La teoria della relatività – che cos'è? I postulati della teoria della relatività. Tempo e spazio nella teoria della relatività

Indietro nei primi anni del 20 ° secolo è stata formulata la teoria della relatività. Che cosa è e che il suo creatore sa ogni scolaro oggi. E 'così affascinante che ancora interessato alle persone che sono lontani dalla scienza. In questo articolo in un linguaggio accessibile descrive la teoria della relatività: che cosa è, quali sono i suoi postulati e applicazioni.

Si dice che a Albertu Eynshteynu, il creatore, l'intuizione è venuto in un batter d'occhio. Scienziato presumibilmente guidato un tram a Berna, in Svizzera. Guardò l'orologio strada e si rese conto che l'orologio si ferma quando un tram accelerare fino alla velocità della luce. In questo caso non sarebbe stato il tempo. nella teoria della relatività che svolge un ruolo molto importante. Uno dei postulati formulate da Einstein – diversi osservatori percepire la realtà in modo diverso. Questo vale in particolare per il tempo e la distanza.

Contabilità per la posizione dell'osservatore

In quel giorno, Albert si rese conto che il linguaggio della scienza, la descrizione di un fenomeno fisico o di un evento dipende dal fatto che l'osservatore si trova in una cornice di riferimento. Per esempio, se qualsiasi tram passeggeri scenderà punti, cadono in relazione ad esso verso il basso. Se guardiamo dal punto di vista in piedi su una strada pedonale, la traiettoria della caduta corrisponde ad una parabola, come le mosse del tram, mentre cadono gli occhiali. Così, il sistema di riferimento a tutti. Offriamo uno sguardo più da vicino i principi di base della teoria della relatività.

diritto del traffico distribuita e il principio di relatività

Nonostante il fatto che quando si modifica la descrizione degli eventi che contano sistemi variano, ci sono cose universali che rimangono gli stessi. Per capire questo, ci si deve chiedere di far cadere punti, e la legge di natura, che induce a cadere. Per qualsiasi osservatore, indipendentemente dall'ordine in un movimento o sistema fisso di coordinate che è, la risposta è invariato. Questa legge è chiamata la legge di distribuzione del traffico. E 'altrettanto valida in tram, e sulla strada. In altre parole, se la descrizione degli eventi dipende sempre da chi sta guardando loro, allora questo non vale per le leggi della natura. Essi sono, come si è espresso in linguaggio scientifico, invariante. Che questo è il principio di relatività.

Due della teoria di Einstein

Questo principio, così come qualsiasi altra ipotesi, è stato necessario prima verifica, la correlazione con i fenomeni naturali attiva nella nostra realtà. Einstein deriva 2 teoria della relatività. Anche se sono correlati, ma sono considerati separati.

teoria della relatività privato o speciali (SRT) si basa sulla premessa che, per tutti i tipi di sistemi di riferimento, che sono una velocità costante, le leggi della natura sono le stesse. relatività generale (GR) Questo principio si applica a qualsiasi fotogramma di riferimento, compresi quelli che si muovono con accelerazione. Nel 1905, Albert Einstein pubblicò la prima teoria. La seconda, più complessa in termini di apparato matematico, completata nel 1916. Creazione della teoria della relatività, SRT e TSL, è stato un passo importante nello sviluppo della fisica. Soffermiamoci su ciascuno di essi.

Teoria della Relatività

Che cosa è, che cosa è la sua essenza? Cerchiamo di rispondere a questa domanda. E 'questa teoria predice molti effetti paradossali che sono in contrasto con le nostre intuizioni su come funziona il mondo. Questi sono gli effetti che si verificano quando la velocità si avvicina alla velocità della luce. Il più famoso tra questi è l'effetto dilatazione del tempo (l'orologio). Orologi che si muovono rispetto all'osservatore, sono più lenti di quelli che sono nelle sue mani per lui.

Nel sistema di coordinate muove ad una velocità prossima alla velocità della luce, essendo allungato rispetto all'osservatore, e la lunghezza degli oggetti (estensione spaziale), al contrario, viene compresso lungo la direzione dell'asse di questo movimento. Questo effetto scienziati chiamano-Fitzgerald contrazione di Lorentz. Eppure, nel 1889 ha descritto Dzhordzh Fitsdzherald, un fisico italiano. E nel 1892, Hendrik Lorentz, un olandese, ha aggiunto. Questo effetto spiega il risultato negativo, che dà l'esperimento di Michelson-Morley, in cui la velocità del pianeta nello spazio esterno è determinato misurando il "vento etere". Questi sono i principi di base della teoria della relatività (speciale). Einstein completato questi conversione del peso equazioni formula fatta per analogia. In base ad esso, per esempio la velocità corpo si avvicina alla velocità della luce, il peso corporeo aumenta. Ad esempio, se la velocità è 260K. Km / s, ossia 87% della velocità della luce, dal punto di vista di un osservatore che è nel sistema di riferimento fisso, di raddoppiare la massa dell'oggetto.

conferma STO

Tutte queste disposizioni, qualsiasi esse siano in contrasto con il senso comune, a tempo di Einstein sono direttamente e pienamente confermati in numerosi esperimenti. Uno di loro ha tenuto un'Università del Michigan ricercatori. Questo curioso esperimento ha confermato la teoria della relatività in fisica. I ricercatori hanno collocato a bordo di un velivolo, che regolarmente ha reso voli transatlantici, ultra-precisi orologi atomici. Ogni volta dopo il suo ritorno alla testimonianza di queste ore sono stati controllati con il controllo dell'aeroporto. Si è scoperto che l'orologio sul piano di volta in volta sempre più ritardato dietro i controlli. Naturalmente, questo è solo un minore figure, frazioni di secondo, ma il fatto è molto significativo.

Gli ultimi ricercatori mezzo secolo stanno studiando acceleratore di particelle elementari – un enorme complesso di hardware. In questi fasci di elettroni o protoni, cioè caricati particelle subatomiche accelerate purché non si avvicinano alla velocità della luce. Successivamente bombardano il bersaglio nucleare. In questi test, è necessario considerare il fatto che la massa di particelle aumenta, altrimenti i risultati dell'esperimento non può essere interpretato. A questo proposito, lo SRT è stato a lungo non è stato solo una teoria ipotetica. E 'diventato uno degli strumenti che vengono utilizzati in ingegneria applicata, insieme con le leggi della meccanica di Newton. I principi della teoria della relatività hanno trovato grande utilità pratica oggi.

leggi STO e di Newton

Parlando di leggi di Newton (ritratto dello scienziato presentato sopra), si deve rilevare che la teoria della relatività ristretta, che apparentemente li contraddice, in realtà riproduce le equazioni delle leggi di Newton quasi esattamente, se viene utilizzato per descrivere un organismo la cui velocità di movimento molto inferiore alla velocità della luce. In altre parole, se si utilizza la relatività speciale, la fisica di Newton non è annullata. Questa teoria, al contrario, completa ed estende esso.

La velocità della luce – una costante universale

Utilizzando il principio di relatività, si può capire il motivo per cui svolge un ruolo importante è la velocità della luce, piuttosto che qualsiasi altra cosa in questo modello mondo della struttura. Questa questione è sollevata da coloro che hanno appena iniziato la familiarità con la fisica. La velocità della luce è una costante universale in quanto è definito come tale dalla legge naturale (di questo si possono trovare studiando le equazioni di Maxwell). La velocità della luce nel vuoto, in virtù del principio di relatività, in qualsiasi sistema di riferimento è lo stesso. Si potrebbe pensare che è contrario al senso comune. Ne consegue che all'osservatore contemporaneamente come la luce proviene da una sorgente fissa e da una mobile (indipendentemente dal fatto che si muove con una velocità). Tuttavia, non è così. La velocità della luce, grazie al suo ruolo particolare viene dato un posto centrale non solo speciale, ma anche nella relatività generale. E dire a questo proposito.

Teoria generale della relatività

È usato, come abbiamo detto, per tutti i sistemi di riferimento non sono necessariamente quelle la cui velocità di movimento rispetto all'altro è costante. Matematicamente, questa teoria sembra molto più difficile di quanto speciale. Questo spiega il fatto che tra le loro pubblicazioni sono passati 11 anni. GTR include uno speciale come un caso speciale. Pertanto, le leggi di Newton sono anche parte di essa. Tuttavia, la relatività generale va ben oltre i suoi predecessori. Ad esempio, è spiegato in un'altra gravità.

quarta dimensione

Grazie al mondo a quattro dimensioni sta diventando GRT: Tempo aggiunto alle tre dimensioni spaziali. Tutti loro sono inseparabili, quindi, è necessario parlare non circa la distanza spaziale che esiste nel mondo tridimensionale tra due oggetti. Va ora in intervalli spazio-temporali tra eventi diversi, unendo loro distanza sia spaziale che temporale l'una dall'altra. In altre parole, il tempo e lo spazio nella teoria della relatività sono considerati come un continuo quadridimensionale. Esso può essere definito come lo spazio-tempo. Questo continuum di quegli osservatori che si muovono l'uno rispetto all'altro, avrà diverse opinioni, anche su eventuali due eventi, o uno di essi se non ci fossero sia preceduto da un altro. Tuttavia, la relazione causale non è violato. In altre parole, l'esistenza di un tale sistema di coordinate, dove si verificano due eventi in sequenze diverse e, allo stesso tempo, non consente neppure un GR.

La relatività generale e la legge di gravitazione universale

Secondo la legge di gravitazione universale, scoperta da Newton, la forza di attrazione reciproca esiste nell'universo tra due corpi. Terra da questa posizione gira intorno al sole, in quanto vi sono forze di attrazione tra di loro. Tuttavia, la teoria della relatività generale rende il look sul lato opposto a questo fenomeno. Gravità, secondo questa teoria – una conseguenza di "curvatura" (deformazione) di spazio-tempo, che si osserva sotto l'influenza della massa. Il corpo è più pesante (nel nostro esempio, il sole), il più "flessibile" sotto lo spazio-tempo. Di conseguenza, il suo campo gravitazionale è così forte.

Al fine di meglio comprendere l'essenza della teoria della relatività, prendere in considerazione il confronto. La terra, secondo la relatività generale, gira intorno al sole, come una pallina che rotola intorno al cratere del cono, formata a seguito di "forzatura" sole spazio-tempo. E il fatto che abbiamo usato per prendere la forza di gravità è in realtà la manifestazione esteriore della curvatura, e non con la forza, nel senso di Newton. Meglio spiegazione del fenomeno di gravità rispetto a quanto proposto in TSL, fino ad oggi non trovato.

I metodi per il test della relatività generale

Si noti che il TSL non è facile da controllare, poiché si traduce in laboratorio quasi rispettare la legge di gravitazione universale. Tuttavia, gli scienziati avevano ancora un certo numero di importanti esperimenti. I loro risultati suggeriscono che la teoria di Einstein è confermata. GRT aiuta anche a spiegare le diverse fenomeni osservati nello spazio. Questo, ad esempio, piccole deviazioni di mercurio dalla sua orbita stazionaria. Dal punto di vista della meccanica classica newtoniana non può spiegare loro. Anche per questo motivo la radiazione elettromagnetica proveniente da stelle lontane è piegato quando passa vicino al sole.

I risultati previsti dalla relatività generale, infatti, differiscono sostanzialmente da quelli che danno le leggi di Newton (il suo ritratto è presentato sopra) solo quando ci sono campi gravitazionali super resistenti. Pertanto, per completare la verifica della relatività generale richiede sia misure molto precise della grande massa di oggetti, o un buco nero, perché le nostre rappresentazioni abituali in relazione al loro inapplicabile. Pertanto, lo sviluppo di metodi sperimentali per testare questa teoria è uno dei compiti principali della fisica sperimentale moderna.

Le menti di molti scienziati, e le persone lontane dalla scienza prende creati dalla teoria della relatività di Einstein. Di cosa si tratta, abbiamo parlato brevemente. Questa teoria si trasforma le nostre idee familiari sul mondo, così l'interesse non è ancora stato estinto.