Opća teorija relativnosti i posebna teorija relativnosti
Teorija relativnosti" je
Opća relativnost izvorno jeobjavio Albert Einstein 1915. Prije opće teorije relativnosti, smatralo se da je gravitacija "sila" koja djeluje između tijela koja imaju masu.
Međutim, Einsteinova opća teorija relativnosti promijenila je ovaj pogled na gravitaciju. Prema općoj teoriji relativnosti naš Svemir sastoji se od 3 prostorne dimenzije + 1 vremenske dimenzije.
Te dimenzije zajedno tvore četverodimenzionalnukontinuum poznat kao tkivo prostora-vremena. Objekti koji imaju masu stvaraju zakrivljenost u tkivu prostornog vremena. Ova zakrivljenost prostor-vremena odgovorna je za gravitaciju.
Opća teorija relativnosti (GR)
Opća teorija relativnosti opisuje gravitacijukao zakrivljenost prostor-vremena. Opća teorija relativnosti predvidjela je postojanje crnih rupa i njihova svojstva i prije nego što su otkrivene.
Opća relativnost temelji se na poljuEinsteinove jednadžbe, koje su nelinearne i vrlo je teško riješiti. Prema općoj relativnosti, predmeti s masom savijaju tkivo prostora-vremena. Što je masa veća, zavoj je veći. Opća relativnost ima niz posljedica o kojima se govori u nastavku.
Najpoznatiji rani test opće relativnosti bio jemoguće zbog potpune pomrčine Sunca 1919. godine. Arthur Eddington pokazao je da se prividni položaji zvijezda mijenjaju u blizini Sunca u točnom skladu s predviđanjima opće relativnosti
Osnovni principi opće relativnosti:
- Potreba za izmjenom Newtonove teorije gravitacije
Newtonova klasična teorija gravitacije temelji se nakoncept sile teže, koja je sila velikog dometa: ona djeluje trenutno na bilo kojoj udaljenosti. Ova trenutna priroda radnje nespojiva je s konceptom polja u modernoj fizici. U teoriji relativnosti nijedna interakcija ne može putovati brže od brzine svjetlosti u vakuumu.
- Načelo jednakosti gravitacijske i inercijske mase
U nerelativističkoj mehanici postoje dva pojma mase: prvi se odnosi na drugi Newtonov zakon, a drugi na zakon univerzalne gravitacije.
Prva misa- inertan (ili inercijalan) - postoji relacijane-gravitacijskisila koja djeluje na tijelo da bi ga ubrzala.Druga misa- gravitacijska - određuje silu privlačenja nekog tijela drugim tijelima i vlastitu silu privlačenja.
Ove dvije mase se mjere, kao što se može vidjeti iz opisa,u raznim eksperimentima, stoga, uopće ne moraju biti povezani, pa čak i više - proporcionalni jedni drugima. Međutim, njihova eksperimentalno utvrđena stroga proporcionalnost omogućuje nam da govorimo o jednoj tjelesnoj masi i u negravitacijskoj i u gravitacijskoj interakciji. Prikladnim izborom jedinica te se mase mogu međusobno izjednačiti.
- Načelo kretanja po geodetskim crtama
Ako je gravitacijska masa točnoinercijski, tada se u izrazu za ubrzanje tijela, na koje djeluju samo gravitacijske sile, smanjuju obje mase. Stoga ubrzanje tijela, a time i njegova putanja ne ovisi o masi i unutarnjoj strukturi tijela. Ako sva tijela u istoj točki prostora dobivaju isto ubrzanje, tada se to ubrzanje može povezati ne sa svojstvima tijela, već sa svojstvima samog prostora u ovoj točki.
- Prostorno-vremenska zakrivljenost
Ako lansirate dva tijela iz dvije bliske točkemeđusobno paralelne, tada će se u gravitacijskom polju postupno početi ili približavati ili udaljavati jedna od druge. Taj se učinak naziva odstupanje geodetske linije.
Može se primijetiti sličan učinakizravno, ako dvije loptice paralelno vodite po gumenoj membrani na kojoj je u središtu postavljen masivan predmet. Kuglice će se raširiti: onaj koji je bio bliže objektu koji gura membranu težit će središtu snažnije od udaljenije kuglice. Ovo odstupanje (odstupanje) posljedica je zakrivljenosti membrane.
- Prostorno-vremenska relativnost i snažno načelo ekvivalencije
Glavna razlika između prostorno-vremenske opće relativnosti iprostorno-vremenski SRT njegova je zakrivljenost, koja se izražava količinom tenzora - tenzorom zakrivljenosti. U SRT prostor-vremenu taj je tenzor identično jednak nuli, a prostor-vrijeme je ravan.
Iz tog razloga nije sasvim točnanaziv "opća teorija relativnosti". Ova teorija samo je jedna od niza teorija gravitacije koje trenutno razmatraju fizičari, dok je specijalna teorija relativnosti (točnije njezino načelo metričnosti prostor-vremena) općenito prihvaćena u znanstvenoj zajednici i čini kamen temeljac osnova moderne fizike.
Niti jedna od ostalih razvijenih teorija gravitacije, osim opće relativnosti, nije izdržala test vremena i eksperimenta, odnosno sve su, osim opće relativnosti, ostale samo hipoteze.
Posebna teorija relativnosti (SRT)
Prije nego što nastavimo, prvo to moramo razumjetikretanje je relativno.Na primjer, zamislite da stojite na pješačkoj stazi i vidite autobus kako prolazi cestom nekom konstantnom brzinom "v".
Sada ljudi u autobusu, svaki od njihodmarajući se u međusobnom odnosu. Ali za vas se svi kreću autobusom određenom brzinom "v". Osoba koja se promatraču čini nepomičnom u jednom referentnom okviru ne mora se nužno činiti nepomičnom drugom promatraču u drugom referentnom okviru - dakle, kretanje nije apsolutno, već relativno.
- Sinkronizacija vremena
SRT postulira mogućnost određivanjajednoliko vrijeme u okviru ovog inercijskog referentnog sustava postupkom sinkronizacije dva sata smještena u proizvoljnim točkama ISO-a (inercijski sustav izvještavanja).
- Poravnanje jedinice
Kako bi se osiguralo da su mjerenja izvršena u različitim ISO-imameđusobno uspoređivati, potrebno je uskladiti mjerne jedinice između referentnih sustava. Dakle, jedinice duljine mogu biti dosljedne usporedbom standarda duljine u smjeru okomitom na relativno gibanje inercijalnih referentnih okvira.
Na primjer, to može biti najkraća udaljenostizmeđu putanja dviju čestica koje se kreću paralelno s osi x i x’ i imaju različite ali konstantne koordinate (y, z) i (y’,z’). Za usklađivanje vremenskih jedinica možete koristiti identično konstruirane satove, na primjer, atomske.
- Prostor i vrijeme su homogeni
Zakoni prirode su isti u svim koordinatnim sustavima koji se gibaju pravocrtno i ravnomjerno jedan u odnosu na drugi. To znači daoblikovisnost fizikalnih zakona oprostorno-vremenske koordinate moraju biti iste u svim ISO-ima, odnosno zakoni su nepromjenjivi u odnosu na prijelaze između ISO-a. Načelo relativnosti utvrđuje jednakost svih ISO-a.
S obzirom na Newtonov drugi zakon, može se argumentiratida ako je brzina tijela u danom IFR konstantna (ubrzanje je nula), tada mora biti konstantna u svim ostalim IFR-ima. Ponekad se to uzima za definiciju inercijalnih referentnih sustava.
- Načelo postojanosti brzine svjetlosti
Načelo stalne brzine svjetlosti je u suprotnostiklasična mehanika, a posebno zakon zbrajanja brzina. Pri izvođenju potonjeg koristi se samo Galilejevo načelo relativnosti i implicitna pretpostavka o istom vremenu u svim ISO-ima.
Dakle, iz valjanosti drugog postulata slijedi da vrijeme mora bitisrodnik- nije isto u različitim ISO-ovima.Iz ovoga nužno slijedi da i "udaljenosti" moraju biti relativne. Zapravo, ako svjetlost prijeđe udaljenost između dvije točke u nekom vremenu, au drugom sustavu - u drugom vremenu i, štoviše, istom brzinom, onda slijedi da udaljenost u ovom sustavu mora biti drugačija.
Što je bit nove “teorije svega”?
Dva su profesora formulirala novu teorijuInženjerstvo sa Sveučilišta NC: Larry M. Silverberg i Jeffrey W. Eischen. Rezultate svog rada i matematički aparat koji su stvorili objavili su u časopisu Physics Essays.
Opisati međudjelovanje materije, prostorai vrijeme, američki znanstvenici uveli su koncept "energetski fragment". Prema njima, to je osnovna i nedjeljiva struktura od koje se sastoji cijeli nama poznati Svemir - od subatomskih čestica do zvijezda i galaksija.
Silverberg i Aishen predlažu učiniti sljedećekorak u ljudskom razumijevanju svijeta. Prema njima, na sadašnjoj razini u fizici postoji dihotomija vala i čestice. Potonji - element materije - postoji na određenoj točki u prostoru. Dok val postoji svugdje osim u točki iz koje je emitiran.
"Fragmenti energije" ujedinjuju ta dva entiteta.Prema autorima članka, energija uvijek "teče" kroz područja prostora i vremena. Ti potoci nigdje ne započinju niti završavaju, niti se ikad presijecaju.
Ideja iza potoka koji su imenovani"Fragmenti energije", nastali su pri pokušaju matematičkog opisivanja energije koja beskrajno teče. Teorija se temelji na najučinkovitijem modelu. Protjecanja u njemu određena su jednostavnom jednadžbom A = -⍺ / r, gdje je ⍺ intenzitet, a r funkcija udaljenost.
Kao dokaz, Jeffrey i Larry primijenili su svoja otkrića na dvije najpoznatije potvrde Einsteinove teorije. Radi se o kalkulacijianomalna precesija perihela MerkuraIgravitacijski otklon svjetlosti.
Abnormalno pomicanje perihela Merkura- obilježje kretanja otkriveno 1859planet Merkur, koji je odigrao iznimnu ulogu u povijesti fizike. Pokazalo se da je taj pomak bio prvo kretanje nebeskog tijela koje nije poštovalo Newtonov zakon univerzalne gravitacije. Fizičari su se suočili s potrebom traženja načina da modificiraju ili generaliziraju teoriju gravitacije.
Potraga je okrunjena uspjehom 1915. godine, kadaAlbert Einstein razvio je opću teoriju relativnosti (GR); iz jednadžbi opće relativnosti slijedila je potpuno ista vrijednost pomaka, koja je zapravo promatrana. Kasnije su izmjerena slična pomicanja orbita nekoliko drugih nebeskih tijela, čije su se vrijednosti također podudarale s onima predviđenim općom relativnošću.
Gravitacijski otklon svjetlosti - promjena smjera širenja svjetlosti ugravitacijsko polje. Posljedica je načela ekvivalencije. Prvi ga je izračunao A. Einstein 1916. godine. Važna posljedica gravitacijskog skretanja svjetlosti je učinak gravitacijskog sočiva u astronomiji.
Je li nova teorija lakša i prikladnija?
Rezultati dobiveni uzimajući u obzir "fragmente energije" podudarali su se s onima u okviru teorije relativnosti. Da li su bili jednostavniji, nije precizirano.
Procjena svjetske znanstvene zajednice
Budući da je samo kratka verzija javno dostupnaprezentacije teorije, teško je prosuditi koliko teorija Silverberga i Aishen podnosi kritike. Larryjev esej objavljen je na The Conversation i pruža samo dva dokaza.
Ako rad američkih znanstvenika privlačidovoljne pozornosti znanstvene zajednice, možda će se pokrenuti rasprava. Tijekom nje postat će jasno koliko je nova teorija korisna za znanost, bez obzira je li suvišna ili sadrži temeljne nedostatke.
Čitaj više:
Pobačaj i znanost: što će se dogoditi s djecom koja će roditi
NASA je objavila fotografiju Zemlje s Mjeseca, koja je snimljena 1968. godine
Pogledajte najljepše slike Hubblea. Što je teleskop vidio u 30 godina?