Nisbilik: Fizikada Məkan və Zaman Konsepsiyasını Anlamaq
Nisbilik müasir fizikada ən fundamental anlayışlardan biridir və kainatı anlamağımıza təsir göstərir. 20-ci əsrin əvvəllərində Albert Eynşteyn tərəfindən təqdim edilən nisbilik nəzəriyyəsi iki əsas hissəyə bölünür: xüsusi nisbilik və ümumi nisbilik. Hər ikisi məkan, zaman və cazibə qüvvəsinin daha dərindən başa düşülməsini təmin edir.
1. Nisbilik nəzəriyyəsinin qısa tarixi
19-cu əsrin sonlarına qədər İsaak Nyuton tərəfindən formalaşdırılmış klassik fizika fizikanın bir çox aspektləri üçün möhkəm təməl yaratmışdı. Lakin bəzi hadisələr Nyuton nəzəriyyəsi ilə izah edilə bilmədi. Ən böyük çətinliklərdən biri Ceyms Klerk Maksvell tərəfindən formalaşdırılmış Nyuton mexanikası ilə elektromaqnetizm arasındakı uyğunsuzluq idi. Maksvellin işığın sürətinin sabitliyini təklif etməsi mütləq zaman və məkanı fərz edən Nyuton mexanikası çərçivəsində izah edilə bilməzdi.
1905-ci ildə Albert Eynşteyn xüsusi nisbilik nəzəriyyəsini təqdim edən bir məqalə dərc etdi. Bu nəzəriyyə məkan və zaman anlayışlarını məkan-zaman adlanan vahid bir varlıqda birləşdirdi və işığın sürətinin bütün ətalət istinad sistemlərində sabit olduğunu göstərdi. On il sonra, 1915-ci ildə Eynşteyn xüsusi nisbilik anlayışlarını cazibə qüvvəsini də əhatə edən ümumi nisbilik nəzəriyyəsini təqdim etdi və Nyuton cazibə anlayışını kütlə və enerji ilə məkan-zaman əyriliyinin dəyişməsi anlayışı ilə əvəz etdi.
2. Xüsusi Nisbilik Nəzəriyyəsi
Əsas Prinsiplər
Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi iki əsas postulasiyaya əsaslanır:
1. Fizika qanunları bütün ətalət istinad sistemlərində eynidir.
2. Vakuumda işığın sürəti sabitdir və müşahidəçinin və ya işıq mənbəyinin hərəkətindən asılı deyil.
Xüsusi Nisbilik Nəzəriyyəsinin Nəticələri
Bu iki prinsipdən gündəlik intuisiyaya zidd olan bəzi təəccüblü nəticələr ortaya çıxır:
– Zaman Genişlənməsi: Müşahidəçiyə nisbətən hərəkət edən cisimlər üçün zaman daha yavaş hərəkət edir. Bu fenomen müxtəlif təcrübələrdə, məsələn, işıq sürətinə yaxın hərəkət edən subatom hissəciklərinin müşahidələrində və təyyarələrdə atom saatlarının istifadəsi zamanı nümayiş etdirilib.
– Uzunluq Qısalma: Müşahidəçiyə nisbətən hərəkət edən cisim daha qısa görünür. Bu fenomen cismin hərəkət istiqamətinə paralel olaraq baş verir.
– Kütlənin nisbiliyi: Kütlə sürətlə artır. Bir cisim işıq sürətinə yaxınlaşdıqca onun kütləsi sonsuzluğa yaxınlaşır, yəni onu daha da sürətləndirmək üçün sonsuz enerji tələb olunur.
Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsindən əldə edilən ən məşhur düsturlardan biri, kütlə (m) və enerji (E) arasındakı ekvivalentliyi işığın sürət sabiti (c) ilə vurma kimi göstərən E=mc² tənliyidir.
Texnologiyanın Təsirləri
Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi təkcə nəzəriyyə üçün deyil, həm də müasir texnologiya üçün əhəmiyyətlidir. Buna misal olaraq dəqiq mövqeləndirmə təmin etmək üçün siqnallarında nisbi düzəlişlər tələb edən Qlobal Mövqeləndirmə Sistemini (GPS) göstərmək olar.
3. Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsi
Əsas Prinsiplər
Ümumi nisbilik nəzəriyyəsi xüsusi nisbilik anlayışlarını məkan-zaman həndəsəsi kimi cazibə qüvvəsini də əhatə etməklə genişləndirir. Onun əsas prinsipləri bunlardır:
1. Cazibə qüvvəsi Nyutondakı kimi bir qüvvə deyil, kütlə və enerjinin yaratdığı fəza-zaman əyriliyi və ya əyriliyidir.
2. Kütlə və enerji məkan-zaman metrikasını dəyişdirir və bu da həmin məkan-zaman daxilində cisimlərin izlədiyi ən qısa yollara təsir göstərir.
Məkan-Zamanın Həndəsəsi
Ümumi nisbilik nəzəriyyəsində ulduzlar və planetlər kimi nəhəng cisimlər ətrafındakı fəza-zaman əyriliyini göstərir. Bu əyri fəza-zamandakı geodeziya və ya ən qısa yollar cazibə qüvvəsi kimi tanıdığımız fenomeni yaradır. Bu konsepsiya fəza-zaman üzərinə ağır bir top qoyulduqda əyilən rezin təbəqə kimi təsəvvür etməklə vizuallaşdırıla bilər.
Vacib Fenomenlər
Ümumi nisbilik nəzəriyyəsi Nyuton mexanikası ilə izah edilə bilməyən müxtəlif hadisələri izah edir, məsələn:
– Qravitasiya Linzası: Uzaq ulduzlardan və ya qalaktikalardan gələn işıq, qalaktikalar və ya qara dəliklər kimi nəhəng cisimlərin cazibə qüvvəsi ilə əyilə bilər və böyüdülmüş və ya təhrif olunmuş görüntülər yarada bilər.
– Qravitasiya Qırmızı Yerdəyişməsi: Kütləvi bir cisimdən çıxan işığın tezliyi güclü cazibə qüvvəsinin təsiri səbəbindən azalır (qızarır).
– Qravitasiya Dalğaları: Kütlənin sürətli hərəkəti nəticəsində yaranan fəza-zaman əyriliyindəki dalğalanmalar, məsələn, iki qara dəliyin birləşməsi. Bu dalğalar ilk dəfə 2015-ci ildə LIGO təcrübələri ilə birbaşa aşkar edilmişdir.
Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsinin Testi
Ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin ilk eksperimental sınaqlarından biri Ser Artur Eddinqtonun Merkurinin perihelion sürüşməsini və 1919-cu il Günəş tutulmasını müşahidə etməsi idi. Bu günəş tutulması, ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin proqnozlarına uyğun olaraq, Günəşə yaxın ulduzlardan gələn işığın sapmasını müşahidə etməyə imkan verdi.
4. Kosmoloji Kontekst
Ümumi nisbilik nəzəriyyəsi həmçinin müasir kosmologiyanın, kainatın mənşəyi, təkamülü və quruluşunun elmi tədqiqinin əsasını təşkil edir. Böyük Partlayış modeli də daxil olmaqla, genişlənən kainatın modelləri ümumi nisbilik nəzəriyyəsindən əldə edilən Eynşteynin sahə tənliklərinə əsaslanır.
Kainatın Genişlənməsi
Qalaktikaların bir-birindən uzaqlaşdığını göstərən Habbl qanunu, kainatın genişlənməsinin ən güclü dəlillərindən biridir. Bu, yalnız ümumi nisbilik nəzəriyyəsi çərçivəsində izah edilə bilər.
Qaranlıq Maddə və Qaranlıq Enerji
Ümumi nisbilik nəzəriyyəsi həmçinin qaranlıq maddə və qaranlıq enerji adlandırdığımız görünməz varlıqların mövcudluğunu da proqnozlaşdırır. Çoxlu miqdarda mövcud olduğu düşünülən qaranlıq maddə işığı yaymır və əks etdirmir, lakin onun mövcudluğu görünən maddəyə cazibə qüvvəsinin təsirindən müəyyən edilə bilər. Digər tərəfdən, qaranlıq enerjinin kainatın sürətlə genişlənməsinə səbəb olduğu düşünülür.
5. Nisbilik Tədqiqatının Gələcəyi
Bu günə qədər ümumi və xüsusi nisbilik nəzəriyyələri nəzəri və eksperimental fizikanın əsasları kimi xidmət edir. Bununla belə, bir neçə yeni tədqiqat sahəsi mövcuddur:
Kvant Sahəsi Nəzəriyyəsi və Kvant Cazibəsi
Fizikada ən uğurlu iki nəzəriyyə olan ümumi nisbilik nəzəriyyəsi və kvant mexanikasının birləşdirilməsi böyük bir çətinlikdir. Simli nəzəriyyə və ilgəkli kvant cazibə qüvvəsi kimi kvant cazibə qüvvəsi nəzəriyyələrinin inkişaf etdirilməsi səyləri bu boşluğu aradan qaldırmağı hədəfləyir.
Ekstremal Fenomen
Qara dəliklərin ətrafındakı haloların, Hokinq radiasiyasının və qara dəliklərin mərkəzindəki sinqulyarlıqların öyrənilməsi alimlər arasında geniş müzakirə olunan aktiv tədqiqat sahələridir.
Nəticə
Həm xüsusi, həm də ümumi nisbilik, məkan, zaman və cazibə qüvvəsinə baxışımızı kökündən dəyişdirib. Onun nəzəriyyələrini anlamaq təkcə elmi üfüqlərimizi zənginləşdirməklə yanaşı, həm də geniş çeşidli müasir texnologiyalarda praktik faydalar təmin edib. Bu sahədə davam edən tədqiqatlar və cazibə qüvvəsini kvant mexanikası ilə birləşdirmək səyləri gələcəkdə daha yeni anlayışlar vəd edir. Bir sözlə, nisbilik bizə kainatı daha vahid və dərin şəkildə anlamağa kömək edir.
