Шарҳи назарияи нисбии Эйнштейн
Назарияҳои нисбии Алберт Эйнштейн, ки аз Назарияи махсуси нисбият (1905) ва Назарияи умумии нисбият (1915) иборатанд, дарки моро дар бораи фазо, вақт ва ҷозиба инқилоб карданд. Ин назарияҳо сутунҳои физикаи муосир буда, ба соҳаҳои гуногун аз космология то механикаи квантӣ таъсир мерасонанд. Дар ин мақола, мо асосҳои ин назарияҳо, таъсири онҳо ва тасдиқи таҷрибавии онҳоро меомӯзем.
### Назарияи махсуси нисбият
Назарияи махсуси нисбии Эйнштейн ба объектҳое, ки бо суръати доимӣ ҳаракат мекунанд — системаҳои истинодии инерсиалӣ — дахл дорад. Он бар ду постулат асос ёфтааст:
1. Принсипи нисбият: Қонунҳои физика дар ҳама системаҳои инерсиалии истинод якхелаанд. Ин маънои онро дорад, ки ҳеҷ як таҷриба наметавонад як системаҳои инерсиалиро аз системаи дигар фарқ кунад.
2. Доимии суръати рӯшноӣ: Суръати рӯшноӣ дар вакуум барои ҳамаи нозирон, новобаста аз ҳаракати нисбии онҳо ё ҳаракати манбаи рӯшноӣ, доимӣ аст.
Ин чаҳорчӯба ба як қатор хулосаҳои муҳим оварда расонд:
#### Васеъшавии вақт
Яке аз натиҷаҳои назаррас васеъшавии вақт аст. Мувофиқи назарияи махсуси нисбӣ, гузашти вақт нисбӣ аст ва аз суръати мушоҳидакунанда вобаста аст. Соати ҳаракаткунанда нисбат ба соатҳои статсионарӣ сусттар ҳаракат мекунад. Аз ҷиҳати математикӣ, формулаи васеъшавии вақт чунин аст:
\[ \Delta t' = \Delta t / \sqrt{1 – v^2/c^2} \]
Дар ин ҷо, \( \Delta t' \) фосилаи вақтест, ки аз ҷониби нозири ҳаракаткунанда чен карда мешавад, \( \Delta t \) фосилаи вақтест, ки аз ҷониби нозири статсионар чен карда мешавад, \( v \) суръати нозири ҳаракаткунанда ва \( c \) суръати рӯшноӣ аст.
#### Ихтисоршавии дарозӣ
Ин назария инчунин коҳиши дарозиро пешгӯӣ мекунад: объектҳо дар самти ҳаракати худ кӯтоҳтар ҳаракат мекунанд. Ин коҳиш бо чунин ифода дода мешавад:
\[ L' = L \sqrt{1 – v^2/c^2} \]
ки дар он \(L'\) дарозӣест, ки аз ҷониби нозири ҳаракат чен карда мешавад ва \(L\) дарозӣ дар чаҳорчӯбаи боқимондаи объект аст.
#### Нисбии ҳамзамонӣ
Ҳамзамон будан дар Нисбати Махсус мутлақ нест. Рӯйдодҳое, ки барои як нозир ҳамчун ҳамзамон қабул карда мешаванд, метавонанд барои нозири дигар дар ҳаракати нисбӣ чунин набошанд. Ин фаҳмиши классикии моро аз "ҳоло"-и универсалӣ халалдор мекунад.
#### Муодилаи масса-энергия
Муодилаи машҳури Эйнштейн (E = mc^2) аз Назарияи махсуси нисбият бармеояд, ки дар он гуфта мешавад, ки масса ва энергия қобили ивазшавӣ мебошанд. Ҳатто миқдори ками масса метавонад ба миқдори зиёди энергия табдил ёбад, ки ин як фаҳмиши муҳим барои физикаи ҳастаӣ аст.
### Назарияи умумии нисбият
Назарияи умумии нисбият назарияи махсусро васеъ мекунад, то ҷозиба ва шитобро дар бар гирад. Пеш аз Эйнштейн, ҷозиба тавассути қонуни Нютон оид ба ҷозибаи универсалӣ фаҳмида мешуд ва онро ҳамчун қувваи байни массаҳо тасвир мекард. Эйнштейн ҷозибаро на ҳамчун қувва, балки ҳамчун каҷравии фазо-вақт, ки аз ҷониби масса ва энергия ба вуҷуд омадааст, аз нав тасаввур мекард.
#### Каҷравии фазо-вақт
Дар назарияи умумии нисбият, ашёи азим дар матои чорченака-фазо-замонӣ каҷӣ ба вуҷуд меоранд. Ашёҳо дар ин фазо-замонӣ дар роҳҳои каҷ ҳаракат мекунанд, ки ҳамчун ҷозибаи ҷозиба дарк карда мешаванд. Як қиёси оддӣ ин тӯби вазнинест, ки дар варақи резинӣ гузошта шудааст ва боиси каҷ шудани варақ мегардад. Тӯбҳои хурдтар, ки дар наздикӣ печонида шудаанд, табиатан роҳҳои каҷро ба сӯи тӯби вазнинтар пайгирӣ мекунанд.
Муодилаи асосии танзимкунандаи ин каҷравӣ Муодилаи майдони Эйнштейн аст:
\[ R_{\mu \nu} - \frac{1}{2} R g_{\mu \nu} + \Lambda g_{\mu \nu} = \frac{8 \pi G}{c^4} T_{\mu \nu} \]
Дар ин ҷо, \( R_{\mu \nu} \) тензори каҷравии Риччи аст, \( R \) каҷравии скалярӣ аст, \( g_{\mu \nu} \) тензори метрикӣ аст, \( \Ламбда \) доимии космологӣ аст, \( G \) доимии ҷозиба ва \( T_{\mu \nu} \) тензори стресс-энергия аст.
#### Таъсири назарияи умумии нисбият
1. Васеъшавии вақти ҷозиба: Вақт дар майдонҳои ҷозибаи пурқувваттар сусттар мегузарад. Инро таҷрибаи Паунд-Ребка (1959) тасдиқ кард ва барои дақиқии GPS, ки бояд фарқиятҳои вақтро, ки аз сабаби ҷозибаи Замин ба вуҷуд меоянд, ба назар гирад, муҳим аст.
2. Хам шудани рӯшноӣ: Рӯшноӣ аз наздикии як объекти бузурге, ки роҳи каҷро пайгирӣ мекунад, мегузарад. Ин бори аввал ҳангоми гирифтани офтоб дар соли 1919 аз ҷониби Артур Эддингтон мушоҳида шуда, ин назарияро тасдиқ кард.
3. Мавҷҳои ҷозиба: Назарияи умумии нисбият мавҷҳои фазо-замонро пешгӯӣ мекунад, ки дар натиҷаи суръат гирифтани объектҳои бузург, ба монанди якҷояшавии сӯрохиҳои сиёҳ, ба вуҷуд меоянд. Ин мавҷҳо бори аввал мустақиман аз ҷониби LIGO дар соли 2015 ошкор карда шуданд ва равзанаи нави мушоҳидаро ба коинот боз карданд.
4. Сӯрохиҳои сиёҳ: Ҳалли муодилаҳои майдон минтақаҳоеро пешгӯӣ мекунад, ки дар онҳо каҷравии фазоӣ-вақт уфуқи рӯйдодеро эҷод мекунад, ки аз он ҳеҷ чиз берун рафта наметавонад, ки онро сӯрохиҳои сиёҳ меноманд. Далелҳои мушоҳидавӣ, ба монанди уфуқи рӯйдодҳое, ки аз ҷониби телескопи Event Horizon дар соли 2019 аксбардорӣ шудаанд, мавҷудияти онҳоро тасдиқ мекунанд.
### Тасдиқи таҷрибавӣ
Назарияҳои Эйнштейн тавассути таҷрибаҳо ва мушоҳидаҳои сершумор сахт санҷида ва тасдиқ шудаанд:
– Васеъшавии вақт: Тавассути умри зарраҳо дар суръатфизоҳо ва андозагириҳои дақиқи соати атомӣ дар реактивҳо ва моҳвораҳо тасдиқ карда шудааст.
– Хамшавии рӯшноӣ: Ҳангоми гирифтани офтоб ва тавассути линзаи гравитатсионӣ, ки дар он нури ситораҳои дур дар атрофи галактикаҳои азим хам мешавад, борҳо мушоҳида мешавад.
– Сурхшавии ҷозиба: Бо мушоҳидаи тағйирёбии басомади рӯшноӣ аз ситорагон ва тавассути таҷрибаҳои дақиқ ба монанди Gravity Probe A тасдиқ карда мешавад.
### Хулоса
Назарияҳои нисбияти Эйнштейн фаҳмиши моро дар бораи коинот ба таври куллӣ тағйир доданд. Назарияи нисбии махсус вақт ва фазоро аз нав муайян кард ва вобастагии онҳо ва тағйирпазириро бо ҳаракат муқаррар кард. Он муодили масса-энергияро, ки ҷузъи ҷудонашавандаи реаксияҳои ҳастаӣ ва физикаи зарраҳо буд, муаррифӣ кард. Назарияи умумии нисбият назарияи ҷозибаи Нютонро иваз кард ва ҷозибаро ҳамчун каҷравии фазо-вақт шарҳ дод ва падидаҳоеро ба монанди мавҷҳои ҷозиба ва сӯрохиҳои сиёҳ, ки аз ҷониби астрономия ва космологияи муосир тасдиқ шудаанд, пешгӯӣ кард.
Кори Эйнштейн аз назарияи илмӣ фаротар меравад; он фалсафаро аз нав шакл дод ва инсониятро водор кард, ки мафҳумҳои воқеият ва сохтори кайҳонро аз нав дида бароянд. Мероси ӯ дар таҳқиқоти пайваста дар бораи умқи коинот, аз ҷозибаи квантӣ то моделҳои кайҳонӣ, ки бар пояи принсипҳое, ки ӯ бори аввал беш аз як аср пеш дар бораи онҳо фикр карда буд, идома дорад.
