Teori relativitas - apa itu? Dalil-dalil teori relativitas. Ruang dan waktu dalam teori relativitas

Kembali di awal abad ke-20 dirumuskan teori relativitas. Apa dan siapa yang penciptanya tahu setiap anak sekolah hari ini. Hal ini sangat menarik yang bahkan tertarik pada orang-orang yang jauh dari ilmu pengetahuan. Dalam artikel ini dalam bahasa diakses menjelaskan teori relativitas: apa itu, apa yang postulat dan aplikasi.

Dikatakan bahwa untuk Albertu Eynshteynu, pencipta, wawasan datang dalam sekejap. Ilmuwan diduga naik trem di Bern, Swiss. Dia melihat jam jalan dan menyadari bahwa jam akan berhenti ketika trem mempercepat ke kecepatan cahaya. Dalam hal ini tidak akan menjadi waktu. dalam teori relativitas memainkan peran yang sangat penting. Salah satu dalil-dalil yang dirumuskan oleh Einstein - pengamat yang berbeda memandang realitas secara berbeda. Hal ini berlaku khususnya untuk waktu dan jarak.

Akuntansi untuk posisi pengamat

Pada hari itu, Albert menyadari bahwa bahasa ilmu pengetahuan, deskripsi dari setiap fenomena fisik atau peristiwa tergantung pada apakah pengamat adalah dalam kerangka acuan. Misalnya, jika ada trem penumpang akan kehilangan poin, mereka jatuh dalam kaitannya dengan itu lurus ke bawah. Jika kita melihat dari perspektif berdiri di jalan pejalan kaki, lintasan musim gugur sesuai dengan parabola, sebagai bergerak trem saat jatuh gelas. Dengan demikian, sistem rujukan pada semua orang. Kami menawarkan melihat lebih dekat pada prinsip dasar teori relativitas.

hukum lalu lintas didistribusikan dan prinsip relativitas

Terlepas dari kenyataan bahwa ketika Anda mengubah deskripsi peristiwa menghitung sistem bervariasi, ada hal-hal universal yang tetap sama. Untuk memahami hal ini, kita harus bertanya-tanya tidak kehilangan poin, dan hukum alam, yang menyebabkan ia jatuh. Untuk pengamat, terlepas dari urutan yang bergerak atau sistem tetap koordinat itu, jawabannya adalah tidak berubah. Hukum ini disebut hukum distribusi lalu lintas. Hal ini sama berlaku di trem, dan di jalan. Dengan kata lain, jika deskripsi peristiwa selalu tergantung pada siapa yang mengawasi mereka, maka ini tidak berlaku untuk hukum-hukum alam. Mereka, seperti yang diungkapkan dalam bahasa ilmiah, invarian. Bahwa ini adalah prinsip relativitas.

Dua teori Einstein

Prinsip ini, serta setiap hipotesis lain, itu perlu untuk cek pertama, berhubungan dengan fenomena alam aktif dalam realitas kita. Einstein berasal 2 teori relativitas. Meskipun mereka terkait, tetapi dianggap terpisah.

Pribadi atau khusus teori relativitas (SRT) didasarkan pada premis bahwa, untuk semua jenis sistem referensi, yang merupakan kecepatan konstan, hukum-hukum alam yang sama. relativitas umum (GR) Prinsip ini berlaku untuk setiap kerangka acuan, termasuk yang bergerak dengan akselerasi. Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan teori pertama. Yang kedua, yang lebih kompleks dalam hal aparat matematika, selesai pada 1916. Penciptaan teori relativitas, SRT dan GRT, adalah langkah penting dalam pengembangan fisika. Mari kita berkutat pada masing-masing.

teori relativitas khusus

Apa itu, apa esensinya? Mari kita menjawab pertanyaan ini. Ini adalah teori ini memprediksikan banyak efek paradoks yang bertentangan dengan intuisi kita tentang bagaimana dunia bekerja. Ini adalah efek yang terjadi ketika kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Yang paling terkenal di antara mereka adalah efek dilatasi waktu (jam). Jam tangan yang bergerak relatif terhadap pengamat, lebih lambat dari mereka yang di tangannya baginya.

Dalam sistem koordinat bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, yang membentang relatif terhadap pengamat, dan panjang benda (batas spasial), sebaliknya, dikompresi sepanjang arah sumbu gerakan ini. ilmuwan Efek ini disebut-Fitzgerald kontraksi Lorentz. Namun pada tahun 1889 ia menggambarkan Dzhordzh Fitsdzherald, seorang fisikawan Italia. Dan pada tahun 1892, Hendrik Lorentz, seorang Belanda, tambahnya. Efek ini menjelaskan hasil negatif, yang memberikan percobaan Michelson-Morley, di mana kecepatan planet di luar angkasa ditentukan dengan mengukur "angin ether". Ini adalah prinsip dasar dari teori relativitas (khusus). Einstein dilengkapi ini konversi berat persamaan rumus yang dibuat oleh analogi. Menurut itu, untuk sebagai kecepatan tubuh mendekati kecepatan cahaya, berat badan meningkat. Misalnya, jika kecepatan 260K. Km / s, yaitu 87% dari kecepatan cahaya, dari sudut pandang pengamat yang dalam kerangka acuan stasioner, untuk melipatgandakan massa benda.

konfirmasi STO

Semua ketentuan ini, apa pun yang mereka bertentangan dengan akal sehat, ke waktu Einstein secara langsung dan sepenuhnya dikonfirmasi di berbagai eksperimen. Salah satunya menggelar University of Michigan peneliti. Percobaan penasaran ini menegaskan teori relativitas dalam fisika. Para peneliti ditempatkan di atas pesawat, yang secara teratur membuat penerbangan transatlantik, ultra-tepat jam atom. Setiap kali setelah kembali ke kesaksian jam tersebut diperiksa dengan kontrol bandara. Ternyata jam di pesawat setiap kali lebih banyak dan lebih tertinggal dibandingkan kontrol. Tentu saja, itu hanya angka kecil, sepersekian detik, tetapi kenyataannya adalah sangat signifikan.

Para peneliti setengah abad terakhir sedang mempelajari dasar akselerator partikel - sebuah kompleks hardware besar. Dalam berkas elektron ini atau proton, yaitu partikel bermuatan subatomik dipercepat selama mereka tidak mendekati kecepatan cahaya. Setelah itu mereka membombardir target nuklir. Dalam tes ini, Anda perlu mempertimbangkan fakta bahwa massa partikel meningkat, jika hasil percobaan tersebut tidak dapat ditafsirkan. Dalam hal ini, SRT telah lama bukan hanya teori hipotetis. Hal ini telah menjadi salah satu alat yang digunakan dalam rekayasa terapan, bersama dengan hukum Newton mekanika. Prinsip-prinsip teori relativitas yang ditemukan penggunaan praktis yang besar hari ini.

hukum STO dan Newton

Berbicara tentang hukum Newton (potret ilmuwan yang disajikan di atas), perlu dicatat bahwa teori relativitas khusus, yang tampaknya bertentangan mereka, benar-benar mereproduksi persamaan hukum Newton hampir persis, jika digunakan untuk menggambarkan sebuah badan yang kecepatan gerakan jauh lebih sedikit daripada kecepatan cahaya. Dengan kata lain, jika Anda menggunakan relativitas khusus, fisika Newton tidak dibatalkan. Teori ini, kontras, melengkapi dan meluas.

Kecepatan cahaya - konstanta universal yang

Menggunakan prinsip relativitas, satu bisa mengerti mengapa hal itu memainkan peran penting adalah kecepatan cahaya, bukan dari apa pun dalam dunia model struktur. Pertanyaan ini diajukan oleh mereka yang baru mulai keakraban dengan fisika. Kecepatan cahaya adalah konstan universal karena itu didefinisikan seperti itu oleh hukum alam (lebih lanjut tentang ini dapat ditemukan dengan mempelajari persamaan Maxwell). Kecepatan cahaya dalam ruang hampa, berdasarkan prinsip relativitas, dalam setiap kerangka acuan adalah sama. Anda mungkin berpikir bahwa itu bertentangan dengan akal sehat. Oleh karena itu untuk pengamat pada saat yang sama sebagai cahaya berasal dari sumber yang tetap dan dari bergerak (terlepas dari apakah itu bergerak dengan kecepatan a). Namun, itu tidak. Kecepatan cahaya, berkat peran khusus diberikan tempat sentral tidak hanya khusus, tetapi juga dalam relativitas umum. Dan menceritakan tentang hal itu.

Teori Relativitas Umum

Hal ini digunakan, seperti yang telah kita mengatakan, untuk semua kerangka acuan belum tentu mereka yang kecepatan gerak relatif satu sama lain adalah konstan. Secara matematis, teori ini terlihat jauh lebih sulit daripada khusus. Hal ini menjelaskan fakta bahwa di antara publikasi mereka telah melewati 11 tahun. GTR termasuk khusus sebagai kasus khusus. Oleh karena itu, hukum Newton juga bagian dari itu. Namun, relativitas umum jauh melampaui pendahulunya. Sebagai contoh, dijelaskan dalam gravitasi baru.

dimensi keempat

Berkat dunia empat dimensi menjadi GRT: Waktu ditambahkan ke tiga dimensi spasial. Semua dari mereka tidak dapat dipisahkan, oleh karena itu, perlu untuk berbicara bukan tentang jarak spasial yang ada di dunia tiga dimensi antara dua benda. Sekarang berlangsung interval spatio-temporal antara peristiwa yang berbeda, menyatukan jarak kedua spasial dan temporal mereka dari satu sama lain. Dengan kata lain, ruang dan waktu dalam teori relativitas dianggap sebagai kontinum empat-dimensi. Hal ini dapat didefinisikan sebagai ruang-waktu. kontinum ini orang pengamat yang bergerak relatif satu sama lain, akan memiliki pendapat yang berbeda, bahkan tentang dua peristiwa, atau salah satu dari mereka jika ada keduanya didahului oleh yang lain. Namun, hubungan kausal tidak dilanggar. Dengan kata lain, keberadaan sistem koordinat tersebut, di mana dua peristiwa terjadi dalam urutan yang berbeda dan pada saat yang sama, tidak memungkinkan bahkan GR a.

relativitas umum dan hukum gravitasi universal

Menurut hukum gravitasi universal, ditemukan oleh Newton, gaya tarik saling ada di alam semesta antara dua badan. Bumi dari posisi ini berputar mengelilingi matahari, karena ada gaya tarik antara mereka. Namun demikian, teori relativitas umum membuat tampilan di sisi lain untuk fenomena ini. Gravity, menurut teori ini - sebuah konsekuensi dari "kelengkungan" (deformasi) dari ruang-waktu, yang diamati di bawah pengaruh massa. Tubuh lebih berat (dalam contoh kita, matahari), semakin "fleksibel" di bawah dia ruang-waktu. Dengan demikian, yang medan gravitasi adalah begitu kuat.

Dalam rangka untuk lebih memahami esensi dari teori relativitas, mempertimbangkan perbandingan. tanah, menurut relativitas umum, berputar mengelilingi matahari, seperti bola kecil yang gulungan sekitar kawah kerucut, terbentuk sebagai hasil dari "memaksa" ruang-waktu berjemur. Dan fakta bahwa kita digunakan untuk mengambil gaya gravitasi sebenarnya adalah manifestasi lahiriah dari kelengkungan, dan bukan dengan kekuatan, dalam arti Newton. penjelasan yang lebih baik dari fenomena gravitasi dari yang diusulkan dalam GRT, sampai saat ini tidak ditemukan.

Metode untuk pengujian relativitas umum

Perhatikan bahwa GRT tidak mudah untuk memeriksa, karena hasil di laboratorium hampir mematuhi hukum gravitasi universal. Namun, para ilmuwan masih memiliki sejumlah eksperimen penting. Hasilnya menunjukkan bahwa teori Einstein dikonfirmasi. GRT juga membantu untuk menjelaskan fenomena yang berbeda diamati di ruang angkasa. Ini, misalnya, penyimpangan kecil dari Merkurius dari orbit stasioner nya. Dari sudut pandang mekanika klasik Newton tidak bisa menjelaskan mereka. Ini juga mengapa radiasi elektromagnetik dari bintang-bintang jauh dibengkokkan saat lewat dekat matahari.

Hasil diprediksi oleh relativitas umum, pada kenyataannya, berbeda secara substansial dari orang-orang yang memberikan hukum Newton (potretnya disajikan di atas) hanya ketika ada medan gravitasi superstrong. Oleh karena itu, untuk menyelesaikan verifikasi relativitas umum membutuhkan baik pengukuran yang sangat tepat dari massa besar benda, atau lubang hitam, karena representasi kebiasaan kita dalam kaitannya dengan mereka diterapkan. Oleh karena itu, pengembangan metode eksperimental untuk menguji teori ini adalah salah satu tugas utama percobaan fisika modern.

Pikiran banyak ilmuwan, dan orang-orang yang jauh dari ilmu membutuhkan waktu yang dibuat oleh teori relativitas Einstein. Apa itu, kami berbicara sebentar. Teori ini ternyata ide-ide yang akrab kita tentang dunia, sehingga kepentingan di dalamnya belum padam.