ທິດສະດີສຳພັນພາບ

ທິດສະດີສຳພັນພາບ: ການເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດຂອງອະວະກາດ ແລະ ເວລາໃນຟີຊິກສາດ

ທິດສະດີສຳພັນພາບແມ່ນໜຶ່ງໃນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານທີ່ສຸດໃນຟີຊິກສາດສະໄໝໃໝ່, ເຊິ່ງໄດ້ປ່ຽນແປງວິທີທີ່ພວກເຮົາເຂົ້າໃຈຈັກກະວານ. ທິດສະດີສຳພັນພາບໄດ້ຖືກນຳສະເໜີໂດຍ Albert Einstein ໃນຕົ້ນສະຕະວັດທີ 20, ແບ່ງອອກເປັນສອງພາກສ່ວນຫຼັກຄື: ທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດ ແລະ ທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປ. ທັງສອງຢ່າງນີ້ໃຫ້ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ເລິກເຊິ່ງກວ່າກ່ຽວກັບອະວະກາດ, ເວລາ, ແລະ ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ.

1. ປະຫວັດຫຍໍ້ຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບ

ໃນທ້າຍສະຕະວັດທີ 19, ຟີຊິກຄລາສສິກ, ເຊິ່ງໄດ້ຖືກສ້າງຂຶ້ນໂດຍ Isaac Newton, ໄດ້ສະໜອງພື້ນຖານທີ່ແຂງແກ່ນສຳລັບຫຼາຍດ້ານຂອງຟີຊິກ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ປະກົດການບາງຢ່າງບໍ່ສາມາດອະທິບາຍໄດ້ດ້ວຍທິດສະດີຂອງນິວຕັນ. ໜຶ່ງໃນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດແມ່ນຄວາມບໍ່ເຂົ້າກັນໄດ້ລະຫວ່າງກົນຈັກຂອງນິວຕັນ ແລະ ໄຟຟ້າແມ່ເຫຼັກ, ເຊິ່ງໄດ້ຖືກສ້າງຂຶ້ນໂດຍ James Clerk Maxwell. ຄວາມຄົງທີ່ທີ່ Maxwell ໄດ້ສະເໜີກ່ຽວກັບຄວາມໄວແສງບໍ່ສາມາດອະທິບາຍໄດ້ພາຍໃນຂອບຂອງກົນຈັກຂອງນິວຕັນ, ເຊິ່ງສົມມຸດວ່າເວລາ ແລະ ອະວະກາດຢ່າງແທ້ຈິງ.

ໃນປີ 1905, ອັລເບີດ ໄອນ໌ສະໄຕນ໌ ໄດ້ເຜີຍແຜ່ເອກະສານທີ່ນຳສະເໜີທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດ. ທິດສະດີນີ້ໄດ້ລວມແນວຄວາມຄິດຂອງອະວະກາດ ແລະ ເວລາເຂົ້າກັນເປັນໜ່ວຍງານດຽວທີ່ເອີ້ນວ່າ ອະວະກາດ-ເວລາ ແລະ ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຄວາມໄວຂອງແສງແມ່ນຄົງທີ່ໃນທຸກກອບອ້າງອີງຄວາມเฉื่อย. ສິບປີຕໍ່ມາ, ໃນປີ 1915, ໄອນ໌ສະໄຕນ໌ ໄດ້ນຳສະເໜີທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປຂອງລາວ, ເຊິ່ງໄດ້ຂະຫຍາຍແນວຄວາມຄິດຂອງສຳພັນພາບພິເສດໃຫ້ລວມເອົາແຮງໂນ້ມຖ່ວງ, ໂດຍປ່ຽນແທນແນວຄວາມຄິດຂອງນິວຕັນກ່ຽວກັບແຮງໂນ້ມຖ່ວງດ້ວຍແນວຄວາມຄິດຂອງການປ່ຽນແປງຄວາມໂຄ້ງຂອງອະວະກາດ-ເວລາໂດຍມວນສານ ແລະ ພະລັງງານ.

2. ທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດ

ຫຼັກການພື້ນຖານ

ທິດສະດີພິເສດຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບແມ່ນອີງໃສ່ສອງສົມມຸດຕິຖານຫຼັກຄື:
1. ກົດໝາຍຂອງຟີຊິກສາດແມ່ນຄືກັນໃນທຸກໆກອບອ້າງອີງແບບ inertial.
2. ຄວາມໄວຂອງແສງໃນສູນຍາກາດແມ່ນຄົງທີ່ ແລະ ບໍ່ຂຶ້ນກັບການເຄື່ອນທີ່ຂອງຜູ້ສັງເກດການ ຫຼື ແຫຼ່ງກຳເນີດແສງ.

ຜົນສະທ້ອນຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດ

ຈາກຫຼັກການສອງຢ່າງນີ້, ຜົນສະທ້ອນທີ່ໜ້າປະຫລາດໃຈບາງຢ່າງເກີດຂຶ້ນທີ່ຂັດກັບສະຕິປັນຍາໃນຊີວິດປະຈຳວັນ:

- ການຂະຫຍາຍເວລາ: ເວລາເຄື່ອນທີ່ຊ້າລົງສຳລັບວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່ທຽບກັບຜູ້ສັງເກດການ. ປະກົດການນີ້ໄດ້ຖືກສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນການທົດລອງຕ່າງໆ, ເຊັ່ນ: ການສັງເກດອະນຸພາກຍ່ອຍອະຕອມທີ່ເຄື່ອນທີ່ໃກ້ກັບຄວາມໄວແສງ ແລະ ການໃຊ້ໂມງປະລະມານູໃນເຮືອບິນ.
- ການຫົດຕົວຂອງຄວາມຍາວ: ວັດຖຸທີ່ເຄື່ອນທີ່ທຽບກັບຜູ້ສັງເກດການຈະເບິ່ງຄືວ່າສັ້ນລົງ. ປະກົດການນີ້ເກີດຂຶ້ນຂະໜານກັບທິດທາງການເຄື່ອນທີ່ຂອງວັດຖຸ.
- ທິດສະດີສຳພັນພາບຂອງມວນສານ: ມວນສານເພີ່ມຂຶ້ນຕາມຄວາມໄວ. ເມື່ອວັດຖຸເຂົ້າໃກ້ຄວາມໄວແສງ, ມວນສານຂອງມັນເຂົ້າໃກ້ອະນັນຕະ, ຊຶ່ງໝາຍຄວາມວ່າມັນຈະຕ້ອງການພະລັງງານທີ່ບໍ່ມີຂອບເຂດເພື່ອເລັ່ງມັນຕື່ມອີກ.

ໜຶ່ງໃນສູດທີ່ມີຊື່ສຽງທີ່ສຸດທີ່ໄດ້ມາຈາກທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດແມ່ນສົມຜົນ E=mc², ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມສົມດຸນລະຫວ່າງມວນ (m) ແລະ ພະລັງງານ (E) ດ້ວຍຄ່າຄົງທີ່ຂອງຄວາມໄວແສງ (c) ເປັນຕົວຄູນ.

ຜົນສະທ້ອນຂອງເຕັກໂນໂລຊີ

ທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດມີຜົນສະທ້ອນບໍ່ພຽງແຕ່ຕໍ່ທິດສະດີເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງມີຜົນກະທົບຕໍ່ເຕັກໂນໂລຊີທີ່ທັນສະໄໝອີກດ້ວຍ. ຕົວຢ່າງຄືລະບົບການກຳນົດຕຳແໜ່ງໂລກ (GPS), ເຊິ່ງຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີການແກ້ໄຂສັນຍານທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການກຳນົດຕຳແໜ່ງເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຕຳແໜ່ງທີ່ຖືກຕ້ອງ.

3. ທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປ

ຫຼັກການພື້ນຖານ

ທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປຂະຫຍາຍແນວຄວາມຄິດຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດເພື່ອລວມເອົາແຮງໂນ້ມຖ່ວງເປັນເລຂາຄະນິດຂອງອະວະກາດ-ເວລາ. ຫຼັກການພື້ນຖານຂອງມັນແມ່ນ:

1. ແຮງໂນ້ມຖ່ວງບໍ່ແມ່ນແຮງຄືກັບໃນທິດສະດີນິວຕັນ, ແຕ່ແມ່ນຄວາມໂຄ້ງ ຫຼື ຄວາມໂຄ້ງຂອງອະວະກາດ-ເວລາທີ່ເກີດຈາກມວນສານ ແລະ ພະລັງງານ.
2. ມວນສານ ແລະ ພະລັງງານປ່ຽນແປງຕົວຊີ້ວັດຂອງອະວະກາດ-ເວລາ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ເສັ້ນທາງທີ່ສັ້ນທີ່ສຸດທີ່ຕິດຕາມດ້ວຍວັດຖຸຕ່າງໆໃນອະວະກາດ-ເວລານັ້ນ.

ເລຂາຄະນິດຂອງອະວະກາດ-ເວລາ

ໃນທິດສະດີສຳພັນພາບໂດຍທົ່ວໄປ, ວັດຖຸຂະໜາດໃຫຍ່ເຊັ່ນ: ດວງດາວ ແລະ ດາວເຄາະເຮັດໃຫ້ອະວະກາດ-ເວລາໂຄ້ງອ້ອມຕົວພວກມັນ. ເສັ້ນທາງທີ່ສັ້ນທີ່ສຸດ, ໃນອະວະກາດ-ເວລາໂຄ້ງນີ້ເຮັດໃຫ້ເກີດປະກົດການທີ່ພວກເຮົາຮູ້ຈັກກັນໃນນາມແຮງໂນ້ມຖ່ວງ. ແນວຄວາມຄິດນີ້ສາມາດເບິ່ງເຫັນໄດ້ໂດຍການຈິນຕະນາການອະວະກາດ-ເວລາຄືກັບແຜ່ນຢາງທີ່ງໍເມື່ອມີລູກບານໜັກວາງໄວ້ເທິງມັນ.

ປະກົດການສຳຄັນ

ທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປອະທິບາຍປະກົດການຕ່າງໆທີ່ບໍ່ສາມາດອະທິບາຍໄດ້ດ້ວຍກົນຈັກຂອງນິວຕັນ, ເຊັ່ນ:

- ເລນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ: ແສງຈາກດວງດາວ ຫຼື ກາລັກຊີທີ່ຢູ່ໄກໆສາມາດຖືກບິດເບືອນໄດ້ໂດຍແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງວັດຖຸຂະໜາດໃຫຍ່ ເຊັ່ນ ກາລັກຊີ ຫຼື ຮູດຳ ເຊິ່ງສ້າງຮູບພາບທີ່ຂະຫຍາຍ ຫຼື ບິດເບືອນ.
- ການປ່ຽນສີແດງຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງ: ຄວາມຖີ່ຂອງແສງທີ່ອອກມາຈາກວັດຖຸຂະໜາດໃຫຍ່ຫຼຸດລົງ (ແດງ) ເນື່ອງຈາກອິດທິພົນຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງທີ່ແຮງ.
- ຄື້ນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ: ການຜັນຜວນຂອງຄວາມໂຄ້ງຂອງອະວະກາດ-ເວລາທີ່ເກີດຈາກການເຄື່ອນທີ່ຢ່າງໄວວາຂອງມວນສານ, ເຊັ່ນ: ການລວມຕົວຂອງຂຸມດຳສອງແຫ່ງ. ຄື້ນເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກກວດພົບໂດຍກົງເປັນຄັ້ງທຳອິດໂດຍການທົດລອງ LIGO ໃນປີ 2015.

ການທົດສອບທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປ

ໜຶ່ງໃນການທົດສອບການທົດລອງຄັ້ງທຳອິດຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປແມ່ນການສັງເກດການຂອງ Sir Arthur Eddington ກ່ຽວກັບການຫັນປ່ຽນຂອງດາວພຸດ ແລະ ສຸລິຍະຄາດໃນປີ 1919. ສຸລິຍະຄາດຄັ້ງນີ້ເຮັດໃຫ້ສາມາດສັງເກດການໂຄ້ງງໍຂອງແສງຈາກດວງດາວໃກ້ດວງອາທິດໄດ້, ສອດຄ່ອງກັບການຄາດຄະເນຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປ.

4. ສະພາບການທາງຈັກກະວານ

ທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປຍັງເປັນພື້ນຖານຂອງຈັກກະວານວິທະຍາສະໄໝໃໝ່, ການສຶກສາທາງວິທະຍາສາດກ່ຽວກັບຕົ້ນກຳເນີດ, ວິວັດທະນາການ, ແລະໂຄງສ້າງຂອງຈັກກະວານ. ຮູບແບບຕ່າງໆຂອງຈັກກະວານທີ່ຂະຫຍາຍຕົວ, ລວມທັງຮູບແບບບິກແບງ, ແມ່ນອີງໃສ່ສົມຜົນສະໜາມຂອງໄອນ໌ສະໄຕນ໌ທີ່ໄດ້ມາຈາກທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປ.

ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຈັກກະວານ

ກົດເກນຂອງຮັບເບິລ, ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າກາລັກຊີຕ່າງໆກຳລັງເຄື່ອນທີ່ອອກຈາກກັນ, ແມ່ນໜຶ່ງໃນຫຼັກຖານທີ່ເຂັ້ມແຂງທີ່ສຸດສຳລັບການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຈັກກະວານ. ສິ່ງນີ້ສາມາດອະທິບາຍໄດ້ພາຍໃນຂອບຂອງທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປເທົ່ານັ້ນ.

ສານມືດ ແລະ ພະລັງງານມືດ

ທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປຍັງຄາດຄະເນການມີຢູ່ຂອງສິ່ງທີ່ເບິ່ງບໍ່ເຫັນທີ່ພວກເຮົາເອີ້ນວ່າສານມືດ ແລະ ພະລັງງານມືດ. ສານມືດ, ເຊິ່ງຄິດວ່າມີຢູ່ໃນປະລິມານມະຫາສານ, ບໍ່ປ່ອຍ ຫຼື ສະທ້ອນແສງ, ແຕ່ການມີຢູ່ຂອງມັນສາມາດອະນຸມານໄດ້ຈາກຜົນກະທົບຂອງແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງມັນຕໍ່ສານທີ່ເບິ່ງເຫັນໄດ້. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ພະລັງງານມືດຖືກຄິດວ່າເປັນສາເຫດຂອງການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຈັກກະວານທີ່ເລັ່ງຂຶ້ນ.

5. ອະນາຄົດຂອງການຄົ້ນຄວ້າທິດສະດີສຳພັນພາບ

ຈົນເຖິງທຸກມື້ນີ້, ທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປ ແລະ ທິດສະດີສຳພັນພາບພິເສດຍັງຄົງເປັນເສົາຄໍ້າຂອງຟີຊິກທິດສະດີ ແລະ ຟີຊິກທົດລອງ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຍັງມີຫຼາຍຂົງເຂດການຄົ້ນຄວ້າທີ່ເກີດຂຶ້ນໃໝ່ຄື:

ທິດສະດີສະໜາມ Quantum ແລະ ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ Quantum

ການລວມເອົາທິດສະດີສຳພັນພາບທົ່ວໄປ ແລະ ກົນຈັກຄວອນຕຳ, ສອງທິດສະດີທີ່ປະສົບຜົນສຳເລັດທີ່ສຸດໃນຟີຊິກ, ເປັນສິ່ງທ້າທາຍທີ່ສຳຄັນ. ຄວາມພະຍາຍາມໃນການພັດທະນາທິດສະດີກ່ຽວກັບແຮງໂນ້ມຖ່ວງຄວອນຕຳ, ເຊັ່ນ: ທິດສະດີສາຍ ແລະ ແຮງໂນ້ມຖ່ວງຄວອນຕຳວົງ, ມີຈຸດປະສົງເພື່ອເຊື່ອມຕໍ່ຊ່ອງຫວ່າງນີ້.

ປະກົດການທີ່ຮຸນແຮງ

ການສຶກສາກ່ຽວກັບຮາໂລອ້ອມຮອບຂຸມດຳ, ລັງສີຮໍຄິງ, ແລະ ຄວາມເປັນເອກະພົດຢູ່ໃຈກາງຂອງຂຸມດຳ ແມ່ນຂົງເຂດການຄົ້ນຄວ້າທີ່ມີການສົນທະນາຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນບັນດານັກວິທະຍາສາດ.

ສະຫຼຸບ

ທິດສະດີສຳພັນພາບ, ທັງພິເສດ ແລະ ທົ່ວໄປ, ໄດ້ປ່ຽນແປງທັດສະນະຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບອະວະກາດ, ເວລາ, ແລະ ແຮງໂນ້ມຖ່ວງຢ່າງຮາກຖານ. ການເຂົ້າໃຈທິດສະດີຂອງມັນບໍ່ພຽງແຕ່ເຮັດໃຫ້ຂອບເຂດວິທະຍາສາດຂອງພວກເຮົາອຸດົມສົມບູນເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງໃຫ້ຜົນປະໂຫຍດໃນທາງປະຕິບັດໃນເຕັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄໝຫຼາກຫຼາຍ. ການຄົ້ນຄວ້າຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນຂົງເຂດນີ້ ແລະ ຄວາມພະຍາຍາມທີ່ຈະລວມແຮງໂນ້ມຖ່ວງເຂົ້າກັບກົນຈັກຄວອນຕຳສັນຍາວ່າຈະໃຫ້ຄວາມເຂົ້າໃຈໃໝ່ໆຕື່ມອີກໃນອະນາຄົດ. ສະຫຼຸບແລ້ວ, ທິດສະດີສຳພັນພາບຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາເຂົ້າໃຈຈັກກະວານໃນທາງທີ່ຄົບຖ້ວນ ແລະ ເລິກເຊິ່ງກວ່າເກົ່າ.