Teorija relativnosti

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Pojdi na navigacijo Pojdi v iskanje
Albert Einstein - eden od avtorjev teorije relativnosti ( 1921 )

Teorija relativnosti je fizikalna teorija prostora-časa , to je teorija, ki opisuje univerzalne prostorsko-časovne lastnosti fizikalnih procesov [1] . Izraz je leta 1906 skoval Max Planck, da bi poudaril vlogo načela relativnosti v posebni relativnosti (in kasneje v splošni relativnosti ). Včasih se uporablja kot enakovreden konceptu "relativistične fizike" [pribl. 1] .

V širšem smislu teorija relativnosti vključuje posebno in splošno relativnost. Posebna teorija relativnosti (SRT) se nanaša na procese, pri proučevanju katerih lahko zanemarimo gravitacijska polja; splošna teorija relativnosti (GR) - teorija gravitacije, ki posplošuje newtonovsko [1] . V ožjem smislu se teorija relativnosti imenuje posebna teorija relativnosti.

V zgodovini fizike se izraz teorija relativnosti včasih uporablja za ločevanje stališč Einsteina , Minkowskega in njihovih privržencev, ki zavračajo koncept svetlobnega etra , od stališč nekaterih njihovih predhodnikov, na primer Lorentza in Poincaréja [ 2] .

Razlike med SRT in Newtonovo mehaniko

Nova teorija je prvič izpodrinila 200 let staro newtonsko mehaniko . To je korenito spremenilo dojemanje sveta. Newtonova klasična mehanika se je izkazala za pravilno le v kopenskih in podobnih razmerah: pri hitrostih, ki so veliko manjše od hitrosti svetlobe in velikosti, ki so veliko večje od velikosti atomov in molekul ter na razdaljah ali pogojih, ko lahko hitrost širjenja gravitacije velja za neskončno.

Newtonski koncepti gibanja so bili radikalno popravljeni z novo, precej globoko uporabo načela relativnosti gibanja . Čas ni bil več absoluten (in začenši z GRT , ni bil več enoten).

Poleg tega je Einstein spremenil temeljne poglede na čas in prostor. V skladu s teorijo relativnosti je treba čas dojemati kot skoraj enako komponento (koordinato) prostor-časa , ki lahko sodeluje pri koordinatnih transformacijah, ko se referenčni sistem spremeni skupaj z običajnimi prostorskimi koordinatami, tako kot se vse tri prostorske koordinate spremenijo ko se osi običajnega tridimenzionalnega koordinatnega sistema vrtijo ...

Področje uporabe

Področje uporabe SRT

Posebna teorija relativnosti se uporablja za preučevanje gibanja teles s katero koli hitrostjo (vključno s hitrostjo, ki je blizu ali enaka hitrosti svetlobe), če ni zelo močnih gravitacijskih polj.

Obseg splošne relativnosti

Splošna teorija relativnosti se uporablja za preučevanje gibanja teles s poljubno hitrostjo v gravitacijskih poljih katere koli jakosti, če lahko kvantne učinke zanemarimo.

Uporaba

Uporaba STO

Posebna teorija relativnosti se v fiziki in astronomiji uporablja že od 20. stoletja. Teorija relativnosti je znatno razširila razumevanje fizike nasploh in tudi bistveno poglobila znanje na področju fizike osnovnih delcev , kar je dalo močan zagon in resna nova teoretična orodja za razvoj fizike, katerih pomena ni mogoče preceniti.

Uporaba splošne relativnosti

S pomočjo te teorije so lahko kozmologija in astrofizika napovedali tako nenavadne pojave, kot so nevtronske zvezde , črne luknje in gravitacijski valovi .

Sprejetje znanstvene skupnosti

Sprejem STO

Trenutno je posebna teorija relativnosti splošno sprejeta v znanstveni skupnosti in je osnova sodobne fizike. [3] Nekateri vodilni fiziki so takoj sprejeli novo teorijo, med njimi Max Planck , Hendrik Lorentz , Hermann Minkowski , Richard Tolman , Erwin Schrödinger in drugi. V Rusiji je pod uredništvom Oresta Daniloviča Khvolsona izšel znameniti tečaj splošne fizike, ki je podrobno opisal posebno teorijo relativnosti in opis eksperimentalnih temeljev teorije. Hkrati so Nobelovi nagrajenci Philip Lenard [4] , J. Stark , J. J. Thomson izrazili kritičen odnos do določb teorije relativnosti, razprava z Maxom Abrahamom in drugimi znanstveniki se je izkazala za koristno.

Sprejetje splošne relativnosti

Še posebej produktivna je bila konstruktivna razprava o temeljnih vprašanjih splošne teorije relativnosti ( Schrödinger idr.); Pravzaprav ta razprava traja še danes.

Splošna teorija relativnosti (GRT) je bila eksperimentalno preizkušena v manjši meri kot SRT, vsebuje več temeljnih problemov in znano je, da so načeloma nekatere alternativne teorije gravitacije dopustne, večina pa jih lahko v takšni ali drugačni meri velja le za spremembo Splošne relativnosti. Kljub temu je v nasprotju z mnogimi alternativnimi teorijami po mnenju znanstvene skupnosti splošna relativnost na svojem področju uporabe še vedno skladna z vsemi znanimi eksperimentalnimi dejstvi, vključno z razmeroma nedavno odkritimi (na primer še ena možna potrditev obstoja gravitacijskih valov so nedavno našli [5] [6] ). Na splošno je splošna relativnost na svojem področju uporabe "standardna teorija", torej glavna, ki jo priznava znanstvena skupnost. [3]

Posebna teorija relativnosti

Posebna teorija relativnosti [7] (STR) - teorija lokalne strukture prostora -časa . Prvič ga je leta 1905 predstavil Albert Einstein v svojem delu "O elektrodinamiki gibljivih teles". Teorija opisuje gibanje, zakone mehanike in razmerja med prostorom in časom, ki jih določajo, pri vseh hitrostih gibanja, vključno s tistimi, ki so blizu hitrosti svetlobe . Klasična newtonovska mehanika v okviru posebne teorije relativnosti je približek za nizke hitrosti. SRT se lahko uporablja tam, kjer je mogoče uvesti inercialne referenčne sisteme (vsaj lokalno); ne velja za primere močnih gravitacijskih polj, v bistvu neinercialnih referenčnih okvirjev in za opis globalne geometrije vesolja (razen za poseben primer ravnega, praznega, mirujočega vesolja).

Posebna relativnost je nastala kot rešitev za protislovje med klasično elektrodinamiko (vključno z optiko) in klasičnim Galilejevim načelom relativnosti . Slednji trdi, da vsi procesi v inercialnih referenčnih sistemih potekajo enako, ne glede na to, ali je sistem stacionaren ali je v stanju enotnega in pravokotnega gibanja. To zlasti pomeni, da nobeni mehanski poskusi v zaprtem sistemu ne bodo omogočili brez opazovanja zunanjih teles, kako se giblje, če je njegovo gibanje enakomerno in pravokotno. Vendar bi optični poskusi (na primer merjenje hitrosti širjenja svetlobe v različnih smereh ) znotraj sistema načeloma morali zaznati takšno gibanje. Einstein je načelo relativnosti razširil na elektrodinamične pojave, kar je, prvič, omogočilo opis skoraj celotnega obsega fizikalnih pojavov iz enotnega položaja, drugič pa je omogočilo razlago rezultatov Michelson-Morleyjevega poskusa (v ki na kvazi-inercialnem gibanju Zemlje ni ugotovil vpliva na hitrost širjenja svetlobe). Načelo relativnosti je postalo prvi postulat nove teorije. Dosleden opis fizikalnih pojavov v okviru razširjenega načela relativnosti pa je postal mogoč le za ceno opustitve newtonskega absolutnega evklidskega prostora in absolutnega časa ter njihovega združevanja v novo geometrijsko konstrukcijo- psevdo-evklidov prostor-čas , v kateri razdalje in časovni intervali med dogodki se na določen način (s pomočjo Lorentzovih transformacij ) spremenijo, odvisno od referenčnega okvira, iz katerega jih opazujemo. To je zahtevalo uvedbo dodatnega načela - postulata o nespremenljivosti hitrosti svetlobe . Tako posebna teorija relativnosti temelji na dveh postulatih:

1. Vsi fizikalni procesi v inercialnih referenčnih sistemih potekajo enako, ne glede na to, ali sistem miruje ali je v stanju enakomernega in pravokotnega gibanja.

2. Hitrost svetlobe v vakuumu, merjena v katerem koli inercialnem referenčnem sistemu, je enaka in ni odvisna od gibanja oddajnika.

Posledica drugega načela (in splošnega znanstvenega načela vzročnosti ) je nemožnost gibanja fizičnih teles in prenosa informacij s hitrostjo, ki presega hitrost svetlobe v vakuumu.

Pri gibanju s hitrostmi, ki so v primerjavi s hitrostjo svetlobe majhne, ​​se kinematika SRT ne razlikuje od newtonske kinematike, Lorentzove transformacije pa se spremenijo v klasične galilejske transformacije . Formalno, v meji neskončne hitrosti svetlobe, formule posebne teorije relativnosti preidejo v formule klasične mehanike.

Splošna teorija relativnosti

Splošna teorija relativnosti - teorija gravitacije, Einstein objavljena v letih 1915 - 1916 . Gre za nadaljnji razvoj posebne teorije relativnosti . V splošni teoriji relativnosti se domneva, da gravitacijski učinki ne nastanejo zaradi interakcije sil teles in polj , ampak zaradi deformacije samega prostora-časa, v katerem se nahajajo. Ta deformacija je povezana zlasti s prisotnostjo masne energije.

Splošna relativnost se od drugih metričnih teorij gravitacije razlikuje po uporabi Einsteinovih enačb za povezovanje ukrivljenosti vesoljskega časa s snovjo, ki je v njem prisotna.

Splošna relativnost je trenutno najuspešnejša teorija gravitacije, dobro podprta z opazovanji.

Opombe (uredi)

Komentarji (1)
  1. Relativistična fizika je veja fizike, ki preučuje pojave, ki se pojavljajo med gibanjem s hitrostjo, ki je primerljiva s hitrostjo svetlobe. V teh pogojih je gibanje opisano v skladu s teorijo relativnosti.
Viri
  1. 1 2 Teorija relativnosti // Fizikalna enciklopedija (v 5 zvezkih) / Uredil akad. A. M. Prokhorov . - M .: Sovjetska enciklopedija , 1992. - T. 3. - S. 493-494. -ISBN 5-85270-034-7 .
  2. Suvorov S.G. Einstein: oblikovanje teorije relativnosti in nekatere epistemološke lekcije // Napredek fizikalnih ved. - M., 1979.- T. 128 (julij). - št. 3.
  3. 1 2 Clifford M. Will. Soočenje med splošno relativnostjo in eksperimentalnim življenjem Rev. Relativnost 9, (2006), 3.
  4. Philip Lenard. O NAČELU RELATIVNOSTI, ETERU, TEŽI . Datum zdravljenja: 7. april 2021. Arhivirano 19. januarja 2021.
  5. Beli pritlikavci, ki upogibajo vesolje, proizvajajo gravitacijske valove
  6. Sporočilo za javnost na spletnem mestu RosInvest. (povezava ni na voljo) . Pridobljeno 16. septembra 2012. Arhivirano 27. septembra 2007.
  7. Včasih se uporablja ime posebna teorija relativnosti .

Povezave