Այնշտայնի հարաբերականության տեսությունը. համապարփակ բացատրություն
Ալբերտ Այնշտայնը, Գերմանիայում ծնված տեսական ֆիզիկոս, լայնորեն հայտնի է ֆիզիկայի, մասնավորապես՝ հարաբերականության տեսության մեջ իր հեղափոխական ներդրումներով։ Այս տեսությունը բաղկացած է երկու հիմնական մասից՝ հատուկ հարաբերականության տեսություն (1905) և ընդհանուր հարաբերականության տեսություն (1915)։ Երկուսն էլ հեղափոխություն մտցրին տարածության, ժամանակի և ձգողականության մասին մեր ընկալման մեջ։
### Հատուկ հարաբերականության տեսություն
Հատուկ հարաբերականության տեսությունը, որը ներդրվել է Այնշտայնի կողմից 1905 թվականին, կենտրոնանում է ֆիզիկայի օրենքների վրա, որոնք կիրառվում են իներցիոն հաշվարկման համակարգերում, այսինքն՝ հաստատուն արագությամբ շարժվող հաշվարկման համակարգերում: Տեսությունը հիմնված է երկու հիմնական պոստուլատների վրա՝
1. Հարաբերականության սկզբունքը. Ֆիզիկայի օրենքները նույնն են բոլոր իներցիալ հաշվարկման համակարգերում։
2. Լույսի արագությունը հաստատուն է. Լույսի արագությունը վակուումում միշտ հաստատուն է (մոտավորապես 299.792.458 մետր վայրկյանում), անկախ աղբյուրի կամ դիտորդի շարժումից:
Այս պոստուլատի հետևանքները հսկայական են և մարտահրավեր են նետում տարածության և ժամանակի դասական նյուտոնյան պատկերացումներին։ Հարաբերականության հատուկ տեսության որոշ կարևոր հետևանքներն են՝
– Ժամանակի դանդաղում. Շարժվող մարմնի համար ժամանակն ավելի դանդաղ է ընթանում անշարժ դիտորդի համեմատ։ Սա նշանակում է, որ եթե դուք շարժվեիք լույսի արագությանը մոտ արագությամբ, ապա ավելի դանդաղ կծերանայիք, քան Երկրի վրա ապրող մարդը։
– Երկարության կծկում. առարկայի նկատմամբ շարժվող դիտորդի տեսանկյունից առարկայի երկարությունը կերևա ավելի կարճ։
– Զանգված-էներգիա համարժեքություն (E=mc²). Զանգվածն ու էներգիան նույն բանի երկու դրսևորումներ են։ E=mc² հավասարումը ցույց է տալիս, որ էներգիան (E) հավասար է զանգվածի (m) և լույսի արագության (c) քառակուսու հարաբերությանը։
### Ընդհանուր հարաբերականություն
Հարաբերականության հատուկ տեսությունից տասը տարի անց Այնշտայնը ներկայացրեց իր ավելի լայն՝ ընդհանուր հարաբերականության տեսությունը։ Ընդհանուր հարաբերականությունը հիմնականում զբաղվում է ձգողականությամբ՝ անդրադառնալով Նյուտոնի ձգողականության օրենքի թերություններին, որը չէր կարող բացատրել որոշակի անոմալիաներ, ինչպիսին է Մերկուրիի պերիհելիոնի պրեցեսիան։
Ընդհանուր հարաբերականության տեսության հիմքում ընկած է այն գաղափարը, որ ձգողականությունը հեռավորության վրա գործող ուժ չէ, այլ զանգվածի և էներգիայի կողմից առաջացած տարածաժամանակի կորության հետևանք է։ Մաթեմատիկական առումով սա արտահայտվում է Այնշտայնի բարդ դաշտի հավասարումներով, որոնք տարածաժամանակի կորությունը կապում են էներգիայի և իմպուլսի բաշխման հետ։
#### Հարաբերականության ընդհանուր տեսության որոշ հիմնական հասկացություններ
1. Համարժեքության սկզբունք. Ոչ մի տեղային փորձ չի կարող տարբերակել միատարր գրավիտացիոն դաշտը արագացված շարժումից։ Սա նշանակում է, որ գրավիտացիոն դաշտերը և արագացումը էապես նման երևույթներ են։
2. Տարածաժամանակի կորություն. Մոլորակների և աստղերի նման զանգվածեղ մարմինները փոխում են իրենց շուրջը տարածաժամանակի երկրաչափությունը, ինչի հետևանքով նրանց ուղեծրերը կորանում են։ Ահա թե ինչու մոլորակները պտտվում են Արեգակի շուրջը. դրանք հետևում են կոր տարածաժամանակի ամենակարճ գեոդեզիային։
3. Տիեզերքի ընդարձակումը. Ընդհանուր հարաբերականության տեսությունը ներմուծեց դինամիկ և փոփոխվող տիեզերքի հայեցակարգը: Սա օգնեց ստեղծել Մեծ պայթյունի տեսությունը և ընդարձակվող տիեզերքի մոդելները:
#### Կիրառություններ և փորձարարական ապացույցներ
Այնշտայնի հարաբերականության տեսությունը փորձարկվել է տարբեր փորձերի և գործնական կիրառությունների միջոցով, որոնցից մի քանիսն են՝
1. Գրավիտացիոն ոսպնյակ. Հեռավոր մարմնից եկող լույսը ճեղքվում է իր և դիտորդի միջև գտնվող զանգվածեղ մարմնի գրավիտացիոն դաշտի կողմից՝ ստեղծելով օպտիկական ոսպնյակին նման էֆեկտ: Սա դիտարկվել է բազմաթիվ դեպքերում ժամանակակից աստղագիտության կողմից:
2. Արեգակի խավարման դիտարկում. 1919 թվականին սըր Արթուր Էդինգտոնը գլխավորեց մի արշավախումբ, որը հաջողությամբ դիտարկեց աստղային լույսի 1,75% շեղում Արեգակի շուրջը լրիվ արեգակի խավարման ժամանակ, որը համապատասխանում էր ընդհանուր հարաբերականության տեսության կանխատեսումներին:
3. GPS. Մեր կողմից ամեն օր օգտագործվող Գլոբալ նավիգացիոն արբանյակային համակարգը (GPS) հաշվի է առնում ռելյատիվիստական էֆեկտները՝ ճշգրտությունը պահպանելու համար: GPS արբանյակները Երկրի շուրջ պտտվում են մեծ արագությամբ, և ավելի մեծ բարձրություններում ձգողության տարբերությունը թույլ է տալիս արբանյակների վրա գտնվող ժամացույցներին ավելի արագ աշխատել, քան Երկրի մակերևույթին գտնվողներինը:
### Հարաբերականության տեսությունը և ֆիզիկայի ժամանակակից մոդելը
Այնշտայնի հարաբերականության տեսության տեսական և փորձարարական ընդունումը գերազանցեց դիտողական ապացույցները՝ բացելով նոր հարցերի և հետագա հետազոտությունների դուռ։ Տեսությունը ծառայում է որպես տիեզերքի մի քանի ավելի խորը բացատրությունների հիմք, այդ թվում՝
– Սև խոռոչներ. Տարածաժամանակի ծայրահեղ գրավիտացիոն դաշտերի և անվերջ կորության միջև կանխատեսված կապն այժմ ակտիվ հետազոտության առարկա է։
– Գրավիտացիոն ալիքներ. Հաստատվել է LIGO-ի 2015 թվականի հայտնագործությամբ, տարածաժամանակի տատանումներ, որոնք առաջացել են զանգվածային տիեզերական իրադարձություններից, ինչպիսին է երկու սև խոռոչների միաձուլումը։
– Քվանտային դաշտի տեսություն (ՔԴՏ). Համակցվում է ռելյատիվիստական տեսակետի հետ՝ տարրական մասնիկների փոխազդեցությունների շատ ճշգրիտ նկարագրություն ստեղծելու համար։
### Եզրակացություն
Այնշտայնի հարաբերականության տեսությունները՝ թե՛ հատուկ, թե՛ ընդհանուր, մեզ հասցրել են տիեզերքի ավելի խորը ըմբռնման: Ներկայացնելով հասկացություններ, որոնք մարտահրավեր էին նետում տարածության և ժամանակի վերաբերյալ մեր ինտուիցիաներին, Այնշտայնը ճանապարհ հարթեց ժամանակակից գիտական հետազոտությունների մեծ մասի համար: Նրա ներդրումը շարունակում է կենտրոնական լինել գիտական մոդելների համար՝ տեխնոլոգիական զարգացումից մինչև ամենահիմնարար տիեզերական հետազոտությունները: Բազմաթիվ բնական երևույթներ դարձել են ավելի պարզ և չափելի՝ նախկինում երբեք չպատկերացված ձևերով: Այս տեսությունները դիտարկելով՝ մենք անկասկած ձեռք ենք բերում հարուստ և հիմնարար պատկերացում այն տիեզերքի մասին, որում ապրում ենք:
