Каква величина се появява в общата теория на относителността. Всичко в света ще знае

Теорията на относителността е представена от Алберт Айнщайн в началото на 20-ти век. Каква е нейната същност? Помислете за акцентите и разбираемия език. Desccate.

Теорията на относителността на практика елиминира непоследователните и противоречия на физиката на 20-ти век, направена в корена, за да промени идеята за структурата на пространството и експериментално потвърдена в многобройни експерименти и изследвания.

Така Tee падна базата на всички съвременни фундаментални физически теории. По същество това е майка на съвременната физика!

За да започнем, си струва да се отбележи, че има 2 теории на относителността:

• Специалната теория на относителността (сервизната станция) - разглежда физическите процеси в равномерно движещи се обекти.
• Общата теория на относителността (OTO) описва ускоряващи обекти и обяснява произхода на такъв феномен като гравитация и съществуване.

Ясно е, че сто се появява по-рано и по същество е част от. За нея и да поговорим първо.

Сто прости думи

Теорията се основава на принципа на относителността, според който всички закони на природата са същите относителни за фиксирани и преместване с постоянна скорост на тел. И на такава привидно проста мисъл следва, че скоростта на светлината (300 000 m / s във вакуум) е еднаква за всички тела.

Например, представете си, че сте получили космически кораб от далечно бъдеще, което може да лети с огромна скорост. На носа на корабите е монтиран лазерен пистолет, способен да стреля напред.

Що се отнася до кораба, такива частици летят със скоростта на светлината, но относително фиксиран наблюдател, те изглеждат да летят по-бързо, тъй като и двете скорости се сумират.

Но наистина не се случва! Наблюдател на трети страни вижда фотони, летящи 300 000 m / s, сякаш скоростта космически кораб Не са добавени към тях.

Необходимо е да запомните: спрямо всяко тяло скоростта на светлината ще бъде непроменена, без значение колко бързо се премества.

От това има невероятни промени в въображението като забавяне на времето, надлъжното намаление и зависимостта на телесното тегло на скоростта. Прочетете повече за най-интересните последици от специалната теория на относителността, прочетете в статията по-долу.

Същността на общата теория на относителността (OTO)

За да го разберете по-добре, трябва да комбинираме два факта:

• Ние живеем в четириизмерно пространство

Прояви и време е проявите на една и съща същност, наречена "Spatio-временният консимум". Това е 4-размерено пространство-време с X, Y, Z и T координира осите.

Ние, хората, не могат да възприемат 4 измервания еднакво. По същество виждаме само прогнозите на настоящия четириизмерен обект в пространството и времето.

Какво е интересно, теорията на относителността не твърди, че телата се променят при шофиране. 4-мерните обекти винаги остават непроменени, но с относителното движение на тяхната прожекция може да се промени. И ние го възприемаме като забавяне във времето, размера на рязане и т.н.

• Всички тела попадат в постоянна скорост, а не ускоряват

Нека прекараме ужасен мисъл. Представете си, че шофирате в затворена кабина на асансьор и сте в състояние на безтегловност.

Тази ситуация може да възникне само по две причини: или сте в космоса, или свободно падайте заедно с кабината под действието на земната гравитация.

Без да надникне от кабината, е абсолютно невъзможно да се разграничат два от тези случаи. Само в един случай летите равномерно и в друго със ускорение. Ще трябва да предположите!

Може би самият Алберт Айнщайн се размишляваше върху въображаемия асансьор и имаше една невероятна мисъл: ако тези два случая е невъзможно да се направи разграничение, това означава, че спадът, дължащ се на гравитацията, също е равномерно движение. Само равномерното движение е в четириизмерно пространство-време, но в присъствието на масивни тела (например) тя е извита и равномерното движение се проектира в обичайното триизмерно пространство под формата на ускорено движение.

Нека разгледаме още по-прост, въпреки че не е напълно правилен пример за кривината на двуизмерното пространство.

Може да се си представим, че всяко огромно тяло под него създава някаква форма на фуния. Тогава други тела, летящи, няма да могат да продължат движението си по права линия и да променят траекторията си според извитите на извитото пространство.

Между другото, ако тялото няма толкова енергия, тогава движението му обикновено може да бъде затворено.

Заслужава да се отбележи, че от гледна точка на движещите се тела те продължават да се движат по права линия, защото нищо не чувстват, че ги кара да ги обърнат. Те просто влязоха в извитото място и не осъзнават себе си, за да имат индикационна траектория.

Трябва да се отбележи, че 4 измервания са усукани, включително време, затова си струва да се лекува тази аналогия.

Така обща теория Тежестта на относителността изобщо не е сила, а само следствие от кривината на пространството-време. В момента тази теория е работната версия на произхода на гравитацията и е идеално в съответствие с експериментите.

Невероятни последици от

Леки лъчи могат да бъдат разбъркани в близост до масивни тела. Наистина, в пространството има далечни обекти, които "скриват" след други, но светлите лъчи са обгърнати, така че светлината да дойде при нас.

Според по-силната гравитация, толкова по-баверното време тече. Този факт е задължително взет под внимание при работа на GPS и Glonass, защото техните сателити имат точен атомен часовник, който кърлежи малко по-бързо, отколкото на земята. Ако този факт не е взет под внимание, след ден, грешката на координатите ще бъде 10 км.

Благодарение на Алберт Айнщайн можете да разберете къде се намира библиотеката или магазинът в близост.

И накрая, Ото предсказва съществуването на черни дупки, около която гравитацията е толкова силна, че времето, близко до просто спиране. Следователно, светлината, която беше в черната дупка, не може да я остави (отразена).

В центъра на черната дупка, поради огромната гравитационна компресия, обект се образува с безкрайно висока плътност и такава, изглежда, че не може.

По този начин, от може да доведе до много противоречиви заключения, за разлика от, така че по-голямата част от физиците не го приемат напълно и продължават да търсят алтернатива.

Но много неща и тя успява да предскаже успешно, например неотдавнашното сензационно откритие потвърди теорията за относителността и отново припомни великия учен с изсушения език. Обичайте науката, прочетете Викинаука.

материал от книгата Стивън Хокинг и Леонард Млодинова "Най-късата история на времето"

Относителност

Основният постулат на Айнщайн, наричан принцип на относителността, се казва, че всички закони на физиката трябва да бъдат еднакви за всички свободно движещи се наблюдатели, независимо от тяхната скорост. Ако скоростта на светлината е постоянна стойност, тогава всеки свободно движещ се наблюдател трябва да записва същата стойност, независимо от скоростта, с която тя се приближава към източника на светлина или се отстранява от него.

Изискването, така че всички наблюдатели да се съберат в оценката на скоростта, принуждавайки понятието за време. Според теорията на относителността наблюдателят, пътуващ по влака, и този, който стои на платформата, ще се различава в оценката на изминатото от светлината разстояние. И тъй като скоростта е разстоянието, разделено на времето, единственият начин за наблюдателите да стигнат до споразумение спрямо скоростта на светлината, също е да се разпръснат в оценката на времето. С други думи, теорията за относителността сложи край на идеята за абсолютно време! Оказа се, че всеки наблюдател трябва да има своя собствена мярка от време и че идентичните часове на различни наблюдатели не се показват непременно едно и също време.

Казвайки, че пространството има три измерения, имаме предвид, че позицията на точката в нея може да бъде прехвърлена с помощта на три номера - координати. Ако въведем времето в нашето описание, получаваме четириизмерно пространство.

Друга известна последица от теорията на относителността е еквивалентността на масата и енергията, изразена от известния Einstein e \u003d MC 2 уравнение (където е-енергия, m - телесно тегло, С - скоростта на светлината). Поради еквивалентността на енергията и масата, кинетичната енергия, която материалният обект се дължи на движението, увеличава нейната маса. С други думи, обектът става по-трудно да се ускори.

Този ефект е от съществено значение само за тела, които се движат със скорост, близо до скоростта на светлината. Например, със скорост от 10% от скоростта на светлината, телесното тегло ще бъде само 0,5% повече, отколкото в покой, но при скорост, която съставлява 90% от скоростта на светлината, масата вече е повече от два пъти по-голяма от два пъти дълъг, колкото и нормален. Тъй като светлината се приближава светлината, масата на тялото се увеличава по-бързо, така че е необходима повече енергия за ускоряване. Според теорията на относителността, обектът никога няма да може да постигне скоростта на светлината, тъй като в този случай масата му би станала безкрайна, а по силата на еквивалентността на масата и енергията за това ще изисква безкрайна енергия. Ето защо теорията за относителността завинаги носи всяко обичайно тяло да се движи със скорост на по-малко светлинна скорост. Само леки или други вълни, които нямат собствени маси, са способни да се движат със скоростта на светлината.

Извито пространство

Общата теория за относителността на Айнщайн се основава на революционно предположение, че тежестта не е често срещана сила, а следствие от факта, че пространството-време не е плосък, както е обичайно да се мисли по-рано. В общата теория на относителността пространството-време е извито или усукано с маса и енергия, поставена в нея. Телата, подобни на земята, се движат с извити орбити, а не под действието на силата, наричани тежест.

Тъй като геодезичната линия е най-кратката линия между две летища, навигацията водят самолети по такива маршрути. Например, можете, следвайте свидетелството на компаса, да мудете 5966 километра от Ню Йорк до Мадрид почти строго на изток по географския паралел. Но ще трябва да покриете само 5802 километра, ако летите до голям кръг, първо североизток и след това постепенно се обръщате на изток и по-нататък на югоизток. Преглед на тези два маршрута на картата, където земна повърхност изкривени (представени от плоски), измамни. Преместването на "право" на изток от една точка към друга на повърхността на земното кълбо, всъщност не се движите по права линия, по-точно, не по най-кратка, геодезична линия.

Ако траекторията на космическия кораб, която се движи в пространството по права линия, е да се прави правилно на двуизмерната повърхност на земята, която се оказва, че е извита.

Според общата теория на относителността гравитационните полета трябва да бъдат извита светлина. Например, теорията прогнозира, че близо до слънчевите лъчи на светлината трябва да бъдат леко навити в неговата посока под влиянието на масата на осветителните тела. Така светлината на далечната звезда, която се случва до слънцето, ще отхвърли малък ъгъл, защото наблюдателят на земята ще види звездата, която не е изцяло там, където е в действителност.

Припомнете си, че според основната постулация специална теория Относителността Всички физически закони са еднакви за всички свободно движещи се наблюдатели, независимо от тяхната скорост. Грубо казано, принципът на еквивалентност разпространява това правило върху тези наблюдатели, които не са свободни, но под действието на гравитационното поле.

В достатъчно малки площи на пространството е невъзможно да се прецени дали сте в покой в \u200b\u200bгравитационното поле или се движете с постоянно ускорение в празно пространство.

Представете си, че сте в асансьора в средата на празното пространство. Няма гравитация, няма "топ" и "низа". Вие плувате свободно. След това асансьорът започва да се движи с постоянно ускорение. Изведнъж се чувствате тегло. Това е, притискате към една от стените на асансьора, която сега се възприема като пода. Ако вземете ябълка и го освободете, тя ще падне на пода. Всъщност, сега, когато се движите с ускорение, вътре в асансьора всичко ще се случи точно по същия начин, сякаш лифтът изобщо не се движи, но ще почива в хомогенно гравитационно поле. Айнщайн осъзна, че точно като, е в кола, не можеш да кажеш, си струва или равномерно движенията, а в асансьора не можете да определите дали се движи с постоянно ускорение или е в хомогенно гравитационно поле . Резултатът от това разбиране е принципът на еквивалентност.

Принципът на еквивалентност и даденият пример за нейното проявление ще бъде справедлив само ако инертната маса (включена в втория закон на Нютон, която определя, KA - някакво ускорение дава на тялото му) и гравитационната маса (входяща Нютон във връзка, \\ t което определя величината на гравитационната атракция) същността на едно и също нещо.

Използването на Einstein еквивалент на инертни и гравитационни маси за оттегляне на принципа на еквивалентност и в крайна сметка цялата обща теория на относителността е пример за постоянно и последователно развитие на логическите заключения в историята на човешката мисъл.

Бавно време

Друго предсказване на общата теория на относителността е, че близо до масивните тела, като земята, трябва да забавят курса.

Сега, след като се запознах с принципа на еквивалентност, можем да проследим хода на аргумента на Айнщайн, изпълняващ друг психически експеримент, който показва защо тежестта влияе на времето. Представете си ракета, летяща в космоса. За удобство предполагаме, че тялото му е толкова голямо, че светлината е необходима цяла секунда да мине отгоре надолу. И накрая, да предположим, че в ракетата има два наблюдателя: един - на върха, тавана, а другата - по-долу, на пода, и и двете са оборудвани със същите часовници, водещи отброяването на секунди.

Да предположим, че горният наблюдател, който чака отброяването на часовника, веднага изпраща долния светлинен сигнал. Следващия път, когато изпраща втория сигнал. Според нашите условия една секунда ще се нуждае от всеки сигнал, за да достигне до по-ниския наблюдател. Тъй като горният наблюдател изпраща две светлини с интервал за една секунда, по-ниският наблюдател ще ги регистрира със същия интервал.

Какво ще се промени, ако в този експеримент, вместо да плува свободно в космоса, ракетата ще стои на земята, преживяване на тежестта? Според теорията на Нютон, гравитацията няма да повлияе на състоянието на нещата: ако наблюдателят ще предаде сигнали отгоре, тогава наблюдателят ще бъде на дъното на същия интервал. Но принципът на еквивалентност предсказва различно развитие на събитията. Какво точно ще можем да разберем дали в съответствие с принципа на еквивалентност психически заместват ефекта на гравитацията чрез постоянно ускорение. Това е един от примерите за това как Айнщайн използва принципа на еквивалентност при създаването на новата теория на гравитацията.

Така че, да предположим, че нашата ракета се ускорява. (Предполагаме, че тя ускорява бавно, така че скоростта му да не се приближава към скоростта на светлината.) Тъй като корпусът на ракетата се движи, първият сигнал ще трябва да премине по-малко разстояние от преди (преди ускорението) и ще пристигне на по-ниския наблюдател, преди да ми даде секунда. Ако ракетата се движи с постоянна скорост, тогава вторият сигнал ще пристигне точно същия по-рано, така че интервалът между двата сигнала ще остане равна на една секунда. Но по време надясно на втория сигнал, поради ускорението на ракетата, тя се движи по-бързо, отколкото в момента на изпращане на първия, така че вторият сигнал ще премине по-малко разстояние от първия и да харчи още по-малко време. Наблюдателят по-долу, позовавайки се на часовника, ще реши, че интервалът между сигналите е по-малък от една секунда и не е съгласен с горния наблюдател, който твърди, че е изпратил сигнали точно през секунда.

В случай на ускоряваща ракета, този ефект вероятно не трябва да бъде особено изненадан. В крайна сметка, ние просто го обяснихме! Но помнете: принципът на еквивалентност казва, че същото нещо се случва, когато ракетата се намира в гравитационното поле. Ето защо, да, ако ракетата не се ускори, но например стои на началната маса на повърхността на земята, сигналите, изпратени от горния наблюдател на интервала в секунда (според часовника) ще дойдат до по-ниския наблюдател с по-малък интервал (по своя час). Това е наистина невероятно!

Гравитацията променя времето на потока. Точно както специалната теория на относителността ни казва, че времето върви по различен начин за наблюдателите, движещи се един спрямо друг, общата теория на относителността обявява, че има време за наблюдатели, разположени в различни гравитационни полета. Според общата теория на относителността, по-ниският наблюдател регистрира по-кратък интервал между сигналите, защото повърхността на земята времето тече по-бавно, тъй като гравитацията е по-силна тук. Колкото по-силно е гравитационното поле, толкова повече този ефект.

Нашите биологични часовници също реагират на промени във времето. Ако някой от близнаците живее на върха на планината, а другият - край морето, първият ще расте по-бързо от втория. В този случай разликата в вековете ще бъде незначително, но тя ще се увеличи значително, тъй като един от близнаците ще продължи дълго пътуване на космически кораб, който ускорява скоростта близо до светлината. Когато скитникът се върне, той ще бъде много по-млад от брат си останал на земята. Този случай е известен като парадокс на близнаци, но той е само парадокс за тези, които държат идеята за абсолютно време. Няма уникално абсолютно време в теорията на относителността - за всеки човек има своя собствена мярка от време, която зависи от това къде е и как се движи.

С появата на ултра-прецизни навигационни системи, които получават сигнали от сателити, разликата в течение на часовете при различни височини, придобити практическа стойност. Ако инструментът игнорира прогнозите за общата теория на относителността, грешката при определянето на местоположението може да достигне няколко километра!

Появата на общата теория на относителността в основата промени ситуацията. Пространството и времето намериха статута на динамични субекти. Когато телата са преместени или сили, те причиняват кривина на пространството и времето, а структурата на пространството-време, от своя страна, влияе върху движението на телата и действията на силите. Пространство и време не само засягат всичко, което се случва във вселената, но и зависи от всичко това.

Представете си безстрашен астронавт, който остава на повърхността на разгъната звезда по време на катастрофална компресия. В един момент, на часовника си, да кажем в 11:00 часа, звездата ще бъде притисната към критичен радиус, зад който гравитационното поле е подобрено толкова много, че е невъзможно да се измъкне от него. Сега да предположим, че според инструкциите астронавтът трябва да изпрати сигнал към космически кораб, който е в орбита на някаква фиксирана разстояние от центъра на звездата. Тя започва да предава сигналите в 10:59:58, т.е. за две секунди до 11:00 часа. Какво ще регистрира екипажа на борда на космическия кораб?

Преди това, след като направих психически експеримент с прехвърлянето на светлинни сигнали в ракетата, ние се уверихме, че тежестта се забавя времето и как е по-силен, толкова по-важен ефект. Астронавтът на звездната повърхност се намира в по-силно гравитационно поле от колегите си в орбита, така че една секунда на часовника си ще продължи повече от секундата на часовника. Тъй като астронавтът, заедно с повърхността, се движи в центъра на звездата, полето, действащо върху него, става все по-силно, така че интервалите между неговите сигнали, приемали на борда на космическия кораб, постоянно се удължават. Това време на разтягане ще бъде много незначително до 10:59:59, така че за астронавтите в орбитата интервалът между сигналите минаваше в 10:59:58 и при 10: 59: 59: 59, много гнезди ще надхвърли секунда. Но сигналът изпрати в 11:00 часа, корабът няма да чака.

Всичко, което ще се случи на повърхността на звездата между 10:59:59 и 11:00 часа на часовника на астронавта, тя се простира на часовника на космическия кораб до безкрайния период от време. С подхода към 11:00, интервалите между пристигането на последователни хребети и депресията, излъчвани от излъчените от звездите, са все по-дълги; Същото се случва и с интервали между астронавтните сигнали. Тъй като честотата на радиацията се определя от броя на хребетите (или депресия), идващи във втори, все по-ниска честота на звездната радиация ще бъде записана на космическия кораб. Звездната светлина ще стане все по-зачервена и едновременно трептене. В крайна сметка звездата ще гарантира, че ще бъде направена невидима за наблюдателите на космически кораб; Всичко, което остава, е черна дупка в пространството. Въпреки това, действието на звездата на космическия кораб ще продължи и ще продължи да обжалва в орбита.

Общата теория на относителността (от него. Allgemeine Relativitätstheorie) - геометрична теория на тежестта, развиваща се специална теория на относителността (Ул.), Публикуван от Алберт Айнщайн през 1915-1916. Като част от общата теория на относителността, както и в други теории на метриката, той е постулиран, че гравитационните ефекти се дължат на взаимодействие на тела и полета, но чрез деформация на пространството-време, което е свързани, по-специално, с присъствието масова енергия. Общата теория на относителността се различава от други метрични теории чрез използването на уравнения на Айнщайн за свързване на кривината на пространството-време с присъстващата в нея въпрос. Според най-успешната теория на тежестта, добре потвърдена от наблюдения. Първият успех на общата теория на относителността беше да се обясни аномалосният прецесион на живака. След това през 1919 г. Артър Еддингтън съобщава за наблюдение на отклонението на светлината близо до слънцето по време на пълното затъмнение, което качествено и количествено потвърждава прогнозите за общата теория на относителността. Оттогава много други наблюдения и експерименти са потвърдили значително количество теоретични прогнози, включително гравитационно забавяне във времето, гравитационно червено изместване, забавяне на сигнала в гравитационното поле и, досега само косвено, гравитационно радиация. Освен това, многобройни наблюдения се тълкуват като потвърждение на една от най-загадъчните и екзотични прогнози за общата теория на относителността - съществуването на черни дупки. Въпреки зашеметяващия успех на общата теория на относителността, има дискомфорт в научната общност, асоцииран, на първо място, така че не е възможно да се преформулира като класически лимит на квантовата теория, и второ, така че самата теория да посочи границите на Неговата приложимост, тъй като прогнозира появата на съкратени физически различия, когато се разглеждат черни дупки и като цяло сингълтионите на пространството. За решаване на тези проблеми е предложен номер алтернативни теорииНякои от тях също са квантови. Съвременните експериментални данни обаче показват, че всеки вид отклонение от OTO трябва да бъде много малък, ако изобщо съществуват. Стойността на общата теория на относителността далеч надхвърля теорията на тежестта. По математика, специалната теория на относителността стимулира научните изследвания в областта на теорията на представителствата на групите на Лоренц в пространството на Хилберт и общата теория на относителността стимулира изследванията за обобщаването на геометрията на Riemann и появата на афинитетна диференциална геометрия, като както и развитието на теорията на непрекъснатите либерали. Теорията на относителността може да се счита за пример, показващ като фундаментално научно откритиеПонякога дори в противоречие с волята на автора си, поражда нови плодотворни области, развитието на което се случва по-нататък по свой собствен път.
Основните принципи на общата теория на относителността
Необходимостта от промяна на Нютоновата теория на тежестта Класическата теория на Нютон се основава на концепцията за сила на тежестта, която е сила на далечни разстояния: тя действа незабавно на всяко разстояние. Този мигновен характер на действието е несъвместим с концепцията за полето в съвременната физика. В теорията на относителността нито една информация не може да се разпространи по-бързо от скоростта на светлината във вакуум. Математически, гравитационната сила на Нютон произлиза от потенциалната енергия на тялото в гравитационното поле. Гравитационният потенциал, съответстващ на тази потенциална енергия, е обект на уравнението на Поасон, което не е инвариантно с Lorentz трансформира. Причината за не-инвариантност се крие във факта, че енергията в специалната теория на относителността не е скаларна стойност, но преминава във временния компонент на 4-ия вектор.
Векторна теория на гравитацията Оказва се, че е подобна теория електромагнитно поле Максуел и води до негативната енергия на гравитационните вълни, която е свързана с естеството на взаимодействието: едноименните обвинения (маса) в гравитацията са привлечени, а не отблъскват, както в електромагнетизма.
По този начин теорията на гравитацията на Нютон е несъвместима с основния принцип на специалната теория на относителността - инвариантността на законите на природата във всяка инерционна референтна система, и директното векторно обобщение на теорията на Нютон, първо предложено от Poincare през 1905 г. в нея Работата "на електронната динамика" води до физически незадоволителни резултати. Айнщайн започна търсенето на теорията на гравитацията, която би била съвместима с принципа на инвариантност на законите по отношение на всяка референтна система. Резултатът от това търсене е общата теория на относителността, основана на принципа на идентичност на гравитационната и инертната маса.
Принципа на равенство на гравитационните и инертни маси
В нерелативистична механика има две понятия за маса: първата се отнася до втория закон на Нютон, а вторият за Закона за световната общност. Първата маса е инертна (или инертен) - има отношение на робата, действаща върху тялото, до неговото ускорение. Втората маса - гравитационна - определя силата на атракцията на тялото от други органи и собствената си сила на привличането. Тези две маси се измерват, както може да се види от описанието, следователно в различни експерименти, следователно те не са напълно свързани и още повече пропорционални един на друг. Въпреки това, тяхната експериментално инсталирана строга пропорционалност ни позволява да говорим за една маса на тялото както в въжета, така и в гравитационните взаимодействия. Подходящ избор на единици може да направи тези маси, равни един на друг. Понякога принципът на равенство на гравитационните и инертни маси се нарича слаба принципа на еквивалентност. Идеята за принципа се връща към Галилея и в съвременна форма той стартира от Исак Нютон, а равенството на масите е проверено от него експериментално с относителната точност 10-3. В късно XIX. Един век, по-фините експерименти са прекарали фона на Етвин, като въвеждат точността на принципа на 9-9. През ХХ век експерименталната техника дава възможност да се потвърди равенството на масата с относителната точност от 10-12-10-13 (Braginsky, Dickka и др.).
Принципа на общото ковариация
Математическите уравнения, описващи законите на природата, не трябва да променят видовете си и да бъдат справедливи в трансформации на координатни системи, т.е. да бъдат съгласувани по отношение на всякакви координатни трансформации.
Принцип на голф
За разлика от нютоновата физика (която се основава на физическия принцип на дългина), теорията на относителността се основава на физическия принцип на крълци. Според него, скоростта на предаване на причинно взаимодействие е ограничена и не може да надвишава скоростта на светлината във вакуум. Само такива събития могат да бъдат причинно свързани, квадратът на разстоянието между който не надвишава стойността, където - скоростта на светлината, интервалът между събитията (разделен от интервала, подобен на време). Причините свързани с теорията на относителността могат да бъдат разположени само по време на линии, подобни на минковски. В общата теория на относителността тя е линия в не-нива. Излъчването на причинните отношения в теорията на относителността е свързано с принципа на крълци. Ако едно събитие е причина за друг в някаква инерционна справочна система, това е вярно във всяка друга инерционна референтна система, която се движи спрямо първата със скорост, по-ниска скорост.
Принцип на причинно-следствена връзка
Принципът на причинно-следствената теория на относителността твърди, че всяко събитие може да има причинно въздействие само върху онези събития, които се случват по-късно, и не могат да окажат въздействие върху всички събития, които се отчитат преди него. Причинността има следните свойства:
. Причинността е съотношението не между нещата, а между събития.
. Условието, за което скоростта на причинно действие е накрая и не може да надвишава скоростта на светлината във вакуума, уникално определя състоянието на способността да съществува с причинно-следствена връзка между две събития: само такива събития могат да бъдат причинно свързани, квадратът на Разстоянието между което в триизмерно пространство не надвишава стойността (разделена от интервала, подобен на време). В теорията на относителността свързаните събития са причинени от времето, подобни на времето в пространството на Минковски.
. Пристичността на релативистичната инвариантност, т.е. две събития, които са следствие и причина в една инерционна референтна система, са следствие и причината и при всички други инерционни референтни системи, движещи се с нея със скорост на по-малко светлинна скорост. Инвариантността на причинността следва от физическия принцип на тоалетната.
Принципа на най-малките действия
Принципът на най-малкото действие играе важна роля в общата теория на относителността. Принципът на най-малкото действие за свободния материален вид в теорията на относителността твърди, че той се движи така, че неговата глобална линия е крайност (минимално действие) между двете предварително определени точки на света. Неговата математическа формулировка: къде. От принципа на най-малкото действие е възможно да се получат уравненията на движение на частицата в гравитационното поле. Получаваме :. Следователно: . Тук, когато се интегрират в частите във втория, терминът се взема предвид, че в началото и в края на сегмента на интеграцията. Във втория член под интегралната индекс на индекса. Освен това :. Третият пишка може да бъде написан във формата. Въвеждане на кристове символи :. Получаваме уравнението на движението на материалната точка в гравитационното поле: принципът на най-малкото действие за гравитационното поле и за първи път принципът на най-малкото действие за гравитационното поле и въпросът е формулиран от D. Хилберт. Неговата математическа формулировка: където - вариация на ефекта на материята, енергийния импулсен тензор на материята, е детерминанта на матрицата, съставена от стойностите на метричния тензор - вариацията на действието на гравитационното поле, \\ t където скаларната кривина. От тук уравненията на Айнщайн се получават чрез изменение.
Принцип на енергоспестяване
Принципът на енергоспестяване играе важна евристична роля в теорията на относителността. В специална теория на относителността, изискването за повишаване на законите за опазване на енергията и импулса по отношение на трансформациите на Лоренц, уникално определя вида на енергията и импулсен импулс. В общата теория на относителността законът за запазване на енергийния пулс се използва като евристичен принцип при извличането на уравненията на гравитационното поле. Една от предположенията в сключването на уравненията на гравитационното поле е предположението, че законът за запазване на пулса на властта трябва да бъде идентично изпълнен вследствие на уравненията на гравитационното поле.
Принцип на движение в геодезически линии
Ако гравитационната маса е точно равна на инерционното, след това в израза, за да се ускори тялото, върху което само гравитационни силиИ двете маси се намаляват. Следователно, ускоряването на тялото и следователно неговата траектория не зависи от масата и вътрешната структура на тялото. Ако всички тела в една и съща точка на място получават същото ускорение, тогава това ускорение може да бъде свързано не с свойствата на телата, но с свойствата на самия пространство в този момент. Така описанието на гравитационното взаимодействие между телата може да бъде сведено до описанието на пространството-време, в което телата се движат. Естествено е да се предположи как Айнщайн е направил телата, които се движат по инерция, т.е. тяхното ускорение в собствената си референтна система е нула. След това траекторите на телефона ще бъдат геодезични линии, чиято теория е разработена от математиците през XIX век. Самите геодезически линии могат да бъдат намерени, ако са зададени в пространството-време аналог на разстоянието между две събития, наречен интервала или глобалната функция. Интервалът в триизмерното пространство и едноизмерното време (с други думи, в четириизмерно пространство) се определя от 10 независими компонента на метричния тензор. Тези 10 числа образуват метрика на пространството. Той определя "разстоянието" между две безкрайно близки точки на пространството-време В различни посоки. Геодезични линии, съответстващи на световните линии физически телЧия скорост е по-малка от скоростта на светлината, се оказва линиите на най-голямото, т.е. времето, измерено по часове, твърдо закрепено с тялото до тази траектория. Съвременните експерименти потвърждават движението на тела по геодезични линии със същата точност като равенството на гравитационната и инертната маса.
Пространствено време за криволика
Отклонение Геодезични линии близо до масивно тяло Ако се движите два тела от две близки точки успоредно един на друг, след това в гравитационното поле, те постепенно ще започнат или да се доближат или премахнат един от друг. Този ефект се нарича отклонение на геодезическите линии. Подобен ефект може да се наблюдава директно, ако стартирате две топки успоредни един на друг върху гумената мембрана, която е включена в центъра на масивния елемент. Топките ще се разпръснат: този, който беше по-близо до темата на мембраната, ще се стреми към центъра по-силен от по-отдалечената топка. Това несъответствие (отклонение) се дължи на мембраната на кривата. По същия начин, в пространството-време, отклонението на геодезичните линии (несъответствието между траекторите на телата) е свързано със своята кривина. Кривирането на пространството-време е уникално определено от неговия метричен тензор. Разликата между общата теория на относителността и алтернативните теории на тежестта се определя в повечето случаи именно методът на комуникация между материята (тела и области на строгата природа, създавайки гравитационно поле [изясняване]) и метричните свойства на пространството-време .
Космическо време OTO и силна еквивалентност Принцип
Често е неправилно, че общата теория на относителността се основава на принципа на еквивалентност на гравитационното и инерционното поле, което може да бъде формулирано, както следва: местната физическа система в гравитационното поле, която е неразличима от същата система в ускорена (относително Инерционна референтна система) референтна система, потопена в плоско пространство на специална теория на относителността. Понякога същия принцип постулира като
"Местна справедливост на специалната теория на относителността" или се нарича "принцип на силна еквивалентност". Исторически, този принцип наистина изигра голяма роля в създаването на общата теория на относителността и е използвана от Айнщайн в неговото развитие. Въпреки това, в крайната форма на теорията, тя всъщност не се съдържа, тъй като пространството-времето, както в ускорената, така и в първоначалната референтна система в специалната теория на относителността, е нецензурен - плосък, и в общата теория на Относвността е усукана с всяко тяло и това е неговата кривина причинява гравитационна Тел. Важно е да се отбележи, че основната разлика в пространството от пространството е нейната кривина, която се изразява от тензора - Lesor на кривината. В сервизната станция на пространството този тензор е идентично равен на нула и пространството е плосък. Поради тази причина името "Общата теория на относителността не е напълно вярна. Тази теория е само един от редица теории на тежестта, които се считат за физици в момента, докато специалната теория на относителността (по-точно, нейният принцип на интервюта на пространството) е общоприет научна общност и представлява крайъгълен камък на основата на съвременната физика. Въпреки това трябва да се отбележи, че нито един от другите развити теории на тежестта, освен от, не може да издържи проверки с времето и експеримента.
Проблема на референтната система.
Проблемът с референтната система възниква в OTO, тъй като физиката в други области на физиката инерционни референтни системи в спонтанното пространство е невъзможно. Тя включва теоретичната дефиниция на референтна система (например инерционна инерционна координатна система, нормални координати, хармонични координати) и прилагането му на практика чрез физически измервателни уреди. Проблемът с измерванията чрез физически устройства е, че могат да бъдат измерени само прогнозите на измерените стойности по време на посоката, а директното измерване на пространствените прогнози е възможно само след въвеждането на пространствена координатна система, например, Чрез измерване на показателите, свързаността и кривината в близост до наблюдателя на наблюдателя, опаковката и приемането на отразените светлинни сигнали или чрез позоваване на геометричните характеристики на пространството-време (по светлинните лъчи, определени чрез геометрията, положението на източника на светлина се определя).
Уравнения на Айнщайн
Математическа формулировка на общата теория на относителността Уравнението на Айнщайн е свързано с всяка друга свойства на материята, присъстваща в спонтанното пространство-време, със своята кривина. Те са най-простите (повечето линейни) сред всички възможни уравнения от този вид. Те изглеждат така: където - ricci tensor, произтичащ от тензор на кривината на пространството, чрез пот на нея по двойки индекси - скаларна кривина, ricci tensor - космологична константа, е тензор на енергиен импулс на материята - броят на PI - скоростта на викуба, е гравитационната константа на Нютон. Тензорът се нарича тензор на Айнщайн и величината на гравитационния константа Айнщайн. Тук гръцките индекси изпълняват стойности от 0 до 3. Двойно контравараторно метрично напрежение задава съотношението на кривината на обхват-време, която използва кристове символи, определени чрез компонентите на дванадесетия метричен тензор, символ на Кристосъл с един Най-горният индекс по дефиниция е равен на уравненията на Айнщайн, те налагат никакви ограничения върху координатите, използвани за описание на пространството-време, т.е. те имат собственост на общото ковариация, те ограничават избора само на 6 от 10-те независими компонента Симетричният метричен тензор - системата само от уравненията на Айнщайн е незабелязан. Ето защо тяхното решение е двусмислено без въвеждането на някои ограничения върху компонентите на метриките, съответстващи на уникалната задача на координатите в областта, която се разглежда в пространството-времето и следователно обикновено координира условията. Разрешаване на уравнения на Айнщайн във връзка с правилно избрани координатни условия, можете да намерите всичките 10 независими компонента на симетричен метричен тензор. Този метричен тензор (метрик) описва свойствата на пространството-време в този момент и се използва за описание на резултатите от физически експерименти. Тя ви позволява да настроите квадрата на интервала в спонтанното пространство, което определя "разстоянието" във физическото (метрично) пространство. Символите на метричния тензор на Кристосс определят геодезическите линии, за които предмети (пробни тела) се движат по инерция. В най-простия случай на празно пространство (енергиен импулсен тензор е нула) без Lambda член, един от решенията на уравненията на Айнщайн се описват от специалната теория на линкавската теория на относителността за дълго време, въпроса за присъствието в третия член на Айнщайн уравнения в лявата част. Космологичната константа λ е въведена от Айнщайн през 1917 г. в работата "космологични въпроси и общата теория на относителността", за да се опише статичната вселена в съответствие с разширяването на вселената, унищожена философските и експериментални основи на счетоводството му в теорията на гравитацията. Данните за съвременната количествена космология обаче те говорят в полза на модела на вселената, разширяваща се с ускорение, т.е. с положителна космологична константа. От друга страна, стойността на тази константа е толкова малка, което дава възможност да не се вземат предвид при физически изчисления, в допълнение към астрофизиката и космологията през клъстерите на галактики и по-горе. Най-простите уравнения на Айнщайн в смисъл, че кривината и енергийният импулс в тях са само линейни и в допълнение, в лявата част има всички стойности на тензора на валент 2, които могат да характеризират пространството-време. Те могат да бъдат получени от принципа на най-малкото действие за действието на Айнщайн - Хилберт: където наименованията са декриптирани по-горе, е лагрангийска плътност на материалните полета, но дава инвариантно елемент от пространството от 4-тема. Тук е детерминант, съставен от елементите на матрицата два пъти по-разнообразен метричен тензор. Въведеният минус се въвежда, за да се покаже, че детерминанта е винаги отрицателен (за минковски метриката е -1). От математическа гледна точка уравнението на Айнщайн е система от нелинейни диференциални уравнения в частни деривати, свързани с метричния тензор на пространството, така че сумата на техните решения не е ново решение. Приблизително линейността може да бъде възстановена само в проучването на малки смущения на дадено пространство-време, например за слаби гравитационни полета, когато малки отклонения на метрични коефициенти от техните стойности за плоско пространство и са толкова малки, колкото кривината, генерирана от тях. Допълнително обстоятелство, което затруднява решаването на тези уравнения, е, че източникът (енергиен импулсен тензор) е предмет на своя набор от уравнения - уравненията на движението на околната среда, което попълва разглеждания регион. Интересът е фактът, че уравненията на движение, ако има по-малко от четири, следвайте уравненията на Айнщайн поради местния закон за запазване на енергийния импулс. Това свойство е известно като самозасъотностзаността на уравненията на Айнщайн и е показана за първи път от D. Hilbert в неговия известна работа "Фондации на физиката." Ако уравненията на движение са повече от четири, тогава е необходимо да се реши система от координатни условия, уравнения и уравнения на Айнщайн средиКакво е по-трудно. Ето защо такова значение е прикрепено към добре познатите точни решения на тези уравнения. Най-важните точни разтвори на уравненията на Айнщайн включват: Schwarzschald разтвор (за пространствено време около сферично симетрично незаребено и несръчащо се масивно обект), решението на Rissenger - Nordstraum (за заредена сферично симетрична масивна обекта), керра Решение (за въртящ се масивен обект), разтвор на KERRA - Newman (за зареждащ въртящ се масивен обект), както и космологичното решение на Фридман (за вселената като цяло) и точни гравитационни вълни. Сред приблизителните решения е необходимо да се разграничат приблизителните гравитационни и вълнови разтвори на разтворите, получени чрез методите на пост-татачно разлагане. Числен разтвор на уравненията на Айнщайн също представлява трудностите, които са решени само в 2000-те, което доведе до появата на динамично развиваща се цифрова относителност (инж.). Айнщайн без космологична константа е почти едновременно получен през ноември 1915 г. от Дейвид Хилберт (20 ноември, заключението от принципа на най-малкото действие) и Алберт Айнщайн (25 ноември, заключението от принципа на общото ковариация на уравненията на гравитационната област на уравненията на гравитационното поле в комбинация с местното запазване на мощността). Работата на Хилберт е публикувана по-късно от Айнщайнска (1916). За приоритетни въпроси съществуват различни мнения, обхванати от една статия за Айнщайн, и по-пълно в "приоритетни въпроси в теорията на относителността (инж.)", Но самият Хилберт никога не е претендирал и го смятал от създаването на Айнщайн.

Основните последици от орбитата на Нютон (червено) и Айнщайн (син) на една планета, въртяща се около звездата съгласно принципа на съответствие, в слаби гравитационни области на предсказване на Ото съвпадат с резултатите от прилагането на Нютонов закон по света, с малки изменения, които растат, когато силата на полето се увеличава. Първите прогнозирани и доказани експериментални последици от общата теория на относителността са трите класически ефекта, изброени по-долу хронологичен ред Първата им проверка:
1. Допълнително преместване на перихелий на орбитата на живак в сравнение с прогнозите на механиката на Нютон.
2. Отклонение на светлинния лъч в гравитационното поле на Слънцето.
3. Гравитационна червена промяна или забавяне на времето в гравитационното поле.
Съществуват редица други ефекти, които са експериментални проверки. Сред тях можете да споменете отклонението и забавянето (ефекта на Шапиро) на електромагнитните вълни в гравитационното поле на слънцето и Юпитер, ефекта на Lensee - Tyrarring (прецесия на жироскопа близо до въртящото се тяло), астрофизични доказателства за съществуването на съществуването от черни дупки, доказателства за радиация на гравитационни вълни със затворени системи двойни звезди и разширяване на вселената. Досега надеждните експериментални свидетелства, които опровергават OTO, не са открити. Отклоненията на измерените стойности на ефектите от предсказания от OTO не надвишават 0.01% (за горните три класически явления). Въпреки това, поради различни причини, теоретиците бяха разработени поне 30 Алтернативни теории на тежестта и някои от тях позволяват да се получи произволно близо до резултатите със съответните стойности на параметрите, включени в теорията.
Експериментални потвърждения от OTO
Прогнозиране Обща теория на относителността.
Ефектите, свързани с ускорението на референтните системи, първо е гравитационно забавяне във времето, поради което всеки часовник ще върви по-бавно, по-дълбокото в гравитационната дупка (по-близо до тялото на чакъл), те са разположени. Този ефект беше пряко потвърден в експеримента на хафел - крал, както и в експеримента Гравитационна сонда А. и постоянно потвърждават GPS. Ефектът, свързан с това, е гравитационно офсет от червената светлина. Съгласно този ефект се разбира честотата на светлината по отношение на местните часове (съответно, смяната на радиочестотните линии към червения край на спектъра по отношение на локалния мащаб), когато светлината се размножава от гравитационната дупка отвън (от региона с по-малък гравитационен потенциал към региона с голям потенциал). Гравитационното червено пристрастие е намерено в спектрите на звездите и слънцето и е надеждно потвърдено от контролираните земни условия в експеримента на поренда и РНБ.
Гравитационното забавяне във времето и кривината на пространството води до друг ефект, наречен ефекта Шапиро (известен също като гравитационно закъснение на сигнала). Поради този ефект електромагнитните сигнали отиват по-дълго, отколкото при липса на това поле. Това явление е открито по време на радарните планети на слънчевата система и космическите кораби, минаващи зад слънцето, както и при спазване на сигналите от двойни пулсари. С най-високата точност за 2011 г. (около 7.10-9), този вид ефекти се измерва в експеримента, проведен от групата на Лаймър Мюлер от Университета в Калифорния. В експеримента, цезиевите атоми, чиято скорост е насочена нагоре към повърхността на земята, действието на два лазерни лъчи е преведена в суперпозиция на състояния с различни импулси. Поради факта, че силата на гравитационната експозиция зависи от височината над повърхността на земята, фазите на вълната функция на всяко от тези състояния, когато се върнат в началната точка, се различават. Разликата между тези набези причинява смущенията на атомите в облака, така че вместо хомогенно разпределение на атомите се наблюдават редуващи се сгъстяване и вакуум, които са измерени чрез ефекта върху облака от атоми с лазерни лъчи и измерването на. \\ T Вероятност за откриване на атоми в определена избрана точка на пространството.
Гравитационно отклонение на светлината
Най-известната ранна проверка на OTO стана възможна поради общото слънчево затъмнение от 1919 година. Артър Еддингтън показа, че видимите позиции на звездите варират близо до слънцето точно според прогнозите на ОТО. Кривината на светлината на пътя се появява във всяка ускорена референтна система. Подробен изглед на наблюдаваната траектория и гравитационните ефекти на Lenzing обаче зависи от кривината на пространството-време. Айнщайн научил за този ефект през 1911 г. и когато е бил евристичен през мащаба на кривината на траекторите, той се оказа същият, както се предвижда от класическата механика за частиците, движещи се със скоростта на светлината. През 1916 г. Айнщайн открива, че в действителност, в ъглово изменение, посоката на разпространението на светлината е два пъти по-голяма от теорията на Нютониан, за разлика от предишното съображение. Така тази прогноза се превърна в друг начин да се провери. От 1919 г. това явление е потвърдено от астрономически наблюдения на звездите в процеса на затъмнението на слънцето, както и с висока точност, проверена от радио интерферометрични наблюдения на квазари, преминаващи близо до слънцето по време на нейния път чрез еклиптиране.
Гравитационна линия Това се случва, когато един отдалечен масивен обект е близо или директно върху линията, свързваща наблюдателя с друг обект, много по-отдалечено. В този случай кривината на траекторията на светлината води до нарушаване на формата на отдалечен обект, който с малка разделителна способност води главно до увеличаване на общата яркост на отдалечения обект, така че този феномен се нарича линдзинг . Първият пример на гравитационното леинцинг бе получаване на две близки изображения на същия QSO 0957 + 16 A Quasar през 1979 г., б (z \u003d 1.4) от английски астрономи Д. Уолш и др. "Когато се оказа, че и двата квазар се променя блестящата им блясък Unison, астрономите осъзнаха, че в действителност това са две изображения на един квазар, задължителният ефект на гравитационната леща. Скоро намериха самата леща - далечна галактика (Z \u003d 0.36), разположена между земята и квазара "\u003d. Оттогава са открити много други примери за отдалечени галактики и квазари, засегнати от гравитационна линейка.
Например, известен така наречен Айнщайн кръст, Където галактиката отчита изображението на далечен квазар под формата на кръст. Специален тип гравитационна лас връзка се нарича пръстен или дъга Ainstein. Пръстенът Айнщайн се появява, когато наблюдаваният обект е непосредствено зад друг обект със сферно симетрично поле на тежестта. В този случай светлината от по-далечен обект се наблюдава като пръстен около по-близък предмет. Ако отдалеченият обект е леко изместен в една посока и / или полето не е сферично симетрично, вместо това ще се появят частични пръстени, наречени дъги. И накрая, всяка звезда може да увеличи яркостта, когато пред него преминава компактен масивен обект. В този случай, по-големият и изкривен поради гравитационното отклонение на светлините на фермера не може да бъде позволено (те са твърде близо един до друг) и се наблюдава само увеличаване на яркостта на звездата. Този ефект се нарича микролинзинг и сега се наблюдава редовно в рамките на проектите, изучаващи невидимите тела на нашата галактика върху гравитационното микронезиране на светлина от звезди - молно \u003d, EROS (английски) и др.
Черни дупки

Черна дупка художник рисунка: акреционен диск гореща плазма въртяща се около черна дупка. Черна дупка - област, ограничена от така наречения хоризонт на събития, който нито нещо, нито информацията може да си тръгне. Предполага се, че тези зони могат да бъдат оформени по-специално в резултат на разпадането на масивни звезди. Тъй като материята може да попадне в черна дупка (например от междузвездната среда), но не може да го остави, масата на черната дупка може да се увеличава само с течение на времето. Стивън Хокинг обаче показа, че черни дупки могат да отслабнат поради радиация, наречена радиация на Хокинг. Радиацията на Хокинг е квантов ефект, който не нарушава класическия от. Има много кандидати за черни дупки, по-специално супермасивен обект, свързан с радио източник Стрелец а * в центъра на нашата галактика. Преобладаващото мнозинство от учените са убедени, че наблюдаваните астрономически явления, свързани с това и други подобни обекти надеждно, потвърждават съществуването на черни дупки, но има и други обяснения: например, вместо черни дупки се предлагат фермионни топки, босови звезди и други екзотични обекти.
Орбитални ефекти ОТО Коригира прогнозите на Нютоновата теория на Небесната механика по отношение на динамиката на гравитационните системи: слънчева система, двойни звезди и др.
Първият ефект Според перихителите на всички планетарни орбити ще бъдат предшествани, тъй като гравитационният потенциал на Нютон ще има малка релативистична добавка, което води до образуването на неизпълнени орбити. Тази прогноза е първото потвърждение на OTO, тъй като размерът на прецесията, получен от Айнщайн през 1916 г., напълно съвпада с аномална прецесия перихелия живак. Така, проблемът за небесната механика, известен по това време, беше решен. По-късно, релативистичният прецесионен перихелий се наблюдава и на Венера, земя, астероид на ICAR и като по-силен ефект в двойните системи на Pulsar. За откриването и изучаването на първия двоен Pulsar PSR B1913 + 16 през 1974 г. от R. Khals и D. Taylor получени Нобелова награда През 1993 година.

Зареждане на времето за пристигане на импулси от PSR B1913 + 16 Pulsar в сравнение със строго периодични (сини точки) и предсказани от ефекта, свързан с емисиите на гравитационни вълни (черна линия)
Друг ефект - Промяна на орбитата, свързана с гравитационното излъчване на двойната и повече многократна система на тел. Този ефект се наблюдава в системите с близки звезди и е да се намали периодът на обжалване. Той играе важна роля в еволюцията на близките двойни и множество звезди. Ефектът се наблюдава за първи път в гореспоменатия PSR B1913 + 16 система и с точност от 0.2% съвпада с прогнозите на OTO.
Друг ефект - Геодезична прецесия. Той представлява прецесията на полюсите на въртящия се обект поради ефектите на паралелния трансфер в скорско време. Този ефект е напълно отсъстващ в нютоновата теория на тежестта. Прогнозата на геодезичната прецесия е проверена в експеримента с НАСА сонда "гравитационна сонда б). Ръководителят на данните, получени от сондата, Франсис Еверит на пленарното заседание на американското физическо общество на 14 април 2007 г., съобщи, че анализът на тези жироскопи позволи да потвърди предсказаната геодезична прецесия на Айнщайн с точност над 1%. През май 2011 г. бяха публикувани окончателните резултати от обработката на тези данни: геодезичната прецесия е -6601.8 ± 18.3 милисекунди на дъгата (MAS) годишно, която в експерименталната грешка съвпада с предсказания -6606.1 MAS / година. Този ефект е бил проверен преди това чрез наблюденията на смяната на лаконовите геодезични спътници; В рамките на грешките на отклоненията от теоретични прогнози ОТО не е открито.
Постененост инерционни референтни системи
Преминаването на инерционни референтни системи на въртящото се тяло се крие във факта, че въртящият се масивен обект "изтегля" пространствено време към въртенето: дистанционното наблюдение в покой спрямо центъра на масите на въртящото тяло ще открие, че най-бързият Часовници (т.е., почиват по отношение на локално инерционната референтна система) на фиксирано разстояние от обекта, има часове, имащи компонент на движение около въртящия се обект в посока на въртене, а не тези, които са в мир спрямо наблюдателя, Както се случва за несъмнен масивен обект. По същия начин дистанционният наблюдател ще бъде намерен, че светлината се движи по-бързо в посоката на въртене на обекта, отколкото срещу нейното въртене. Хобаринг инерционните референтни системи също ще доведат до промяна в ориентацията на жироскопа във времето. За космически кораб в полярната орбита, посоката на този ефект перпендикулярна на геодезичната прецесия, спомената по-горе. Тъй като ефектът от инерционните референтни системи за хобита е 170 пъти по-слаб ефекта на геодезичната прецесия, учени в Станфорд са извадили "отпечатъци" от информацията, получена на специално стартирана, за да се измери този ефект на гравитационната сонда Б. През май 2011 г. бяха обявени окончателните резултати от мисията: измерената стойност на хобитата е -37.2 ± 7,2 милисекунди на дъгата (MAS) годишно, която в точността съвпада с прогнозата на ОТО: -39.2 mas / година.
Други прогнози
. Еквивалентността на инерционната и гравитационна маса: следствие от факта, че свободното падане е инерция. o Принципът на еквивалентност: дори самостоятелният обект ще реагира на външната област на тежестта, доколкото тестовата частица.
. Гравитационно радиация: Орбитално движение на всякакви гравитационно свързани системи (по-специално, близки двойки компактни звезди - бели джуджета, неутронни звезди, черни дупки), както и процесите на сливане на неутронни звезди и / или черни дупки, да бъдат придружени от емисиите на гравитационни вълни. Съществуват косвени доказателства за съществуването на гравитационно излъчване под формата на измервания на темповете на растеж на честотата на орбиталното въртене на близките двойки компактни звезди. Ефектът първо се наблюдава в гореспоменатата система на двоен Pulsar PSR B1913 + 16 и с точност от 0.2% съвпада с прогнози от OTO.
Сливането на двойни пулсари и други двойки компактни звезди могат да създадат гравитационни вълни, достатъчно силни, за да бъдат наблюдавани на Земята. За 2011 г. имаше (или планирани в близко бъдеще да се изграждат) няколко гравитационни телескопа, за да наблюдават такива вълни. o Гравитони. Според квантовата механика, гравитационното излъчване трябва да бъде съставено от Quanta, наречен Graviton. Ото прогнозира, че те ще бъдат безмасови частици с равен
Откриването на отделните гравитони в експериментите е свързано със значителни проблеми, така че съществуването на квантовия на гравитационното поле досега (2015) не е показано.
Космология
Въпреки че общата теория на относителността е създадена като теория на тежестта, скоро стана ясно, че тази теория може да се използва за симулиране на вселената като цяло и така се появи физическа космология. Физическата космология изследва Вселената Фридман, който е космологично решение на уравненията на Айнщайн, както и неговата смущение, даваща наблюдаваната структура на астрономическата метагалаксия. Тези решения прогнозират, че вселената трябва да бъде динамична: тя трябва да се разширява, свива или да изпълнява постоянни колебания. Първо Айнщайн не можеше да се съгласува с идеята за динамичната вселена, въпреки че ясно следваше уравненията на Айнщайн без космологичен елемент. Ето защо, в опит да се преформулира това, така че решенията да опишат статичната вселена, Айнщайн добавя космологична константа до полевите уравнения (виж по-горе). Въпреки това, получената статична вселена е нестабилна. По-късно през 1929 г. Едуин Магърбъл показа, че червената смяна на светлината от отдалечените галактики показва, че те се отстраняват от собствената ни галактика със скорост, която е пропорционална на разстоянието им от нас. Това показва, че вселената е наистина неразличена и разширява. Отварянето на Хъбъл показа провала на изгледите на Айнщайн и използва космологичната константа. Създадена е обаче теорията на нестационарната вселена (включително отчитането на космологичен член), но преди откриването на закона на Хъбъл от усилията на Фридман, Lemeter и De Sitter. Уравненията, описващи разширяването на Вселената, показват, че става единствено, ако е достатъчно, за да се върне във времето. Това събитие се нарича голяма експлозия. През 1948 г. Георги Гамов е издал статия, описваща процесите в ранната вселена при предположение за високата температура и предсказуемото съществуване на космическа микровълнова радиация, получена от горещата плазма; През 1949 г. R. Alfer и Херман проведоха по-подробни изчисления. През 1965 г. А. Пензиас и Р. Уилсън за първи път идентифицирали реликтна радиация, като по този начин потвърждават теорията за голяма експлозия и гореща ранна вселена.
Проблеми ОТО.
Енергия
Тъй като енергията, от гледна точка на математическата физика, е стойност, която остава поради хомогенността на времето и в общата теория на относителността, за разлика от специалната, времето е нехомогенно, в който може да бъде изразен закон за енергоспестяване единственото локално, т.е. от такава стойност, еквивалентна на сто до интеграл от нея в пространството остана, когато времето се движи. Локалното импулсно енергийно опазване на закона съществува и е следствие от уравненията на Айнщайн - това е изчезването на ковариантното отклонение на енергийния пулс на материята: където точката със запетая се отнася до улавянето на ковариантното производно. Преходът от него към световния закон е невъзможен, защото така интегрира тензорни полета, с изключение на скалар, в риманинското пространство, за да се получат тензорни (инвариантни) резултати, математически невъзможно. Наистина, уравнението по-горе може да бъде пренаписано така в пространството на непрекъснатото пространство, където вторият термин не е равен на нула, това уравнение не изразява никакъв закон за опазване. Много физици го считат за значителен недостатък на Ото. От друга страна, очевидно е, че ако следвате последователността до края, в пълна енергия, в допълнение към енергията на материята, също така е необходимо да се включи енергията на самата гравитационна област. Съответният закон за опазване трябва да бъде записан във формата, в която е стойността енергиен импулс на гравитационното поле. Оказва се, че величината не може да бъде тензур и е pseudoenterzor - стойността трансформира като тензора само с линейни трансформации. Това означава, че енергията на гравитационното поле по принцип не може да бъде локализирана (която следва от слаба еквивалентност). Различни автори се въвеждат псевдотензорите на енергийния пулс на гравитационното поле, които имат някои "правилни" свойства, но един многообразен показва, че задачата няма задоволително решение. Въпреки това енергията в ОТО винаги е запазена в смисъл, че е невъзможно да се изгради вечен двигател в OTO. Като цяло проблемът с енергията и импулса може да се счита за решен само за островните системи в OTO без космологична константа, т.е. за такива масови разпределения, които са ограничени в пространството и пространството, от които в пространствената безкрайност преминават в Minkowski пространство. След това подчертаването на група асимптотична симетрия на пространството-време (Groundi - Saks Group), може да се определи 4-векторната величина на системната импулсна система, правилно да се водеща по отношение на трансформациите на Lorentz на безкрайност. Налице е нелепа гледна точка, възходяща до Лоренц и Леви-Чивита, която определя тензора на енергийния импулс на гравитационното поле като тензор на Айнщайн с точност на постоянен мултипликатор. След това уравненията на Айнщайн твърдят, че енергийният импулс на гравитационното поле във всеки обем точно балансира енергийния пулс на материята в този обем, така че общото им количество винаги е равнозначно на нула.
ОТО и квантовата физика
Основният проблем от сегашната гледна точка е невъзможността да се изгради канонично квантово поле. Каноничната количествена маса на всеки физически модел е, че уравненията на Euler - Lagrange са конструирани в Nevantic модела и лагрангийската система се определя, от която е освободен Хамилтониев Н е бил освободен. След това хамилтононецът се превежда от обичайната функция на динамичните променливи в съответната функция на оператора до динамични променливи - количество. В същото време физическият смисъл на оператора на Хамилтън е, че нейните собственици са нивата на енергия на системата. Ключова характеристика Описаната процедура е, че тя предполага избора на параметъра - времето, за което уравнението тип Schredinger е допълнително съставено от мястото, където - вече квантов хамилтониан, който допълнително се решава, за да намери функцията на вълната. Трудностите при прилагането на такава програма за OTO са следните: първо, преходът от класическия хамилтониев до квантовата е двусмислен, тъй като операторите на динамични променливи не се свързват; Второ, гравитационното поле се отнася до вида на полетата с връзки, за които структурата на класическото фазово пространство е доста сложна и тяхната квантура е невъзможна да бъде най-прекият метод; Трето, няма изразена посока на времето, което е трудността в необходимото им разпределение и генерира проблема с тълкуването на решението. Въпреки това, програмата за количествено управление на гравитационното поле бе успешно решена от 50-те години на 20-ти век от усилията на М. П. Бронщайн, стр. А. М. Дирак, Блас Девита и други физици. Оказа се, че (поне слаб) гравитационното поле може да се разглежда като квантово безмасово поле на завъртане 2. При опит за вторична количествено определяне на системата на гравитационното поле, проведено от Р. Фейнман, Brys devittite и други \\ t физици през 60-те години след развитието на квантовата електродинамика. Оказа се, че полето на такова високо завъртане в триизмерното пространство не е ренормално за всеки традиционен (и дори нетрадиционен) начини. Освен това няма разумно определяне на нейната енергия, така че законът за опазване на енергията, ще бъде локализиран и не отрицателен навсякъде (вж. По-горе "Енергиен проблем"). Полученият резултат остава непоклатим до настоящето (2012). Дивергенцията във високите енергии в квантовата гравитация, появяваща се във всяка нова поръчка по броя на веригите, не може да бъде намален чрез въвеждането на всеки краен брой реномни контроли в хамилтоновия. Невъзможно е и намалява реномализацията до крайния брой постоянни стойности (тъй като е възможно да се направи в квантовата електродинамика по отношение на елементарния електрически заряд и масата на заредената частица). Към днешна дата са изградени много теории, алтернатива от (струнната теория, която е разработена в теорията на М-теория, квантова тежест и други), която позволява квантовата гравитация, но всички те или не са завършени или имат нерешени парадокси в себе си. Също така огромното мнозинство от тях имат огромен недостатък, който не им позволява да могат да говорят за тях като "физически теории", те не са фалшифицирани, т.е. те не могат да бъдат проверени експериментално.
Проблемът е причинност
Затворена времева крива
Решенията на уравненията на Айнщайн в някои случаи позволяват затворени линии подобни на времето. От една страна, ако затворена времева линия се връща към една и съща точка, от мястото, където е започнало движението, той описва пристигането едновременно, което вече е "е", въпреки факта, че времето мина, минало за наблюдател нула. По този начин, ние разбираме тази линия затворена верига от причини и последствия - време за пътуване. Подобни проблеми също възникват при разглеждането на решения - проходим mobbo.. Може би такива решения показват потенциала за създаването на "времеви машини" и "Супер Люмюс" в рамките на общата теория на относителността. Въпроси за "Акцетичност" на такива решения - един от активно разрушените в момента. А. Айнщайн високо оцени резултата от затворени времеви линии, първи получени от K. Gedelem през 1949 година. Считам, че статията Kurt Gödel е важен принос за общата теория на относителността, особено в анализа на концепцията за времето. В същото време той смяташе затворени времеви линии като интересни теоретични структури, лишени от реално физическо значение. Би било интересно да се установи дали тези решения следва да бъдат изключени от разглеждане въз основа на физически съображения.
Проблемът на сингулярността
В много решения на Einstein уравнения присъстват особености, т.е. според една от определенията, непълни геодезични криви, които не могат да бъдат продължени. Съществуват редица критерии за присъствието на сингуляри и редица проблеми, свързани с критериите за наличие на гравитационни особености.
Философски аспекти на теорията на относителността
А. Айнщайн подчерта значението на философските проблеми на съвременната физика. Днес физикът е принуден да се ангажира с философски проблеми в много по-голяма степен, отколкото трябваше да направи физиците от предишните поколения. Тези физици принуждават трудностите на собствената им наука. Философската основа на теорията на относителността е епизодологичните принципи на наблюдение (забранено е използването на концепциите за фундаментално несвързани обекти), простота (всички последствия от теорията трябва да бъдат получени от най-малкия брой предположения), единство (идеята на единството на знанията и единството на целевия свят, описан от него, се прилага в процеса на обобщаване на законите на природата, преход от частни закони до по-често срещани в хода на развитието на физиката), методологическите хипотези- Дедуктивен принцип (формулирани хипотези, включително в математическа форма, и на базата им са получени от експерименталния начин), онтологичният принцип на динамичен детерминизъм (това състояние е затворено физическа система Определено определя всички следващи държави) и принципа на съответствие (законите на новата физическа теория с правилната стойност на ключовия характерния параметър, включен в новата теория, влезте в законите на старата теория).
Първо, В центъра на цялото разглеждане има въпрос: физически посветен (привилегирован) статут на движение съществува в природата? ( Физически проблем относителност).
Второ, Фундаменталният е следният епистемологичен постулат: концепциите и решенията имат смисъл само вдъхновен, тъй като те могат да сравняват уникално наблюдаваните факти (изискването за съдържанието на понятията и решенията). Целият опит ни убеждава, че природата е реализацията на най-простите математически замислени елементи. Има различна, по-фина причина, която играе не по-малко роля, а именно желанието за единството и простотата на предпоставките на теорията ... вярата в съществуването на външен свят, независимо от възприемащия тема, в основата на всички естествени науки. Въз основа на принципа на наблюдение, при създаване на специална теория на относителността, Айнщайн отхвърли концепцията за етер и тълкуването на опита на Мишелсън, базиран на Лоренц. Използвайки принципа на простотата, при създаване на обща теория на относителността, Айнщайн обобщава принципа на относителността върху неинерционните референтни системи. Упражняването на принципа на единство, специалната теория на относителността обедине на концепциите за пространство и време в една същност (четириизмерно пространство на Минковски), дадоха законите на различни индустрии на физиката, механиката и електродинамата един единствен лоренц-инвариант Общата теория на относителността разкри връзката между материята и времето на космическото геометрия, което се изразява от общо консултиране гравитационни уравнения. Най-поразителната роля на хипотези-дедуктивния метод се проявява в създаването на обща теория на относителността. Общата теория на относителността се основава на хипотезата върху геометричния характер на тежестта и връзката на геометричните свойства на пространството-време с материята. Принципът на съответствие играе голяма евристична роля в общата теория на относителността. Въз основа на изискването за прехода на уравненията на Айнщайн към уравнението на Поасон за гравитационното поле на нютоноанската физика и може да се определи численият коефициент в дясната страна на уравненията на Айнщайн. При създаването на теорията за относителността на Айнщайн, беше осигурено голямо влияние на работата на Юма, Мах и Кант: както и за мен, трябва да призная, че съм директно или косвено помогна от работата на Юма и Мах, идеята за Разделението на логическите и емпиричните истини се стимулира от Айнщайн критичен анализ на представяне за пространството и причинно-следствената връзка. Критиката на хубавите нютонски концепции на пространството и времето е повлияна от отказ на Айнщайн на концепциите за абсолютно пространство и време в процеса на създаване на специална теория на относителността. Мисълта за Кант върху независимата стойност на логическите категории относно опита е използван от Айнщайн при създаването на обща теория на относителността. Човек се ангажира с надеждни знания. Ето защо мисията на yum е обречена на провал. Суровината, идваща от сетивата, е единственият източник на нашето знание, може да ни води постепенно на вяра и надежда, но не и за знание, и още повече чрез разбиране на моделите. Тук сцената излиза кант. Идеята, предложена от него, въпреки че е била неприемлива в първоначалната си формулировка, означаваше стъпка напред в решението на вкусната дилема: всичко в знанието, което има емпиричен произход, ненадежден (yum). Следователно, ако имаме надеждни знания, тя трябва да се основава на чисто мислене. Например, това е случаят с геометрични теореми и с принципа на причинно-следствената връзка. Тези и други видове знания са, така да се каже, част от средствата за мислене и затова не трябва да се получават първо от усещания (т.е. те са априори знание). Понастоящем всичко, разбира се, е известно, че горните понятия нямат никаква надеждност, нито вътрешна необходимост, която не им е приписана. Въпреки това, проблемът в кантианската формулировка по мое мнение е следното: ако разгледаме от логична гледна точка, тя се оказва, че в процеса на мислене ние, с някои "база", използвайте концепции, които не са свързани на усещания.
Материал в пълен размер

На 27 април 1900 г. лорд Келвин каза в Кралския институт: "Теоретичната физика е тънка и завършена сграда. На ясното небе на физиката има само две малки облаци - това е постоянството на скоростта на светлината и кривата на радиационната интензивност в зависимост от дължината на вълната. Мисля, че тези два частни въпроса скоро ще бъдат разрешени и физиците от 20-ти век няма да имат нищо общо. " Господ Келвин се оказа абсолютно прав с ключови области на изследване във физиката, но не оцени правилно тяхното значение: теорията на относителността и квантовата теория са безкрайни пространства за проучвания, които заемат умовете повече от сто години.

Тъй като гравитационното взаимодействие не е описало, Айнщайн малко след завършването му започна да развива обща версия на тази теория, за създаването на което той е прекарал 1907-1915. Теорията е отлична в своята простота и последователност с природни явления, с изключение на единствения момент: по време на подготовката на теорията на Айнщайн все още не е известна за разширяване на вселената и дори съществуването на други галактики, така че учените са били разглеждани че вселената съществува безкрайно за дълго време и е стационарна. В същото време, светът на света на Нютон последва, че фиксираните звезди трябва да са били в някакъв момент да бъдат изтеглени в една точка.

Без да се намери по-добро обяснение за това, Айнщайн въведе в уравненията си, които новостта компенсира и по този начин позволи стационарната вселена да съществува без нарушаване на законите на физиката. В резултат на това Айнщайн започва да обмисля въвеждането на космологична константа в уравненията си с най-голямата си грешка, тъй като не е необходимо за теорията и нищо друго освен това, че стационарната вселена не е потвърдена. И през 1965 г. е открито релителна радиация, която означава, че вселената има началото и постоянната в уравненията на Айнщайн изобщо не е необходима. Въпреки това космологичната константа все още е открита през 1998 г.: Според получените данни от телескопа "Hubble", отдалечените галактики не забавят релаксацията си в получената гравитационна атракция, но дори ускориха разделянето им.

Основи на теорията

В допълнение към основните постулати на особената теория на относителността, беше добавен нов: Механика на Нютон даде цифрова оценка на гравитационното взаимодействие на материални тела, но не обясни физиката на този процес. Айнщайн успя да го опише чрез кривина чрез масивно тяло на 4-размерът на пространството: тялото създава около себе си смущение, в резултат на което околните тела започват да се движат по геодезични линии (примери за такива линии са линиите на земната ширина и дължина, която за вътрешен наблюдател изглежда прави линии. Но в действителност малко усукано). Лентите на светлината се говорят по същия начин, които изкривяват видимата картина за масивен обект. С успешно съвпадение на разпоредбите и масите на обектите, това води до (когато кривината на пространството-време действа като огромна леща, която прави източника на далечната светлина много по-ярка). Ако параметрите не съвпадат перфектно - това може да доведе до образуването на "кръст на Айнщайн" или "Айнщайн кръг" върху астрономически снимки на далечни обекти.

Сред прогнозите на теорията имаше и гравитационно забавяне във времето, (което се приближаваше към масивния обект, действал върху тялото точно както и забавяне във времето вследствие на ускорението), гравитационно (когато лъчът на светлината е излъчван с a Масовото тяло влиза в червената част на спектъра в резултат на загубата на тях енергия да работи от "гравитационната кладенец"), както и гравитационни вълни (смущение на пространството-време, което произвежда всяко тяло с маса в процеса на движението му).

Теория Статус

Първото потвърждение на общата теория на относителността е получено от самия Айнщайн през същия 1915 г., когато е публикуван: теорията с абсолютна точност описва изместването на перихелията на живак, който преди това не може да бъде обяснено с помощта на нютонова механика. От този момент нататък много други явления бяха отворени, които бяха предсказани от теорията, но по време на публикуването му бяха твърде слаби, за да могат да бъдат хвърлени. Последното такова откритие беше в момента, в който откриването на гравитационни вълни на 14 септември 2015 г.