Bu ölümlü dünyada olup biten her şeyin göreliliğine tanıklık eden Albert Einstein'ın öğretilerini yalnızca tembeller bilmiyor. Neredeyse yüz yıldır tartışmalar sadece bilim dünyasında değil, aynı zamanda fizikçilerin dünyasında da sürüyor. Basit Kelimelerle Einstein'ın Görelilik Teorisi Oldukça erişilebilirdir ve deneyimi olmayanlar için bir sır değildir.

Temas halinde

Birkaç genel soru

Büyük Albert'in teorik öğretilerinin özellikleri göz önüne alındığında, onun varsayımları, teorik fizikçilerin çeşitli hareketleri, oldukça yüksek bilimsel okullar ve irrasyonel fizik ve matematik okulunun taraftarları tarafından belirsiz bir şekilde değerlendirilebilir.

Geçen yüzyılın başlarında, bilimsel düşüncede bir artış olduğu ve toplumsal değişimlerin arka planında bazı bilimsel hareketler ortaya çıkmaya başladığında, insanın içinde yaşadığı her şeyin görelilik teorisi ortaya çıktı. Çağdaşlarımız bu durumu nasıl değerlendirirse değerlendirsin, gerçek dünyadaki her şey aslında statik değildir. Einstein'ın özel görelilik teorisi:

• Zaman değişiyor, toplumun toplumsal anlamda bazı sorunlara ilişkin görüşleri ve zihniyeti değişiyor;
• Çeşitli hükümet sistemlerinde ve altında olasılık doktrinine ilişkin sosyal temeller ve dünya görüşü Özel durumlar toplumun gelişimi zamanla ve diğer nesnel mekanizmaların etkisi altında değişti.
• Toplumun sorunlara bakış açısı nasıl şekillendi? sosyal Gelişim konusundaki tutum ve düşünce aynıydı. Einstein'ın zamanla ilgili teorileri.

Önemli! Einstein'ın yerçekimi teorisi hem gelişiminin başlangıcında hem de tamamlanması sırasında en saygın bilim adamları arasındaki sistematik tartışmaların temeliydi. Bunun hakkında konuştular, çok sayıda tartışma oldu, farklı ülkelerdeki en üst düzey salonlarda sohbet konusu oldu.

Bilim adamları bunu tartıştı, sohbet konusu oldu. Hatta öğretinin bilim dünyasından yalnızca üç kişi tarafından anlaşılabileceğine dair bir hipotez bile vardı. Zamanı geldiğinde, bilimlerin en gizemlisi olan Öklid matematiğinin rahipleri postülaları açıklamaya başladılar. Daha sonra dijital modelini ve dünya alanı üzerindeki eyleminin aynı matematiksel olarak doğrulanmış sonuçlarını oluşturmak için bir girişimde bulunuldu; hipotezin yazarı, yarattığı şeyi bile anlamanın çok zor hale geldiğini itiraf etti. Öyleyse ne genel görelilik teorisi, Ne araştırıyor ve modern dünyada hangi pratik uygulamayı buldu?

Teorinin tarihi ve kökleri

Bugün, çoğu durumda, büyük Einstein'ın başarıları, başlangıçta sarsılmaz bir sabit olan şeyin tamamen reddedilmesi olarak kısaca tanımlanıyor. Tüm okul çocukları tarafından fiziksel binom olarak bilinen şeyin çürütülmesini mümkün kılan bu keşifti.

Gezegen nüfusunun çoğunluğu, öyle ya da böyle, dikkatli ve düşünceli ya da yüzeysel olarak, bir kez bile olsa, büyük kitabın, İncil'in sayfalarına döndü.

Gerçek bir onayın ne olduğunu burada okuyabilirsiniz öğretimin özü- geçen yüzyılın başında genç bir Amerikalı bilim adamının üzerinde çalıştığı şey. Eski Ahit tarihinde havaya yükselme gerçekleri ve diğer oldukça yaygın şeyler, bir zamanlar modern zamanlarda mucizelere dönüştü. Eter, bir kişinin tamamen farklı bir hayat yaşadığı bir alandır. Havadaki yaşamın özellikleri, doğa bilimleri alanında dünyaca ünlü birçok kişi tarafından incelenmiştir. VE Einstein'ın yerçekimi teorisi kadim kitapta anlatılanların doğru olduğunu doğruladı.

Hendrik Lorentz ve Henri Poincaré'nin çalışmaları eterin belirli özelliklerinin deneysel olarak keşfedilmesini mümkün kıldı. Her şeyden önce bu, dünyanın matematiksel modellerini oluşturmaya yönelik bir çalışmadır. Temel, maddi parçacıkların eterik uzayda hareket ettiğinde hareket yönüne göre büzüldüğünün pratik olarak doğrulanmasıydı.

Bu büyük bilim adamlarının çalışmaları doktrinin ana önermelerinin temelini oluşturmayı mümkün kıldı. Kesinlikle bu gerçek Nobel ödüllü ve Albert'in görelilik teorisi intihaldi ve öyle de kalacak. Bugün pek çok bilim insanı, birçok varsayımın çok daha önce kabul edildiğini iddia ediyor, örneğin:

• Olayların koşullu eşzamanlılığı kavramı;
• Sabit binom hipotezinin ilkeleri ve ışık hızı kriterleri.

Ne yapmalı görelilik teorisini anlamak? Mesele geçmişte yatıyor. Poincare'in çalışmalarında, mekanik yasalarındaki yüksek hızların yeniden düşünülmesi gerektiği hipotezi öne sürüldü. Fransız fizikçinin açıklamaları sayesinde bilim dünyası Projeksiyondaki göreceli hareketin eterik uzay teorisine göre nasıl olduğunu öğrendi.

Statik bilimde büyük bir hacim dikkate alındı fiziksel süreçler ile hareket eden çeşitli maddi nesneler için. Genel konseptin varsayımları, hızlanan nesnelerle meydana gelen süreçleri tanımlar, graviton parçacıklarının varlığını ve yerçekiminin kendisini açıklar. Görelilik teorisinin özü daha önce bilim adamları için saçma olan gerçekleri açıklarken. Hareketin özelliklerini ve mekaniğin yasalarını, ışık hızına yaklaşan koşullarda uzay ve zaman sürekliliği arasındaki ilişkileri açıklamak gerekiyorsa, yalnızca görelilik doktrininin varsayımları uygulanmalıdır.

Teori hakkında kısaca ve net bir şekilde

Büyük Albert'in öğretisi neden ondan önceki fizikçilerin yaptıklarından bu kadar farklı? Daha önce fizik, doğadaki tüm süreçlerin gelişiminin ilkelerini "burada, bugün ve şimdi" sistemi çerçevesinde ele alan oldukça statik bir bilimdi. Einstein, etrafta olup biten her şeyi yalnızca üç boyutlu uzayda değil, aynı zamanda çeşitli nesnelerle ve zamandaki noktalarla ilişkili olarak görmeyi mümkün kıldı.

Dikkat! 1905 yılında Einstein görelilik teorisini yayınladığında açıklamama izin verdi mevcut seçenek Farklı eylemsizlik hesaplama sistemleri arasındaki hareketi yorumlar.

Temel hükümleri, mutlak referans faktörlerinden biri olarak alınabilecek nesnelerden birini almak yerine, birbirine göre hareket eden iki nesnenin sabit hızlarının oranıdır.

Öğretimin özelliği tek bir istisnai durumla ilgili olarak değerlendirilebilmesidir. Ana faktörler:

1. Hareket yönünün düzlüğü;
2. Maddi bir cismin hareketinin tekdüzeliği.

Yön veya diğer basit parametreler değiştirilirken, maddi bir cisim hızlanabildiğinde veya yana doğru dönebildiğinde, statik görelilik doktrininin yasaları geçerli değildir. Bu durumda, genel kanunlar Genel bir durumda maddi cisimlerin hareketini açıklayabilen görelilik. Böylece Einstein, fiziksel cisimlerin uzayda birbirleriyle etkileşiminin tüm ilkeleri için bir açıklama buldu.

Görelilik ilkeleri

Öğretim ilkeleri

Görelilik hakkındaki açıklama yüz yıldır en hararetli tartışmalara konu oldu. Çoğu bilim insanı, önermelerin çeşitli uygulamalarını fiziğin iki ilkesinin uygulamaları olarak görür. Ve bu yol uygulamalı fizik arasında en popüler olanıdır. Temel varsayımlar görecelilik teorisi, İlginç gerçekler , bugün reddedilemez bir onay bulmuş olan:

• Görelilik ilkesi. Bedenler arasındaki ilişkinin tüm fizik yasalarına göre korunması. Bunları birbirine göre sabit hızlarda hareket eden eylemsiz referans çerçeveleri olarak kabul etmek.
• Işık hızı hakkında varsayımlarda bulunun. Hız ve ışık kaynaklarıyla olan ilişkiden bağımsız olarak her durumda değişmeyen bir sabit kalır.

Yeni öğreti ile en kesin bilimlerden birinin sürekli statik göstergelere dayanan temel varsayımları arasındaki çelişkilere rağmen, yeni hipotez, bilime yeni bir bakış açısı kazandırdı. Dünya. Bilim insanının başarısı güvence altına alındı ​​ve bu, ödüllendirilmesiyle de teyit edildi. Nobel Ödülü kesin bilimler alanında.

Bu kadar şaşırtıcı popülerliğin nedeni neydi ve Einstein görelilik teorisini nasıl keşfetti?? Genç bir bilim adamının taktikleri.

1. Şimdiye kadar dünyaca ünlü bilim adamları bir tez ortaya koydular ve ancak o zaman bir dizi pratik çalışma yürüttüler. Belirli bir anda genel kavrama uymayan veriler elde edilirse hatalı olarak kabul edildi ve nedenleri gösterildi.
2. Genç dahi tamamen farklı taktikler kullandı, pratik deneyler yaptı, seriydi. Elde edilen sonuçlar, bir şekilde kavramsal seriye uymasa da tutarlı bir teoriye dönüştürüldü. Ve tüm anlarda "hatalar" veya "yanlışlıklar" yok görelilik hipotezleri, örnekler ve gözlemlerin sonuçları açıkça devrim niteliğindeki teorik öğretiye uyuyor.
3. Gelecek Nobel ödüllüışık dalgalarının yayıldığı gizemli eterin incelenmesi ihtiyacını reddetti. Eterin var olduğu inancı bir takım önemli yanılgılara yol açmıştır. Ana varsayım, eterik ortamdaki süreci gözlemleyen gözlemciye göre ışık ışınının hızındaki değişikliktir.

Aptallar için görelilik

Görelilik en basit açıklamadır

Çözüm

Bilim insanının asıl başarısı, uzay ve zaman gibi niceliklerin uyum ve birliğinin kanıtıdır. Bu iki süreklilik arasındaki üç boyutlu bağlantının temel doğası, zaman boyutuyla birleştiğinde, maddi dünyanın doğasına ilişkin pek çok sırrın anlaşılmasını mümkün kılmıştır. Sayesinde Einstein'ın yerçekimi teorisi derinliklerin keşfi ve diğer başarılar mümkün hale geldi modern bilimÇünkü bugüne kadar öğretimin tüm potansiyeli kullanılmamıştır.

Bu dünya derin bir karanlığa gömüldü.
Işık olsun! Ve sonra Newton ortaya çıktı.
18. yüzyıldan kalma epigram.

Ancak Şeytan intikam almak için fazla beklemedi.
Einstein geldi ve her şey eskisi gibi oldu.
20. yüzyılın epigramı.

Görelilik teorisinin önermeleri

Varsayım (aksiyom)- teorinin temelini oluşturan ve kanıt olmadan kabul edilen temel bir ifade.

İlk varsayım: Herhangi bir fiziksel olguyu tanımlayan tüm fizik yasaları, tüm eylemsiz referans çerçevelerinde aynı forma sahip olmalıdır.

Bu aynı önerme farklı şekilde formüle edilebilir: Herhangi bir eylemsiz referans çerçevesinde, aynı başlangıç ​​koşulları altındaki tüm fiziksel olaylar aynı şekilde ilerler.

İkinci varsayım: tüm eylemsiz referans sistemlerinde ışığın boşluktaki hızı aynıdır ve hem ışık kaynağının hem de alıcının hareket hızına bağlı değildir. Bu hız, enerji aktarımının eşlik ettiği tüm süreç ve hareketlerin maksimum hızıdır.

Kütle ve enerji arasındaki ilişki yasası

Göreli mekanik- ışık hızına yakın hızlarda hareket eden cisimlerin hareket yasalarını inceleyen mekaniğin bir dalı.

Herhangi bir cisim, varlığı nedeniyle, dinlenme kütlesiyle orantılı bir enerjiye sahiptir.

Görelilik teorisi nedir (video)

Görelilik teorisinin sonuçları

Eşzamanlılığın göreliliği.İki olayın eşzamanlılığı görecelidir. Farklı noktalarda meydana gelen olaylar bir eylemsiz referans çerçevesinde eşzamanlı ise, diğer eylemsiz referans sistemlerinde eşzamanlı olmayabilirler.

Uzunluk azalması. Cismin hareketsiz olduğu K" referans çerçevesinde ölçülen uzunluğu, K" referans çerçevesindeki uzunluktan daha büyüktür, buna göre K", Ox ekseni boyunca v hızıyla hareket eder:

Zamanın yavaşlaması. Ataletsel referans çerçevesi K'de sabit bir saat tarafından ölçülen zaman aralığı, K'nin v hızıyla hareket ettiği eylemsiz referans çerçevesi K'de ölçülen zaman aralığından daha azdır:

Görecelilik teorisi

Stephen Hawking ve Leonard Mlodinow'un "Zamanın Kısa Tarihi" kitabından materyal

Görelilik

Einstein'ın görelilik ilkesi olarak adlandırılan temel varsayımı, hızlarına bakılmaksızın tüm fizik yasalarının serbestçe hareket eden tüm gözlemciler için aynı olması gerektiğini belirtir. Işığın hızı sabitse, serbestçe hareket eden herhangi bir gözlemci, ışık kaynağına yaklaşma veya uzaklaşma hızına bakılmaksızın aynı değeri kaydetmelidir.

Tüm gözlemcilerin ışığın hızı konusunda hemfikir olması gerekliliği, zaman kavramının değişmesine neden oluyor. Görelilik teorisine göre, trende seyahat eden bir gözlemci ile platformda duran bir gözlemcinin ışığın kat ettiği mesafeye ilişkin tahminleri farklı olacaktır. Hız mesafenin zamana bölümü olduğundan, tek yol Gözlemcilerin ışığın hızı konusunda hemfikir olmaları, aynı zamanda zaman tahminleri konusunda da anlaşamamaları anlamına gelir. Yani görelilik teorisi mutlak zaman fikrine son verdi! Her gözlemcinin kendi zaman ölçüsüne sahip olması gerektiği ve farklı gözlemciler için aynı saatlerin mutlaka aynı zamanı göstermeyeceği ortaya çıktı.

Uzayın üç boyutu olduğunu söylediğimizde, içindeki bir noktanın konumunun üç sayı - koordinatlar kullanılarak ifade edilebileceğini kastediyoruz. Açıklamamıza zamanı da dahil edersek dört boyutlu uzay-zamanı elde ederiz.

Görelilik teorisinin iyi bilinen bir başka sonucu da, Einstein'ın ünlü denklemi E = mc2 (burada E enerji, m vücut kütlesi, c ışık hızıdır) ile ifade edilen kütle ve enerjinin denkliğidir. Enerji ve kütle eşitliği nedeniyle, maddi bir cismin hareketi nedeniyle sahip olduğu kinetik enerji, kütlesini arttırır. Başka bir deyişle nesnenin hızlanması daha zor hale gelir.

Bu etki yalnızca ışık hızına yakın hızlarda hareket eden cisimler için önemlidir. Örneğin, ışık hızının %10'una eşit bir hızda vücut kütlesi dinlenme halindeki kütleden yalnızca %0,5 daha fazla olacaktır, ancak ışık hızının %90'ına eşit bir hızda kütle iki katından fazla olacaktır. normal olan. Işık hızına yaklaştıkça bir cismin kütlesi daha hızlı artar ve onu hızlandırmak için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyulur. Görelilik teorisine göre bir cisim hiçbir zaman ışık hızına ulaşamaz, çünkü bu durumda kütlesi sonsuz hale gelecektir ve bunun için de kütle ve enerjinin denkliği nedeniyle sonsuz enerjiye ihtiyaç duyulacaktır. Bu nedenle görelilik teorisi herhangi bir sıradan cismi sonsuza dek ışık hızından daha düşük bir hızda hareket etmeye mahkum eder. Yalnızca kendi kütlesi olmayan ışık veya diğer dalgalar ışık hızında hareket edebilir.

Çarpık Uzay

Einstein'ın genel görelilik teorisi, yerçekiminin sıradan bir kuvvet olmadığı, daha önce düşünüldüğü gibi uzay-zamanın düz olmadığı gerçeğinin bir sonucu olduğu yönündeki devrim niteliğindeki varsayıma dayanmaktadır. Genel göreliliğe göre uzay-zaman, içine yerleştirilen kütle ve enerji nedeniyle bükülür veya kıvrılır. Dünya gibi cisimler, yerçekimi adı verilen bir kuvvetin etkisi altında olmayan kavisli yörüngelerde hareket eder.

Jeodezik çizgi iki havaalanı arasındaki en kısa çizgi olduğundan, gezginler uçakları bu rotalar boyunca yönlendirir. Örneğin, pusula okumalarını takip edebilir ve coğrafi paralel boyunca New York'tan Madrid'e kadar neredeyse doğuya doğru 5.966 kilometre uçabilirsiniz. Ancak geniş bir daire çizerek uçarsanız, önce kuzeydoğuya doğru ilerleyip ardından yavaş yavaş doğuya ve sonra güneydoğuya dönerseniz yalnızca 5.802 kilometre kat etmeniz gerekecektir. Bu iki rotanın haritada dünya yüzeyinin bozuk (düz olarak temsil edildiği) görünümü aldatıcıdır. Yerkürenin yüzeyinde bir noktadan diğerine "düz" doğuya doğru hareket ederken, aslında düz bir çizgi boyunca veya daha doğrusu en kısa jeodezik çizgi boyunca hareket etmiyorsunuz.

Uzayda düz bir çizgide hareket eden bir uzay aracının yörüngesi Dünya'nın iki boyutlu yüzeyine yansıtılırsa kavisli olduğu ortaya çıkar.

Genel göreliliğe göre kütleçekim alanları ışığı bükmelidir. Örneğin teori, Güneş'in yakınında, yıldızın kütlesinin etkisi altında ışık ışınlarının hafifçe ona doğru bükülmesi gerektiğini öngörüyor. Bu, uzak bir yıldızın ışığının Güneş'in yakınından geçmesi durumunda küçük bir açıyla sapacağı anlamına gelir; bu nedenle Dünya'daki bir gözlemci, yıldızı tam olarak bulunduğu yerde göremeyecektir.

Özel görelilik teorisinin temel varsayımına göre, hızları ne olursa olsun, serbestçe hareket eden tüm gözlemciler için tüm fizik yasalarının aynı olduğunu hatırlayalım. Kabaca söylemek gerekirse, eşdeğerlik ilkesi bu kuralı serbestçe hareket etmeyen ancak bir çekim alanının etkisi altında hareket eden gözlemcilere kadar genişletir.

Yeterince küçük uzay bölgelerinde, yerçekimi alanında hareketsiz olup olmadığınızı veya boş uzayda sabit ivmeyle hareket edip etmediğinizi yargılamak imkansızdır.

Boş bir alanın ortasında bir asansörde olduğunuzu hayal edin. Yerçekimi yok, “yukarı” ve “aşağı” yok. Özgürce yüzüyorsun. Asansör daha sonra sabit ivmeyle hareket etmeye başlar. Aniden ağırlık hissedersiniz. Yani asansörün artık zemin olarak algılanan duvarlarından birine bastırılırsınız. Bir elmayı alıp bırakırsanız yere düşer. Aslında, artık ivmeyle hareket ettiğinize göre, asansörün içindeki her şey, sanki asansör hiç hareket etmiyormuş da, düzgün bir yerçekimi alanında hareketsiz duruyormuş gibi tam olarak aynı şekilde gerçekleşecektir. Einstein, tıpkı bir tren vagonunun içindeyken onun sabit mi yoksa düzgün bir şekilde mi hareket ettiğini anlayamadığınız gibi, bir asansörün içindeyken de onun sabit ivmeyle mi hareket ettiğini yoksa düzgün bir çekim alanı içinde mi olduğunu anlayamayacağınızı fark etti. Bu anlayışın sonucu eşdeğerlik ilkesiydi.

Eşdeğerlik ilkesi ve bunun tezahürüne ilişkin verilen örnek, yalnızca eylemsizlik kütlesi (Newton'un ikinci yasasının bir kısmı, kendisine uygulanan bir kuvvetin bir cisme ne kadar ivme kazandıracağını belirleyen kısmı) ve yerçekimi kütlesi (Newton'un kuvvetler kanununun bir kısmı) olması durumunda geçerli olacaktır. Yerçekimi kuvvetinin büyüklüğünü belirleyen yerçekimi) çekimler) bir ve aynı şeydir.

Einstein'ın eşdeğerlik ilkesini ve sonuçta genel görelilik teorisini türetmek için eylemsizlik ve yerçekimi kütlelerinin eşdeğerliğini kullanması, insan düşüncesi tarihinde benzeri görülmemiş mantıksal sonuçların ısrarlı ve tutarlı gelişiminin bir örneğidir.

Zaman genişlemesi

Genel göreliliğin bir başka öngörüsü de Dünya gibi büyük kütlelerin etrafında zamanın yavaşlaması gerektiğidir.

Artık eşdeğerlik ilkesine aşina olduğumuza göre, yerçekiminin zamanı neden etkilediğini gösteren başka bir düşünce deneyi gerçekleştirerek Einstein'ın düşüncesini takip edebiliriz. Uzayda uçan bir roket hayal edin. Kolaylık sağlamak için, gövdesinin o kadar büyük olduğunu varsayacağız ki, ışığın yukarıdan aşağıya geçmesi tam bir saniye sürecektir. Son olarak, rokette iki gözlemci olduğunu varsayalım: biri tavana yakın tepede, diğeri altta, yerde ve her ikisinde de saniyeleri sayan aynı saat bulunuyor.

Üstteki gözlemcinin saatinin geri saymasını bekledikten sonra hemen alttaki gözlemciye bir ışık sinyali gönderdiğini varsayalım. Bir sonraki sayımda ikinci bir sinyal gönderir. Koşullarımıza göre her sinyalin alttaki gözlemciye ulaşması bir saniye sürecektir. Üstteki gözlemci birer saniye aralıklarla iki ışık sinyali gönderdiği için alttaki gözlemci de bunları aynı aralıklarla kaydedecektir.

Bu deneyde roket uzayda serbestçe uçmak yerine Dünya'nın üzerinde durup yerçekimi etkisini deneyimleseydi ne değişirdi? Newton'un teorisine göre yerçekimi, durumu hiçbir şekilde etkilemeyecektir: Eğer yukarıdaki gözlemci bir saniyelik aralıklarla sinyal gönderiyorsa, aşağıdaki gözlemci de bu sinyalleri aynı aralıklarla alacaktır. Ancak eşdeğerlik ilkesi olayların farklı bir gelişimini öngörür. Denklik ilkesine uygun olarak yerçekimi eylemini zihinsel olarak sabit ivmeyle değiştirirsek hangisini anlayabiliriz. Bu, Einstein'ın kendi denklemini oluştururken denklik ilkesini nasıl kullandığının bir örneğidir. yeni teori yer çekimi.

Diyelim ki roketimiz hızlanıyor. (Yavaş hızlandığını, dolayısıyla hızının ışık hızına yaklaşmadığını varsayacağız.) Roketin gövdesi yukarıya doğru hareket ettiği için, ilk sinyal öncesine göre daha az mesafe kat etmek zorunda kalacak (hızlanma başlamadan önce), ve aşağıdaki gözlemciye bana bir saniyeden daha kısa sürede varacak. Eğer roket sabit bir hızla hareket ediyor olsaydı, ikinci sinyal de aynı şekilde daha erken gelecek ve iki sinyal arasındaki süre bir saniyeye eşit olacaktı. Ancak ikinci sinyalin gönderildiği anda, ivme nedeniyle roket, birincinin gönderildiği ana göre daha hızlı hareket edeceğinden, ikinci sinyal birinciden daha kısa bir mesafe kat edecek ve daha da az zaman alacaktır. Saatini kontrol eden aşağıdaki gözlemci, sinyaller arasındaki sürenin bir saniyeden az olduğunu fark edecek ve sinyalleri tam olarak bir saniye sonra gönderdiğini iddia eden yukarıdaki gözlemciyle aynı fikirde olmayacaktır.

Hızlanan bir roket durumunda, bu etki muhtemelen özellikle şaşırtıcı olmamalıdır. Sonuçta, az önce açıkladık! Ancak unutmayın: Eşdeğerlik ilkesi, aynı şeyin roket bir yerçekimi alanında hareketsiz durumdayken de meydana geldiğini söyler. Sonuç olarak, roket hızlanmasa bile, örneğin Dünya yüzeyindeki fırlatma rampası üzerinde dursa bile, üstteki gözlemcinin (saatine göre) bir saniye arayla gönderdiği sinyaller, rokete ulaşacaktır. daha küçük bir aralıkla alt gözlemci (saatine göre) . Bu gerçekten muhteşem!

Yer çekimi zamanın akışını değiştirir. Tıpkı özel göreliliğin bize bunu söylediği gibi Zaman akıyor Birbirlerine göre hareket eden gözlemciler için farklı olan genel görelilik teorisi, farklı kütleçekim alanlarında bulunan gözlemciler için zamanın geçişinin farklı olduğunu beyan eder. Genel göreliliğe göre, alttaki gözlemci sinyaller arasında daha kısa bir aralık kaydeder çünkü Dünya yüzeyinde zaman daha yavaş akar çünkü orada yerçekimi daha güçlüdür. Yerçekimi alanı ne kadar güçlü olursa, bu etki de o kadar büyük olur.

Biyolojik saatimiz aynı zamanda zamanın akışındaki değişikliklere de yanıt verir. İkizlerden biri bir dağın tepesinde, diğeri deniz kenarında yaşıyorsa birincisi ikincisinden daha hızlı yaşlanır. Bu durumda yaş farkı önemsiz olacak ama ikizlerden birinin ışık hızına çıkan bir uzay gemisiyle uzun bir yolculuğa çıkmasıyla bu fark önemli ölçüde artacak. Gezgin geri döndüğünde kardeşinin Dünya'da bıraktığından çok daha genç olacak. Bu durum ikiz paradoksu olarak biliniyor ancak yalnızca mutlak zaman fikrine sıkı sıkıya bağlı olanlar için geçerli olan bir paradoks. Görelilik teorisinde benzersiz bir mutlak zaman yoktur; her bireyin, nerede olduğuna ve nasıl hareket ettiğine bağlı olarak kendi zaman ölçüsü vardır.

Uydulardan sinyal alan ultra hassas navigasyon sistemlerinin ortaya çıkmasıyla birlikte, farklı irtifalardaki saat hızları arasındaki fark daha da arttı. pratik önemi. Eğer ekipman genel göreliliğin öngörülerini göz ardı ederse, konumun belirlenmesindeki hata birkaç kilometreye ulaşabilir!

Genel görelilik teorisinin ortaya çıkışı durumu kökten değiştirdi. Uzay ve zaman dinamik varlıklar statüsünü kazandı. Cisimler hareket ettiğinde veya kuvvetler etki ettiğinde, uzay ve zamanın bükülmesine neden olurlar ve uzay-zamanın yapısı da cisimlerin hareketini ve kuvvetlerin hareketini etkiler. Uzay ve zaman yalnızca Evrende olup biten her şeyi etkilemekle kalmaz, aynı zamanda kendileri de tüm bunlara bağlıdır.

Kara deliğin yakınındaki zaman

Yıkıcı bir büzülme sırasında çökmekte olan bir yıldızın yüzeyinde kalan cesur bir astronot hayal edelim. Saatine göre bir noktada, örneğin saat 11:00'de, yıldız kritik bir yarıçapa kadar küçülecek ve bu yarıçapın ötesinde çekim alanı o kadar yoğunlaşacak ki ondan kaçmak imkansız olacak. Şimdi, talimatlara göre astronotun, yıldızın merkezinden sabit bir uzaklıkta yörüngede bulunan bir uzay aracına her saniye kendi saati üzerinden bir sinyal göndermesi gerektiğini varsayalım. 10:59:58'de yani 11:00'den iki saniye önce sinyal göndermeye başlıyor. Mürettebat uzay aracında neyi kaydedecek?

Daha önce, ışık sinyallerinin bir roketin içinde iletilmesiyle ilgili bir düşünce deneyi yaptıktan sonra, yerçekiminin zamanı yavaşlattığına ve ne kadar güçlü olursa etkinin de o kadar önemli olduğuna ikna olmuştuk. Bir yıldızın yüzeyindeki bir astronot, yörüngedeki meslektaşlarından daha güçlü bir çekim alanı içindedir, dolayısıyla onun nöbetindeki bir saniye, gemi saatindeki bir saniyeden daha uzun sürecektir. Astronot yüzeyde yıldızın merkezine doğru hareket ettikçe, ona etki eden alan giderek güçleniyor, böylece uzay aracında aldığı sinyaller arasındaki aralıklar sürekli olarak uzuyor. Bu zaman genişlemesi 10:59:59'a kadar çok hafif olacak, dolayısıyla yörüngedeki astronotlar için 10:59:58 ile 10:59:59'da gönderilen sinyaller arasındaki aralık bir saniyeden çok az fazla olacak. Ancak saat 11.00'de gönderilen sinyal artık gemiye alınmayacak.

Astronotun saatine göre 10:59:59 ile 11:00 arasında yıldızın yüzeyinde meydana gelen her şey, uzay aracının saatinde sonsuz bir zaman dilimine yayılacaktır. Saat 11:00'e yaklaştıkça, yıldızın yaydığı ışık dalgalarının birbirini izleyen tepe ve dip noktalarının yörüngeye varışları arasındaki aralıklar giderek daha da uzayacak; astronotun sinyalleri arasındaki zaman aralıklarında da aynı şey olacaktır. Radyasyonun frekansı saniyede gelen tepe (veya çukur) sayısına göre belirlendiğinden, uzay aracı yıldız radyasyonunun daha düşük ve daha düşük frekanslarını kaydedecektir. Yıldızın ışığı giderek kırmızılaşacak ve aynı zamanda sönecek. Sonunda yıldız o kadar sönükleşecek ki, uzay aracındaki gözlemciler için görünmez hale gelecek; geriye kalan tek şey uzaydaki bir kara deliktir. Ancak yıldızın yerçekiminin uzay aracı üzerindeki etkisi kalacak ve araç yörüngesinde dönmeye devam edecek.

Einstein'ın görelilik teorisi bana her zaman soyut ve anlaşılmaz gelmiştir. Einstein'ın görelilik teorisini basit kelimelerle anlatmaya çalışalım. Şiddetli yağmurda dışarıda olduğunuzu ve rüzgarın arkanızdan estiğini hayal edin. Hızlı koşmaya başlarsanız yağmur damlaları sırtınıza düşmez. Damlalar daha yavaş olacak veya sırtınıza hiç ulaşmayacak, bu bilimsel olarak kanıtlanmış bir gerçektir ve bunu yağmur fırtınasında kendiniz kontrol edebilirsiniz. Şimdi, yağmurla birlikte arkanıza dönüp rüzgara karşı koştuğunuzu, damlaların kıyafetlerinize ve yüzünüze, öylece durduğunuzdakinden daha sert çarpacağını hayal edin.

Bilim insanları daha önce rüzgarlı havalarda ışığın yağmur gibi davrandığını düşünüyordu. Dünya Güneş'in etrafında dönerse ve Güneş galaksinin etrafında dönerse uzaydaki hareketlerinin hızını ölçmenin mümkün olacağını düşünüyorlardı. Onlara göre tek yapmaları gereken, ışığın hızını ve iki cisme göre nasıl değiştiğini ölçmek.

Bilim adamları bunu yaptı ve çok tuhaf bir şey buldum. Ne olursa olsun, cisimler nasıl hareket ederse etsin, ölçümler hangi yönde yapılırsa yapılsın ışığın hızı aynıydı.

Çok tuhaftı. Durumu sağanak yağış olarak ele alırsak, normal şartlarda hareketlerinize bağlı olarak yağmur damlaları sizi az çok etkileyecektir. Katılıyorum, hem koşarken hem de dururken bir yağmur fırtınasının sırtınıza eşit kuvvetle esmesi çok tuhaf olurdu.

Bilim insanları, ışığın yağmur damlaları ya da evrendeki herhangi bir şeyle aynı özelliklere sahip olmadığını keşfetti. Ne kadar hızlı hareket ederseniz edin, hangi yöne giderseniz gidin ışığın hızı her zaman aynı olacaktır. Bu çok kafa karıştırıcı ve bu adaletsizliğe yalnızca Albert Einstein ışık tutabildi.

Einstein ve diğer bilim adamı Hendrik Lorentz, tüm bunların nasıl olabileceğini açıklamanın tek bir yolu olduğunu anladılar. Bu ancak zamanın yavaşlaması durumunda mümkündür.

Zaman sizin için yavaşlarsa ve daha yavaş hareket ettiğinizi bilmiyorsanız ne olacağını hayal edin. Her şeyin daha hızlı gerçekleştiğini hissedeceksiniz., etrafınızdaki her şey tıpkı bir filmdeki gibi hızlı ileri sarılarak hareket edecektir.

Şimdi yine rüzgarlı bir sağanak yağışta olduğunuzu hayal edelim. Koşarken bile yağmurun seni aynı şekilde etkilemesi nasıl mümkün olabilir? Görünüşe göre eğer yağmurdan kaçmaya çalışıyorsan, o zaman zamanın yavaşlayacak ve yağmur hızlanacaktı. Yağmur damlaları aynı hızla sırtınıza çarpardı. Bilim insanları buna zaman genişlemesi adını veriyor. Ne kadar hızlı hareket ederseniz edin zamanınız yavaşlar, en azından ışık hızı için bu ifade doğrudur.

Boyutların ikiliği

Einstein ve Lorentz'in anladığı bir diğer şey de, farklı koşullar altında iki kişinin farklı hesaplanmış değerler elde edebileceği ve en tuhafı da ikisinin de haklı olacağıydı. Bu başka bir tane yan etkiışık her zaman aynı hızla hareket eder.

Hadi bir düşünce deneyi yapalım

Odanızın ortasında durduğunuzu ve odanın tam ortasına bir lamba yerleştirdiğinizi hayal edin. Şimdi ışığın hızının çok yavaş olduğunu ve nasıl ilerlediğini görebildiğinizi, bir lambayı açtığınızı hayal edin.

Lambayı açtığınızda ışık yayılmaya ve yanmaya başlayacaktır. Her iki duvar da aynı mesafede olduğundan ışık her iki duvara da aynı anda ulaşacaktır.

Şimdi odanızda büyük bir pencere olduğunu ve bir arkadaşınızın oradan geçtiğini hayal edin. Başka bir şey görecek. Ona göre odanız sağa doğru hareket ediyormuş gibi görünecek ve lambayı açtığınızda sol duvarın ışığa doğru hareket ettiğini görecek. ve sağ duvar ışıktan uzaklaşıyor. Işığın önce sol duvara, sonra sağa çarptığını görecektir. Ona, ışığın her iki duvarı da aynı anda aydınlatmadığı anlaşılıyor.

Einstein'ın görelilik teorisine göre her iki bakış açısı da doğru olacaktır. Sizin bakış açınıza göre ışık her iki duvara da aynı anda çarpıyor. Arkadaşınızın bakış açısına göre durum böyle değil. Yanlış bir şey yok.

Bu nedenle bilim insanları “eşzamanlılık görecelidir” diyor. Aynı anda gerçekleşmesi gereken iki şeyi ölçerseniz, farklı hızda veya farklı yönde hareket eden biri bunları sizinle aynı şekilde ölçemeyecektir.

Bu bize çok tuhaf geliyor çünkü ışığın hızı bizim için anlıktır ve biz buna kıyasla çok yavaş hareket ederiz. Işığın hızı çok yüksek olduğundan özel deneyler yapana kadar ışığın hızını fark etmiyoruz.

Bir nesne ne kadar hızlı hareket ederse o kadar kısa ve küçüktür

Başka bir çok garip yan etki yani ışığın hızı değişmez. Işık hızında hareket eden cisimler kısalır.

Yine ışık hızının çok yavaş olduğunu düşünelim. Bir trende seyahat ettiğinizi ve vagonun ortasına bir lamba taktığınızı hayal edin. Şimdi bir odadaki gibi bir lambayı açtığınızı hayal edin.

Işık yayılacak ve aynı anda arabanın önündeki ve arkasındaki duvarlara ulaşacak. Bu şekilde, ışığın her iki tarafa ulaşmasının ne kadar sürdüğünü ölçerek taşıyıcının uzunluğunu bile ölçebilirsiniz.

Hesaplamaları yapalım:

10 metrelik mesafenin 1 saniye sürdüğünü, ışığın lambadan vagonun duvarına yayılmasının da 1 saniye sürdüğünü düşünelim. Bu, lambanın arabanın her iki yanından 10 metre uzakta olduğu anlamına gelir. 10 + 10 = 20 olduğuna göre arabanın uzunluğu 20 metre demektir.

Şimdi arkadaşınızın sokakta bir trenin geçişini izlediğini hayal edelim. Onun olaylara farklı baktığını unutmayın. Taşıyıcının arka duvarı lambaya doğru hareket eder ve ön duvarı ondan uzaklaşır. Bu sayede ışık aynı anda arabanın duvarının ön ve arka kısmına değmeyecektir. Işık önce arkaya, sonra öne ulaşacaktır.

Böylece, siz ve arkadaşınız ışığın lambadan duvarlara yayılma hızını ölçerseniz, şunu elde edersiniz: Farklı anlamlar Bilimsel açıdan bakıldığında her iki hesaplama da doğru olacaktır. Sadece sizin için ölçülere göre arabanın uzunluğu aynı büyüklükte olacak, ancak bir arkadaşınız için arabanın uzunluğu daha az olacaktır.

Unutmayın, önemli olan nasıl ve hangi şartlarda ölçüm yaptığınızdır. Işık hızıyla hareket eden bir roketin içinde olsaydınız, yerdeki hareketinizi ölçen insanların aksine olağandışı bir şey hissetmezdiniz. Zamanın sizin için daha yavaş aktığını ya da geminin ön ve arka kısmının bir anda birbirine yaklaştığını fark edemezsiniz.

Aynı zamanda bir roket üzerinde uçuyorsanız, sanki tüm gezegenler ve yıldızlar yanınızdan ışık hızıyla uçuyormuş gibi görünecektir. Bu durumda onların zamanını ve boyutunu ölçmeye çalışırsanız, o zaman mantıksal olarak zamanın yavaşlaması ve boyutlarının küçülmesi gerekir, değil mi?

Bütün bunlar çok tuhaf ve anlaşılmazdı ama Einstein bir çözüm önerdi ve tüm bu olayları tek bir görelilik teorisinde birleştirdi..

Yüz yıl önce, 1915'te, o zamanlar fizikte devrim niteliğinde keşifler yapmış olan genç bir İsviçreli bilim adamı, temelde yeni bir yerçekimi anlayışı önerdi.

1915'te Einstein, yerçekimini uzay-zamanın temel bir özelliği olarak nitelendiren genel görelilik teorisini yayınladı. Uzay-zamanın eğriliğinin, içinde bulunan maddenin ve radyasyonun enerjisi ve hareketi üzerindeki etkisini tanımlayan bir dizi denklem sundu.

Yüz yıl sonra, genel görelilik teorisi (GTR) modern bilimin inşasının temeli haline geldi ve bilim adamlarının ona saldırdığı tüm testlere dayandı.

Ancak yakın zamana kadar, aşırı koşullar altında teorinin istikrarını test etmek için deneyler yapmak imkansızdı.

Görelilik teorisinin 100 yıl içinde bu kadar güçlü olduğunu kanıtlaması şaşırtıcı. Hala Einstein'ın yazdıklarını kullanıyoruz!

Clifford Will, teorik fizikçi, Florida Üniversitesi

Bilim insanları artık genel göreliliğin ötesinde fiziği araştıracak teknolojiye sahip.

Yerçekimine Yeni Bir Bakış

Genel görelilik teorisi, yerçekimini (Newton fiziğinde görüldüğü gibi) bir kuvvet olarak değil, nesnelerin kütlesinden dolayı uzay-zamanın eğriliği olarak tanımlar. Dünya, yıldızın onu çekmesi nedeniyle değil, Güneş'in uzay-zamanı deforme etmesi nedeniyle Güneş'in etrafında dönmektedir. Ağır bir bowling topunu gergin bir battaniyenin üzerine koyarsanız battaniyenin şekli değişecektir; yer çekimi uzayı da aynı şekilde etkiler.

Einstein'ın teorisi bazı çılgın keşiflerin habercisiydi. Örneğin, uzay-zamanı öyle bir büken kara deliklerin var olma ihtimali vardır ki, içinden hiçbir şey, hatta ışık bile kaçamaz. Teoriye dayanarak, bugün Evrenin genişlediği ve hızlandığı yönünde genel kabul gören görüşe dair kanıtlar bulundu.

Genel görelilik çok sayıda gözlemle doğrulanmıştır. Einstein'ın kendisi, hareketi Newton yasalarıyla tanımlanamayan Merkür'ün yörüngesini hesaplamak için genel göreliliği kullandı. Einstein, ışığı bükebilecek kadar büyük nesnelerin varlığını öngördü. Bu, gökbilimcilerin sıklıkla karşılaştığı bir kütleçekimsel merceklenme olgusudur. Örneğin, dış gezegenlerin araştırılması, gezegenin etrafında döndüğü yıldızın çekim alanı tarafından bükülen radyasyondaki ince değişikliklerin etkisine dayanır.

Einstein'ın teorisini test etmek

Genel görelilik, Dünya üzerindeki deneyler ve gezegen gözlemlerinin gösterdiği gibi, sıradan yerçekimi için iyi çalışır. Güneş Sistemi. Ancak fiziğin sınırları içinde yer alan uzaylarda aşırı güçlü alanların koşulları altında hiçbir zaman test edilmedi.

Bu koşullar altında teoriyi test etmenin en umut verici yolu, yerçekimi dalgaları adı verilen uzay-zamandaki değişiklikleri gözlemlemektir. Büyük olayların, kara delikler gibi iki büyük cismin veya özellikle yoğun nesnelerin - nötron yıldızlarının birleşmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkarlar.

Bu büyüklükteki kozmik bir havai fişek gösterisi yalnızca uzay-zamandaki en küçük dalgalanmaları yansıtacaktır. Örneğin, eğer iki kara delik çarpışıp Galaksimizdeki bir yerde birleşirse, yerçekimi dalgaları, Dünya'da bir metre uzaklıkta bulunan nesneler arasındaki mesafeyi atom çekirdeğinin çapının binde biri kadar uzatabilir ve sıkıştırabilir.

Bu tür olaylar nedeniyle uzay-zamandaki değişiklikleri kaydedebilen deneyler ortaya çıktı.

Önümüzdeki iki yıl içinde yerçekimi dalgalarını tespit etme şansımız yüksek.

Clifford Will

Richland, Washington ve Livingston, Louisiana yakınlarında gözlemevleri bulunan Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO), ikili L şeklindeki dedektörlerdeki çok küçük bozulmaları tespit etmek için bir lazer kullanıyor. Uzay-zaman dalgaları dedektörlerden geçerken uzayı gerer ve sıkıştırır, bu da dedektörün boyutlarının değişmesine neden olur. Ve LIGO bunları ölçebilir.

LIGO, 2002 yılında bir dizi lansmana başladı ancak sonuç alamadı. 2010 yılında iyileştirmeler yapıldı ve kuruluşun halefi olan Advanced LIGO'nun bu yıl yeniden faaliyete geçmesi bekleniyor. Planlanan deneylerin birçoğu kütleçekim dalgalarını araştırmayı amaçlıyor.

Görelilik teorisini test etmenin bir başka yolu da kütleçekim dalgalarının özelliklerine bakmaktır. Örneğin ışığın polarize camlardan geçmesi gibi polarize olabilirler. Görelilik teorisi böyle bir etkinin özelliklerini öngörür ve hesaplamalardan herhangi bir sapma, teoriden şüphe etmek için bir neden olabilir.

Birleşik teori

Clifford Will, kütleçekim dalgalarının keşfinin yalnızca Einstein'ın teorisini güçlendireceğine inanıyor:

Doğru olduğundan emin olmak için genel göreliliğin kanıtlarını aramaya devam etmemiz gerektiğini düşünüyorum.

Bu deneylere neden ihtiyaç duyuldu?

Modern fiziğin en önemli ve anlaşılması zor görevlerinden biri, Einstein'ın araştırmalarını, yani makrokozmos bilimini ve en küçük nesnelerin gerçekliği olan kuantum mekaniğini birbirine bağlayacak bir teori arayışıdır.

Bu alandaki ilerlemeler, kuantum kütle çekimi, genel görelilikte değişiklikler gerektirebilir. Kuantum kütleçekim deneylerinin gerçekleştirilmesi imkansız olacak kadar çok enerji gerektirmesi mümkündür. Will, "Ama kim bilir" diyor, "belki de kuantum evreninde önemsiz ama araştırılabilir bir etki vardır."

A. EINSTEIN'IN GENEL GÖRELİK TEORİSİ

1906'dan 1916'ya kadar on yıl boyunca oluşturulan teori çerçevesinde A. Einstein, bilim adamlarının uzun süredir dikkatini çeken yerçekimi problemine yöneldi. Bu nedenle genel görelilik teorisine sıklıkla yerçekimi teorisi de denir. Uzay-zaman ilişkilerinin maddi süreçlere olan yeni bağımlılıklarını tanımladı. Bu teori iki değil üç varsayıma dayanmaktadır:

- İlk varsayım genel görelilik teorisi - genişletilmiş görelilik Doğa yasalarının hem eylemsiz hem de eylemsiz olmayan herhangi bir referans çerçevesinde değişmezliğini, hızlanma veya yavaşlamayla hareket ettiğini ileri süren. Sadece hıza değil, onu belirleyen faktöre göre özel bir anlam taşıyan ivmeye de mutlak bir karakter atfetmenin imkansız olduğunu söylüyor.

- İkinci varsayım-ışığın sabit hızı ilkesi- değişmeden kalır.

- Üçüncü varsayım-Atalet ve yerçekimi kütlelerinin denkliği ilkesi. Bu gerçek klasik mekanikte biliniyordu. Böylece Newton'un formüle ettiği evrensel çekim yasasında yer çekimi kuvveti her zaman etki ettiği cismin kütlesiyle orantılıdır. Ancak Newton'un ikinci yasasında bir cisme ivme kazandıran kuvvet aynı zamanda kütlesiyle de orantılıdır. İlk durumda, bir cismin başka bir cisme çekilme yeteneğini karakterize eden yerçekimi kütlesinden bahsediyoruz, ikinci durumda ise bir cismin etkisi altındaki davranışını karakterize eden atalet kütlesinden bahsediyoruz. dış kuvvetler, bir cismin eylemsizliğinin bir ölçüsüdür. Ancak bir cismin serbest düşmesi durumunda g = 9,8 m/s2 ivmesi kütleye bağlı değildir. Galileo bunu deneylerinde kanıtladı. Daha doğrusu, bu kütlelerin denkliği 1890 yılında Macar fizikçi L. Eotvos tarafından kurulmuştur. Bugün bu sonuçlar yüksek derecede doğrulukla doğrulandı - 10-12'ye kadar.

Einstein, özel görelilik teorisini oluşturduktan sonra, cisimlerin eylemsizlik özelliklerinin hareket hızına bağlı olması durumunda yerçekimi özelliklerinin değişip değişmeyeceğini merak etti. Bilim adamının gerçekleştirdiği teorik analiz, fiziğin yerçekiminin etkisini ivmenin etkisinden ayırmanın bir yolunu bilmediği sonucuna varmıştır. Başka bir deyişle, yerçekimi kuvvetlerinin etkisi altında ortaya çıkan kinematik etkiler, ivmenin etkisi altında ortaya çıkan etkilere eşdeğerdir. Yani eğer bir roket 2 ivmeyle havalanırsa G o zaman roket mürettebatı kendilerini Dünya'nın iki katı yerçekimi alanındaymış gibi hissedecekler. Benzer şekilde, kapalı bir asansördeki bir gözlemci, asansörün hızlandırılmış bir hızla hareket edip etmediğini veya asansörün içinde yerçekimi kuvvetlerinin etki edip etmediğini belirleyemez. Görelilik ilkesinin genelleştirilmesi eşdeğerlik ilkesine dayanıyordu.

Genel görelilik teorisinin en önemli sonucu, cisimlerin geometrik (uzaysal) ve zamansal özelliklerindeki değişikliklerin, özel görelilik teorisinin kanıtladığı gibi yalnızca yüksek hızlarda hareket ederken değil, aynı zamanda güçlü yerçekimi koşullarında da meydana geldiği fikriydi. alanlar. Çıkarılan sonuç, genel görelilik teorisini geometri ile ayrılmaz bir şekilde ilişkilendirdi, ancak genel olarak kabul edilen Öklid geometrisi buna uygun değildi.

Öklid'in geometrisi doğası gereği aksiyomatiktir, beş aksiyoma dayanır ve düz kabul edilen uzayın aynılığını, homojenliğini ima eder. Ancak yavaş yavaş bu geometri birçok matematikçiyi tatmin etmekten vazgeçti, çünkü beşinci postülası apaçık ortada değildi. Hakkında Bir doğrunun dışında kalan bir noktadan, verilene paralel yalnızca bir doğrunun çizilebileceği ifadesiyle ilgili. Bu aksiyomla bağlantılı olarak bir üçgenin açılarının toplamının her zaman 180°'ye eşit olduğu ifadesi bulunur. Bu aksiyomu bir başka aksiyomla değiştirirsek, Öklid geometrisinden farklı ama aynı derecede kendi içinde tutarlı yeni bir geometri inşa edebiliriz. Rus matematikçi N. I. Lobachevsky, Alman B. Riemann ve Macar J. Bolyay'ın 19. yüzyılda birbirlerinden bağımsız olarak yaptıkları da tam olarak budur. Riemann, verilen bir çizgiye paralel tek bir düz çizgi bile çizmenin imkansız olduğu aksiyomunu kullandı. Lobaçevski ve Bolyai, bir çizginin dışındaki bir noktadan verilen çizgiye paralel sonsuz sayıda çizgi çizilebileceği gerçeğinden yola çıktılar. İlk bakışta bu ifadeler saçma görünüyor. Uçakta bunlar gerçekten yanlıştır. Ancak yeni varsayımların yer aldığı başka yüzeyler de olabilir.

Örneğin bir kürenin yüzeyini hayal edin. Üzerinde, iki nokta arasındaki en kısa mesafe düz bir çizgi boyunca değil (kürenin yüzeyinde düz çizgiler yoktur), büyük bir dairenin yayı boyunca (yarıçapları eşit olan daireler olarak adlandırılır) ölçülür. kürenin yarıçapı). Açık küre Meridyenler benzer en kısa çizgiler veya adlandırıldığı gibi jeodezik çizgiler olarak hizmet eder. Bilindiği gibi tüm meridyenler kutuplarda kesişir ve her biri herhangi bir meridyene paralel düz bir çizgi olarak düşünülebilir. Kürenin kendi küresel geometrisi vardır; burada üçgenin açılarının toplamının her zaman 180°'den büyük olduğu ifadesi doğrudur. İki meridyen ve ekvator yayının oluşturduğu bir küre üzerinde bir üçgen hayal edin. Meridyenler ile ekvator arasındaki açılar 90°'ye eşit olup, meridyenlerin tepe noktası kutupla aralarındaki açı bunların toplamına eklenir. Böylece küre üzerinde ayrık çizgiler oluşmaz.

Riemann'ın önermesinin doğru olduğu yüzeyler de vardır. Bu aynı zamanda sözde küre olarak da adlandırılan eyer şeklinde bir yüzeydir. Üzerinde bir üçgenin açılarının toplamı her zaman 180°'den küçüktür ve buna paralel tek bir düz çizgi çizmek imkansızdır.

Einstein bu geometrilerin varlığını öğrendikten sonra gerçek uzay-zamanın Öklid karakteri hakkında şüpheler ortaya çıktı. Kavisli olduğu belli oldu. Genel görelilik teorisinin tanımladığı uzayın eğriliği nasıl hayal edilebilir? Çok ince bir lastik tabakası hayal edelim ve bunun bir uzay modeli olduğunu varsayalım. Bu kağıda irili ufaklı toplar, yıldız ve gezegen modelleri yerleştirelim. Kütleleri ne kadar büyük olursa, toplar lastik tabakayı o kadar fazla bükecektir, bu da uzay-zamanın eğriliğinin vücudun kütlesine bağımlılığını açıkça göstermektedir. Böylece Dünya kendi etrafında çekim alanı adı verilen kavisli bir uzay-zaman yaratır. Tüm bedenlerin Dünya'ya düşmesine neden olan budur. Ancak gezegenden ne kadar uzaklaşırsak bu alanın etkisi o kadar zayıf olacaktır. Çok uzun mesafeçekim alanı o kadar zayıf olacak ki cisimler Dünya'ya düşmeyi bırakacak ve bu nedenle uzay-zamanın eğriliği o kadar önemsiz olacak ki ihmal edilebilecek ve uzay-zaman düz sayılabilecek.

Uzayın eğriliğinin, dış yüzeyi iç yüzeyinden farklı olan Öklid küresi gibi bir düzlemin eğriliği olarak anlaşılmasına gerek yoktur. İçten bakıldığında yüzeyi içbükey, dışarıdan dışbükey görünür. Öklid dışı geometriler açısından bakıldığında eğri bir düzlemin her iki tarafı da aynıdır. Uzayın eğriliği görsel olarak kendini göstermez ve metriğinin matematik dilinde doğru bir şekilde tanımlanabilecek Öklid ölçüsünden sapması olarak anlaşılır.

Görelilik teorisi, yalnızca kütleçekim alanlarının etkisi altında uzayın eğriliğini değil, aynı zamanda güçlü kütleçekim alanlarında zamanın yavaşlamasını da ortaya koydu. Kozmik standartlara göre oldukça küçük bir yıldız olan Güneş'in yerçekimi bile zamanın hızını etkileyerek onu kendi yakınında yavaşlatır. Bu nedenle, yolu Güneş'in yakınından geçen bir noktaya radyo sinyali gönderirsek, radyo sinyalinin yolculuğu, bu sinyalin yolunda Güneş olmadığı duruma göre daha uzun sürecektir. Güneş'in yakınından geçerken sinyal gecikmesi yaklaşık 0,0002 saniyedir. Bu tür deneyler 1966'dan beri yapılmaktadır. Reflektör olarak hem gezegenlerin (Merkür, Venüs) yüzeyleri hem de gezegenler arası istasyonların ekipmanları kullanılmıştır.

Genel görelilik teorisinin en fantastik tahminlerinden biri çok güçlü bir çekim alanında zamanın tamamen durması. Yer çekimi ne kadar güçlü olursa, zaman genişlemesi de o kadar büyük olur. Zaman genişlemesi, ışığın yerçekimsel kırmızıya kaymasında kendini gösterir: Yerçekimi ne kadar güçlü olursa, dalga boyu o kadar artar ve frekansı azalır. Belirli koşullar altında, dalga boyu sonsuza ve frekansı sıfıra koşabilir.

Güneş'in yaydığı ışıkla birlikte yıldızımız aniden küçülerek yarıçapı 3 km veya daha az olan (Güneş'in yarıçapı 700.000 km) bir top haline gelirse bu durum gerçekleşebilir. Bu sıkışma nedeniyle ışığın geldiği yüzeydeki çekim kuvveti o kadar artacaktır ki, çekimsel kırmızıya kayma gerçekten sonsuz olacaktır. Güneş görünmez hale gelecek, tek bir foton bile uçmayacak.

Güneş'te bunun asla olmayacağını hemen söyleyelim. Varlığının sonunda, yani birkaç milyar yıl sonra, pek çok dönüşüm yaşayacak; merkez bölgesi önemli ölçüde küçülebilir, ama yine de o kadar da değil. Ancak kütleleri Güneş'in kütlesinin üç veya daha fazla katı olan diğer yıldızlar, yaşamlarının sonunda büyük olasılıkla kendi yerçekiminin etkisi altında hızlı, yıkıcı bir sıkıştırma yaşayacaklardır. Bu onları kara delik durumuna götürecektir.

Kara delik - bu öyle güçlü bir çekim kuvveti yaratan fiziksel bir beden ki, yanından yayılan ışığın kırmızıya kayması sonsuza kadar gidebiliyor. Bir kara deliğin ortaya çıkması için cismin, cismin kütlesinin Güneş kütlesine oranının 3 km ile çarpımını aşmayacak bir yarıçapa kadar sıkıştırılması gerekir. Bu kritik yarıçap değerine denir yerçekimi yarıçapı bedenler.

Fizikçiler ve gökbilimciler, şimdiye kadar tespit edilmemiş olsalar da, doğada kara deliklerin var olduğundan kesinlikle eminler. Astronomik araştırmaların zorlukları bu olağandışı nesnelerin doğasıyla ilişkilidir. Sonuçta, parlamadıkları, uzaya hiçbir şey yaymadıkları ve bu nedenle kelimenin tam anlamıyla siyah oldukları için basitçe görünmezler. Örneğin, eşinin sıradan bir yıldız olacağı ikili yıldız sistemindeki bir kara deliği ancak bir dizi dolaylı işaretle fark etmek umut edilebilir. Böyle bir çiftin genel çekim alanı içindeki görünür bir yıldızın hareketinin gözlemlerinden, görünmez yıldızın kütlesini tahmin etmek mümkün olacaktır ve eğer bu değer Güneş'in kütlesini üç veya daha fazla kat aşarsa, bu Kara deliğin bulunduğunu iddia etmek mümkün. Artık görünmez ortağın kütlesinin 5-8 güneş kütlesi olduğu tahmin edilen, iyi çalışılmış birkaç çift yıldız sistemi var. Büyük olasılıkla bunlar kara deliklerdir, ancak bu tahminler netleşene kadar gökbilimciler bu nesnelere kara delik adayları adını vermeyi tercih ederler.

Ölçüsü ve kanıtı kırmızıya kayma olan zamanın yerçekimsel genişlemesi, nötron yıldızlarının yakınında çok önemlidir ve bir kara deliğin yerçekimsel yarıçapı yakınında, harici bir gözlemcinin bakış açısından oradaki zaman o kadar büyüktür ki , sadece donuyor. Kütlesi üç güneş kütlesine eşit olan bir kara deliğin çekim alanına düşen bir cismin, 1 milyon km mesafeden çekim yarıçapına düşmesi yalnızca bir saat kadar sürecektir. Ancak kara delikten uzakta olacak saate göre cismin kendi alanındaki serbest düşüşü zaman içinde sonsuza kadar uzayacaktır. Düşen cisim yerçekimi yarıçapına ne kadar yaklaşırsa, uzaktaki bir gözlemciye bu uçuş o kadar yavaş görünecektir. Uzaktan gözlemlenen bir cisim, yerçekimi yarıçapına sonsuz uzun bir süre boyunca yaklaşacak ve ona asla ulaşamayacaktır. Ve bu yarıçaptan belirli bir mesafede, vücut sonsuza kadar donar - harici bir gözlemci için, tıpkı bir vücudun düşüşünün donmuş bir anının donmuş bir çerçevede görülebilmesi gibi, zaman da durmuştur.

Einstein'ın görelilik teorisinde formüle edilen uzay ve zaman hakkındaki fikirler açık ara en tutarlı olanlardır. Ancak makroskobik nesneleri, büyük mesafeleri ve uzun zaman dilimlerini inceleme deneyimine dayandıkları için makroskobiktirler. Mikro dünya olaylarını anlatan teoriler oluşturulurken uzay ve zamanın sürekliliğini (uzay-zaman sürekliliği) varsayan bu geometrik resim hiçbir değişiklik yapılmadan yeni bir alana aktarılmıştır. Görelilik teorisinin mikro dünyada uygulanmasıyla çelişen hiçbir deneysel veri yoktur. Ancak kuantum teorilerinin gelişimi, fiziksel uzay ve zamana ilişkin fikirlerin gözden geçirilmesini gerektirebilir.

Zaten bazı bilim adamları, L temel uzunluğuna sahip bir kuantum uzayın var olma olasılığından bahsediyorlar. Bilim, bu kavramı tanıtarak, modern kuantum teorilerinin birçok zorluğundan kaçınabilecektir. Bu uzunluğun varlığı doğrulanırsa fizikteki bir başka temel sabit haline gelecektir. Bir kuantum uzayın varlığı aynı zamanda L/C'ye eşit bir zaman kuantumunun varlığını da ima eder, bu da zaman aralıklarının belirlenmesinin doğruluğunu sınırlar.

Genel görelilik teorisi, eylemsiz olmayan referans çerçevelerini dikkate alır ve bunları eylemsiz olanlarla (bir yerçekimi alanının varlığında) tanımlama olasılığını ileri sürer. Einstein bu teorinin ana ilkesinin özünü şu şekilde formüle ediyor: “Tüm referans sistemleri, hangi hareket halinde olurlarsa olsunlar doğayı tanımlamak (genel yasalarını formüle etmek) açısından eşdeğerdir.” Tam olarak konuşursak, Genel prensip Görelilik, herhangi bir fizik yasasının, hem yerçekimi alanının varlığında eylemsiz olmayan referans sistemlerinde hem de eylemsiz referans sistemlerinde, ancak yokluğunda eşit derecede doğru ve uygulanabilir olduğunu söylüyor.

Genel görelilikten elde edilen sonuçlar:

1. Eylemsizlik ve yerçekimi kütlelerinin eşitliği, yalnızca eylemsizlik sistemlerini değil, tüm referans sistemlerini eşdeğer kabul eden Genel Göreliliğin önemli sonuçlarından biridir.

2. Yerçekimi alanındaki ışık ışınının eğriliği, böyle bir alandaki ışığın hızının sabit olamayacağını, bir yerden diğerine yönünün değiştiğini gösterir.

3. Güneş etrafında hareket eden gezegenlerin eliptik yörüngelerinin dönüşü (örneğin, Merkür için - yüzyılda 43°).

4. Büyük veya aşırı yoğun cisimlerin çekim alanındaki zaman genişlemesi.

5. Yerçekimi alanında hareket ettikçe ışığın frekansındaki değişim.

Genel Göreliliğin en önemli sonucu, çevredeki dünyanın uzay-zaman özelliklerinin, çekim yapan kütlelerin konumu ve yoğunluğuna bağlı olduğunun ortaya konulmasıdır.

Sonuç olarak, genel görelilik teorisinin bazı sonuçlarının Newton'un yerçekimi teorisinin sonuçlarından niteliksel olarak farklı olduğunu not ediyoruz. Bunlardan en önemlileri kara deliklerin varlığı, uzay-zaman tekillikleri (teoriye göre, bildiğimiz alışılagelmiş formdaki parçacıkların ve alanların varlığının resmi olarak sona erdiği yerler) ve kütleçekim dalgalarının (yerçekimi dalgaları) varlığıyla ilgilidir. radyasyon). Einstein'ın genel çekim teorisinin sınırlamaları, bu teorinin kuantum olmamasından kaynaklanmaktadır; ve yerçekimi dalgaları, belirli kuantum - gravitonların akışı olarak düşünülebilir.

Görelilik teorisinin uygulanabilirliği konusunda başka hiçbir kısıtlama bulunamamıştır, ancak çok küçük mesafelerde nokta olayı kavramının ve dolayısıyla görelilik teorisinin uygulanabilir olmayabileceği defalarca öne sürülmüştür. Temel etkileşimlere (elektromanyetik, zayıf ve güçlü etkileşimler) ilişkin modern kuantum teorileri, tam olarak uzay-zaman görelilik teorisinin geometrisine dayanmaktadır. Bu teorilerden leptonların kuantum elektrodinamiği en yüksek doğrulukla test edilmiştir. Görelilik teorisinin varlığının ilk on yıllarında kanıtlamak için kullanılan deneyler yüksek doğrulukla tekrarlandı. Günümüzde bu tür deneyler ağırlıklı olarak tarihsel öneme sahiptir, çünkü genel görelilik teorisinin ana kanıtları, göreli temel parçacıkların etkileşimleriyle ilgili verilerden oluşur.