מדענים פיתחו תחליף לתורת היחסות. מה המהות של "תיאוריית הכל"?

תורת היחסות הכללית ותורת היחסות המיוחדת

תורת היחסות היא".

מונח כללי המשמש לשני סוגים שונים של תיאוריות שניתנו על ידי אלברט איינשטיין, כלומר תורת היחסות הפרטית ותורת היחסות הכללית.

תורת היחסות הכללית הייתה במקורפורסם על ידי אלברט איינשטיין ב-1915. לפני תורת היחסות הכללית, הכבידה נחשבה ל"כוח" שפועל בין עצמים בעלי מסה.

עם זאת, תורת היחסות הכללית של איינשטיין שינתה תפיסה זו של כוח המשיכה. על פי תורת היחסות הכללית, היקום שלנו מורכב מ-3 ממדים מרחביים + ממד זמן אחד.

יחד מימדים אלה יוצרים ארבע ממדיםרצף המכונה מארג המרחב-זמן. אובייקטים בעלי מסה מייצרים עקמומיות במרקם של זמן החלל. עקמומיות זו של זמן המרחב אחראית לכוח המשיכה.

תורת היחסות הכללית (GR)

תורת היחסות הכללית מתארת ​​את כוח הכבידהכעקמומיות של מרחב-זמן. תורת היחסות הכללית חזתה את קיומם של חורים שחורים ותכונותיהם עוד לפני שהתגלו.

תורת היחסות הכללית מבוססת על שדההמשוואות של איינשטיין, שאינן לינאריות וקשה מאוד לפתור. על פי תורת היחסות הכללית, עצמים עם מסה מכופפים את מרקם המרחב-זמן. ככל שהמסה גדולה יותר, כך העיקול גדול יותר. לתורת היחסות הכללית מספר השלכות שעליהן נדון להלן.

המבחן המוקדם המפורסם ביותר של תורת היחסות הכללית היהאפשרי בגלל ליקוי החמה הכולל של שנת 1919. ארתור אדינגטון הראה כי עמדותיהם לכאורה של כוכבים משתנות ליד השמש בהתאם בדיוק לתחזיות היחסות הכללית

עקרונות בסיסיים של תורת היחסות הכללית:

• הצורך לשנות את תורת הכבידה הניוטונית

תיאוריית הגרביטציה הקלאסית של ניוטון מבוססת עלהמושג כוח הכבידה, שהוא כוח לטווח הרחוק: הוא פועל באופן מיידי בכל מרחק. אופי מיידי זה של הפעולה אינו עולה בקנה אחד עם המושג שדה בפיזיקה המודרנית. בתורת היחסות, שום אינטראקציה לא יכולה לנוע מהר יותר ממהירות האור בחלל ריק.

• עקרון השוויון בין המוני הכבידה והאינרציה

במכניקה הלא רלטיביסטית ישנם שני מושגים של מסה: הראשון מתייחס לחוק השני של ניוטון, והשני לחוק הכבידה האוניברסלית.

מיסה ראשונה- אינרטי (או אינרציאלי) - יש יחסלא כבידהכוח הפועל על גוף כדי להאיץ אותו.מסה שנייה- כבידה - קובע את כוח המשיכה של גוף על ידי גופים אחרים ואת כוח המשיכה שלו.

שתי מסות אלו נמדדות, כפי שניתן לראות מהתיאור,בניסויים שונים, לפיכך, הם אינם חייבים להיות מחוברים כלל, ואף יותר מכך - פרופורציונליים זה לזה. עם זאת, המידתיות המחמירה שהוקמה בניסוי מאפשרת לנו לדבר על מסת גוף אחת באינטראקציות לא-כבידתיות וגם באינטראקציות. על ידי בחירה מתאימה של יחידות, ניתן להפוך את המאסות הללו לשוות זו לזו.

• עקרון התנועה בקווים גיאודטיים

אם מסת הכבידה היא בדיוקאינרציאלי, ואז בביטוי להאצת הגוף, שעליו פועלים רק כוחות כובד, שני ההמונים מצטמצמים. לכן, האצת הגוף, ומכאן מסלולו, אינה תלויה במסת הגוף ובמבנה הפנימי. אם כל הגופים באותה נקודה בחלל מקבלים את אותה האצה, אז ניתן לשייך תאוצה זו לא לתכונות הגופים, אלא לתכונות החלל עצמו בנקודה זו.

• עקמומיות בזמן המרחב

אם תשגר שני גופים משתי נקודות קרובותבמקביל זה לזה, ואז בשדה הכבידה הם יתחילו בהדרגה להתקרב או להתרחק זה מזה. אפקט זה נקרא סטיית קו גיאודטית.

ניתן לראות השפעה דומהישירות, אם אתה מריץ שני כדורים מקבילים זה לזה על קרום גומי, שעליו מונח חפץ מסיבי במרכז. הכדורים יתפזרו: זה שהיה קרוב יותר לאובייקט שדוחף את הקרום יטה למרכז חזק יותר מהכדור הרחוק יותר. אי התאמה (סטייה) זו נובעת מעיקול הקרום.

• תורת היחסות הכללית בזמן המרחב והעקרון החזק של שקילות

ההבדל העיקרי בין מרחב הזמן של תורת היחסות הכללית לביןמרחב זמן מרחב הוא העקמומיות שלו, המתבטאת בכמות טנזור - טנזור העקמומיות. במרחב זמן SRT טנסור זה שווה זהה לאפס ומרחב זמן הוא שטוח.

מסיבה זו, זה לא לגמרי נכוןשם "תורת היחסות הכללית". תיאוריה זו היא רק אחת ממספר תיאוריות של כוח הכבידה הנחשבות כיום על ידי פיזיקאים, בעוד שתורת היחסות המיוחדת (ליתר דיוק, העיקרון שלה של מטריצות המרחב-זמן) מקובלת בדרך כלל על ידי הקהילה המדעית ומהווה את אבן היסוד של הבסיס של הפיזיקה המודרנית.

אף אחת מתאוריות הכבידה האחרות המפותחות, למעט תורת היחסות הכללית, לא עמדה במבחן הזמן והניסוי, כלומר, כולן, למעט תורת היחסות הכללית, נותרו רק השערות.

תורת היחסות המיוחדת (SRT)

לפני שנמשיך הלאה, עלינו להבין זאת קודםהתנועה היא יחסית.לדוגמה, דמיינו שאתם עומדים על שביל רגלי ורואים אוטובוס חולף לאורך הכביש באיזו מהירות קבועה "v".

עכשיו לאנשים באוטובוס כל אחד מהםנח ביחס זה לזה. אבל בשבילכם כולם עוברים עם האוטובוס במהירות מסוימת "v". אדם שנראה למתבונן חסר תנועה במסגרת התייחסות אחת לא בהכרח נראה כאילו הוא חסר תנועה בפני צופה אחר במסגרת התייחסות אחרת - לכן התנועה אינה מוחלטת, אלא יחסית.

• סנכרון זמן

ה- SRT מניח את האפשרות לקבועזמן אחיד במסגרת מערכת התייחסות אינרציאלית זו על ידי הליך הסנכרון של שני שעונים הנמצאים בנקודות שרירותיות של ה- ISO (מערכת דיווחי אינרציה).

• יישור יחידות

כדי להבטיח כי מדידות שנעשו ב-ISOs שוניםניתן להשוות זה עם זה, יש צורך לתאם את יחידות המדידה בין מערכות הייחוס. לפיכך, יחידות אורך יכולות להיות עקביות על ידי השוואת תקני אורך בכיוון המאונך לתנועה היחסית של מסגרות ייחוס אינרציאליות.

לדוגמה, זה יכול להיות המרחק הקצר ביותרבין המסלולים של שני חלקיקים הנעים במקביל לצירי x ו-x’ ובעל קואורדינטות שונות אך קבועות (y, z) ו-(y’,z’). כדי לתאם יחידות זמן, אתה יכול להשתמש בשעונים הבנויים באופן זהה, למשל, אטומיים.

• מרחב וזמן הם הומוגניים

חוקי הטבע זהים בכל מערכות הקואורדינטות הנעות בצורה ישרה ואחידה זו לזו. זה אומר שהצורהתלות של חוקים פיזיקליים בקואורדינטות מרחב-זמן חייבות להיות זהות בכל ה-ISO, כלומר, החוקים אינם משתנים ביחס למעברים בין ISOs. עקרון היחסות קובע את השוויון של כל ISOs.

בהתחשב בחוק השני של ניוטון, ניתן לטעוןשאם מהירות הגוף ב- IFR נתון קבועה (התאוצה היא אפס), אז היא חייבת להיות קבועה בכל שאר ה- IFR. לפעמים זה נלקח להגדרת מערכות התייחסות אינרציאליות.

• עקרון הקביעות של מהירות האור

העיקרון של מהירות האור הקבועה סותרמכניקה קלאסית, ובמיוחד חוק חיבור המהירויות. כאשר גוזרים את האחרון, נעשה שימוש רק בעקרון היחסות של גלילאו ובהנחה המרומזת של אותו זמן בכל ה-ISO.

לפיכך, מתוקף ההנחה השניה נובע שהזמן חייב להיותקרוב משפחה- לא אותו דבר ב-ISO שונים.מכאן נובע בהכרח שגם "מרחקים" חייבים להיות יחסיים. למעשה, אם האור עובר את המרחק בין שתי נקודות בזמן מסוים, ובמערכת אחרת - בזמן שונה ויותר מכך, באותה מהירות, אז נובע מכך שהמרחק במערכת זו חייב להיות שונה.

מהי המהות של "התיאוריה של הכל" החדשה?

שני פרופסורים ניסחו תיאוריה חדשההנדסה מאוניברסיטת NC: לארי מ 'סילברברג וג'פרי וו. איישן. הם פרסמו את תוצאות עבודתם והמנגנון המתמטי שיצרו בכתב העת Physics Essays.

לתיאור האינטראקציה של החומר, החללוזמן, מדענים אמריקאים הציגו את המושג "שבר אנרגיה". לדבריהם, זהו המבנה הבסיסי והבלתי ניתן לחלוקה ממנו מורכב כל היקום המוכר לנו - מחלקיקים תת-אטומיים ועד לכוכבים וגלקסיות.

סילברברג ואיישן מציעים לעשות את הדבר הבאצעד בהבנת העולם של האנושות. לדבריהם, ברמה הנוכחית בפיזיקה יש דיכוטומיה של גל וחלקיק. האחרון - יסוד החומר - קיים בנקודה מסוימת במרחב. ואילו גל קיים בכל מקום מלבד הנקודה ממנה הוא נפלט.

"שברי אנרגיה" מאחדים את שתי הישויות הללו.לדברי מחברי המאמר, אנרגיה תמיד "זורמת" באזורי המרחב והזמן. זרמים אלה אינם מתחילים או מסתיימים בשום מקום, והם אף פעם לא מצטלבים.

הרעיון מאחורי זרמים ששמו נקרא"שברי אנרגיה", התעוררו כשניסינו לתאר באופן מתמטי את האנרגיה הזורמת לאינסוף. התיאוריה מבוססת על המודל היעיל ביותר. הזרמים בו נקבעים על ידי המשוואה הפשוטה A = -⍺ / r, כאשר ⍺ הוא העוצמה ו- r הוא פונקציה של מרחק.

כהוכחה, ג'פרי ולארי יישמו את ממצאיהם על שניים מהאישורים המפורסמים ביותר של התיאוריה של איינשטיין. זה עניין של חישובדיכאון חריג של פריהליון של מרקוריוסטיה של כוח הכבידה.

תזוזה לא תקינה של פריהליון של כספית- תכונה של תנועה שהתגלתה ב-1859כוכב הלכת מרקורי, שמילא תפקיד יוצא דופן בהיסטוריה של הפיזיקה. עקירה זו התבררה כתנועה הראשונה של גוף שמימי שלא ציית לחוק הכבידה האוניברסלית של ניוטון. פיזיקאים עמדו בפני הצורך לחפש דרכים לשנות או להכליל את תורת הכבידה.

החיפוש הוכתר בהצלחה בשנת 1915, אזאלברט איינשטיין פיתח את תורת היחסות הכללית (GR); ממשוואות היחסות הכללית עקבו בדיוק אחרי ערך העקירה שנצפה בפועל. מאוחר יותר נמדדו תזוזות דומות במסלולים של כמה גרמי שמיים אחרים, שערכיהם חפפו גם את אלה שחוזה תורת היחסות הכללית.

סטיית כבידה של האור - שינוי כיוון התפשטות האור פנימהשדה הכבידה. זו תוצאה של עקרון השוויון. זה היה מחושב לראשונה על ידי א 'איינשטיין בשנת 1916. תוצאה חשובה של הסטת האור הכבידתית היא השפעת עדשות הכבידה באסטרונומיה.

האם התיאוריה החדשה קלה ונוחה יותר?

התוצאות שהושגו תוך התחשבות ב"שברי האנרגיה "חפפו את אלה במסגרת תורת היחסות. לא נקבע אם הם היו פשוטים יותר.

הערכת הקהילה המדעית העולמית

מכיוון שיש רק סיכום של התיאוריה ברשות הרבים, קשה לשפוט עד כמה התיאוריה של סילברברג ואיישן מחזיקה מעמדהמאמר של לארי פורסם באתר The Conversation, ויש בו רק שתי הוכחות להמחשה.

אם עבודתם של מדענים אמריקאים מושכתתשומת לב מספקת של הקהילה המדעית, אולי יתעורר דיון. במהלך זה יתברר עד כמה התיאוריה החדשה מועילה למדע, האם היא מיותרת או שמא יש בה פגמים מהותיים.

קרא עוד:

הפלה ומדע: מה יקרה לילדים שילדו

נאס"א פרסמה תמונה של כדור הארץ מהירח, שצולמה בשנת 1968

בדוק את התמונות היפות ביותר של האבל. מה ראה הטלסקופ מזה 30 שנה?