Агульная і спецыяльная тэорыі адноснасці
Альберт Эйнштэйн — адна з найбольш уплывовых фігур у гісторыі фізікі, перш за ўсё дзякуючы дзвюм вядомым тэорыям, якія ён распрацаваў: спецыяльнай тэорыі адноснасці і агульнай тэорыі адноснасці. Гэтыя дзве тэорыі не толькі зрабілі рэвалюцыю ў нашым разуменні прасторы і часу, але і заклалі аснову для многіх сучасных адкрыццяў і тэхналогій. У гэтым артыкуле мы разгледзім сутнасць абедзвюх тэорый, іх сувязь і іх наступствы для фізікі і паўсядзённага жыцця.
Спецыяльная тэорыя адноснасці
Гісторыя і развіццё
Спецыяльная тэорыя адноснасці была сфармулявана Эйнштэйнам у 1905 годзе ў працы пад назвай «Аб электрадынаміцы рухомых цел». Да таго, як гэтая тэорыя была ўведзена, вядомыя фізікі, такія як Ісаак Ньютан, меркавалі, што прастора і час абсалютныя. Аднак розныя эксперыменты і з'явы пачалі паказваць, што гэтага дапушчэння недастаткова, каб растлумачыць усё. Напрыклад, эксперымент Майкельсана-Морлі не змог выявіць «эфір» — асяроддзе, якое лічыцца асяроддзем, праз якое распаўсюджваецца святло.
Асноўныя здагадкі і прынцыпы
Спецыяльная тэорыя адноснасці грунтуецца на двух асноўных пастулатах:
1. Прынцып адноснасці: Законы фізікі аднолькавыя ва ўсіх інерцыяльных сістэмах адліку.
2. Хуткасць святла пастаянная: Хуткасць святла ў вакууме пастаянная і не залежыць ад руху крыніцы або назіральніка.
З гэтага пастулату Эйнштэйн вывеў некалькі нечаканых наступстваў:
– Запаволенне часу: час цячэ павольней для аб'екта, які рухаецца адносна нерухомага назіральніка. Гэтая з'ява была прадэманстравана ў розных эксперыментах, у тым ліку назіраннях субатамных часціц, якія рухаюцца з высокай хуткасцю.
– Скарачэнне даўжыні: даўжыня аб'екта памяншаецца, калі ён рухаецца адносна нерухомага назіральніка.
– Адноснасць адначасовасці: дзве падзеі, якія адбываюцца адначасова ў адной сістэме адліку, не абавязкова адбываюцца адначасова ў сістэме адліку, якая рухаецца адносна першай сістэмы.
E = mc²
Адзін з найбольш вядомых вынікаў спецыяльнай тэорыі адноснасці — гэта ўраўненне E = mc², якое сцвярджае, што энергія (E) і маса (m) эквівалентныя і могуць быць пераўтвораны адна ў адну з дапамогай пастаяннай c² (квадрат хуткасці святла ў вакууме). Гэта ўраўненне мае важныя наступствы, у тым ліку аснову для ядзернай энергіі.
Агульная тэорыя адноснасці
Латар Белаканг
Пасля фармулявання спецыяльнай тэорыі адноснасці Эйнштэйн пачаў працу па абагульненні гэтай тэорыі, уключыўшы ў яе паскарэнне і гравітацыю, што было канчаткова аформлена ў 1915 годзе як агульная тэорыя адноснасці.
Прынцып эквівалентнасці
Краевугольным каменем агульнай тэорыі адноснасці з'яўляецца прынцып эквівалентнасці, які сцвярджае, што ўздзеянне сілы цяжару неадрознае ад паскарэння ў лакальнай сістэме адліку. Іншымі словамі, знаходжанне ў замкнёным пакоі на паверхні Зямлі эквівалентна знаходжанню ў замкнёным пакоі ўнутры ракеты, якая паскараецца з паскарэннем, роўным сіле цяжару Зямлі.
Прастора-час як геаметрыя
У гэтай тэорыі гравітацыя не з'яўляецца сілай, як апісана ў законах Ньютана, а з'яўляецца праявай крывізны прасторы-часу, выкліканай масай і энергіяй. Прастора і час разглядаюцца як узаемазвязаныя чатырохмерныя сутнасці, якія называюцца прасторай-часам.
Ураўненні поля Эйнштэйна, якія ляжаць у аснове агульнай тэорыі адноснасці, апісваюць, як размеркаванне энергіі і імпульсу матэрыі і энергіі ўплывае на крывізну прасторы-часу.
Эксперыментальнае пацверджанне
Агульная тэорыя адноснасці была пацверджана шматлікімі эксперыментамі і назіраннямі, у тым ліку:
– Адхіленне святла пад дзеяннем гравітацыі: адным з першых выпрабаванняў было назіранне адхілення зорнага святла, якое праходзіць паблізу сонца падчас поўнага зацьмення ў 1919 годзе.
– Прынцып эквівалентнасці: назіранне ўздзеяння гравітацыі на час (гравітацыйнае запаволенне часу) з дапамогай атамнага гадзінніка.
– Гравітацыйныя хвалі: У 2015 годзе абсерваторыя LIGO нарэшце выявіла гравітацыйныя хвалі, прадказаныя Эйнштэйнам.
Вынікі і прымяненне абедзвюх тэорый
GPS і тэорыя адноснасці
Глабальная сістэма пазіцыянавання (GPS) — адна з сучасных тэхналогій, якая абапіраецца на гэтыя дзве тэорыі адноснасці. Спадарожнікі GPS рухаюцца з высокай хуткасцю і працуюць у слабейшым гравітацыйным полі, чым паверхня Зямлі. Таму для таго, каб сістэма давала дакладную інфармацыю, неабходныя папраўкі як на спецыяльнае, так і на агульнае запаволенне часу.
Касмалогія
Агульная тэорыя адноснасці з'яўляецца асновай сучаснай касмалогіі, якая дазваляе нам зразумець структуру і эвалюцыю Сусвету. У гэтым кантэксце тэорыя тлумачыць такія з'явы, як пашырэнне Сусвету, чорныя дзіркі і касмічнае фонавае выпраменьванне. Мадэль Вялікага выбуху, якая ў цяперашні час шырока прынята ў касмалогіі, таксама з'яўляецца вынікам прымянення Агульнай тэорыі адноснасці да маштабу Сусвету.
Філасофія прасторы і часу
Абедзве тэорыі Эйнштэйна аказалі значны ўплыў на філасофію і канцэпцыі прасторы і часу. У ньютанаўскай тэорыі прастора і час лічыліся абсалютнымі і незалежнымі, у той час як у тэорыі адноснасці яны адносныя і дынамічныя, на якія ўплываюць маса і энергія.
Закрыццё
Спецыяльная і агульная тэорыі адноснасці Альберта Эйнштэйна змянілі наша разуменне свету. Яны не толькі даюць больш дакладныя тлумачэнні фізічных з'яў, але і праклалі шлях для інавацыйных навуковых адкрыццяў і тэхналогій, якія глыбока ўплываюць на жыццё чалавека. Ад GPS да касмалогіі, наступствы гэтых тэорый застаюцца неад'емнай часткай навуковых даследаванняў і тэхнічных прымяненняў. Нягледзячы на складанасць і часам супярэчнасць здароваму сэнсу, гэтыя дзве тэорыі з'яўляюцца неабходнымі падмуркамі ў нашым імкненні зразумець Сусвет і ўсё, што ў ім знаходзіцца.
