Жалпы және арнайы салыстырмалылық теориялары
Альберт Эйнштейн физика тарихындағы ең ықпалды тұлғалардың бірі, ең алдымен ол жасаған екі әйгілі теория арқылы: арнайы салыстырмалылық теориясы және жалпы салыстырмалылық теориясы. Бұл екі теория кеңістік пен уақыт туралы түсінігімізді төңкеріп қана қоймай, сонымен қатар көптеген заманауи жаңалықтар мен технологиялардың негізін қалады. Бұл мақалада біз екі теорияның да мәнін, олардың қалай байланысты екенін және физика мен күнделікті өмірге әсерін қарастырамыз.
Арнайы салыстырмалылық теориясы
Тарихы және дамуы
Салыстырмалылықтың арнайы теориясын Эйнштейн 1905 жылы «Қозғалыстағы денелердің электродинамикасы туралы» атты мақаласында тұжырымдаған. Бұл теория енгізілгенге дейін Исаак Ньютон сияқты танымал физиктер кеңістік пен уақыт абсолютті деп есептеген. Дегенмен, әртүрлі тәжірибелер мен құбылыстар бұл болжамның бәрін түсіндіру үшін жеткіліксіз екенін көрсете бастады. Мысалы, Майкельсон-Морли тәжірибесі жарық таралатын орта деп есептелетін «эфирді» анықтай алмады.
Негізгі болжамдар мен қағидалар
Арнайы салыстырмалылық теориясы екі негізгі постулатқа негізделген:
1. Салыстырмалылық принципі: Физика заңдары барлық инерциялық санақ жүйелерінде бірдей.
2. Жарық жылдамдығының тұрақтысы: Вакуумдағы жарық жылдамдығы тұрақты және көздің немесе бақылаушының қозғалысына тәуелді емес.
Осы постулаттан Эйнштейн бірнеше таңқаларлық салдарларды шығарды:
– Уақыттың кеңеюі: Қозғалыстағы объект үшін уақыт қозғалмайтын бақылаушыға қатысты баяу өтеді. Бұл құбылыс әртүрлі тәжірибелер, соның ішінде жоғары жылдамдықпен қозғалатын субатомдық бөлшектерді бақылау арқылы дәлелденді.
– Ұзындықтың қысқаруы: Нысан қозғалмайтын бақылаушыға қатысты қозғалған кезде оның ұзындығы азаяды.
– Бір мезгілде болу салыстырмалылығы: Бір анықтамалық жүйеде бір уақытта болатын екі оқиға бірінші жүйеге қатысты қозғалатын анықтамалық жүйеде міндетті түрде бір мезгілде орын алмайды.
E = mc²
Арнайы салыстырмалылық теориясының ең танымал нәтижелерінің бірі - E = mc² теңдеуі, онда энергия (E) мен масса (m) эквивалентті және c² тұрақтысы (вакуумдағы жарық жылдамдығының квадраты) арқылы бір-біріне түрлендірілуі мүмкін екендігі айтылған. Бұл теңдеудің ядролық энергияның негізін қоса алғанда, маңызды салдары бар.
Жалпы салыстырмалылық теориясы
Латар Белаканг
Эйнштейн арнайы салыстырмалылық теориясын тұжырымдағаннан кейін, бұл теорияны үдеу мен тартылыс күшін қамтитындай етіп жалпылау жұмыстарын бастады, ол ақырында 1915 жылы жалпы салыстырмалылық теориясы ретінде ресімделді.
Эквиваленттілік принципі
Жалпы салыстырмалылық теориясының негізгі қағидасы - эквиваленттік принцип, ол гравитацияның әсері жергілікті анықтамалық жүйедегі үдеуден ажыратылмайтынын айтады. Басқаша айтқанда, Жер бетіндегі жабық бөлмеде болу Жердің гравитациясына тең үдеумен үдейтін зымыранның ішіндегі жабық бөлмеде болумен тең.
Геометрия ретіндегі кеңістік-уақыт
Бұл теорияда гравитация Ньютон заңдарында сипатталғандай күш емес, масса мен энергия тудыратын кеңістік-уақыт қисықтығының көрінісі. Кеңістік пен уақыт кеңістік-уақыт деп аталатын өзара байланысты төрт өлшемді нысандар ретінде қарастырылады.
Жалпы салыстырмалылық теориясының негізін құрайтын Эйнштейннің өріс теңдеулері материя мен энергияның энергиясы мен импульстік таралуының кеңістік-уақыт қисықтығына қалай әсер ететінін сипаттайды.
Тәжірибелік растау
Жалпы салыстырмалылық теориясы көптеген тәжірибелер мен бақылаулармен расталды, соның ішінде:
– Жарықтың тартылыс күшімен ауытқуы: Алғашқы сынақтардың бірі 1919 жылы толық тұтылу кезінде күннің жанынан өтетін жұлдыз жарығының ауытқуын бақылау болды.
– Эквиваленттік принципі: Атомдық сағатты пайдаланып, гравитацияның уақытқа әсерін бақылау (гравитациялық уақыттың кеңеюі).
– Гравитациялық толқындар: 2015 жылы Эйнштейн болжаған гравитациялық толқындарды LIGO обсерваториясы ақыры анықтады.
Екі теорияның да салдары мен қолданылуы
GPS және салыстырмалылық
Ғаламдық позициялау жүйесі (GPS) - осы екі салыстырмалылық теориясына негізделген заманауи технологиялардың бірі. GPS спутниктері жоғары жылдамдықпен қозғалады және Жер бетіне қарағанда әлсіз гравитациялық өрісте жұмыс істейді. Сондықтан, жүйенің дәл ақпарат беруі үшін арнайы және жалпы уақыт кеңеюін түзету қажет.
Космология
Жалпы салыстырмалылық теориясы қазіргі заманғы космологияның негізі болып табылады, ол бізге ғаламның құрылымы мен эволюциясын түсінуге мүмкіндік береді. Осы тұрғыда теория ғаламның кеңеюі, қара құрдымдар және ғарыштық фон сәулеленуі сияқты құбылыстарды түсіндіреді. Қазіргі уақытта космологияда кеңінен қабылданған Үлкен жарылыс моделі де Жалпы салыстырмалылық теориясын ғаламның масштабына қолданудың нәтижесі болып табылады.
Кеңістік және уақыт философиясы
Эйнштейннің екі теориясы да философияға және кеңістік пен уақыт ұғымдарына үлкен әсер етті. Ньютондық көзқарас бойынша кеңістік пен уақыт абсолютті және тәуелсіз деп саналды, ал салыстырмалылықта олар масса мен энергияның әсерінен салыстырмалы және динамикалық болып табылады.
Жабу
Альберт Эйнштейннің арнайы және жалпы салыстырмалылық теориялары біздің әлемді түсіну тәсілімізді түбегейлі өзгертті. Олар физикалық құбылыстарды дәлірек түсіндіріп қана қоймай, сонымен қатар адам өміріне терең әсер ететін инновациялық ғылыми жаңалықтар мен технологияларға жол ашты. GPS-тен космологияға дейін бұл теориялардың салдары ғылыми зерттеулер мен техникалық қолданбалардың ажырамас бөлігі болып қала береді. Күрделі және кейде қарама-қайшы болғанымен, бұл екі теория біздің ғаламды және ондағы барлық нәрсені түсінуге деген ұмтылысымыздың маңызды негізі болып табылады.
