Эйнштейн 1905 жылы жариялаған және бұрынғы бірқатар гипотезалардың маңызды жалпылауы болып табылатын арнайы салыстырмалылық теориясы физикадағы ең резонансты және талқыланған теориялардың бірі болып табылады.
Шынында да, объект жарыққа жақын жылдамдықпен қозғалғанда, физикалық процестер ол үшін мүлдем әдеттен тыс жолмен жүре бастайтынын елестету қиын: оның ұзындығы қысқарады, массасы артады және уақыт баяулайды. Жарияланғаннан кейін бірден жүз жылдан астам уақыт өтсе де, бүгінгі күнге дейін жалғасып келе жатқан теорияны дискредитациялау әрекеттері басталды. Бұл таңқаларлық емес, өйткені уақыт қандай деген сұрақ адамзатты бұрыннан мазалаған және барлығының назарын аударған.
Релятивизм дегеніміз не
Релятивистік механиканың мәні (бұл сондай-ақ салыстырмалылықтың арнайы теориясы, бұдан әрі - СРТ) және оның классикалық механикадан айырмашылығы оның атауының тікелей аудармасы арқылы айқын көрінеді: латын relativus «салыстырмалы» дегенді білдіреді. SRT бақылаушыға қатысты қозғалған кезде объект үшін уақыт кеңеюінің болмай қоймайтындығын болжайды.
АйырмашылықНьютондық механикадан Альберт Эйнштейн ұсынған бұл теорияның негізі және барлық жүріп жатқан процестерді тек бір-біріне немесе сыртқы бақылаушыға қатысты қарастыруға болады. Уақыттың релятивистік кеңеюі деген не екенін сипаттамас бұрын, теорияның қалыптасу мәселесіне аздап үңіліп, оны тұжырымдау неліктен мүмкін және тіпті міндетті болғанын анықтау керек.
Салыстырмалылықтың бастаулары
19 ғасырдың аяғында ғалымдар кейбір эксперименттік деректер классикалық механикаға негізделген әлем бейнесіне сәйкес келмейтінін түсінді.
Негізгі қайшылықтар Ньютон механикасын вакуумдағы және үздіксіз ортадағы электромагниттік толқындардың қозғалысын сипаттайтын Максвелл теңдеулерімен біріктіру әрекеттеріне әкелді. Жарықтың дәл осындай толқын екені бұрыннан белгілі және оны электродинамика аясында қарастыру керек еді, бірақ визуалды және ең бастысы уақытпен тексерілген механикамен дауласу өте қиын болды.
Бірақ қайшылық анық болды. Алға қарай жарқыраған қозғалыстағы пойыздың алдында фонарь бекітілген делік. Ньютонның пікірінше, пойыздың жылдамдығы мен фонардан түсетін жарық қосылуы керек. Бұл гипотетикалық жағдайдағы Максвелл теңдеулері жай ғана «үзілді». Мүлде жаңа тәсіл қажет болды.
Арнайы салыстырмалылық
Салыстырмалылық теориясын Эйнштейн ойлап тапты дегенге сену дұрыс болмас еді. Негізінде ол өзіне дейін жұмыс істеген ғалымдардың еңбектері мен гипотезаларына жүгінді. Алайда автор жақындап қалдыекінші жағынан сұрақ және Ньютон механикасы орнына Максвелл теңдеулерін "априорлы дұрыс" деп таныды.
Әйгілі салыстырмалылық принципіне қосымша (шын мәнінде Галилей тұжырымдаған, алайда классикалық механика аясында) бұл тәсіл Эйнштейнді қызықты тұжырымға әкелді: жарық жылдамдығы барлық фреймдерде тұрақты. анықтама. Нақ осы қорытынды объект қозғалған кезде уақыт стандарттарын өзгерту мүмкіндігі туралы айтуға мүмкіндік береді.
Жарық жылдамдығының тұрақтылығы
«Жарық жылдамдығы тұрақты» деген сөз таң қалмайтын сияқты. Бірақ сіз бір орында тұрып, жарықтың белгіленген жылдамдықпен сізден алыстап бара жатқанын көріп тұрғаныңызды елестетуге тырысыңыз. Сіз сәуленің артынан жүресіз, бірақ ол дәл сол жылдамдықпен сізден алыстай береді. Оның үстіне, бұрылып, сәулеге қарама-қарсы бағытта ұшып бара жатқанда, сіз бір-біріңізден қашықтықтың жылдамдығын ешбір жолмен өзгертпейсіз!
Бұл қалай мүмкін? Мұнда уақыт кеңеюінің релятивистік әсері туралы әңгіме басталады. Қызықты? Содан кейін оқыңыз!
Эйнштейн бойынша релятивистік уақыттың кеңеюі
Нысанның жылдамдығы жарық жылдамдығына жақындағанда, объектінің ішкі уақыты баяулау үшін есептеледі. Егер адам осындай жылдамдықпен күн сәулесіне параллель қозғалады деп есептесек, ол үшін уақыт мүлде жүгіруді тоқтатады. Уақыттың релятивистік кеңеюінің формуласы бар, ол оның объект жылдамдығымен байланысын көрсетеді.
Алайда бұл мәселені зерттей отырып, массасы бар бірде-бір дене теориялық тұрғыдан жарық жылдамдығына жете алмайтынын есте ұстаған жөн.
Теорияға қатысты парадокстар
Арнайы салыстырмалылық – бұл ғылыми жұмыс және оны түсіну оңай емес. Дегенмен, қоғамның қай уақытта деген сұраққа деген қызығушылығы күнделікті деңгейде шешілмейтін парадокс болып көрінетін идеяларды тудырады. Мысалы, келесі мысал физикадан хабары жоқ SRT-мен танысқан адамдардың көпшілігін таң қалдырады.
Екі ұшақ бар, олардың бірі түзу ұшады, екіншісі ұшады және жарық жылдамдығына жақын жылдамдықтағы доғаны сипаттап, біріншісін қуып жетеді. Болжам бойынша, екінші аппараттың (жарық жылдамдығына жақын ұшатын) уақыты біріншіге қарағанда баяу өткені белгілі болды. Дегенмен, SRT постулатына сәйкес, екі ұшақтың да анықтамалық жүйесі бірдей. Бұл уақыт бір құрылғы үшін де, басқа құрылғы үшін де баяу өтуі мүмкін дегенді білдіреді. Бұл тұйыққа тірелетін сияқты. Бірақ…
Парадокстарды шешу
Шын мәнінде, мұндай парадокстардың қайнар көзі – теорияның механизмін дұрыс түсінбеу. Бұл қайшылықты белгілі алыпсатарлық эксперимент арқылы шешуге болады.
Бізде сарайдың ұзындығынан сәл ұзағырақ өтетін екі есігі бар сарай бар. Сырықты есіктен есікке созсақ, олар жабыла алмайды немесе біздің сырықты сындырып алады. Егер бағана сарайға ұшып кетсе,жарық жылдамдығына жақын жылдамдыққа ие болады, оның ұзындығы азаяды (есіңде болсын: жарық жылдамдығымен қозғалатын заттың ұзындығы нөлге тең болады) және ол қораның ішінде болған кезде біз оны жауып, аша аламыз. реквизиттерімізді бұзбай есіктер.
Екінші жағынан, ұшақпен мысалдағыдай, бұл полюске қатысты азаюы керек сарай. Парадокс қайталанады және одан шығудың жолы жоқ сияқты - екі нысанның да ұзындығы синхронды түрде қысқарады. Дегенмен, бәрі салыстырмалы екенін есте сақтаңыз және мәселені уақытты өзгерту арқылы шешіңіз.
Бір уақыттағы салыстырмалылығы
Сырықтың алдыңғы шеті ішінде, алдыңғы есіктің алдында тұрғанда, біз оны жауып, аша аламыз, ал сырық сарайға толығымен ұшқан сәтте, біз артқы жағымен де солай істейміз. есік. Біз мұны бір уақытта жасап жатқан жоқпыз сияқты, эксперимент сәтсіз аяқталды, бірақ бұл жерде ең бастысы белгілі болды: салыстырмалылықтың арнайы теориясына сәйкес, екі есіктің жабылу сәттері бірдей нүктеде орналасқан. уақыт осі.
Бұл бір анықтамалық жүйеде бір уақытта орын алатын оқиғалар басқасында бір уақытта болмайтындықтан орын алады. Релятивистік уақыттың кеңеюі объектілердің қатынасында көрінеді және біз Эйнштейн теориясының абсолютті күнделікті жалпылауына қайта ораламыз: бәрі салыстырмалы.
Тағы бір егжей-тегжей бар: екі нысан біркелкі және түзу сызықты қозғалғанда SRT-де анықтамалық жүйелердің теңдігі өзекті. Денелердің бірі үдеу немесе баяулауды бастағанда, оның анықтамалық жүйесі бірегей боладымүмкін.
Егіз парадокс
Релятивистік уақыттың кеңеюін «қарапайым түрде» түсіндіретін ең танымал парадокс – екі егіз ағайындылармен жасалған ойлау тәжірибесі. Біреуі ғарыш кемесінде жарық жылдамдығына жақын жылдамдықпен ұшып кетсе, екіншісі жерде қалады. Қайтып оралған ғарышкер ағасы өзінің 10 жаста, ал үйде қалған ағасының жасы 20-ға жеткенін біледі.
Жалпы сурет алдыңғы түсініктемелерден оқырманға түсінікті болуы керек: ғарыш кемесіндегі ағайын үшін оның жылдамдығы жарық жылдамдығына жақын болғандықтан уақыт баяулайды; біз жердегі бауырласқа қатысты анықтамалық жүйені қабылдай алмаймыз, өйткені ол инерциялық емес болып шығады (тек бір бауырлас артық жүктемені бастан кешіреді).
Тағы бір нәрсені атап өткім келеді: дауда қарсыластар қандай дәрежеге жетсе де, факт сақталады: уақыт абсолютті мәнінде тұрақты болып қалады. Ағасы ғарыш кемесінде қанша жыл ұшса да, оның анықтамалық шеңберінде уақыт өткен сайын дәл сол қарқынмен қартая береді, ал екінші ағасы дәл сол қарқынмен қартаяды - айырмашылық сол кезде ғана ашылады. олар кездеседі, басқа жағдайда емес.
Гравитация уақытының кеңеюі
Қорытындылай келе, жалпы салыстырмалылық теориясымен байланысты уақыттың кеңеюінің екінші түрі бар екенін атап өткен жөн.
Тіпті 18 ғасырда Митчелл қызыл түстің бар екенін болжаған.орын ауыстыру, яғни объект күшті және әлсіз ауырлық күші бар аймақтар арасында қозғалғанда, оның уақыты өзгереді. Лаплас пен Золднердің мәселені зерттеу әрекеттеріне қарамастан, тек Эйнштейн 1911 жылы осы тақырып бойынша толыққанды жұмысты ұсынды.
Бұл әсер релятивистік уақыттың кеңеюінен кем қызықты емес, бірақ ол бөлек зерттеуді қажет етеді. Ал бұл, олар айтқандай, мүлдем басқа әңгіме.
