Nyutonning nisbiyligi: Harakat va tortishishning dastlabki tushunchasi
Pendahuluan
Tarixdagi eng nufuzli olimlardan biri bo'lgan Isaak Nyuton koinot haqidagi tushunchamizni inqilob qilgan nazariyalarni ishlab chiqdi. Uning 1687-yilda nashr etilgan "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" nomli muhim asari harakat qonunlari va universal tortishish qonunini taqdim etdi. Bugungi kunda ko'proq ma'lum bo'lgan nisbiylik tushunchasi ko'pincha Albert Eynshteynga tegishli bo'lsa-da, nisbiylik g'oyasi aslida birinchi marta klassik mexanika kontekstida Nyuton tomonidan rasmiylashtirilgan. Ushbu maqolada Nyutonning nisbiylik tamoyillari, ularning harakat va tortishish kuchini tushunishga ta'siri va bu g'oyalar Eynshteynning nisbiylik davrigacha qanday rivojlanganligi ko'rib chiqiladi.
Nyutonning harakat qonunlari
Nyutonning harakat qonunlari klassik mexanikaning asosi bo'lib, jismning harakati va unga ta'sir qiluvchi kuchlar o'rtasidagi munosabatni belgilaydigan uchta qonundan iborat. Bu uchta qonun quyidagilar:
1. Nyutonning birinchi qonuni (Inersiya qonuni):
"Agar tashqi kuch bu holatni o'zgartirmasa, har bir jism tinch holatda qoladi yoki to'g'ri chiziq bo'ylab doimiy tezlikda harakatlanadi."
Bu qonun inersiyaning, ya'ni jismning harakat holatini saqlab qolish tendentsiyasining muhimligini ta'kidlaydi. Nisbiylik nuqtai nazaridan, bu ikki jism orasidagi nisbiy harakat kuch qo'llanilmaguncha o'zgarmasligini anglatadi.
2. Nyutonning ikkinchi qonuni:
"Jismning tezlanishi unga ta'sir qiluvchi kuchga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va uning massasiga teskari proportsionaldir. Matematik jihatdan bu F = ma sifatida ifodalanadi."
Bu yerda kuch (F) massa (m) va tezlanish (a) ning ko'paytmasidir. Bu qonun kuch qo'llanilishi bilan jismning harakatini qanday o'zgartirish mumkinligini ko'rsatadi. Nisbiylik nuqtai nazaridan, bu jismga ta'sir qiluvchi kuch uning nisbiy harakatini o'zgartirishini anglatadi.
3. Nyutonning uchinchi qonuni:
"Har bir harakat teng va qarama-qarshi reaksiyaga sabab bo'ladi."
Bu qonun kuchlar har doim juft bo'lib paydo bo'lishini tushuntiradi. Agar A obyekti B obyektiga kuch ta'sir qilsa, u holda B obyekti A obyektiga teng, ammo qarama-qarshi kuch ta'sir qiladi. Bu yopiq tizimdagi obyektlar orasidagi o'zaro ta'sirlarni tushunishda muhimdir.
Nyutonning butun olam tortishish qonuni
Nyutonning universal tortishish qonunida aytilishicha, koinotdagi har bir zarracha boshqa har bir zarrachani ikki zarrachaning massalari ko'paytmasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsional kuch bilan tortadi. Matematik jihatdan bu qonun quyidagicha ifodalanadi:
\[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]
Qayerda:
– \( F \) ikki zarracha orasidagi tortishish kuchidir.
– \( G \) universal tortishish doimiysi.
– \( m_1 \) va \( m_2 \) ikki zarrachaning massalari.
– \( r \) ikki zarrachaning massa markazlari orasidagi masofa.
Nyutonning tortishish qonuni sayyora orbitalari va Yer yuzasidagi jismlarning harakati kabi hodisalarni tushunish uchun asos yaratadi. Shuningdek, u Nyutonning nisbiylik konsepsiyasida ham muhim rol o'ynaydi, chunki tortishish kuchi tortishish maydonidagi jismlarning nisbiy harakatiga ta'sir qiluvchi kuchdir.
Nyutonning nisbiylik nazariyasi
Nyuton nisbiyligi, yoki aniqrog'i, Nyutonning nisbiylik printsipi, bitta inertsial mos yozuvlar tizimida qo'llaniladigan fizika qonunlari boshqa barcha inertsial mos yozuvlar tizimlarida ham qo'llaniladi degan tushunchadir. Bu shuni anglatadiki, maxsus inertsial mos yozuvlar tizimi yo'q; barcha harakat qonunlari bir-biriga nisbatan doimiy tezlikda harakatlanadigan har qanday tizimda teng ravishda qo'llaniladi.
Klassik nisbiylik printsipi
Nyutonning nisbiylik printsipini quyidagicha umumlashtirish mumkin:
– Galiley transformatsiyalari: Inertsial mos yozuvlar tizimidagi harakat tenglamalari tenglamalar shaklini o'zgartirmasdan, bir tizimdan ikkinchi tizimga birinchi tizimga nisbatan doimiy tezlikda harakatlanib o'zgartirilishi mumkin.
Galiley transformatsiyalari ikkita inertsial mos yozuvlar tizimi o'rtasida fazo-vaqt koordinatalarining qanday o'zgarishini tasvirlaydi. Aytaylik, ikkita inertsial mos yozuvlar tizimi mavjud, S va S', bu yerda S' S ga nisbatan doimiy tezlikda \( v \) harakatlanadi. Agar \( (x, y, z, t) \) S tizimidagi koordinatalar va \( (x', y', z', t') \) S tizimidagi koordinatalar bo'lsa, unda Galiley transformatsiyalari quyidagicha ifodalanishi mumkin:
\[ x' = x – vt \]
\[ y' = y \]
\[z' = z \]
\[ t' = t \]
Bu o'zgarish vaqt mutlaq va barcha inersial sanoq tizimlarida bir xil ekanligini ko'rsatadi, bu klassik mexanikadagi asosiy qarashdir.
Nyutonning nisbiylik nazariyasining oqibatlari
Nyutonning nisbiylik nazariyasi klassik fizikada bir qancha muhim jihatlarga ega:
1. Inersiya va nisbiy harakat:
Nyutonning inersiya printsipiga ko'ra, bir inersiya sanoq tizimida doimiy tezlikda harakatlanayotgan jism boshqa inersiya sanoq tizimida doimiy tezlikda harakatlanib qoladi. Bu shuni anglatadiki, ikki jism o'rtasidagi nisbiy harakat ularga kuch ta'sir qilmaguncha o'zgarmaydi.
2. Impulsning saqlanish qonuni:
Inertsial sanoq tizimida, agar tizimga tashqi kuchlar ta'sir qilmasa, yopiq tizimning umumiy impulsi doimiy bo'lib qoladi. Bu tamoyil impulsning saqlanish qonunining asosi bo'lib, u obyektlar orasidagi to'qnashuvlar va o'zaro ta'sirlarni tushunishda muhimdir.
3. Gravitatsiya va orbital harakat:
Nyutonning tortishish qonuni bizga sayyoralar va boshqa samoviy jismlarning harakatini bashorat qilish imkonini beradi. Nyuton nisbiylik nazariyasi nuqtai nazaridan barcha sayyoralar bir xil tortishish qonuniga bo'ysunadi va o'zlarining inersial hisoblash tizimlarida Nyutonning harakat qonunlariga muvofiq harakat qiladi.
Eynshteynning nisbiylik nazariyasiga o'tish
Nyuton nisbiylik nazariyasi harakat va tortishish kuchini tushunish uchun mustahkam poydevor yaratgan bo'lsa-da, uning cheklovlari bor edi. Yorug'likning doimiy tezligi va yuqori tezlikdagi relyativistik effektlar kabi ba'zi hodisalarni klassik Nyuton mexanikasi bilan tushuntirib bo'lmadi. Bu 20-asr boshlarida Albert Eynshteynning maxsus va umumiy nisbiylik nazariyalarining rivojlanishiga olib keldi.
Maxsus nisbiylik
Eynshteynning 1905-yilda kiritilgan maxsus nisbiylik nazariyasi Nyuton mexanikasining bir nechta asosiy taxminlarini qayta ko'rib chiqdi. Uning asosiy postulatlaridan biri shundaki, vakuumdagi yorug'lik tezligi doimiy va kuzatuvchining tezligidan mustaqil. Bu Nyutonning mutlaq vaqt haqidagi qarashlariga zid keldi va relyativistik tezliklarda vaqtning kengayishi va uzunlikning qisqarishi tushunchalariga olib keldi.
Umumiy nisbiylik nazariyasi
Eynshteyn tomonidan 1915-yilda nashr etilgan umumiy nisbiylik nazariyasi Nyutonning tortishish qonunini tortishish kuchi massa va energiya tufayli yuzaga keladigan fazo-vaqt egriligi degan tushuncha bilan almashtirdi. Bu nazariya Nyutonning tortishish qonuni tushuntira olmaydigan Merkuriy sayyorasi orbitasi va qora tuynuklar kabi kuchli tortishish hodisalarini aniqroq tushuntiradi.
Xulosa
Nyutonning nisbiylik nazariyasi, harakat qonunlari va universal tortishish kuchi bilan, koinot haqidagi tushunchamizni o'zgartirgan klassik fizikaning muhim poydevoridir. Nyutonning nisbiylik tamoyillari inertsial mos yozuvlar tizimlarida harakat va o'zaro ta'sirlar haqida izchil tasavvur beradi. Garchi oxir-oqibat Eynshteynning nisbiylik nazariyasi bilan almashtirilgan bo'lsa-da, Nyutonning merosi sayyoralar harakatidan tortib kundalik dinamikagacha bo'lgan tabiiy hodisalarni o'rganish va tushunish uchun kuchli poydevor bo'lib qolmoqda.
