արեգակի շուրջը, այլ ոչ թե Երկրի շուրջը։ Այսինքն՝ նա առաջին անգամ հեռացրել է Երկիրը Տիեզերքի կենտրոնից և տարածքը զրկել ելակետից։ Սա, ըստ էության, մարդկային ողջ մտածողության վճռական վերակառուցման սկիզբն էր: Չնայած Կոպեռնիկոսը Արևը դրեց այս կենտրոնում, նա դեռ մեծ քայլ արեց՝ ապահովելու, որ հետագայում մարդիկ հասկանան, որ նույնիսկ Արևը կարող է լինել միայն բազմաթիվ աստղերից մեկը, և որ որևէ կենտրոն չի կարող գտնվել: Հետո, բնականաբար, նման միտք ծագեց ժամանակի մասին, և Տիեզերքը սկսեց դիտվել որպես անսահման և հավերժական, առանց արարման պահի և առանց որևէ «վերջի», որի ուղղությամբ շարժվում է:

Հենց այս անցումը հանգեցնում է հարաբերականության տեսության ծագմանը: Քանի որ տարածության մեջ չկան արտոնյալ դիրքեր և ժամանակի արտոնյալ պահեր, ապա ֆիզիկական օրենքները կարող են հավասարապես կիրառվել ցանկացած կետի վրա, որը վերցված է որպես կենտրոն, և դրանցից կբխեն նույն եզրակացությունները: Այս առումով իրավիճակը սկզբունքորեն տարբերվում է այն իրավիճակից, որը տեղի է ունենում Արիստոտելի տեսության մեջ, որտեղ, օրինակ, Երկրի կենտրոնին հատուկ դեր է հատկացվել՝ որպես այն կետը, որին ուղղված է ամբողջ նյութը։ Հարաբերականացման միտումը հետագայում արտացոլվեց Գալիլեոյի և Նյուտոնի օրենքներում

Գալիլեոն արտահայտեց այն միտքը, որ շարժումն իր բնույթով հարաբերական է։ Այսինքն՝ մարմինների միատեսակ և ուղղագիծ շարժումը կարող է որոշվել միայն այդպիսի շարժմանը չմասնակցող առարկայի նկատմամբ։

Եկեք մտովի պատկերացնենք, որ մի գնացքն անցնում է մյուսի մոտով հաստատուն արագությամբ և առանց ցնցումների։ Ավելին, վարագույրները փակ են, և ոչինչ չի երևում։ Ուղևորները կարո՞ղ են ասել, թե որ գնացքն է շարժվում և որն է անշարժ: Նրանք կարող են դիտարկել միայն հարաբերական շարժումը: Սա հարաբերականության դասական սկզբունքի հիմնական գաղափարն է։

Շարժման հարաբերականության սկզբունքի բացահայտումը ամենամեծ հայտնագործություններից է։ Առանց նրա ֆիզիկայի զարգացումն անհնար կլիներ։ Համաձայն Գալիլեոյի վարկածի՝ իներցիոն շարժումը և հանգիստը չեն տարբերվում նյութական մարմինների վրա իրենց ազդեցությամբ։ Շարժվող հղման շրջանակում իրադարձությունների նկարագրությանը անցնելու համար անհրաժեշտ էր իրականացնել կոորդինատային փոխակերպումներ, որոնք կոչվում են. «Գալիլեոյի փոխակերպումները», իրենց հեղինակի անունով։

Վերցնենք, օրինակ, որոշ կոորդինատային համակարգ X, կապված ֆիքսված հղման համակարգի հետ: Եկեք հիմա պատկերացնենք, որ առարկան շարժվում է առանցքի երկայնքով Xհաստատուն արագությամբ v. Կոորդինատներ X " , տ«, վերցված այս օբյեկտի համեմատ, այնուհետև որոշվում են Գալիլեյան փոխակերպմամբ

x» = x - ut
y" = y
z» = z
տ» = տ

Հատկապես ուշագրավ է երրորդ հավասարումը ( տ» = տ) ըստ որի ժամացույցի արագությունը կախված չէ հարաբերական շարժումից։ Նույն օրենքը գործում է ինչպես հին, այնպես էլ նոր հաշվետվության շրջանակներում։ Սա հարաբերականության սահմանափակ սկզբունքն է։ Մենք դա ասում ենք, քանի որ մեխանիկայի օրենքներն արտահայտվում են նույն հարաբերություններով բոլոր տեղեկատու համակարգերում, որոնք փոխկապակցված են Գալիլեյան փոխակերպումներով:

Ըստ Նյուտոնի, ով մշակել է Գալիլեոյի շարժման հարաբերականության գաղափարը, բոլոր ֆիզիկական փորձերը, որոնք կատարվել են լաբորատորիայում, որոնք շարժվում են միատեսակ և ուղղագիծ (իներցիալ հղման համակարգ) կտան նույն արդյունքը, կարծես այն հանգստի վիճակում է:

Ինչպես նախկինում նշվեց, չնայած այդ տարիների դասական ֆիզիկայի հաջողություններին, որոշ փաստեր են կուտակվել, որոնք հակասում են դրան։

Այս նոր տվյալները, որոնք հայտնաբերվեցին 19-րդ դարում, հանգեցրին Էյնշտեյնի հարաբերական գաղափարին:

Ֆիզիկայի հեղափոխությունը սկսվեց Ռոմերի հայտնագործությամբ։ Պարզվեց, որ լույսի արագությունը վերջավոր է և հավասար է մոտավորապես 300000 կմ/վրկ-ի։ Այնուհետեւ Բրեդրին հայտնաբերեց աստղերի շեղման երեւույթը։ Այս հայտնագործությունների հիման վրա պարզվեց, որ լույսի արագությունը վակուումում հաստատուն է և կախված չէ աղբյուրի և ստացողի շարժումից։

Դատարկության մեջ լույսի հսկայական, բայց դեռ ոչ անսահման արագությունը հանգեցրեց շարժման հարաբերականության սկզբունքի հետ հակասության: Պատկերացնենք, որ գնացքը շարժվում է ահռելի արագությամբ՝ վայրկյանում 240 000 կիլոմետր: Եկեք գնանք գնացքի գլխին, իսկ պոչում մի լամպ է վառվում։ Եկեք մտածենք, թե ինչ արդյունքներ կարող են ունենալ գնացքի մի ծայրից մյուսը ճանապարհորդելու համար լույսի ժամանակի չափումը:

Այս անգամ, կարծես թե, տարբերվելու է այն ժամանակից, որը մենք նստում ենք հանգստի ժամանակ: Իրականում, 240,000 կիլոմետր վայրկյան արագությամբ շարժվող գնացքի համեմատությամբ, լույսը (գնացքի երկայնքով առաջ) արագություն կունենա ընդամենը 300,000 - 240,000 = 60,000 կիլոմետր վայրկյանում: Լույսը կարծես բռնում է գլխի մեքենայի առջևի պատին, որը փախչում է դրանից: Եթե ​​դուք լույսի լամպ դնեք գնացքի գլխին և չափեք լույսի վերջին վագոն հասնելու ժամանակը, ապա թվում է, որ լույսի արագությունը գնացքի շարժմանը հակառակ ուղղությամբ պետք է լինի 240,000 +: 300,000 = 540,000 կիլոմետր վայրկյանում (Լույսը և պոչի վագոնը շարժվում են միմյանց ուղղությամբ):

Այսպիսով, պարզվում է, որ շարժվող գնացքում լույսը պետք է տարածվի տարբեր ուղղություններով՝ տարբեր արագություններով, մինչդեռ անշարժ գնացքում այդ արագությունը երկու ուղղություններով էլ նույնն է։

Այդ պատճառով է, որ Գալիլեյան փոխակերպումների ժամանակ Մաքսվելի էլեկտրամագնիսական դաշտի հավասարումները չունեն անփոփոխ ձև։ Նրանք նկարագրում են լույսի և էլեկտրամագնիսական ճառագայթման այլ տեսակների տարածումը, որոնք հավասար են լույսի արագությանը C: Դասական ֆիզիկայի շրջանակներում հակասությունը լուծելու համար անհրաժեշտ էր գտնել հղման արտոնյալ համակարգ, որտեղ Մաքսվելի հավասարումները ճիշտ կլինեն: բավարարված է, և լույսի արագությունը բոլոր ուղղություններով հավասար կլինի C-ին: Հետևաբար, 19-րդ դարի ֆիզիկոսները ենթադրում էին եթերի գոյությունը, որի դերը իրականում կրճատվում էր նման արտոնյալ հղման համակարգի համար ֆիզիկական հիմք ստեղծելով:

Էթերի միջով Երկրի շարժման արագությունը որոշելու համար իրականացվել են փորձեր (ինչպես Մայքելսոն-Մորլիի փորձը)։ Դրա համար աղբյուրից եկող լույսի ճառագայթը, որն անցնում է պրիզմայով, տրոհվել է Երկրի շարժման ուղղությամբ և նրան ուղղահայաց: Ըստ գաղափարների, եթե արագությունները նույնն են, երկու ճառագայթները միաժամանակ կհասնեն պրիզմա, և լույսի ինտենսիվությունը կաճի։ Եթե ​​արագությունները տարբեր են, լույսի ինտենսիվությունը կթուլանա։ Փորձի արդյունքը զրոյական էր, անհնար էր որոշել Երկրի արագությունը եթերի նկատմամբ։

Երբ փորձերը չհաստատեցին այս տեղեկատու համակարգի հատկությունների մասին եթերի պարզ տեսության կանխատեսումները, Հ. Լորենցը, կրկին դասական ֆիզիկան փրկելու նպատակով, առաջարկեց նոր տեսություն, որը բացատրում էր նման փորձերի բացասական արդյունքները որպես չափիչ գործիքներում տեղի ունեցող փոփոխությունների հետևանք, երբ դրանք շարժվում են եթերի համեմատ: Դիտարկման արդյունքների և Նյուտոնի օրենքների միջև անհամապատասխանությունը նա բացատրեց այն փոփոխություններով, որոնք տեղի են ունենում գործիքների հետ, երբ շարժվում են C-ին մոտ արագությամբ։

Լորենցն առաջարկել է, որ լույսի արագությանը մոտ արագությամբ շարժվելիս գալիլիական փոխակերպումները չեն կարող օգտագործվել, քանի որ դրանք հաշվի չեն առնում բարձր արագությունների ազդեցությունը։ Նրա փոխակերպումները, լույսի արագությանը մոտ արագությունների համար, կոչվում են «Լորենցի փոխակերպումներ»: Գալիլեյան փոխակերպումները Լորենցի փոխակերպումների հատուկ դեպք են ցածր արագությամբ համակարգերի համար։

Լորենցի փոխակերպումները ունեն հետևյալ ձևը.

Լորենցի փոխակերպումների համաձայն՝ ֆիզիկական մեծությունները՝ մարմնի զանգվածը, երկարությունը շարժման ուղղությամբ և ժամանակը կախված են մարմինների շարժման արագություններից՝ ըստ հետևյալ հարաբերությունների.

	Որտեղ Մ- մարմնի զանգված	Լորենցի այս փոխակերպումների իմաստն ասում է. մարմնի քաշի ավելացում լույսին մոտ արագությամբ մարմնի երկարության կրճատում, երբ շարժվում է արագության վեկտորի հետ համընկնող ուղղությամբ երկու իրադարձությունների միջև ընկած ժամանակահատվածի ավելացում կամ ժամանակի դանդաղեցում
	Որտեղ Լ- մարմնի երկարությունը
	Որտեղ ∆t - ժամանակային ընդմիջում երկու իրադարձությունների միջև

Փորձելով գտնել Լորենցի հայտնաբերած օրինաչափությունների ֆիզիկական իմաստը, կարող ենք ենթադրել, որ x ուղղությամբ, որը համընկնում է արագության վեկտորի հետ, բոլոր մարմինները սեղմվում են, և որքան ուժեղ է նրանց շարժման արագությունը: Այսինքն՝ մարմինները կծկում են ունենում էլեկտրոնային ուղեծրերի հարթեցման պատճառով։ Երբ ենթալույսի արագությունները հասնում են, մենք կարող ենք խոսել շարժվող համակարգում ժամանակի լայնացման մասին: Այս սկզբունքի վրա է հիմնված երկվորյակների հայտնի պարադոքսը. Եթե ​​երկվորյակներից մեկը հինգ տարի շարունակ տիեզերական ճանապարհորդության մեկնի նավով լույսի ցածր արագությամբ, ապա նա կվերադառնա երկիր, երբ նրա երկվորյակ եղբայրն արդեն շատ ծեր է: Լույսի արագությանը մոտ արագությամբ շարժվող օբյեկտի վրա զանգվածի ավելացման ազդեցությունը կարելի է բացատրել արագ շարժվող մարմնի կինետիկ էներգիայի աճով։ Զանգվածի և էներգիայի նույնականացման մասին Էյնշտեյնի պատկերացումներին համապատասխան՝ մարմնի կինետիկ էներգիայի մի մասը շարժման ընթացքում վերածվում է զանգվածի։

Եթե ​​կիրառենք Լորենցի փոխակերպումները Մաքսվելի էլեկտրադինամիկայի հավասարումների վրա, ապա կստացվի, որ դրանք անփոփոխ են նման փոխակերպումների դեպքում։

Էյնշտեյնը օգտագործեց Լորենցի փոխակերպումները՝ զարգացնելու իր հարաբերականության տեսությունը։

Տարածություն և ժամանակ

Հարաբերականության տեսության ստեղծման կարևոր նախադրյալը տարածության և ժամանակի հատկությունների մասին նոր գաղափարներն էին։

Սովորական գիտակցության մեջ ժամանակը բաղկացած է հաջորդական երևույթների օբյեկտիվորեն գոյություն ունեցող բնական համակարգումից։ Տարածական բնութագրերը որոշ մարմինների դիրքերն են մյուսների նկատմամբ և նրանց միջև եղած հեռավորությունները:

Նյուտոնի տեսական համակարգում հստակ ձևակերպվել է ժամանակի առաջին գիտական ​​հայեցակարգը՝ որպես օբյեկտիվ, անկախ սուբյեկտ՝ ժամանակի էական հասկացությունը։ Այս հայեցակարգը ծագում է հին ատոմիստներից և ծաղկում է բացարձակ տարածության և ժամանակի մասին Նյուտոնի վարդապետության մեջ: Նյուտոնից հետո հենց այս հասկացությունն էր առաջատարը ֆիզիկայում մինչև քսաներորդ դարի սկիզբը։ Նյուտոնը երկակի մոտեցում է ցուցաբերել ժամանակի և տարածության սահմանման հարցում: Ըստ այս մոտեցման՝ կա և՛ բացարձակ, և՛ հարաբերական ժամանակ։

Բացարձակ, ճշմարիտ և մաթեմատիկական ժամանակն ինքնին, առանց որևէ արտաքին որևէ բանի առնչության, հոսում է միատեսակ և կոչվում է տեւողություն։

Հարաբերական, թվացյալ կամ սովորական ժամանակը առօրյա կյանքում մաթեմատիկական ժամանակի փոխարեն օգտագործվող տևողության չափն է՝ ժամ, ամիս, տարի և այլն։

Բացարձակ ժամանակը չի կարող փոխվել իր հոսքի մեջ։

Առօրյա մակարդակում հնարավոր է երկար ժամանակ հաշվելու համակարգ։ Եթե ​​այն նախատեսում է տարվա օրերի հաշվման կարգը, և դրանում նշվում է դարաշրջանը, ապա դա օրացույց է։

Ժամանակի հարաբերական հասկացությունը նույնքան հին է, որքան էական հասկացությունը: Այն մշակվել է Պլատոնի և Արիստոտելի աշխատություններում։ Արիստոտելն առաջինն էր, ով իր ֆիզիկայում մանրամասն պատկերացում տվեց ժամանակի այս հասկացության մասին: Այս հայեցակարգում ժամանակը ինքնուրույն գոյություն ունեցող մի բան չէ, այլ ավելի հիմնարար էությունից բխող մի բան: Պլատոնի համար ժամանակը ստեղծվել է Աստծո կողմից, Արիստոտելի համար այն օբյեկտիվ նյութական շարժման արդյունք է։ Նոր ժամանակների փիլիսոփայության մեջ՝ սկսած Դեկարտից և վերջացրած 19-րդ դարի պոզիտիվիստներով, ժամանակը սեփականություն կամ հարաբերություն է, որն արտահայտում է մարդկային գիտակցության գործունեության տարբեր կողմերը։

Տարածքի խնդիրը, ավելի ուշադիր ուսումնասիրելով, նույնպես դժվար է դառնում։ Տիեզերքը տրամաբանորեն ընկալելի ձև է, որը ծառայում է որպես միջոց, որտեղ գոյություն ունեն այլ ձևեր և որոշակի կառուցվածքներ: Օրինակ, տարրական երկրաչափության մեջ հարթությունը տարածություն է, որը ծառայում է որպես միջավայր, որտեղ կառուցվում են տարբեր, բայց հարթ պատկերներ:

Նյուտոնի դասական մեխանիկայի մեջ բացարձակ տարածությունն իր էությամբ, անկախ արտաքին որևէ բանից, միշտ մնում է նույնը և անշարժ։ Այն հանդես է գալիս որպես Դեմոկրիտոսի դատարկության անալոգ և հանդիսանում է ֆիզիկական առարկաների դինամիկայի ասպարեզ:

Արիստոտելի իզոտրոպ տարածության գաղափարը հեռացավ Դեմոկրիտոսի տարածության միատարրությունից և անսահմանությունից: Ըստ Արիստոտելի և նրա հետևորդների՝ տիեզերքը ձեռք է բերել կենտրոն՝ Երկիրը, որի շուրջը պտտվում են գնդիկներ, որտեղ աստղերի ամենահեռավոր երկնային ոլորտը ծառայում է որպես վերջնական համաշխարհային տարածության սահման: Արիստոտելը մերժում է տարածության անսահմանությունը, բայց հավատարիմ է մնում անսահման ժամանակ հասկացությանը։ Այս հայեցակարգն արտահայտվում է Տիեզերքի գնդաձև տարածության մասին նրա պատկերացմամբ, որը թեև սահմանափակ է, բայց վերջավոր չէ:

Դասական Նյուտոնյան տարածությունը հիմնված է նրա միատարրության գաղափարի վրա։ Սա դասական ֆիզիկայի հիմնական գաղափարն է, որը հետևողականորեն մշակվել է Կոպեռնիկոսի, Բրունոյի, Գալիլեոյի և Դեկարտի աշխատություններում: Բրունոն արդեն հրաժարվել է Տիեզերքի կենտրոնի գաղափարից և այն հայտարարել անսահման և միատարր: Այս գաղափարը հասավ իր ավարտին Նյուտոնի հետ։ Միատարր տարածության մեջ փոխվում է բացարձակ շարժման գաղափարը, այսինքն՝ նրա մեջ գտնվող մարմինը շարժվում է իներցիայի պատճառով։ Իներցիոն ուժեր չեն առաջանում արագացման բացակայության դեպքում։ Ուղղագիծ և միատեսակ շարժման իմաստը հանգում է տվյալ մարմնի և կամայականորեն ընտրված հղման մարմնի միջև հեռավորության փոփոխությանը: Ուղղագիծ և միատեսակ շարժումը հարաբերական է։

Պատմականորեն առաջին և ամենակարևոր մաթեմատիկական տարածությունը հարթ էվկլիդյան տարածությունն է, որը ներկայացնում է իրական տարածության վերացական պատկերը։ Այս տարածության հատկությունները նկարագրված են՝ օգտագործելով 5 հիմնական պոստուլատներ և 9 աքսիոմներ։ Էվկլիդեսի երկրաչափության մեջ կար թույլ կետ՝ այսպես կոչված հինգերորդ պոստուլատը չհատվող զուգահեռ ուղիղների մասին։ Հին և նոր ժամանակների մաթեմատիկոսները անհաջող փորձեցին ապացուցել այս դիրքորոշումը։ 18-19-րդ դարերում Դ.Սակերին, Լամբերտը և Ա.Լեժանդրը փորձել են լուծել այս խնդիրը։ 5-րդ պոստուլատի ապացուցման անհաջող փորձերը մեծ օգուտներ բերեցին։ Մաթեմատիկոսները բռնեցին Էվկլիդեսյան տարածության երկրաչափության հասկացությունները փոփոխելու ուղին։ Ամենալուրջ մոդիֆիկացիան ներկայացվել է 19-րդ դարի առաջին կեսին Ն. Ի. Լոբաչևսկու կողմից (1792 - 1856):

Նա եկել է այն եզրակացության, որ երկու զուգահեռ ուղիղների աքսիոմի փոխարեն կարելի է ուղղակիորեն հակառակ վարկած առաջ քաշել և դրա հիման վրա ստեղծել հետևողական երկրաչափություն։ Այս նոր երկրաչափության մեջ որոշ հայտարարություններ տարօրինակ և նույնիսկ պարադոքսալ տեսք ունեին: Օրինակ, Էվկլիդեսյան աքսիոմն ասում է. հարթությունում, տվյալ ուղիղի վրա չգտնվող կետի միջով, կարելի է մեկ և միայն մեկ ուղիղ գծել առաջինին զուգահեռ: Լոբաչևսկու երկրաչափության մեջ այս աքսիոմը փոխարինվում է հետևյալով. հարթության մեջ, տվյալ գծի վրա չգտնվող կետի միջով կարող են գծվել մեկից ավելի ուղիղ, որոնք չեն հատում տրվածը.. Այս երկրաչափության մեջ եռանկյան անկյունների գումարը երկու ուղիղ գծից փոքր է և այլն։ Բայց, չնայած արտաքին պարադոքսին, տրամաբանորեն այս պնդումները լիովին հավասար են էվկլիդեսյաններին։ Նրանք արմատապես փոխեցին պատկերացումները տիեզերքի բնույթի մասին: Լոբաչևսկու հետ գրեթե միաժամանակ նման եզրակացությունների եկան հունգարացի մաթեմատիկոս Ջ.Բոլայը և հայտնի մաթեմատիկոս Կ.Գաուսը։ Գիտնականների ժամանակակիցները թերահավատորեն էին վերաբերվում ոչ էվկլիդեսյան երկրաչափությանը՝ այն համարելով զուտ ֆանտազիա։ Այնուամենայնիվ, հռոմեացի մաթեմատիկոս Է. Բելտրամին գտել է ոչ էվկլիդեսյան երկրաչափության մոդելը, որը կեղծ ոլորտն է.

Գծապատկեր 1. Կեղծոլորտ

Տիեզերքի էությունը հասկանալու հաջորդ կարևոր քայլը կատարեց Բ. Ռիմանը (1826 - 1866): 1851 թվականին ավարտելով Գյոթինգենի համալսարանը, նա արդեն 1854 թվականին (28 տարեկան) տվեց զեկույց «Երկրաչափության հիմքում ընկած վարկածների մասին», որտեղ նա ընդհանուր պատկերացում տվեց մաթեմատիկական տարածության մասին, որում ներկայացված են Էվկլիդեսի երկրաչափությունները։ իսկ Լոբաչևսկին հատուկ դեպքեր էին։ Ռիմանի n-չափ տարածությունում բոլոր ուղիղները բաժանված են տարրական հատվածների, որոնց վիճակը որոշվում է g գործակցով։ Եթե ​​գործակիցը 0 է, ապա այս հատվածի բոլոր գծերը ուղիղ են, գործում են Էվկլիդեսի պոստուլատները: Այլ դեպքերում, տարածությունը կլորացված կլինի: Եթե ​​կորությունը դրական է, ապա տարածությունը կոչվում է Ռիմանյան գնդաձեւ։ Եթե ​​բացասական է, ապա դա կեղծ գնդային Լոբաչևսկի տարածություն է։ Այսպիսով, 19-րդ դարի կեսերին հարթ եռաչափ Էվկլիդյան տարածության տեղը զբաղեցնում էր բազմաչափ կոր տարածությունը։ Ռիմանյան տարածության հասկացությունները, ի վերջո, ծառայեցին որպես Էյնշտեյնի հարաբերականության ընդհանուր տեսության ստեղծման հիմնական նախադրյալներից մեկը:

Նկար 2 Ռիմանյան գնդաձև տարածություն

Հարաբերականության տեսության տարածական-երկրաչափական ֆոնի վերջնական պատրաստումը տվել է Էյնշտեյնի անմիջական ուսուցիչ Գ.Մինկովսկին (1864 - 1909), որը ձևակերպել է գաղափարը. քառաչափ տարածություն-ժամանակի շարունակականություն, միավորելով ֆիզիկական եռաչափ տարածությունն ու ժամանակը։ Նա ակտիվորեն ներգրավված է եղել էլեկտրոնային տեսության և հարաբերականության սկզբունքի հիման վրա շարժվող կրիչների էլեկտրադինամիկայում։ Նրա ստացած հավասարումները, որոնք հետագայում կոչվեցին Մինկովսկու հավասարումներ, որոշ չափով տարբերվում են Լորենցի հավասարումներից, բայց համահունչ են փորձարարական փաստերին։ Դրանք կազմում են քառաչափ տարածության մեջ ֆիզիկական պրոցեսների մաթեմատիկական տեսություն։ Մինկովսկու տարածությունը հնարավորություն է տալիս տեսողականորեն մեկնաբանել հարաբերականության հատուկ տեսության կինեմատիկական էֆեկտները և ընկած է հարաբերականության տեսության ժամանակակից մաթեմատիկական ապարատի հիմքում։

Մեկ տարածության և ժամանակի այս գաղափարը, որը հետագայում կոչվեց տարածություն, և դրա հիմնարար տարբերությունը Նյուտոնի անկախ տարածությունից և ժամանակից, ըստ երևույթին, գրավել է Էյնշտեյնին 1905 թվականից շատ առաջ և ուղղակիորեն կապված չէ ոչ Մայքելսոնի փորձի, ոչ էլ Լորենց-Պուանկարեի տեսության հետ:

1905 թվականին Ալբերտ Էյնշտեյնը հրապարակեց «Շարժվող մարմինների էլեկտրադինամիկայի մասին» հոդվածը «Annals of Physics» ամսագրում և մեկ այլ փոքր հոդված, որտեղ առաջին անգամ ցուցադրվեց բանաձևը. E=mc2. Ինչպես հետո սկսեցին ասել, սա է մեր դարի հիմնական բանաձեւը.

Էլեկտրադինամիկայի մասին հոդվածը ներկայացնում է մի տեսություն, որը բացառում է արտոնյալ կոորդինատային համակարգի գոյությունը ուղղագիծ և միատեսակ շարժման համար։ Էյնշտեյնի տեսությունը բացառում է տարածական հղման համակարգից անկախ ժամանակը և հրաժարվում է արագությունների գումարման դասական կանոնից։ Էյնշտեյնը ենթադրում էր, որ լույսի արագությունը հաստատուն է և ներկայացնում է բնության արագության սահմանը։ Նա այս տեսությունն անվանեց «Հարաբերականության հատուկ տեսություն».

Էյնշտեյնը զարգացրեց իր տեսությունը հետևյալ հիմնական պոստուլատների հիման վրա.

• այն օրենքները, որոնց համաձայն ֆիզիկական համակարգերի վիճակները փոխվում են, կախված չեն նրանից, թե երկու կոորդինատային համակարգերից որին են վերաբերում, որոնք միմյանց նկատմամբ շարժվում են միատեսակ և ուղղագիծ: Հետևաբար, միատեսակ և ուղղագիծ շարժման համար նախընտրելի հղման շրջանակ չկա. հարաբերականության սկզբունքը
• Լույսի յուրաքանչյուր ճառագայթ շարժվում է հանգստացող կոորդինատային համակարգում որոշակի արագությամբ՝ անկախ նրանից՝ լույսի այս ճառագայթն արտանետվում է անշարժ, թե շարժվող աղբյուրից։ Այս արագությունը բնության մեջ փոխազդեցությունների առավելագույն արագությունն է. պոստուլատ լույսի արագության հաստատունության մասին

Այս պոստուլատներից երկու հետևություն է առաջանում.

• եթե 1-ին շրջանակի իրադարձությունները տեղի են ունենում մի կետում և միաժամանակ են, ապա մեկ այլ իներցիոն շրջանակում դրանք միաժամանակ չեն: Սա միաժամանակության հարաբերականության սկզբունքն է
• 1 և 2 ցանկացած արագությունների համար դրանց գումարը չի կարող ավելի մեծ լինել, քան լույսի արագությունը: Սա արագությունների գումարման հարաբերական օրենքն է

Այս պոստուլատները՝ հարաբերականության սկզբունքը և լույսի արագության կայունության սկզբունքը, հանդիսանում են Էյնշտեյնի հարաբերականության հատուկ տեսության հիմքը։ Սրանցից նա ստանում է երկարությունների և ժամանակի հարաբերականությունը։

Էյնշտեյնի մոտեցման էությունը բացարձակ տարածության և ժամանակի մասին գաղափարների մերժումն էր, որի վրա հիմնված է եթերի վարկածը։ Փոխարենը ընդունվել է հարաբերական մոտեցում էլեկտրամագնիսական երևույթների և էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տարածման նկատմամբ։ Նյուտոնի շարժման օրենքներն արտահայտվել են նույն հարաբերություններով բոլոր միատեսակ շարժվող համակարգերում, որոնք փոխկապակցված են Գալիլեյան փոխակերպումներով, իսկ լույսի արագության դիտարկված արժեքի անփոփոխության օրենքը նույն առնչությամբ արտահայտվել է բոլոր միատեսակ շարժվող համակարգերում, որոնք փոխկապակցված են Լորենցի փոխակերպումներով:

Այնուամենայնիվ, Նյուտոնի շարժման օրենքները անփոփոխ չեն Լորենցի փոխակերպումների ժամանակ։ Հետևում է, որ Նյուտոնի օրենքները չեն կարող լինել մեխանիկայի ճշմարիտ օրենքներ (դրանք միայն մոտավոր են, վավեր են այն սահմանափակման դեպքում, երբ հարաբերակցությունը v/cձգտում է զրոյի):

Այնուամենայնիվ, հարաբերականության հատուկ տեսությունը վավեր է նաև սահմանափակ պայմանների դեպքում՝ միատեսակ շարժվող համակարգերի համար։

Էյնշտեյնը շարունակեց հարաբերականության հատուկ տեսության զարգացումը իր «Ծանրության կենտրոնի շարժման և մարմնի իներցիայի պահպանման օրենքը» աշխատությունում։ Նա հիմք ընդունեց Մաքսվելի այն եզրակացությունը, որ լույսի ճառագայթն ունի զանգված, այսինքն՝ շարժվելիս ճնշում է գործադրում խոչընդոտի վրա։ Այս ենթադրությունը փորձնականորեն ապացուցվել է Պ.Ն.Լեբեդևի կողմից: Էյնշտեյնն իր աշխատության մեջ հիմնավորել է զանգվածի և էներգիայի փոխհարաբերությունները։ Նա եկել է այն եզրակացության, որ երբ մարմինն արտանետում է L էներգիա, նրա զանգվածը նվազում է L/V2-ին հավասար քանակությամբ։ Այստեղից ընդհանուր եզրակացություն արվեց՝ մարմնի զանգվածը նրանում պարունակվող էներգիայի չափանիշն է։ Եթե ​​էներգիան փոխվում է L-ին հավասար քանակով, ապա զանգվածը համապատասխանաբար փոխվում է L քանակով, որը բաժանվում է լույսի արագության քառակուսու վրա։ Ահա թե ինչպես է առաջին անգամ հայտնվում Էյնշտեյնի հայտնի E = MC2 առնչությունը:

1911-1916 թվականներին Էյնշտեյնին հաջողվեց ընդհանրացնել հարաբերականության տեսությունը։ 1905 թվականին ստեղծված տեսությունը, ինչպես արդեն նշվեց, կոչվեց հարաբերականության հատուկ տեսություն, քանի որ. այն գործում էր միայն ուղղագիծ և միատեսակ շարժման համար։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ բացահայտվեցին տարածություն-ժամանակ հարաբերությունների և նյութական գործընթացների կախվածության նոր ասպեկտներ։ Այս տեսությունը ֆիզիկական հիմք է տվել ոչ էվկլիդեսյան երկրաչափությունների համար և կապել տարածության կորությունը և դրա մետրիկայի շեղումը էվկլիդյանից՝ մարմինների զանգվածների կողմից ստեղծված գրավիտացիոն դաշտերի գործողության հետ։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը հիմնված է իներցիոն և գրավիտացիոն զանգվածների համարժեքության սկզբունքի վրա, որի քանակական հավասարությունը վաղուց հաստատվել է դասական ֆիզիկայում։ Կինեմատիկական էֆեկտները, որոնք առաջանում են գրավիտացիոն ուժերի ազդեցության տակ, համարժեք են արագացման ազդեցության տակ առաջացող ազդեցություններին: Այսպիսով, եթե հրթիռը թռչում է 3 գ արագությամբ, ապա հրթիռի անձնակազմը կզգա, որ նրանք գտնվում են Երկրի ձգողականության եռակի դաշտում:

Դասական մեխանիկան չկարողացավ բացատրել, թե ինչու են իներցիան և ծանրությունը չափվում նույն մեծությամբ՝ զանգվածով, ինչու է ծանր զանգվածը համաչափ իներցիոն զանգվածին, այլ կերպ ասած՝ մարմիններն ընկնում են նույն արագացմամբ։ Մյուս կողմից, դասական մեխանիկան, բացատրելով իներցիայի ուժերը բացարձակ տարածության մեջ արագացված շարժումով, կարծում էր, որ այս բացարձակ տարածությունը գործում է մարմինների վրա, բայց չի ազդում դրանց վրա։ Սա հանգեցրեց իներցիոն համակարգերի նույնականացմանը որպես հատուկ համակարգերի, որոնցում պահպանվում են միայն մեխանիկայի օրենքները: Էյնշտեյնը գրավիտացիոն դաշտից դուրս համակարգի արագացված շարժումը և գրավիտացիոն դաշտում իներցիալ շարժումը սկզբունքորեն չտարբերվող հայտարարեց։ Արագացումն ու ձգողականությունը առաջացնում են ֆիզիկապես չտարբերվող ազդեցություններ:

Այս փաստը, ըստ էության, հաստատվել է Գալիլեոյի կողմից. բոլոր մարմինները գրավիտացիոն դաշտում (շրջակա միջավայրի դիմադրության բացակայության դեպքում) շարժվում են նույն արագացումով, տրված արագությամբ բոլոր մարմինների հետագծերը հավասարապես կոր են գրավիտացիոն դաշտում: Դրա շնորհիվ ոչ մի փորձ չի կարող հայտնաբերել գրավիտացիոն դաշտ ազատ վայր ընկնող վերելակում։ Այլ կերպ ասած, տարածություն-ժամանակի փոքր հատվածում գրավիտացիոն դաշտում ազատորեն շարժվող հղման շրջանակում գրավիտացիա չկա: Վերջին պնդումը համարժեքության սկզբունքի ձևակերպումներից մեկն է։ Այս սկզբունքը բացատրում է տիեզերանավի անկշռության ֆենոմենը։

Եթե ​​համարժեքության սկզբունքը տարածենք օպտիկական երևույթների վրա, դա կհանգեցնի մի շարք կարևոր հետևանքների։ Սա գրավիտացիոն դաշտի ազդեցության տակ լույսի ճառագայթի կարմիր շեղման և շեղման երևույթն է. Կարմիր տեղաշարժի էֆեկտը տեղի է ունենում, երբ լույսն ավելի մեծ գրավիտացիոն պոտենցիալ ունեցող կետից ուղղվում է դեպի ավելի քիչ գրավիտացիոն պոտենցիալ ունեցող կետեր: Այսինքն՝ այս դեպքում նրա հաճախականությունը նվազում է, իսկ ալիքի երկարությունը մեծանում է և հակառակը։ Օրինակ՝ Երկիր մոլորակի վրա ընկնող արևի լույսն այստեղ կժամանի փոփոխված հաճախականությամբ, որի դեպքում սպեկտրային գծերը կշարժվեն դեպի սպեկտրի կարմիր հատվածը։

Գրավիտացիոն դաշտում լույսի հաճախականության փոփոխության մասին եզրակացությունը կապված է գրավիտացիոն մեծ զանգվածների մոտ ժամանակի լայնացման ազդեցության հետ։ Այնտեղ, որտեղ ստվերային դաշտերն ավելի մեծ են, ժամացույցն ավելի դանդաղ է աշխատում:

Այսպիսով, ստացվել է նոր հիմնարար արդյունք. լույսի արագությունն այլևս հաստատուն արժեք չէ, այլ մեծանում կամ նվազում է գրավիտացիոն դաշտում՝ կախված նրանից, թե լույսի ճառագայթի ուղղությունը համընկնում է գրավիտացիոն դաշտի ուղղության հետ։.

Նոր տեսությունը քիչ քանակապես փոխեց Նյուտոնի տեսությունը, բայց այն մտցրեց խորը որակական փոփոխություններ։ Իներցիան, ձգողականությունը և մարմինների և ժամացույցների մետրային վարքը վերածվեցին դաշտի մեկ հատկության, իսկ իներցիայի ընդհանրացված օրենքը ստանձնեց շարժման օրենքի դերը: Միևնույն ժամանակ, ցույց է տրվել, որ տարածությունն ու ժամանակը բացարձակ կատեգորիաներ չեն. մարմինները և դրանց զանգվածները ազդում են դրանց վրա և փոխում դրանց չափումները:

Ինչպե՞ս կարելի է պատկերացնել տարածության կորությունը և ժամանակի լայնացումը, որը քննարկվում է հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ։

Եկեք պատկերացնենք տարածության մոդելը ռետինե թերթիկի տեսքով (նույնիսկ եթե դա ոչ թե ամբողջ տարածությունն է, այլ դրա հարթ շերտը): Եթե ​​այս թերթիկը հորիզոնական ձգենք ու վրան մեծ գնդիկներ դնենք, ապա ռետինը կծկեն, ինչքան շատ, այնքան մեծ կլինի գնդակի զանգվածը։ Սա հստակ ցույց է տալիս տարածության կորության կախվածությունը մարմնի զանգվածից և նաև ցույց է տալիս, թե ինչպես կարելի է պատկերել Լոբաչևսկու և Ռիմանի ոչ էվկլիդեսյան երկրաչափությունները։

Հարաբերականության տեսությունը հաստատեց ոչ միայն գրավիտացիոն դաշտերի ազդեցության տակ տարածության կորությունը, այլև ուժեղ գրավիտացիոն դաշտում ժամանակի դանդաղումը։ Տիեզերքի ալիքներով շարժվող լույսը ավելի երկար է տևում, քան տարածության հարթ հատվածով շարժվելու համար: Հարաբերականության ընդհանուր տեսության ամենաֆանտաստիկ կանխատեսումներից մեկը ժամանակի ամբողջական կանգն է շատ ուժեղ գրավիտացիոն դաշտում: Ժամանակի լայնացումը դրսևորվում է լույսի գրավիտացիոն կարմիր շեղումով. որքան ուժեղ է ձգողականությունը, այնքան երկար է ալիքի երկարությունը և ցածր հաճախականությունը: Որոշակի պայմաններում ալիքի երկարությունը կարող է ձգվել դեպի անսահմանություն, իսկ հաճախականությունը՝ զրոյի: Նրանք. լույսը կվերանա:

Մեր Արեգակի արձակած լույսի հետ դա կարող է տեղի ունենալ, եթե մեր աստղը փոքրանա և վերածվի 5 կմ տրամագծով գնդակի (Արևի տրամագիծը »1,5 միլիոն կմ է): Արևը կվերածվեր «սև խոռոչի». Սկզբում «սև անցքերը» կանխատեսվում էին տեսականորեն։ Այնուամենայնիվ, 1993 թվականին երկու աստղագետներ՝ Հուլսը և Թեյլորը, արժանացան Նոբելյան մրցանակի՝ Սև խոռոչ-Պուլսար համակարգում նման օբյեկտի հայտնաբերման համար։ Այս օբյեկտի հայտնաբերումը Էյնշտեյնի հարաբերականության ընդհանուր տեսության ևս մեկ հաստատումն էր։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը կարողացավ բացատրել Մերկուրիի հաշվարկված և իրական ուղեծրերի միջև եղած անհամապատասխանությունը: Դրանում մոլորակների ուղեծրերը փակ չեն, այսինքն՝ յուրաքանչյուր պտույտից հետո մոլորակը վերադառնում է տիեզերքի այլ կետ։ Մերկուրիի հաշվարկված ուղեծրը տվել է 43?? սխալ, այսինքն՝ դիտվել է նրա պերիհելիոնի պտույտը (Պերիհելիոնը Արեգակին ամենամոտ իր շուրջը պտտվող մոլորակի ուղեծրի կետն է)։

Միայն հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը կարող էր բացատրել այս ազդեցությունը Արեգակի գրավիտացիոն զանգվածի ազդեցության տակ տարածության կորությամբ։

Հարաբերականության տեսության մեջ ձևակերպված տարածության և ժամանակի մասին պատկերացումներն ամենահետևողականն ու հետևողականն են։ Բայց նրանք հենվում են մակրոկոսմի վրա, մեծ առարկաներ, մեծ հեռավորություններ, մեծ ժամանակաշրջաններ ուսումնասիրելու փորձի վրա։ Միկրոաշխարհի երևույթները նկարագրող տեսություններ կառուցելիս Էյնշտեյնի տեսությունը կարող է կիրառելի չլինել, չնայած չկան փորձարարական տվյալներ, որոնք հակասում են դրա օգտագործմանը միկրոաշխարհում։ Բայց հնարավոր է, որ հենց քվանտային հասկացությունների զարգացումը պահանջի տարածության և ժամանակի ֆիզիկայի ըմբռնման վերանայում:

Ներկայումս հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը գիտական ​​աշխարհում ընդհանուր ընդունված տեսություն է, որը նկարագրում է ժամանակի և տարածության մեջ տեղի ունեցող գործընթացները: Բայց, ինչպես ցանկացած գիտական ​​տեսություն, այն համապատասխանում է տվյալ կոնկրետ ժամանակահատվածի գիտելիքների մակարդակին։ Նոր տեղեկատվության կուտակման և նոր փորձնական տվյալների ձեռքբերման դեպքում ցանկացած տեսություն կարող է հերքվել։

Հարաբերականության ընդհանուր և հատուկ տեսությունը (տարածության և ժամանակի նոր տեսությունը) հանգեցրեց նրան, որ բոլոր հղումային համակարգերը հավասարվեցին, հետևաբար մեր բոլոր գաղափարները իմաստ ունեն միայն որոշակի հղման համակարգում: Աշխարհի պատկերը ձեռք է բերել հարաբերական, հարաբերական բնույթ, փոփոխվել են տարածության, ժամանակի, պատճառականության, շարունակականության մասին հիմնական գաղափարները, մերժվել է առարկայի և առարկայի միանշանակ հակադրությունը, ընկալումը կախված է հղման համակարգից, որն իր մեջ ներառում է երկուսն էլ. առարկան և առարկան, դիտարկման եղանակը և այլն):

Հիմնվելով բնության ընկալման նոր հարաբերական մոտեցման վրա՝ ձևակերպվեց գիտության պատմության մեջ նոր՝ երրորդ բնագիտական ​​պարադիգմը։ Այն հիմնված է հետևյալ գաղափարների վրա.

• Ø Հարաբերականություն- նոր գիտական ​​պարադիգմը հրաժարվեց բացարձակ գիտելիքի գաղափարից: Գիտնականների կողմից հայտնաբերված բոլոր ֆիզիկական օրենքներն օբյեկտիվ են տվյալ պահին: Գիտությունը գործ ունի սահմանափակ և մոտավոր հասկացությունների հետ և միայն ձգտում է ըմբռնել ճշմարտությունը։
• Ø Նեոդերմինիզմ- ոչ գծային դետերմինիզմ. Դետերմինիզմը որպես ոչ գծային ընկալելու ամենակարևոր ասպեկտը հարկադիր պատճառականության գաղափարի մերժումն է, որը ենթադրում է այսպես կոչված արտաքին պատճառի առկայություն ընթացիկ բնական գործընթացների համար։ Բնական գործընթացների ընթացքը վերլուծելիս և՛ անհրաժեշտությունը, և՛ պատահականությունը հավասար իրավունքներ են ստանում։
• Ø Համաշխարհային էվոլյուցիոնիզմ- բնության գաղափարը որպես անընդհատ զարգացող, դինամիկ համակարգ: Գիտությունը սկսեց ուսումնասիրել բնությունը ոչ միայն նրա կառուցվածքի, այլեւ նրանում տեղի ունեցող գործընթացների տեսանկյունից։ Միևնույն ժամանակ առաջնահերթություն է տրվում բնության մեջ առկա գործընթացների ուսումնասիրությանը:
• Ø Հոլիզմ- աշխարհի տեսլականը որպես մեկ ամբողջություն: Այս ամբողջության տարրերի միջև կապի համընդհանուր բնույթը (պարտադիր կապ):
• Ø Սիներգիա– որպես հետազոտության մեթոդ, որպես բաց համակարգերի ինքնակազմակերպման և զարգացման ունիվերսալ սկզբունք։
• Ø Բնությունն ուսումնասիրելիս վերլուծության և սինթեզի միջև ողջամիտ հավասարակշռություն հաստատելը. Ուսուցումը հասկացավ, որ անհնար է անվերջ տրորել բնությունը ամենափոքր աղյուսների մեջ: Նրա հատկությունները կարելի է հասկանալ միայն որպես ամբողջություն բնության դինամիկայի միջոցով:
• Ø Հայտարարություն, որ բնության էվոլյուցիան տեղի է ունենում քառաչափ տարածություն-ժամանակային շարունակականության մեջ.