نسبیت عام توصیف می کند. همه چیز در جهان شناخته شده است

نظریه عمومی نسبیت قبلاً در همه چارچوب های مرجع (و نه تنها در کسانی که با سرعت ثابت نسبت به یکدیگر حرکت می کنند) اعمال می شود و از نظر ریاضی بسیار پیچیده تر از نظریه خاص است (که این فاصله یازده ساله بین انتشار آنها را توضیح می دهد) ) این به عنوان یک مورد خاص شامل نظریه خاص نسبیت (و بنابراین قوانین نیوتن) است. علاوه بر این ، نظریه عمومی نسبیت بسیار فراتر از همه پیشینیان آن است. به طور خاص ، تفسیر جدیدی از گرانش را ارائه می دهد.

نسبیت عام ، جهان را چهار بعدی می کند: زمان به سه بعد فضایی اضافه می شود. هر چهار بعد جدایی ناپذیر هستند ، بنابراین ما دیگر در مورد فاصله مکانی بین دو جسم صحبت نمی کنیم ، همانطور که در جهان سه بعدی اتفاق می افتد ، بلکه در مورد فواصل زمانی-مکانی بین وقایع است که فاصله آنها از یکدیگر را متحد می کند - هر دو در زمان و مکان ... یعنی فضا و زمان به عنوان یک پیوستار فضا-زمان چهار بعدی ، یا به عبارت ساده ، فضا-زمان در نظر گرفته می شوند. در این پیوستار ، ناظران در حال حرکت نسبت به یکدیگر حتی ممکن است در مورد اینکه آیا دو رویداد به طور همزمان اتفاق افتاده اند - یا یکی قبل از دیگری - اختلاف نظر داشته باشند. خوشبختانه برای ذهن ضعیف ما ، این مسئله به نقض روابط علت و معلولی منجر نمی شود - یعنی وجود سیستم های مختصاتی که در آن دو رویداد به طور همزمان و در توالی متفاوت اتفاق نمی افتد ، حتی نظریه عمومی نسبیت اجازه نمی دهد.

فیزیک کلاسیک گرانش را یک نیروی معمولی در میان بسیاری از نیروهای طبیعی (الکتریکی ، مغناطیسی و غیره) می دانست. نیروی جاذبه "عمل از راه دور" (نفوذ "از طریق پوکی") و توانایی شگفت انگیز در دادن شتاب برابر به اجسام با توده های مختلف تجویز شده است.

قانون جاذبه نیوتن به ما می گوید که بین هر دو بدن در جهان نیروی جاذبه متقابل وجود دارد. از این منظر ، زمین به دور خورشید می چرخد ​​، زیرا نیروهای جاذبه متقابل بین آنها عمل می کنند.

با این وجود نسبیت عام ما را مجبور می کند که به گونه ای دیگر به این پدیده نگاه کنیم. بر اساس این نظریه ، گرانش نتیجه تغییر شکل ("انحنا") بافت الاستیک فضا-زمان تحت تأثیر جرم است (در این حالت ، هر جسمی سنگین تر است ، به عنوان مثال خورشید ، فضای بیشتر -زمان در زیر آن "خم می شود" و بر این اساس ، میدان گرانش آن قویتر است). یک بوم را محکم کشیده شده تصور کنید (نوعی ترامپولین) که روی آن یک توپ عظیم قرار گرفته است. وب زیر وزن توپ تغییر شکل می دهد و در اطراف آن فرورفتگی قیفی شکل ایجاد می شود. طبق نظریه عمومی نسبیت ، زمین مانند یک توپ کوچک به دور خورشید می چرخد ​​که قرار است به دور مخروط قیفی بچرخد که در نتیجه "تحمیل" فضا-زمان توسط یک توپ سنگین - خورشید شکل گرفته است. و آنچه که به نظر ما نیروی جاذبه است ، در واقع یک جلوه کاملاً خارجی از انحنای فضا-زمان است و در فهم نیوتونی اصلاً نیرویی نیست. تا به امروز ، هیچ توضیحی بهتر از نظریه عمومی نسبیت درباره ماهیت گرانش یافت نشده است.

ابتدا ، برابری شتابهای جاذبه برای اجسام با جرمهای مختلف مورد بحث قرار گرفته است (این واقعیت که یک کلید عظیم و یک مسابقه سبک به همان سرعت از میز به کف می افتند). همانطور که انیشتین اشاره کرد ، این خاصیت منحصر به فرد گرانش را بسیار شبیه به اینرسی می کند.

در واقع کلید و کبریت رفتاری دارند که گویی در اثر جاذبه در گرانش صفر حرکت می کنند و کف اتاق با شتاب به سمت آنها حرکت می کند. با رسیدن به کلید و مسابقه ، کف تأثیر خود را تجربه می کند ، و سپس فشار می آورد ، زیرا اینرسی کلید و مسابقه در شتاب بیشتر کف تأثیر می گذارد.

به این فشار (فضانوردان می گویند - "اضافه بار") نیروی اینرسی گفته می شود. نیرویی مشابه همیشه در کادرهای مرجع شتاب گرفته به اجسام وارد می شود.

اگر موشک با شتاب برابر با شتاب جاذبه در سطح زمین (81/9 متر بر ثانیه) پرواز کند ، در این صورت نیروی اینرسی نقش وزن کلید و کبریت را بازی می کند. گرانش "مصنوعی" آنها دقیقاً همانند طبیعی در سطح زمین خواهد بود. این بدان معنی است که شتاب قاب مرجع پدیده ای کاملاً شبیه به نیروی جاذبه است.

برعکس ، در آسانسور در حال سقوط آزاد ، با حرکت سریع قاب مرجع اتومبیل "در تعقیب" کلید و کبریت ، سنگینی طبیعی از بین می رود. البته ، فیزیک کلاسیک در این نمونه ها ظاهر واقعی و ناپدید شدن نیروی جاذبه را نمی بیند. گرانش فقط با شتاب شبیه سازی می شود یا جبران می شود. اما در نسبیت عام شباهت اینرسی و گرانش عمیق تر تشخیص داده می شود.

انیشتین اصل محلی برابری اینرسی و گرانش را مطرح كرد و بیان داشت كه در مقیاس كافی كافی از فواصل و طول مدت نمی توان یك پدیده را با هیچ آزمایشی از پدیده دیگر تشخیص داد. بنابراین ، نسبیت عام ، عقاید علمی در مورد جهان را حتی عمیق تر تغییر داد. اولین قانون پویایی نیوتنی جهانی بودن خود را از دست داده است - معلوم شد که حرکت توسط اینرسی می تواند منحنی و شتاب بگیرد. نیاز به مفهوم جرم سنگین از بین رفته است. هندسه جهان تغییر کرده است: به جای فضای اقلیدسی مستقیم و زمان یکنواخت ، یک فضا-زمان منحنی ، یک جهان منحنی ظاهر شد. تاریخ علم چنین تغییر اساسی دیدگاه ها درباره بنیان های فیزیکی جهان را نمی دانسته است.

آزمایش نظریه عمومی نسبیت دشوار است ، زیرا در شرایط آزمایشگاهی معمولی نتایج آن تقریباً کاملاً منطبق با آنچه قانون گرانش جهانی نیوتن پیش بینی کرده است ، است. با این وجود ، چندین آزمایش مهم انجام شده است ، و نتایج آنها اجازه می دهد تا نظریه تایید شده در نظر گرفته شود. علاوه بر این ، نسبیت عام به توضیح پدیده هایی که در فضا مشاهده می کنیم کمک می کند ، یک مثال اشعه ای از نور است که از کنار خورشید عبور می کند. مکانیک نیوتنی و نسبیت عام تشخیص می دهند که باید به سمت خورشید منحرف شود (سقوط). با این حال ، نسبیت عام دو برابر جابجایی پرتو را پیش بینی می کند. مشاهدات در هنگام کسوف خورشید صحت پیش بینی انیشتین را ثابت کرد. مثالی دیگر. سیاره عطارد ، نزدیکترین فاصله به خورشید ، دارای یک انحراف جزئی از یک مدار ثابت است ، که از نظر مکانیک کلاسیک نیوتنی غیر قابل توضیح است. اما فقط چنین مداری با محاسبه فرمول های نسبیت عام داده می شود. کاهش سرعت در یک میدان گرانشی قوی ، کاهش فرکانس نوسانات نور در تابش کوتوله های سفید را توضیح می دهد - ستاره هایی با چگالی بسیار بالا. و در سالهای اخیر ، این اثر در شرایط آزمایشگاهی ثبت شده است. سرانجام ، نقش نسبیت عام در کیهان شناسی مدرن - علم ساختار و تاریخ کل جهان - بسیار مهم است. شواهد بسیاری نیز در این زمینه از نظریه جاذبه انیشتین یافت شده است. در حقیقت ، نتایج پیش بینی شده توسط نسبیت عام با نتایج پیش بینی شده توسط قوانین نیوتن فقط در حضور میدان های گرانشی ابرقدرت کاملاً متفاوت است. این بدان معناست که برای آزمایش کامل نظریه نسبیت عام ، به اندازه گیری بسیار دقیق اجسام بسیار عظیم یا سیاهچاله ها احتیاج دارید که هیچ یک از ایده های شهودی معمول ما قابل استفاده نیست. بنابراین توسعه روشهای تجربی جدید برای آزمایش تئوری نسبیت یکی از مهمترین وظایف فیزیک تجربی باقی مانده است.

یکی از مرواریدهای اندیشه علمی در تیارای دانش بشری که با آن وارد قرن بیست و یکم شد ، نظریه عمومی نسبیت (از این پس GTR) است. این تئوری با آزمایشهای بیشماری تأیید شده است ، بیشتر می گویم ، هیچ آزمایشی وجود ندارد که مشاهدات ما حداقل کمی ، حتی کمی متفاوت از پیش بینی های نظریه عمومی نسبیت باشد. البته در محدوده قابل اجرا بودن آن.

امروز می خواهم به شما بگویم این نظریه عمومی نسبیت چه نوع حیوانی است. چرا اینقدر دشوار است و چرا در حقیقتاو بسیار ساده است. همانطور که قبلاً متوجه شدید ، توضیحات ادامه می یابد روی انگشتانت، بنابراین ، من از شما می خواهم که برای تفسیرهای بسیار آزاد و تمثیل های کاملاً درست خیلی قضاوت نکنید. من می خواهم این توضیحات را برای هرکسی بخوانم علوم انسانی، بدون توشه دانش حساب دیفرانسیل و ادغام بر روی یک سطح ، من توانستم اصول نسبیت عام را درک کنم. از این گذشته ، از نظر تاریخی ، این یکی از اولین نظریه های علمی است که از تجربه آشنا و روزمره انسان دور می شود. با مکانیک نیوتنی ، همه چیز ساده است ، سه انگشت برای توضیح آن کافی است - این نیرو است ، اینجا جرم است ، اینجا شتاب است. این یک سیب است که روی سرش می افتد (آیا همه دیده اند که سیب چگونه می افتد؟) ، اینجا شتاب سقوط آزاد آن است ، در اینجا نیروهای وارد بر آن وجود دارد.

با وجود نسبیت عام ، همه چیز خیلی ساده نیست - انحنای فضا ، اتساع زمان گرانشی ، سیاهچاله ها - همه اینها باید ایجاد کند (و باعث شود!) بسیاری از سو susp ظن های مبهم را در یک فرد ناآماده ایجاد می کنید - آیا شما من را از گوش من نمی رانید ، عزیزم؟ چنین انحناهای فضا چیست؟ چه کسی این انحناها را دیده است ، از کجا آمده است ، چگونه می توان چنین چیزی را تصور کرد؟

بیایید سعی کنیم آن را کشف کنیم.

همانطور که از نام نظریه عمومی نسبیت می توان فهمید ، ماهیت آن این است که به طور کلی ، همه چیز در جهان نسبی است.شوخی هرچند واقعاً نیست.

سرعت نور مقداری است که سایر چیزهای جهان در آن نسبی هستند. هر فریم مرجع ، هر کجا که حرکت کند ، برابر است ، هر کاری که انجام می دهد ، حتی در جای خود می چرخد ​​، حتی با شتاب حرکت می کند (که این یک ضربه جدی به روده به نیوتن و گالیله است ، که فکر می کرد فقط فریم های مرجع متحرک به طور یکنواخت و مستقیم می توانند باشند نسبی و برابر ، و حتی پس از آن ، فقط در چارچوب مکانیک ابتدایی) - همه چیز یکسان است ، شما همیشه می توانید پیدا کنید ترفند هوشمندانه(از نظر علمی نامیده می شود تحول مختصات) ، تقریباً بدون از دست دادن چیزی در این مسیر ، می توان بدون کمک از یک چارچوب ارجاع به چارچوب دیگر ، بدون درد به آن کمک کرد.

با این فرضیه به انیشتین کمک کرد تا چنین نتیجه ای بگیرد (من به شما یادآوری می کنم - گزاره ای منطقی که به دلیل بدیهی بودن ایمان خود را بدون اثبات گرفته است "در مورد برابری گرانش و شتاب"... (توجه ، در اینجا یک فرمول سازی ساده وجود دارد ، اما به طور کلی همه چیز درست است - برابری تأثیرات حرکت یکنواخت شتاب گرفته شده و گرانش در قلب نسبیت عام است).

این فرضیه یا حداقل ذهنی آن را ثابت کنید چشیدنکاملا ساده به آسانسور اینشتین خوش آمدید.

ایده این آزمایش فکری این است که اگر در آسانسوری بدون پنجره و در قفل شده اید ، کوچکترین و کاملاً یک روش وجود ندارد که بفهمید در چه وضعیتی قرار دارید: در سطح طبقه اول ایستادید و روی شما (و تمام محتوای دیگر آسانسور) نیروی جاذبه معمول عمل می کند ، یعنی نیروی جاذبه زمین ، یا کل سیاره زمین از زیر پایتان برداشته شد ، و آسانسور شروع به بالا آمدن کرد ، با شتاب برابر با شتاب سقوط آزاد g= 9.8 متر بر ثانیه 2.

مهم نیست که چه کاری انجام می دهید ، مهم نیست که چه آزمایشاتی انجام دهید ، مهم نیست که چه اندازه هایی از اشیا و پدیده های اطراف را بگیرید ، تشخیص این دو موقعیت غیرممکن است و در اولین و دومین حالت ، تمام فرایندهای آسانسور دقیقاً به همین ترتیب پیش بروید.

خواننده با ستاره (*) احتمالاً یک راه هوشمندانه برای برون رفت از این دشواری را می داند. نیروهای جزر و مدی اگر آسانسور بسیار بزرگ (خیلی خیلی خیلی بزرگ) باشد و عرض آن 300 كیلومتر باشد ، از نظر تئوری می توانید با اندازه گیری نیروی جاذبه (یا میزان شتاب ، گرانش را از شتاب تشخیص دهید) ، ما هنوز نمی دانیم كدام كدام است) در انتهای مختلف آسانسور چنین بالابر عظیمی توسط نیروهای جزر و مدی در عرض کمی فشرده شده و توسط آنها در صفحه طولی کمی گسترش می یابد. اما این در حال حاضر به ترفندهایی تبدیل شده است. اگر آسانسور به اندازه کافی کوچک باشد ، دیگر قادر به شناسایی نیروهای جزر و مد نخواهید بود. بنابراین اجازه دهید در مورد چیزهای غم انگیز صحبت نکنیم.

در کل ، در یک آسانسور به اندازه کافی کوچک ، می توانیم این را فرض کنیم گرانش و شتاب یکسان هستند... به نظر می رسد که این ایده واضح و حتی پیش پا افتاده است. به گفته شما ، چه چیز جدید یا پیچیده ای در اینجا وجود دارد ، همین مسئله باید برای کودک روشن باشد! بله ، در اصل ، هیچ چیز پیچیده ای نیست. انیشتین نبود که این را اختراع کرد ، چنین چیزهایی خیلی زودتر شناخته شده بودند.

انیشتین تصمیم گرفت بفهمد که پرتوی نور در چنین آسانسوری چگونه رفتار می کند. اما این تفکر عواقب بسیار گسترده ای به دنبال داشت ، که تا سال 1907 هیچ کس به طور جدی به آن فکر نمی کرد. منظور من این است که صادقانه بگویم ، بسیاری فکر می کردند ، اما فقط یک نفر تصمیم گرفت اینقدر گیج شود.

تصور کنید که ما در آسانسور ذهنی خود چراغ قوه را به اینشتین تابانده ایم. یک پرتوی نور از یک دیوار آسانسور از نقطه 0 خارج شد و به موازات کف به طرف دیوار مقابل پرواز کرد. تا زمانی که آسانسور ثابت است ، منطقی است که فرض کنیم پرتو نور دقیقاً مقابل نقطه شروع 0 به دیوار مخالف برخورد کند ، یعنی. به نقطه 1 خواهد رسید) اشعه های نور در یک خط مستقیم پخش می شوند ، همه به مدرسه می روند ، همه اینها در مدرسه و آلبرتیک جوان نیز تدریس می شود.

به راحتی می توان حدس زد که اگر آسانسور بالا می رفت ، در طول مدتی که پرتو از داخل کابین پرواز می کرد ، زمان کمی بالاتر رفتن داشت.
و اگر آسانسور با شتاب یکنواخت حرکت کند ، آنگاه تیر در نقطه 2 به دیوار برخورد می کند ، یعنی وقتی از کنار مشاهده می شودنور به نظر می رسد مانند یک سهموی حرکت می کند.

خوب ، این قابل درک است که در حقیقتهیچ نظمی وجود ندارد پرتو مستقیم پرواز کرد و پرواز می کند. درست زمانی که او در خط مستقیم خود پرواز می کرد ، آسانسور توانست کمی به طبقه بالاتر برود ، ما نیز به نظر می رسدکه پرتو در امتداد یک سهمی حرکت می کند.

البته همه چیز اغراق آمیز و اغراق آمیز است. یک آزمایش ذهنی ، که از آن نور به آرامی پرواز می کند و آسانسورها به سرعت حرکت می کنند. در اینجا هنوز چیز خاصی جالب نیست ، همه اینها باید برای هر دانش آموز نیز روشن باشد. یک آزمایش مشابه را می توان در خانه انجام داد. شما فقط باید "تیرهای بسیار کند" و آسانسورهای سریع و سریع را پیدا کنید.

اما انیشتین واقعاً نابغه بود. امروز ، بسیاری او را سرزنش می کنند ، مانند او هیچ کس و هیچ چیز نیست ، او در دفتر ثبت اختراع خود نشسته بود ، توطئه های یهودی خود را می بافت و سعی می کرد از آنها ایده بگیرد فیزیکدان واقعی... بیشتر کسانی که این ادعا را دارند ، اصلاً نمی فهمند اینشتین کیست و چه کاری برای علم و بشریت انجام داده است.

انیشتین گفت - از آنجا که "گرانش و شتاب برابر هستند" (تکرار می کنم ، او کاملاً این حرف را نزده ، من عمداً اغراق و ساده می کنم) ، پس در حضور یک میدان گرانشی (به عنوان مثال ، در نزدیکی سیاره زمین) ، نور خواهد شد همچنین پرواز در یک خط مستقیم نیست ، اما در امتداد یک منحنی ... گرانش پرتو نور را خم می کند.

که به خودی خود یک بدعت مطلق برای آن زمان بود. هر دهقانی باید بداند که فوتون ها ذرات بدون جرم هستند. بنابراین نور "هیچ وزنی ندارد". به همین دلیل است که نور نباید به گرانش اهمیت دهد ، زیرا "سنگها ، توپها و کوهها جذب می شوند" نباید توسط زمین "جذب" شود. اگر کسی فرمول نیوتن را بخاطر بسپارد ، گرانش با مربع فاصله بین اجسام متناسب است و با جرم آنها متناسب است. اگر پرتوی از نور جرم ندارد (و نور واقعاً آن را ندارد) ، پس جاذبه ای وجود ندارد! در اینجا معاصران با شک و تردید به انیشتین نگاه می کردند.

و او ، عفونت ، حتی بیشتر جاری شد. او می گوید - بیایید سر دهقانان را نشکنیم. بگذارید ما یونانیان باستان را باور کنیم (سلام ، یونانیان باستان!) ، بگذارید نور مثل قبل و دقیقاً در یک خط مستقیم پخش شود. بهتر فرض کنیم که فضای اطراف زمین (و هر جسمی با جرم) خم شود. و نه فقط فضای سه بعدی ، بلکه یک زمان-فضای چهار بعدی.

آنهایی که همانطور که در یک خط مستقیم پرواز می کند ، بنابراین پرواز می کند. فقط این خط اکنون در هواپیما کشیده نمی شود ، بلکه روی نوعی حوله مچاله شده نهفته است. و حتی به صورت سه بعدی. و این حضور نزدیک توده است که این حوله را خرد می کند. خوب ، دقیق تر ، دقیقاً حضور حرکت انرژی است.

همه به او - "آلبرتیک ، شما آزار و اذیت می کنید ، هرچه زودتر آن را با تریاک ببندید! زیرا LSD هنوز اختراع نشده است و قطعاً نمی توانید چنین چیزی را برای سر هوشیار اختراع کنید! چه نوع فضای خم شده ، چه شما در مورد صحبت می کنید؟ "

و انیشتین اینگونه بود: "من چند مورد دیگر به شما نشان می دهم!"

خودم را در برج سفید خود (به معنای دفتر ثبت اختراع) حبس کردم و اجازه دادم ریاضیات متناسب با ایده ها باشد. من آن را 10 سال رانندگی کردم ، تا زمانی که این را به دنیا آوردم:

به عبارت دقیق تر ، این پنجمین چیزهایی است که او به دنیا آورده است. در یک نسخه دقیق تر ، 10 فرمول مستقل وجود دارد ، و در نسخه کامل - دو صفحه از نمادهای ریاضی با چاپ کوچک.

اگر تصمیم دارید این دوره را در تئوری نسبیت عمومی بگذرانید ، در اینجا قسمت مقدماتی به پایان می رسد و سپس دو ترم ماتان شدید باید دنبال شود. و برای آماده شدن برای مطالعه این ریاضیات ، با توجه به اتمام تحصیلات ، حداقل به سه سال ریاضیات پیشرفته نیاز دارید دبیرستانو قبلاً با حساب دیفرانسیل و انتگرال آشنا شده اند.

صادقانه بگویم ، ماتان آنقدر پیچیده و کسل کننده نیست. حساب تنسور در فضای شبه ریمانی موضوعی بسیار سردرگم برای درک نیست. این کرومودینامیک کوانتومی ، یا خدای نکرده نظریه ریسمان نیست. همه چیز مشخص است ، همه چیز منطقی است. در اینجا یک فضای ریمان برای شما وجود دارد ، در اینجا یک منیفولد بدون شکست و برابر است ، در اینجا یک تانسور متریک وجود دارد ، در اینجا یک ماتریس غیر منحط وجود دارد ، بنشینید و فرمول هایی را برای خود بنویسید و شاخص ها را متعادل کنید ، اطمینان حاصل کنید که نمایش های متغیر و متغیر بردارهای دو طرف معادله با یکدیگر مطابقت دارند. سخت نیست. طولانی و کسل کننده است.

اما بیایید چنین فاصله ای نگیریم و به آن بازگردیم به انگشتان ما... از نظر ما ، به زبان ساده ، فرمول انیشتین تقریباً به معنای زیر است. در سمت چپ علامت برابر در فرمول ، سنسور انیشتین به اضافه سنسور متریک متغیر و ثابت کیهان شناسی (Λ) وجود دارد. این لامبدا اساساً است انرژی تاریکامروز هم داریم ما نمی دانیم، اما ما دوست داریم و احترام می گذاریم. و انیشتین هنوز حتی در مورد آن اطلاعی ندارد. خودش را دارد داستان جالبشایسته یک پست کاملاً جداگانه است.

به طور خلاصه ، همه چیز در سمت چپ علامت مساوی نشان می دهد که چگونه هندسه فضا تغییر می کند ، یعنی چگونه زیر نیروی جاذبه خم می شود و می پیچد.

و در سمت راست ، علاوه بر ثابت های معمول مانند π ، سرعت نور ج و ثابت گرانش G یک نامه وجود دارد تیتانسور حرکت انرژی است. از نظر لامر ، می توانیم فرض کنیم که این پیکربندی چگونگی توزیع جرم در فضا است (دقیق تر ، انرژی ، زیرا جرم چیست ، انرژی چیست ، مهم نیست مربع emze) به منظور ایجاد جاذبه و خم شدن فضا با آن به منظور مطابقت با سمت چپ معادله.

در اصل ، این کل نظریه عمومی نسبیت است. روی انگشتانت.

گفته می شود که واقعه ظهور در یک لحظه به آلبرت انیشتین آمد. گفته می شود این دانشمند در برن (سوئیس) سوار تراموا بود ، به ساعت خیابان نگاه كرد و ناگهان فهمید كه اگر تراموا حالا به سرعت نور افزایش می یابد ، از نظر او این ساعت متوقف می شود - و دیگر وقت نخواهد بود. این امر وی را بر آن داشت تا یكی از فرضیه های اصلی نسبیت را تدوین كند - اینكه مشاهدات مختلف واقعیت را متفاوت می فهمند ، از جمله مقادیر اساسی مانند فاصله و زمان.

از نظر علمی ، در آن روز ، انیشتین دریافت که توصیف هر رویداد یا پدیده جسمی به آن بستگی دارد چارچوب مرجعکه ناظر در آن است. به عنوان مثال اگر مسافری که روی یک تراموا است ، عینک می اندازد ، برای او عمودی پایین می افتند ، و برای عابر پیاده ای که در خیابان ایستاده است ، عینک در یک سهمی سقوط می کند ، زیرا تراموا در حال سقوط عینک در حال حرکت است. هرکدام مرجع خود را دارند.

اما اگرچه توصیف وقایع در حین انتقال از یک چارچوب مرجع به چارچوب دیگر تغییر می کند ، موارد جهانی نیز وجود دارند که بدون تغییر باقی می مانند. اگر به جای توصیف سقوط عینک ، سوالی در مورد قانون طبیعت که باعث سقوط آنها می شود بپرسیم ، پاسخ آن برای یک ناظر در یک سیستم مختصات ثابت و یک ناظر در یک مختصات متحرک یکسان است. سیستم. قانون ترافیک توزیع شده در خیابان و تراموا به همان اندازه معتبر است. به عبارت دیگر ، در حالی که شرح وقایع به ناظر بستگی دارد ، اما قوانین طبیعت به او بستگی ندارد ، یعنی همانطور که با زبان علمی می گویند ، ثابت.این چیزی است که اصل نسبیت.

مانند هر فرضیه ای ، اصل نسبیت باید با همبستگی آن با پدیده های واقعی طبیعی مورد آزمایش قرار گیرد. از اصل نسبیت ، انیشتین دو نظریه جداگانه (البته مرتبط) را استنباط کرد. نظریه نسبیت خاص یا خاصاز این فرض حاصل می شود که قوانین طبیعت برای همه فریم های مرجع که با سرعت ثابت حرکت می کنند یکسان است. نظریه عمومی نسبیتاین اصل را به هر چارچوب مرجع ، از جمله مواردی که با شتاب حرکت می کنند ، گسترش می دهد. نظریه خاص نسبیت در سال 1905 منتشر شد و از نظر پیچیده تر از نظر دستگاه ریاضی ، نظریه عمومی نسبیت توسط انیشتین تا سال 1916 تکمیل شد.

نظریه نسبیت خاص

بیشتر ایده های شهودی متناقض و متناقض در مورد جهان تأثیراتی که هنگام حرکت با سرعت نزدیک به سرعت نور بوجود می آیند ، توسط نظریه خاص نسبیت پیش بینی شده است. مشهورترین آنها تأثیر کاهش سرعت ساعت یا اثر اتساع زمان.ساعتی که نسبت به ناظر حرکت می کند کندتر از دقیقاً همان ساعت در عقب او است.

زمان در یک سیستم مختصات در حال حرکت با سرعت نزدیک به سرعت نور نسبت به ناظر کشیده می شود ، در حالی که برعکس ، فضای (طول) اجسام در امتداد محور جهت حرکت فشرده می شود. این اثر به عنوان شناخته می شود انقباض لورنتس-فیتزجرالد، در سال 1889 توسط فیزیکدان ایرلندی جورج فیتزجرالد (1901-1851) توصیف شد و در سال 1892 توسط هندیک لورنتس هلندی (1853-1928) تکمیل شد. مخفف لورنتس-فیتزجرالد توضیح می دهد که چرا آزمایش میکلسون-مورلی برای تعیین سرعت زمین در فضای خارج از طریق اندازه گیری "باد اتر" نتیجه منفی داد. بعداً ، اینشتین این معادلات را در نظریه خاص نسبیت گنجاند و آنها را با فرمول تحول مشابه جرم تکمیل کرد ، که طبق آن جرم بدن نیز با نزدیک شدن سرعت بدن به سرعت نور افزایش می یابد. بنابراین ، با سرعت 260،000 کیلومتر در ثانیه (87٪ سرعت نور) ، جرم یک جسم از دید ناظر در یک چارچوب مرجع استراحت ، دو برابر می شود.

از زمان انیشتین ، همه این پیش بینی ها ، هر چقدر هم که مغایر با عقل سلیم باشند ، تأیید آزمایشی کامل و مستقیمی می یابند. در یکی از آشکارترین آزمایش ها ، دانشمندان دانشگاه میشیگان یک ساعت اتمی بسیار دقیق را روی هواپیمای مسافربری قرار دادند که به طور منظم پروازهای ماوراatالنهر انجام می داد ، و خوانش آنها را با ساعت کنترل پس از هر پرواز به فرودگاه اصلی بررسی می کرد. معلوم شد که ساعت در هواپیما بتدریج بیشتر و بیشتر از ساعتهای کنترل عقب می ماند (اصطلاحاً وقتی صحبت از کسرهای ثانیه می شود). طی نیم قرن گذشته ، دانشمندان در حال مطالعه ذرات بنیادی روی مجتمع های سخت افزاری عظیمی بنام شتاب دهنده بوده اند. در آنها ، پرتوهای ذرات باردار زیر اتمی (مانند پروتون ها و الکترون ها) تا سرعتی نزدیک به سرعت نور تسریع می شوند ، سپس آنها به اهداف مختلف هسته ای شلیک می شوند. در چنین آزمایشاتی روی شتاب دهنده ها ، لازم است افزایش جرم ذرات شتاب گرفته را در نظر بگیریم - در غیر این صورت نتایج آزمایش به سادگی تفسیر معقول را نمی پذیرند. و از این نظر ، نظریه نسبیت خاص مدتهاست که از دسته نظریه های فرضی به حوزه ابزارهای مهندسی کاربردی منتقل شده است ، جایی که در آن هم تراز با قوانین مکانیک نیوتن است.

با بازگشت به قوانین نیوتن ، می خواهم به ویژه توجه داشته باشم که نظریه نسبیت خاص ، گرچه از نظر ظاهری با قوانین مکانیک نیوتنی کلاسیک در تضاد است ، اما در واقع ، به طور دقیق تمام معادلات معمول قوانین نیوتن را بازتولید می کند ، اگر برای توصیف اجسام اعمال شود با سرعت قابل توجهی کمتر از سرعت نور حرکت می کند. یعنی نظریه خاص نسبیت ، فیزیک نیوتنی را لغو نمی کند ، بلکه آن را گسترش و تکمیل می کند.

اصل نسبیت همچنین به درک این موضوع کمک می کند که چرا سرعت نور و نه هر نوع دیگری در مدل این ساختار جهان نقش مهمی ایفا می کند - این سوال توسط بسیاری از کسانی که برای اولین بار با این تئوری روبرو شده اند نسبیت سرعت نور به عنوان یک ثابت جهانی برجسته می شود و نقش ویژه ای دارد ، زیرا توسط یک قانون علوم طبیعی تعیین می شود. به موجب اصل نسبیت ، سرعت نور در خلا جدر هر چارچوب مرجع یکسان است. به نظر می رسد که این با عقل سلیم در تضاد است ، زیرا معلوم می شود که نور از یک منبع متحرک (هر چقدر سریع حرکت کند) و از یک منبع ثابت به طور همزمان به ناظر می رسد. با این حال ، این مورد است.

سرعت نور به دلیل نقش ویژه ای که در قوانین طبیعت دارد ، در نسبیت عام نقش اساسی دارد.

نظریه عمومی نسبیت

نظریه عمومی نسبیت قبلاً در همه چارچوب های مرجع (و نه تنها در کسانی که با سرعت ثابت نسبت به یکدیگر حرکت می کنند) اعمال می شود و از نظر ریاضی بسیار پیچیده تر از نظریه خاص است (که این فاصله یازده ساله بین انتشار آنها را توضیح می دهد) ) این به عنوان یک مورد خاص شامل نظریه خاص نسبیت (و بنابراین قوانین نیوتن) است. علاوه بر این ، نظریه عمومی نسبیت بسیار فراتر از همه پیشینیان آن است. به طور خاص ، تفسیر جدیدی از گرانش را ارائه می دهد.

نسبیت عام ، جهان را چهار بعدی می کند: زمان به سه بعد فضایی اضافه می شود. هر چهار بعد جدایی ناپذیر هستند ، بنابراین ما دیگر در مورد فاصله مکانی بین دو جسم صحبت نمی کنیم ، همانطور که در جهان سه بعدی اتفاق می افتد ، بلکه در مورد فواصل زمانی-مکانی بین وقایع است که فاصله آنها از یکدیگر را متحد می کند - هر دو در زمان و مکان ... یعنی ، فضا و زمان به عنوان یک پیوستار فضا-زمان چهار بعدی در نظر گرفته می شوند ، یا ، به سادگی ، فضا-زمان... در این پیوستار ، ناظران در حال حرکت نسبت به یکدیگر حتی ممکن است در مورد اینکه آیا دو رویداد به طور همزمان اتفاق افتاده اند - یا یکی قبل از دیگری - اختلاف نظر داشته باشند. خوشبختانه برای ذهن ضعیف ما ، این مسئله به نقض روابط علت و معلولی منجر نمی شود - یعنی وجود سیستم های مختصاتی که در آن دو رویداد به طور همزمان و در توالی متفاوت اتفاق نمی افتد ، حتی نظریه عمومی نسبیت اجازه نمی دهد.

قانون جاذبه نیوتن به ما می گوید که بین هر دو بدن در جهان نیروی جاذبه متقابل وجود دارد. از این منظر ، زمین به دور خورشید می چرخد ​​، زیرا نیروهای جاذبه متقابل بین آنها عمل می کنند. با این وجود نسبیت عام ما را مجبور می کند که به گونه ای دیگر به این پدیده نگاه کنیم. بر اساس این نظریه ، گرانش نتیجه تغییر شکل ("انحنا") بافت الاستیک فضا-زمان تحت تأثیر جرم است (در این حالت ، هر جسمی سنگین تر است ، به عنوان مثال خورشید ، فضای بیشتر -زمان در زیر آن "خم می شود" و بر این اساس ، میدان گرانش آن قویتر است). یک بوم را محکم کشیده شده تصور کنید (نوعی ترامپولین) که روی آن یک توپ عظیم قرار گرفته است. وب زیر وزن توپ تغییر شکل می دهد و در اطراف آن فرورفتگی قیفی شکل ایجاد می شود. طبق نظریه عمومی نسبیت ، زمین مانند یک توپ کوچک به دور خورشید می چرخد ​​که قرار است به دور مخروط قیفی بچرخد که در نتیجه "تحمیل" فضا-زمان توسط یک توپ سنگین - خورشید شکل گرفته است. و آنچه که به نظر ما نیروی جاذبه است ، در واقع یک جلوه کاملاً خارجی از انحنای فضا-زمان است و در فهم نیوتونی اصلاً نیرویی نیست. تا به امروز ، هیچ توضیحی بهتر از نظریه عمومی نسبیت درباره ماهیت گرانش یافت نشده است.

آزمایش نظریه عمومی نسبیت دشوار است ، زیرا در شرایط آزمایشگاهی معمولی نتایج آن تقریباً کاملاً منطبق با آنچه قانون گرانش جهانی نیوتن پیش بینی کرده است ، است. با این وجود ، چندین آزمایش مهم انجام شده است ، و نتایج آنها اجازه می دهد تا نظریه تایید شده در نظر گرفته شود. علاوه بر این ، نسبیت عام به توضیح پدیده هایی که ما در فضا مشاهده می کنیم کمک می کند - به عنوان مثال ، انحرافات جزئی عطارد از یک مدار ثابت ، که از نظر مکانیک کلاسیک نیوتنی غیر قابل توضیح است ، یا انحنای تابش الکترومغناطیسی از ستاره های دور در هنگام در نزدیکی خورشید عبور می کند.

در حقیقت ، نتایج پیش بینی شده توسط نسبیت عام با نتایج پیش بینی شده توسط قوانین نیوتن فقط در حضور میدان های گرانشی ابرقدرت کاملاً متفاوت است. این بدان معناست که برای آزمایش کامل نظریه نسبیت عام ، به اندازه گیری بسیار دقیق اجسام بسیار عظیم یا سیاهچاله ها احتیاج دارید که هیچ یک از ایده های شهودی معمول ما قابل استفاده نیست. بنابراین توسعه روشهای تجربی جدید برای آزمایش تئوری نسبیت یکی از مهمترین وظایف فیزیک تجربی باقی مانده است.

نسبیت عام و RTG: برخی لهجه ها

1. در کتابهای بی شماری - مونوگرافها ، کتابهای درسی و نشریات علوم عامه ، و همچنین در انواع مختلف مقالات - خوانندگان عادت دارند که ارجاع به نظریه عمومی نسبیت (GR) را به عنوان یکی از بزرگترین دستاوردهای قرن ما ببینند ، تئوری ، ابزاری ضروری برای فیزیک و نجوم مدرن است. در همین حال ، از مقاله A. A. Logunov ، آنها می فهمند که ، به نظر وی ، GR باید کنار گذاشته شود ، که این بد ، ناسازگار و متناقض است. بنابراین ، نسبیت عام مستلزم جایگزینی با نظریه دیگری و به ویژه تئوری نسبیت گرانش (RTG) ساخته شده توسط A.A. Logunov و همكارانش است.

آیا ممکن است بسیاری از افراد در ارزیابی نسبیت عام ، که وجود داشته و بیش از 70 سال مورد مطالعه قرار گرفته است ، اشتباه کنند و فقط چند نفر به سرپرستی A. A. Logunov واقعاً دریافته اند که باید نسبیت عام را کنار گذاشت؟ احتمالاً بیشتر خوانندگان منتظر پاسخ هستند: این غیرممکن است. در واقع ، من فقط می توانم دقیقاً برعکس پاسخ دهم: و "این" در اصل امکان پذیر است ، زیرا این امر مربوط به دین نیست ، بلکه در مورد علم است.

بنیانگذاران و پیامبران ادیان و آیین های گوناگون "کتاب مقدس" خود را ایجاد کرده و می کنند که محتوای آن حقیقت نهایی اعلام می شود. اگر کسی شک کند ، حتی برای او بدتر از این ، او بدعت گذار می شود و عواقب ناشی از آن ، اغلب حتی خونین را به همراه دارد. و بهتر است که به هیچ وجه فکر نکنیم ، بلکه ایمان داشته باشیم ، و از فرمول معروف یکی از رهبران کلیسا پیروی کنیم: "من معتقدم ، زیرا این پوچ است". جهان بینی علمی اساساً برعکس است: نیازی به هیچ چیز طبیعی نیست ، به شما اجازه می دهد در همه چیز شک کنید ، دگم ها را تشخیص نمی دهد. تحت تأثیر حقایق و ملاحظات جدید ، تغییر دیدگاه خود ، جایگزینی نظریه ناقص با نظریه کامل تر ، یا مثلاً به نوعی تعمیم نظریه قدیمی ، نه تنها امکان پذیر است ، بلکه در صورت توجیه نیز ضروری است. . در مورد افراد نیز وضعیت به همین منوال است. بنیانگذاران عقاید را معصوم می دانند ، و به عنوان مثال ، در میان کاتولیک ها حتی یک فرد زنده - پاپ "حاکم" - معصوم اعلام می شود. علم معصومین را نمی شناسد. احترام بزرگ ، حتی گاهی انحصاری که فیزیکدانان (من بخاطر وضوح در مورد فیزیکدانان صحبت خواهم کرد) برای نمایندگان بزرگ حرفه خود ، به ویژه برای تیتان هایی مانند ایزاک نیوتن و آلبرت انیشتین ، هیچ ارتباطی با قانون گذاری مقدسین ، با خدایی کردن. و فیزیکدانان بزرگ مردم هستند و همه مردم نقاط ضعف خود را دارند. اگر ما در مورد علمی صحبت کنیم ، که در اینجا فقط به آن علاقه مندیم ، بزرگترین فیزیکدانان از همیشه دور بودند و در همه چیز درست نبودند ، احترام به آنها و تشخیص شایستگی آنها بر اساس عصمت نیست ، بلکه بر این واقعیت است که آنها موفق شدند برای غنی سازی علم با دستاوردهای شگفت انگیز ، دیدن بیشتر و عمیق تر از معاصران خود.

2. اکنون لازم است که به الزامات نظریه های اساسی فیزیکی بپردازیم. اولاً ، چنین نظریه ای باید از نظر کاربرد کامل باشد ، یا همانطور که من به اختصار می گویم برای اختصار ، باید سازگار باشد. ثانیا ، نظریه فیزیکی باید متناسب با واقعیت فیزیکی باشد ، یا به عبارت ساده تر ، با آزمایشات و مشاهدات مطابقت داشته باشد. پیش از هر چیز می توان به سایر الزامات اشاره کرد ، رعایت قوانین و قوانین ریاضیات ، اما همه اینها ضمنی است.

بگذارید آنچه را که به عنوان مثال مکانیک کلاسیک و غیرتلاشگرایانه گفته شده توضیح دهیم - مکانیک نیوتنی که در ساده ترین مسئله اصلی حرکت یک ذره خاص "نقطه" اعمال می شود. همانطور که مشخص است ، یک کل سیاره یا ماهواره آن می تواند نقش چنین ذره ای را در مشکلات مکانیک آسمانی بازی کند. اجازه دهید در حال حاضر t 0ذره در نقطه است آبا مختصات x iA(t 0) و دارای سرعت v است iA(t 0) (اینجا من= l ، 2 ، 3 ، زیرا موقعیت یک نقطه در فضا با سه مختصات مشخص می شود و سرعت یک بردار است). سپس ، اگر تمام نیروهای وارد بر ذره شناخته شده باشند ، قوانین مکانیک تعیین موقعیت را ممکن می سازد بو سرعت ذره v مندر هر زمان بعدی تی، یعنی مقادیر کاملاً مشخصی پیدا کنید x iB(تی) و v iB(تی) و چه اتفاقی خواهد افتاد اگر قوانین مکانیک مورد استفاده پاسخی صریح ندهند و مثلاً در مثال ما پیش بینی کنند که ذره در لحظه تیمی تواند در نقطه واقع شود ب، یا در یک نقطه کاملاً متفاوت ج؟ روشن است که چنین نظریه کلاسیک (غیر کوانتومی) ناقص یا در اصطلاح فوق الذکر ناسازگار خواهد بود. یا باید تکمیل شود ، بدون ابهام ساخته شود ، یا به طور کلی حذف شود. مکانیک نیوتنی ، همانطور که گفته شد ، سازگار است - پاسخهای بدون ابهام و کاملاً مشخصی را به س questionsالاتی می دهد که در حیطه صلاحیت و کاربرد آن است. مکانیک نیوتن نیز مورد دوم ذکر شده را برآورده می کند - نتایج بدست آمده بر اساس آن (و به طور خاص ، مقادیر مختصات x من(تی) و سرعت v من (تی)) با مشاهدات و آزمایشات سازگار است. به همین دلیل است که تمام مکانیک های آسمانی - شرح حرکت سیارات و ماهواره های آنها - در حال حاضر کاملاً مبتنی بر مکانیک نیوتنی و با موفقیت کامل بوده اند.

3- اما در سال 1859 لو ویری کشف کرد که حرکت سیاره نزدیک به خورشید ، عطارد ، با حرکتی که مکانیک نیوتنی پیش بینی کرده است تا حدودی متفاوت است. به طور خاص ، معلوم شد که پیرهلیون - نقطه مدار بیضوی سیاره نزدیک به خورشید - با سرعت زاویه ای 43 ثانیه قوس در قرن می چرخد ​​، که متفاوت از آن است که اگر همه اختلالات شناخته شده از سیارات دیگر و ماهواره های آنها انتظار می رود ، متفاوت است. مورد توجه قرار گرفتند. حتی پیش از این ، لو ویری و آدامز هنگام تحلیل حرکت اورانوس - سیاره ای که از آن زمان بسیار دورتر از خورشید شناخته شده است - با وضعیت مشابهی روبرو شدند. و آنها توضیحی در مورد اختلاف بین محاسبات و مشاهدات یافتند ، که نشان می دهد حرکت اورانوس تحت تأثیر سیاره ای حتی دورتر به نام نپتون قرار دارد. در سال 1846 ، نپتون واقعاً در محل پیش بینی شده کشف شد ، و این رویداد را به طور شایسته ای پیروزی مکانیک نیوتنی دانسته اند. کاملاً طبیعی است که لو وریر سعی کرد ناهنجاری فوق را در حرکت عطارد با وجود یک سیاره هنوز ناشناخته توضیح دهد - در این حالت یک سیاره خاص ولکان ، حتی به خورشید نزدیک می شود. اما بار دوم "این ترفند شکست خورد" - هیچ ولکانی وجود ندارد. سپس آنها شروع به تلاش برای تغییر قانون جاذبه جهانی نیوتن کردند ، که طبق آن نیروی گرانش اعمال شده به خورشید - سیستم سیاره مطابق قانون تغییر می کند

جایی که ε مقداری کم است. به هر حال ، امروزه از یک تکنیک مشابه (البته بدون موفقیت) برای توضیح برخی سوالات نامشخص نجوم استفاده می شود (ما در مورد مسئله جرم پنهان صحبت می کنیم ؛ برای مثال ، به کتاب نویسنده "در مورد فیزیک و اخترفیزیک" نویسنده مراجعه کنید ، ذکر شده در زیر ، ص 148). اما برای اینکه یک فرضیه به نظریه تبدیل شود ، باید از برخی اصول پیش رفت ، مقدار پارامتر ε را نشان داد و یک طرح نظری سازگار ساخت. هیچ کس موفق نشد و مسئله چرخش پیراهن عطارد تا سال 1915 همچنان باز بود. آن زمان ، در اوج جنگ جهانی اول ، هنگامی که تعداد اندکی به مسائل انتزاعی فیزیک و نجوم علاقه مند بودند ، انیشتین (پس از حدود 8 سال تلاش شدید) ایجاد نظریه عمومی نسبیت را به پایان رساند. این یکی روشن شده است مرحله نهاییدر ایجاد بنیان نسبیت عام در سه مقاله کوتاه ، گزارش شده و در نوامبر 1915 نوشته شده است. در دومین آنها ، گزارش شده در 11 نوامبر ، انیشتین ، بر اساس نسبیت عام ، یک چرخش اضافی ، در مقایسه با نیوتنی ، را محاسبه کرد که حاشیه عطارد را نشان می دهد ، برابر است (برابر با یک شعاع برای یک دور کره زمین) دور خورشید)

و ج= 3 · 10 10 سانتی متر · ثانیه - 1 - سرعت نور. هنگام عبور به آخرین عبارت (1) ، از قانون سوم کپلر استفاده می شود

جایی که تی- دوره انقلاب سیاره. اگر بهترین مقادیر شناخته شده در حال حاضر از همه مقادیر را در فرمول (1) جایگزین کنیم ، و همچنین یک محاسبه مجدد اولیه از رادیان در هر دور تا چرخش در ثانیه های قوس (علامت) در قرن را انجام دهیم ، به مقدار then = 42 می رسیم 98 / قرن ″. مشاهدات با این نتیجه که دقت فعلی به دست آمده در حدود 1/0 ± century در قرن موافق است (انیشتین در اولین کار خود از داده های دقیق کمتری استفاده می کرد ، اما در محدوده خطاها توافق کامل بین نظریه و مشاهدات را به دست آورد) فرمول (1) در بالا آورده شده است ، اولاً برای روشن شدن سادگی آن ، که اغلب در نظریه های فیزیکی پیچیده ریاضی وجود ندارد ، از جمله در بسیاری از موارد در نسبیت عام. ثانیاً ، و این مهمترین نکته است ، از (1) مشخص است که چرخش آستانه از نسبیت عام بدون نیاز به در نظر گرفتن هیچ ثابت یا پارامتر ناشناخته جدیدی ناشی می شود. بنابراین ، نتیجه حاصل شده توسط انیشتین به یک پیروزی واقعی در نسبیت عام تبدیل شد.

در بهترین من زندگی نامه های معروفاینشتین این عقیده را ابراز و تأیید می کند که توضیح چرخش دور پیراهن عطارد "قوی ترین واقعه احساسی در کل زندگی علمیاینشتین و شاید در طول زندگی اش. " بله ، بهترین ساعت انیشتین بود. اما برای خودش به چند دلیل (به ذکر جنگ کافی است) تا GR برای این تئوری و خالق آن وارد عرصه جهانی شود ، واقعه دیگری که 4 سال بعد در سال 1919 اتفاق افتاد ، "بهترین ساعت" شد. انیشتین پیش بینی مهمی را انجام داد:

جایی که رآیا نزدیکترین فاصله بین پرتو و مرکز خورشید است ، و ر☼ = 6.96 · 10 10 سانتی متر - شعاع خورشید (دقیق تر ، شعاع عکس کره خورشیدی) ؛ بنابراین ، حداکثر انحراف قابل مشاهده 75/1 ثانیه قوس است. هرچقدر هم چنین زاویه ای کوچک باشد (تقریباً در این زاویه ، یک بزرگسال از فاصله 200 کیلومتری قابل مشاهده است) ، می توان آن را در همان زمان با استفاده از روش نوری با عکسبرداری از ستارگان آسمان در مجاورت خورشید اندازه گیری کرد. چنین مشاهداتی توسط دو اکسپدیشن انگلیسی در هنگام خورشید گرفتگی کامل در 29 مه 1919 انجام شد. اثر انحراف پرتوهای موجود در میدان خورشیدی با اطمینان کامل ایجاد شده و با فرمول (2) مطابقت دارد ، اگرچه به دلیل کوچک بودن اثر ، دقت اندازه گیری کم بود. با این حال ، انحراف به نصف مقدار (2) ، یعنی با 0.87 87 0 ، حذف شد. دومی بسیار مهم است ، زیرا انحراف 0 ″ .87 (در ر = ر...) را می توان از تئوری نیوتنی بدست آورد (احتمال انحراف نور در یک میدان گرانشی توسط نیوتن مشاهده شد ، و عبارت زاویه انحراف ، نیمی از آنچه که طبق فرمول (2) است ، در سال 1801 بدست آمده است ؛ چیز دیگر این است که این پیش بینی فراموش شد و انیشتین از آن چیزی نمی دانست). در تاریخ 6 نوامبر 1919 ، نتایج لشکرکشی ها در لندن در یک نشست مشترک انجمن سلطنتی و انجمن نجوم سلطنتی گزارش شد. برداشتی که آنها از آنچه جی جی تامسون ، رئیس جلسه گفت ، روشن است: "این مهمترین نتیجه ای است که در ارتباط با تئوری گرانش از زمان نیوتن بدست آمده است ... این یکی از بزرگترین دستاوردهای اندیشه بشری است."

همانطور که دیدیم ، تأثیرات نسبیت عام در منظومه شمسی بسیار ناچیز است. این امر با این واقعیت توضیح داده می شود که میدان گرانشی خورشید (ذکر سیارات را نداریم) ضعیف است. منظور دوم این است که ظرفیت جاذبه نیوتنی خورشید است

بیایید اکنون نتیجه مشخص شده از دوره فیزیک مدرسه را بیاد آوریم: برای مدارهای دایره ای سیارات | φ ☼ | = v 2 ، جایی که v سرعت سیاره است. بنابراین ، ضعف میدان گرانشی را می توان با یک پارامتر تصویری بیشتر مشخص کرد v 2 / ج 2 ، که برای منظومه شمسی، همانطور که دیدیم ، از مقدار 2.12 · 10 - 6 فراتر نمی رود. در مدار زمین ، v = 3 10 6 cm s - 1 و v 2 / ج 2 = 10 - 8 ، برای ماهواره های نزدیک زمین v ~ 8 10 5 cm s - 1 و v 2 / ج 2 ~ 7 10 - 10. در نتیجه ، تأیید اثرات ذکر شده نسبیت عمومی ، حتی با دقت در حال حاضر 0.1 achieved ، یعنی با خطایی که بیش از 10 - 3 مقدار اندازه گیری شده نباشد (مثلاً انحراف پرتوهای نور در میدان خورشیدی) ، هنوز اجازه نمی دهد تا نسبیت عام را به طور مرتب بررسی کند

در حال حاضر ، فقط می توان اندازه گیری هایی با دقت لازم را داشت ، مثلاً در انحراف پرتوها در منظومه شمسی. با این حال ، پروژه های مربوط به آزمایشات در حال حاضر مورد بحث قرار گرفته اند. در رابطه با آنچه گفته شد ، فیزیكدانان می گویند كه نسبیت عام فقط برای یك میدان گرانشی ضعیف تأیید شده است. اما ما (من ، در هر صورت) به نوعی حتی برای مدت طولانی متوجه یک مورد مهم نشدیم. پس از پرتاب اولین ماهواره زمین در 4 اکتبر 1957 بود که ناوبری فضایی به سرعت در حال توسعه بود. برای فرود ابزارها در مریخ و ونوس ، هنگام پرواز در نزدیکی فوبوس و غیره ، محاسبات با دقت حداکثر متر (در فاصله حدود یکصد میلیارد متر از زمین) مورد نیاز است ، در حالی که اثرات نسبیت عام کاملاً مناسب است قابل توجه. بنابراین ، اکنون محاسبات بر اساس طرح های محاسباتی انجام می شود که به طور ارگانیک نسبیت عمومی را در نظر می گیرند. به یاد می آورم که چگونه چند سال پیش یک سخنران - متخصص ناوبری فضایی - حتی س questionsالات من را در مورد صحت تأیید نسبیت عام درک نکرد. وی پاسخ داد: ما در محاسبات مهندسی خود نسبیت عام را در نظر می گیریم ، در غیر این صورت کار کردن غیرممکن است ، همه چیز به درستی معلوم می شود ، دیگر چه چیزی می خواهید؟ البته ، شما می توانید چیزهای زیادی آرزو کنید ، اما نباید فراموش کنید که نسبیت عام دیگر یک تئوری انتزاعی نیست ، بلکه در "محاسبات مهندسی" استفاده می شود.

4- با توجه به همه موارد فوق ، انتقاد از نسبیت عام ، AA Logunov ، به ویژه تعجب آور به نظر می رسد. اما مطابق آنچه در ابتدای این مقاله گفته شد ، کنار گذاشتن این انتقاد بدون تجزیه و تحلیل غیرممکن است. حتی بیشتر ، بدون تجزیه و تحلیل دقیق بیان یک قضاوت در مورد RTG ارائه شده توسط A.A. Logunov - نظریه نسبی گرانش غیرممکن است.

متأسفانه انجام چنین تحلیلی در صفحات نشریات علوم عامه کاملاً غیرممکن است. در حقیقت ، A. A. Logunov فقط در مورد موضع خود اعلام و اظهارنظر می کند. در اینجا غیر از این نمی توانم انجام دهم.

بنابراین ، ما معتقدیم که نسبیت عام یک نظریه فیزیکی سازگار است - برای همه س correctlyالات صحیح و واضحی که در زمینه کاربرد آن مجاز است ، نسبیت عام پاسخی بدون ابهام می دهد (دومی به ویژه به تأخیر زمانی سیگنال ها اشاره دارد هنگام مکان یابی سیارات). نسبیت عام از نقصی از نظر ریاضی یا منطقی رنج نمی برد. به هر حال لازم است هنگام استفاده از ضمیر "ما" منظور فوق مشخص شود. "ما" البته خودم ، بلکه همه آن فیزیکدانان شوروی و خارجی هستم که مجبور شدم با آنها در مورد نسبیت عام و در مواردی انتقادات آن را توسط آ.ا. لوگونوف بحث کنم. گالیله بزرگ چهار قرن پیش گفت: در مسائل علمی ، نظر یک شخص از نظر هزار ارزش دارد. به عبارت دیگر ، اختلافات علمی با اکثریت آرا حل نمی شود. اما ، از طرف دیگر ، کاملاً واضح است که نظر بسیاری از فیزیکدانان ، به طور کلی ، بسیار قانع کننده تر ، یا بهتر است بگوییم ، قابل اطمینان و وزنی تر ، نسبت به نظر یک فیزیکدان است. بنابراین ، انتقال از "من" به "ما" در اینجا مهم است.

مفید و مناسب خواهد بود ، امیدوارم چند نظر دیگر نیز ارائه دهید.

چرا A. A. Logunov از نسبیت عام خیلی بدش می آید؟ دلیل اصلی این است که در نسبیت عام ، به طور کلی ، هیچ مفهومی از انرژی و حرکت به شکلی که ما از الکترودینامیک آشنا باشد وجود ندارد و به گفته وی ، "از نمایش میدان گرانش به عنوان یک میدان کلاسیک" امتناع می شود از نوع فارادی-ماکسول ، دارای یک چگالی کاملاً مشخص برای حرکت انرژی ". بله ، مورد دوم به یک معنا درست است ، اما با این واقعیت توضیح داده می شود که "در هندسه ریمانی ، به طور کلی ، هیچ تقارن لازم با توجه به تغییرات و چرخش ها وجود ندارد ، یعنی هیچ گروهی وجود ندارد. حرکت فضا-زمان. " هندسه فضا-زمان ، مطابق نسبیت عام ، هندسه ریمانی است. به همین دلیل است که به طور خاص ، پرتوهای نور از یک خط مستقیم منحرف می شوند و از کنار خورشید عبور می کنند.

یکی از بزرگترین دستاوردهای ریاضیات قرن گذشته ایجاد و توسعه هندسه غیر اقلیدسی توسط لوباچفسکی ، بولیایی ، گاوس ، ریمان و پیروان آنها بود. سپس این س arال مطرح شد: در واقع هندسه فضا-زمان فیزیکی که در آن زندگی می کنیم چیست؟ همانطور که گفته شد ، با توجه به نسبیت عام ، این هندسه غیر اقلیدسی ، ریمانی است و نه هندسه شبه اقلیدسی مینکوفسکی (این هندسه با جزئیات بیشتری در مقاله A. A. Logunov شرح داده شده است). شاید بتوان گفت این هندسه مینکوفسکی محصولی از بود نظریه خاصنسبیت (SRT) و جایگزین زمان مطلق و فضای مطلق نیوتن شد. دومی ، بلافاصله قبل از ایجاد SRT در سال 1905 ، سعی کرد با اتر بی حرکت لورنتس همذات پنداری کند. اما اتر لورنتس ، به عنوان یک محیط مکانیکی کاملاً بی حرکت ، کنار گذاشته شد زیرا همه تلاش ها برای مشاهده حضور این محیط ناموفق بود (منظورم آزمایش میکلسون و برخی آزمایش های دیگر است). این فرضیه که فضا-زمان فیزیکی لزوماً دقیقاً فضای مینکوفسکی است که AA Logunov آن را بنیادی می داند ، بسیار دامنه دار است. این به تعبیری با فرضیه های مربوط به فضای مطلق و مربوط به اتر مکانیکی مشابه است و همانطور که به نظر ما می رسد ، کاملاً غیر موجه باقی مانده و خواهد ماند تا زمانی که برخی از استدلال های مبتنی بر مشاهدات و آزمایشات به نفع آن مشخص شود. و حداقل در حال حاضر چنین استدلال هایی کاملاً وجود ندارد. اشاره به تشبیه با الکترودینامیک و آرمانهای فیزیکدانان برجسته قرن گذشته فارادی و ماکسول از این نظر قانع کننده نیستند.

5- اگر ما در مورد تفاوت بین میدان الکترومغناطیسی و بنابراین ، الکترودینامیک و میدان جاذبه صحبت کنیم (نسبیت عام فقط تئوری چنین زمینه ای است) ، موارد زیر باید ذکر شود. با انتخاب یک چارچوب مرجع ، نابودی (ناپدید شدن) حتی به صورت محلی (در یک منطقه کوچک) کل میدان الکترومغناطیسی غیرممکن است. بنابراین ، اگر چگالی انرژی باشد میدان الکترومغناطیسی

(Eو ح- شدت میدانهای الکتریکی و مغناطیسی به ترتیب) در بعضی از فریم های مرجع از صفر متفاوت است ، در هر مرجع دیگر از صفر متفاوت خواهد بود. به طور تقریبی ، میدان گرانشی بسیار شدیدتر به انتخاب چارچوب مرجع بستگی دارد. بنابراین ، یک میدان جاذبه یکنواخت و ثابت (یعنی میدان جاذبه باعث شتاب می شود) gذرات قرار داده شده در آن ، که به مختصات و زمان بستگی ندارند) می توانند با عبور از یک چهارچوب مرجع با شتاب یکنواخت ، کاملاً "نابود شوند" (به صفر برسند). این شرایط ، که محتوای اصلی فیزیکی "اصل برابری" را تشکیل می دهد ، برای اولین بار توسط انیشتین در مقاله ای که در سال 1907 منتشر شد ، مورد توجه قرار گرفت و اولین بار در مسیر ایجاد نسبیت عام بود.

در صورت عدم وجود میدان گرانشی (به ویژه شتاب ناشی از آن) gبرابر با صفر است) ، سپس چگالی انرژی مربوطه نیز برابر با صفر است. از این رو ، واضح است که در ماده چگالی انرژی (و تکانه) ، نظریه میدان گرانشی باید کاملاً با تئوری میدان الکترومغناطیسی متفاوت باشد. این گزاره به دلیل این واقعیت تغییر نمی کند که در حالت کلی نمی توان میدان گرانشی را با انتخاب چارچوب مرجع "نابود کرد".

اینشتین این را حتی قبل از سال 1915 ، زمانی که ایجاد نسبیت عام را به پایان رساند ، درک کرد. بنابراین ، در سال 1911 او نوشت: "البته جایگزینی هیچ میدان گرانشی توسط حالت حرکت سیستم بدون میدان گرانشی غیرممکن است ، همانطور که غیرممکن است تمام نقاط یک محیط متحرک خودسرانه را برای استراحت با استفاده از تحول نسبی گرایی. " و در اینجا گزیده ای از مقاله ای در سال 1914 آورده شده است: "اول ، ما برای رفع سو mis تفاهم آشکار ، یک یادداشت دیگر خواهیم داد. طرفداری از نظریه نسبیت معمول مدرن (ما در مورد SRT - VLG صحبت می کنیم) با یک حق خاص سرعت "آشکار" یک نقطه مادی را فراخوانی می کند. یعنی او می تواند یک چارچوب مرجع را انتخاب کند تا در لحظه مورد بررسی سرعتی برابر با صفر داشته باشد. اگر سیستمی وجود داشته باشد امتیازات مادی، که سرعتهای مختلفی دارند ، پس او دیگر نمی تواند چنین چهارچوب مرجعی را معرفی کند تا سرعت تمام نقاط ماده نسبت به این سیستم از بین برود. به همین ترتیب ، یک فیزیکدان که از نظر ما ایستاده است ، می تواند میدان گرانشی را "آشکار" بنامد ، زیرا با انتخاب مناسب شتاب قاب مرجع ، می تواند به این نتیجه برسد که در یک نقطه خاص از فضا-زمان میدان گرانش از بین می رود. با این حال ، قابل توجه است که از بین رفتن میدان گرانشی با استفاده از تحول در حالت کلی نمی تواند برای میدان های گرانشی توسعه یافته حاصل شود. به عنوان مثال ، میدان گرانشی زمین را نمی توان با انتخاب یک چارچوب مرجع مناسب برابر با صفر کرد. " سرانجام ، در سال 1916 ، انیشتین ، در پاسخ به انتقاد از نسبیت عام ، بار دیگر بر همان تأکید کرد: "به هیچ وجه نمی توانیم ادعا کنیم که میدان جاذبه به هر طریقی صرفاً به صورت حرکتی توضیح داده می شود:" یک درک سینمایی ، غیر پویا از گرانش " غیر ممکن است. ما نمی توانیم با شتاب بخشیدن به یک سیستم مختصات گالیله ای نسبت به سیستم دیگر ، هیچ میدان گرانشی را بدست آوریم ، زیرا در این روش می توان زمینه های فقط یک ساختار خاص را بدست آورد ، که البته باید از قوانینی مانند سایر زمینه های گرانشی پیروی کنند. این فرمول دیگری از اصل برابری است (مخصوصاً برای به کار بردن این اصل در گرانش). "

عدم امکان "درک حرکتی" گرانش در ترکیب با اصل برابری ، انتقال در نسبیت عام را از هندسه شبه اقلیدسی مینکوفسکی به هندسه ریمانی تعیین می کند (در این هندسه ، فضا-زمان دارای انحنای غیر صفر است). وجود چنین انحنا چیزی است که میدان گرانشی "واقعی" را از "حرکتی" متمایز می کند). ویژگی های فیزیکی میدان گرانشی را تعیین می کنیم ، اجازه دهید این را تکرار کنیم ، تغییر اساسی در نقش انرژی و حرکت در نسبیت عام در مقایسه با الکترودینامیک. در همان زمان ، هر دو استفاده از هندسه ریمانی و عدم امکان استفاده از مفاهیم انرژی آشنا به الکترودینامیک ، این واقعیت را که از GRT دنبال می کنیم و می توان مقادیر کاملاً واضحی را برای همه مقادیر قابل مشاهده محاسبه کرد ، مانع نمی کند ، همانطور که در بالا نیز تأکید شد. (زاویه انحراف پرتوهای نور ، تغییر در عناصر مدار سیارات و تپ اخترهای دوتایی و غیره و غیره).

توجه به این واقعیت که نسبیت عام نیز می تواند با استفاده از مفهوم تراکم انرژی-تکانه به شکل معمول از الکترودینامیک فرموله شود ، بی مورد نخواهد بود (در این باره به مقاله ذکر شده توسط Ya B. B. Zel'dovich و LP Grischuk مراجعه کنید. این فضای مینکوفسکی کاملا ساختگی (غیرقابل مشاهده) است ، و ما فقط در مورد همان نسبیت عام صحبت می کنیم ، که به صورت غیر استاندارد نوشته شده است. در همین حال ، این را تکرار می کنیم ، AA Logunov فضای مینکوفسکی را که در نظریه نسبی گرانش مورد استفاده قرار گرفته است ، در نظر می گیرد (RTG) واقعی فیزیکی است و از این رو فضای قابل مشاهده است.

6. در این راستا ، سوال دوم در عنوان این مقاله به ویژه مهم است: آیا نسبیت عام با واقعیت فیزیکی مطابقت دارد؟ به عبارت دیگر ، آنچه تجربه می گوید - قاضی عالیدر تصمیم گیری درباره سرنوشت هر نظریه فیزیکی؟ مقالات و کتابهای زیادی به این مسئله اختصاص یافته است - بررسی تجربی نسبیت عام. نتیجه گیری در این مورد کاملا مشخص است - تمام داده های آزمایشی یا مشاهده ای موجود یا نسبیت عام را تأیید می کنند ، یا با آن منافاتی ندارند. با این حال ، همانطور که قبلاً اشاره کردیم ، تأیید نسبیت عمومی انجام شده است و فقط در یک میدان گرانشی ضعیف در حال انجام است. علاوه بر این ، هر آزمایش دقت محدودی دارد. در زمینه های گرانشی قوی (تقریباً صحبت کردن ، در مورد زمانی که نسبت | φ | / ج 2 کافی نیست به بالا مراجعه کنید) GR هنوز به طور کامل تأیید نشده است. برای این منظور ، اکنون فقط می توان از روشهای نجومی مربوط به فضای بسیار دور استفاده کرد: مطالعه ستاره های نوترونی ، تپ اخترهای دوتایی ، "سیاهچاله ها" ، گسترش و ساختار جهان ، همانطور که می گویند ، "در بزرگ" "- در پهنه های وسیع اندازه گیری شده در میلیون ها و میلیاردها سال نوری. قبلاً کارهای زیادی در این راستا انجام شده و در حال انجام است. فقط به ذکر مطالعات تپ اختر دوتایی PSR 1913 + 16 ، که (و همچنین به طور کلی برای ستاره های نوترونی) پارامتر | φ | / ج 2 در حال حاضر در حدود 0.1 است. علاوه بر این ، در این مورد ، می توان اثر سفارش را فاش کرد (v / ج) 5 همراه با انتشار امواج گرانشی. در دهه های آینده ، فرصت های بیشتری برای مطالعه فرایندها در زمینه های گرانشی قوی ایجاد می شود.

ستاره راهنما در این اکتشاف نفسگیر اساساً نسبیت عام است. در همان زمان ، به طور طبیعی ، برخی از احتمالات دیگر مورد بحث قرار می گیرند - نظریه های دیگری درباره گرانش ، همانطور که بعضی اوقات می گویند به عنوان مثال ، در نسبیت عام ، مانند نظریه جاذبه جهانی نیوتن ، ثابت گرانش Gواقعاً یک ثابت محسوب می شود. یکی از مشهورترین نظریه های گرانش ، تعمیم (یا به عبارت دقیق تر ، گسترش) نسبیت عام ، نظریه ای است که در آن "ثابت" گرانشی یک تابع اسکالر جدید در نظر گرفته می شود - کمیتی که به مختصات و زمان بستگی دارد. مشاهدات و اندازه گیری ها حاکی از تغییرات نسبی احتمالی است Gبا گذشت زمان ، آنها بسیار کوچک هستند - ظاهراً بیش از یک صد میلیارد دلار در سال نیست ، یعنی | dG / dt| / G < 10 – 11 год – 1 . Но когда-то в прошлом изменения Gمی تواند نقش داشته باشد توجه داشته باشید که حتی بدون توجه به سوال عدم تناسب Gفرض وجود در فضا-زمان واقعی ، علاوه بر میدان گرانشی g ik، همچنین برخی از میدان های اسکالر ψ جریان اصلی در فیزیک و کیهان شناسی مدرن است. در نظریه های جایگزین دیگر جاذبه (در مورد آنها به ك. ویل اشاره شده در بالا در یادداشت 8 مراجعه شود) GR به روشی دیگر تغییر می یابد یا تعمیم می یابد. البته ، نمی توان به تحلیل مربوطه اعتراض کرد ، زیرا نسبیت عام یک جزم نیست ، بلکه یک نظریه فیزیکی است. علاوه بر این ، ما می دانیم که نسبیت عام ، که یک تئوری غیر کوانتومی است ، بدیهی است که باید به ناحیه کوانتوم تعمیم داده شود ، که هنوز هم برای آزمایش های جاذبه شناخته شده غیرقابل دسترسی است. طبیعتاً در اینجا نمی توانید جزئیات بیشتری از همه اینها بگویید.

7. AA Logunov ، با شروع انتقاد از نسبیت عام ، بیش از 10 سال است که نظریه جایگزینی جاذبه ، متفاوت از نسبیت عام را می سازد. در عین حال ، در روند کار چیزهای زیادی تغییر کرده است و نسخه اکنون نظریه پذیرفته شده (این RTG است) به ویژه در مقاله ای که حدود 150 صفحه طول می کشد و حدود 700 فرمول فقط شماره گذاری شده دارد ، به تفصیل شرح داده شده است. بدیهی است که تجزیه و تحلیل دقیق RTG ها فقط در صفحات مجلات علمی امکان پذیر است. فقط پس از چنین تجزیه و تحلیل می توان گفت که آیا RTG سازگار است ، آیا حاوی تناقضات ریاضی است ، و غیره. تا آنجا که من فهمیدم ، RTG با GRT تنها با انتخاب تنها بخشی از راه حل های عمومی متفاوت است نسبیت - همه راه حل ها معادلات دیفرانسیل RTG معادلات نسبیت عام را برآورده می کند ، اما ، همانطور که نویسندگان RTG ادعا می کنند ، برعکس نیست. در همان زمان ، نتیجه گیری شد که با توجه به مسائل جهانی (راه حل هایی برای کل فضا-زمان یا مناطق بزرگ آن ، توپولوژی و غیره) ، تفاوت بین RTG و GRT ، به طور کلی ، ریشه ای است. همانطور که برای همه آزمایشات و مشاهدات انجام شده در منظومه شمسی ، بنابراین ، تا آنجا که من فهمیدم ، RTG نمی تواند با نسبیت عام در تضاد باشد. اگر چنین است ، ترجیح RTG (نسبت نسبی عمومی) بر اساس آزمایش های شناخته شده در منظومه شمسی غیرممکن است. در مورد "سیاهچاله ها" و جهان ، نویسندگان RTG استدلال می کنند که نتیجه گیری آنها با نتایج نسبیت عام تفاوت قابل توجهی دارد ، اما ما هیچ داده مشاهداتی خاصی را به نفع RTG نمی دانیم. در چنین شرایطی ، RTG AA Logunov (اگر RTG در واقع با GRT تفاوت دارد ، و نه تنها در نحوه ارائه و انتخاب یکی از کلاسهای احتمالی شرایط مختصات ؛ به مقاله Ya.B مراجعه کنید. Zel'dovich و LP Grischuk) را می توان فقط به عنوان یكی از نظریه های قابل قبول ، جایگزین گرانش در نظر گرفت.

برخی از خوانندگان ممکن است با رزروهایی مانند "اگر چنین است" ، "اگر RTG با نسبیت عام تفاوت دارد" هشدار داده شوند. آیا سعی می کنم از این طریق خودم را در برابر اشتباهات بیمه کنم؟ نه ، من نمی ترسم که اشتباه کنم ، به دلیل اعتقاد به این که فقط یک ضمانت عصمت وجود دارد - اینکه اصلاً کار نکنم و در این مورد بحث علمی نکنم. نکته دیگر این است که احترام به علم ، آشنایی با شخصیت و تاریخچه آن احتیاط را القا می کند. ماهیت طبقه ای گفته ها همیشه نشانگر وجود وضوح واقعی نیست و به طور کلی ، در برقراری حقیقت سهیم نیست. RTG AA Logunov در شکل مدرن آن کاملاً اخیراً تدوین شده است و هنوز در ادبیات علمی به تفصیل مورد بحث قرار نگرفته است. بنابراین ، به طور طبیعی ، من نیز نظر نهایی در مورد آن ندارم. علاوه بر این ، در یک مجله علمی مشهور ، بحث در مورد تعدادی از مسائل در حال ظهور غیرممکن است ، و در واقع نامناسب است. البته در همان زمان ، به دلیل علاقه زیاد خوانندگان به نظریه جاذبه ، پوشش در سطح قابل دسترسی از این طیف از موضوعات ، از جمله موارد قابل بحث ، در صفحات Science and Life موجه به نظر می رسد.

بنابراین ، با هدایت "اصل ملت محبوب تر" ، در حال حاضر ، RTG باید یک تئوری جاذبه جایگزین در نظر گرفته شود ، که نیاز به تحلیل و بحث و گفتگو مناسب دارد. برای کسانی که این نظریه (RTG) را دوست دارند ، علاقه مند به آن هستند ، هیچ کس مانع پیشرفت آن نمی شود (و البته نباید مانع آن شود) و این روش های احتمالی راستی آزمایی را پیشنهاد می کند.

در عین حال ، هیچ دلیلی وجود ندارد که بگوییم GR در حال حاضر تا حدودی متزلزل شده است. علاوه بر این ، به نظر می رسد دامنه کاربرد نسبیت عمومی بسیار گسترده است و دقت آن بسیار بالا است. از نظر ما ، این ارزیابی عینی از وضعیت فعلی امور است. اگر در مورد سلیقه و نگرش شهودی صحبت کنیم ، و سلیقه و شهود در علم نقش بسزایی دارند ، اگرچه نمی توان آنها را به عنوان مدرک مطرح کرد ، در اینجا ما باید از "ما" به "من" برویم. بنابراین ، هرچه بیشتر با نظریه عمومی نسبیت و انتقاد از آن روبرو شده ام و مجبور هستم ، برداشت من از عمق و زیبایی استثنایی آن بیشتر می شود.

در واقع ، همانطور که در نسخه نشان داده شده است ، تیراژ مجله "Science and Life" شماره 4 ، 1987 برابر با 3 میلیون و 475 هزار نسخه بود. در سال های اخیر ، تیراژ تنها چند ده هزار نسخه بود که فقط در سال 2002 از 40 هزار نسخه بیشتر شد. (یادداشت - A. M. Krainev).

اتفاقاً ، سال 1987 سیصدمین سالگرد انتشار اولین کتاب بزرگ نیوتن است آغازهای ریاضیفلسفه طبیعی ". آشنایی با تاریخچه خلق این اثر ، البته به خودی خود ، بسیار آموزنده است. با این حال ، این مورد در مورد تمام فعالیت های نیوتن صدق می کند ، که آشنایی با آنها برای متخصصان غیر آسان نیست. من می توانم برای این منظور کتاب بسیار خوبی از SI Vavilov "Isaac Newton" را توصیه کنم ، باید دوباره منتشر شود. اجازه دهید به مقاله خود که به مناسبت گرامیداشت سالگرد نیوتنی نوشته شده و در مجله Uspekhi fizicheskikh nauk ، ج. 151 ، شماره 1 ، 1987 ، ص. 119

مقدار دور با توجه به اندازه گیری های مدرن داده می شود (چرخش Le Verrier 38 ثانیه بود). برای شفافیت یادآوری کنید که خورشید و ماه از زمین با زاویه تقریباً 0.5 درجه زاویه ای - 1800 ثانیه قوس قابل مشاهده هستند.

الف پالس "ظریف خداوند است ..." علم و زندگی آلبرت انیشتین. دانشگاه آکسفورد مطبوعات ، 1982. توصیه می شود ترجمه روسی این کتاب منتشر شود.

دومی در هنگام خورشید گرفتگی کامل امکان پذیر است. عکاسی از همان قسمت آسمان ، مثلاً شش ماه بعد ، هنگامی که خورشید به کره آسمانی منتقل شده است ، برای مقایسه ، تصویری بدست می آوریم که در نتیجه انحراف پرتوهای تحت تأثیر میدان جاذبه خورشید.

برای جزئیات بیشتر ، باید به مقاله یا.ب. به مقاله LD Faddeev ("Uspekhi fizicheskikh nauk" ، ج 136 ، ص 435 ، 1982).

به پاورقی 5 مراجعه کنید.

به K. Will رجوع کنید. "نظریه و آزمایش در فیزیک گرانش". M. ، Energoiedat ، 1985 ؛ همچنین به V.L. Ginzburg مراجعه کنید. درباره فیزیک و اخترفیزیک. M. ، Science ، 1985 ، و ادبیات نشان داده شده در آنجا.

A. A. Logunov و M. A. Mestvirishvili. "مبانی تئوری نسبی گرانش". مجله "فیزیک ذرات بنیادی و هسته اتمی" ، دوره 17 ، شماره 1 ، 1986

در آثار A.A. Logunov ، اظهارات دیگری نیز وجود دارد و به طور خاص اعتقاد بر این است که برای تأخیر زمانی سیگنال هنگام قرار دادن ، مثلاً عطارد از زمین ، از RTG مقداری بدست می آید که متفاوت از مورد زیر با GR است. دقیق تر ، گفته می شود که نسبیت عام پیش بینی صریح زمان تاخیر سیگنال را ارائه نمی دهد ، یعنی نسبیت عمومی ناسازگار است (نگاه کنید به بالا). با این حال ، از نظر ما ، این نتیجه گیری نتیجه یک سو mis تفاهم است (برای مثال ، در مقاله ذکر شده توسط Ya.B. Zel'dovich و LP Grischuk ، به پاورقی 5 مراجعه کنید) ، این نتیجه گیری شده است: استفاده از سیستم مختصات مختلف تنها به این دلیل حاصل می شود که سیارات ارجاع شده در مدارهای مختلف مقایسه می شوند و بنابراین دوره های مختلف دور خورشید دارند. تاخیرهای سیگنال مشاهده شده از زمین در محل یک سیاره خاص ، با توجه به نسبیت عمومی و RTG ، همزمان هستند.

به پاورقی 5 مراجعه کنید.

جزئیات برای کنجکاوها

انحراف نور و امواج رادیویی در میدان جاذبه خورشید. معمولاً ، به عنوان یک مدل ایده آل از خورشید ، یک کره شعاع متقارن کروی استاتیک است R 96 ~ 6.96 10 10 سانتی متر ، جرم خورشید م 99 ~ 1.99 · 10 30 کیلوگرم (332958 برابر جرم زمین). انحراف نور برای اشعه هایی که به سختی خورشید را لمس می کنند ، یعنی چه زمانی ، حداکثر است R ~ R☼ ، و برابر است: φ ≈ 1 ″ .75 (ثانیه قوس). این زاویه بسیار کوچک است - تقریباً در این زاویه یک بزرگسال از فاصله 200 کیلومتری دیده می شود و بنابراین دقت اندازه گیری انحنای گرانشی اشعه تا همین اواخر زیاد نبود. آخرین اندازه گیری های نوری که در هنگام خورشید گرفتگی در 30 ژوئن 1973 انجام شد ، تقریباً 10٪ خطا داشت. امروزه به لطف ظهور تداخل سنج های رادیویی "با یک خط پایه بسیار طولانی" (بیش از 1000 کیلومتر) ، دقت اندازه گیری زاویه ها به طرز چشمگیری افزایش یافته است. تداخل سنج های رادیویی اندازه گیری قابل اعتماد فواصل زاویه ای و تغییرات زاویه را به ترتیب 10 تا 4 ثانیه قوس (1 nan نانومتر) امکان پذیر می سازند.

شکل فقط انحراف یکی از پرتوهای ناشی از منبع دور را نشان می دهد. در واقع هر دو اشعه منحنی هستند.

ظرفیت جاذبه

در سال 1687 ، کار اساسی نیوتن "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" (نگاه کنید به "علم و زندگی" شماره 1 ، 1987) ، که در آن قانون جاذبه جهانی تدوین شد ، ظاهر شد. این قانون بیان می کند که نیروی جذب بین هر دو ذره ماده مستقیماً با جرم آنها متناسب است. مو مترو با مربع فاصله متناسب است ردر بین:

نسبت ابعاد Gثابت گرانشی نامیده می شود ، لازم است ابعاد سمت راست و چپ فرمول نیوتنی مطابقت داشته باشد. حتی خود نیوتن با دقت بسیار بالایی برای زمان خود نشان داد که G- مقدار ثابت است و بنابراین ، قانون جاذبه کشف شده توسط او جهانی است.

دو توده نقطه ای جذاب مو متردر فرمول نیوتن با حقوق برابر ظاهر می شود. به عبارت دیگر ، می توانیم فرض کنیم که هر دو به عنوان منابع میدان گرانشی عمل می کنند. با این حال ، در مشکلات خاص ، به ویژه در مکانیک آسمانی ، یکی از این دو توده اغلب در مقایسه با دیگری بسیار کوچک است. به عنوان مثال ، جرم زمین مЗ ≈ 6 10 24 کیلوگرم بسیار کمتر از جرم خورشید است م≈ 10 2 10 30 کیلوگرم یا مثلاً جرم ماهواره متر 3 10 3 کیلوگرم با جرم زمین قابل مقایسه نیست و بنابراین عملاً هیچ تاثیری در حرکت زمین ندارد. به چنین جرمی که خود میدان گرانشی را مختل نکند ، اما به عنوان نوعی کاوشگر عمل کند ، این میدان جرم آزمایشی نامیده می شود. (به طور مشابه ، در الکترودینامیک ، مفهوم "بار آزمایش" وجود دارد ، یعنی مفهومی که به تشخیص میدان الکترومغناطیسی کمک می کند.) از آنجا که جرم آزمایش (یا بار آزمایش) سهم ناچیزی در میدان دارد ، برای چنین جرمی میدان "خارجی" می شود و می تواند با کمیتی به نام کشش مشخص شود. اساساً شتاب گرانش gشدت میدان گرانشی است. قانون دوم مکانیک نیوتنی سپس معادلات حرکت یک جرم آزمون نقطه را می دهد متر... به عنوان مثال ، اینگونه مشکلات بالستیک و مکانیک آسمانی حل می شود. توجه داشته باشید که برای اکثر این مشکلات ، نظریه جاذبه نیوتن امروزه نیز کاملاً دقیق است.

کشش ، مانند نیرو ، یک مقدار بردار است ، یعنی در فضای سه بعدی توسط سه عدد تعیین می شود - اجزای در امتداد محورهای دکارتی عمود بر هم ایکس, در, z... هنگام تغییر سیستم مختصات - و چنین عملیاتی در مشکلات فیزیکی و نجومی غیر معمول نیست - مختصات دکارتی بردار در برخی از موارد ، هرچند پیچیده ، اما اغلب دست و پا گیر تغییر شکل می یابد. بنابراین ، به جای قدرت میدان برداری ، می توان از مقدار مقیاسی مربوطه استفاده کرد ، که مشخصه قدرت میدان - شدت - با استفاده از دستور العمل ساده از آن بدست می آید. و چنین مقدار مقیاسی وجود دارد - به آن پتانسیل گفته می شود و انتقال به کشش با یک تمایز ساده انجام می شود. از این رو نتیجه می شود که پتانسیل جاذبه نیوتنی ایجاد شده توسط جرم م، برابر است

از کجا برابری | φ | = v 2

در ریاضیات ، گاهی اوقات نظریه جاذبه نیوتن را "نظریه بالقوه" می نامند. زمانی نظریه پتانسیل نیوتنی به عنوان الگویی برای تئوری الکتریسیته مطرح شد و سپس مفهوم یک میدان فیزیکی ، که در الکترودینامیک ماکسول شکل گرفت ، به نوبه خود ظهور نظریه نسبیت عام انیشتین را تحریک کرد. انتقال از نظریه گرانش نسبی انیشتین به مورد خاصی از نظریه گرانش نیوتن دقیقاً مربوط به منطقه مقادیر کوچک پارامتر بدون بعد است | φ | / ج 2 .

SRT، TOE - این اختصارات اصطلاح "تئوری نسبیت" را پنهان می کنند که تقریباً برای همه آشنا است. همه چیز را می توان با زبان ساده توضیح داد ، حتی بیان یک نابغه ، بنابراین اگر دوره فیزیک مدرسه را به یاد نمی آورید ناامید نشوید ، زیرا در واقع همه چیز بسیار ساده تر از آن است که به نظر می رسد.

منشأ نظریه

بنابراین ، بیایید دوره "نظریه نسبیت برای آدمکها" را شروع کنیم. آلبرت انیشتین کار خود را در سال 1905 منتشر کرد و باعث طنین انداز دانشمندان شد. این نظریه تقریباً به طور کامل بسیاری از شکاف ها و ناسازگاری های فیزیک قرن گذشته را از بین برد ، اما ، از جمله ، ایده مکان و زمان را برعکس کرد. باور بسیاری از گفته های اینشتین برای معاصران دشوار بود ، اما آزمایشات و تحقیقات تنها سخنان دانشمند بزرگ را تأیید کرد.

نظریه نسبیت انیشتین با عباراتی ساده توضیح داد آنچه که مردم قرنها بر سر آن جنگیده اند. می توان آن را اساس کل فیزیک مدرن نامید. با این حال ، قبل از اینکه صحبت درباره تئوری نسبیت را ادامه دهیم ، باید سوال اصطلاحات روشن شود. مطمئناً بسیاری از افراد ، با خواندن مقالات علمی ، با دو اختصار مواجه می شوند: SRT و GRT. در واقع ، منظور آنها از مفاهیم کمی متفاوت است. اولی نظریه نسبیت خاص است و دومی مخفف "نظریه عمومی نسبیت" است.

فقط در مورد پیچیده است

SRT یک نظریه قدیمی است ، که بعداً بخشی از GRT شد. این فقط می تواند فرایندهای فیزیکی را برای اشیایی که با سرعت یکنواخت حرکت می کنند در نظر بگیرد. نظریه عمومی می تواند آنچه را که برای اجرام شتاب دهنده اتفاق می افتد توصیف کند و همچنین دلیل وجود ذرات گراویتون و گرانش را توضیح دهد.

اگر لازم است حرکت و همچنین رابطه بین فضا و زمان را هنگام نزدیک شدن به سرعت نور توصیف کنید - این را می توان با نظریه خاص نسبیت انجام داد. با کلمات ساده می توان اینگونه توضیح داد: به عنوان مثال ، دوستان آینده شما سفینه ای به شما دادند که می تواند با سرعت بالایی پرواز کند. در کمان سفینه فضایی توپ وجود دارد که قادر است هر آنچه را که جلو می آید با فوتون شلیک کند.

وقتی شلیک می شود ، این ذرات نسبت به کشتی با سرعت نور پرواز می کنند ، اما از نظر منطقی ، یک ناظر ثابت باید مجموع دو سرعت (خود فوتون ها و کشتی) را ببیند. اما هیچ چیز از این نوع ناظر فوتون هایی را مشاهده می کند که با سرعت 300000 متر بر ثانیه در حال حرکت هستند ، گویی سرعت کشتی صفر است.

مسئله این است که هر چقدر جسم سریع حرکت کند ، سرعت نور برای آن یک مقدار ثابت است.

این عبارت دلیل اصلی نتیجه گیری منطقی مانند کاهش سرعت و تحریف زمان ، بسته به جرم و سرعت جسم است. این اساس طرح بسیاری از فیلم های علمی تخیلی و مجموعه های تلویزیونی است.

نظریه عمومی نسبیت

نسبیت عظیم تری را می توان به زبانی ساده توضیح داد. برای شروع باید این واقعیت را در نظر گرفت که فضای ما چهار بعدی است. زمان و مکان در چنین «سوژه ای» به عنوان «پیوستار فضا-زمان» ترکیب می شوند. در فضای ما چهار محور مختصات وجود دارد: x ، y ، z و t.

اما انسانها نمی توانند چهار بعد را مستقیماً درک کنند ، همانطور که یک فرد مسطح فرضی که در دنیایی دو بعدی زندگی می کند قادر به نگاه کردن به بالا نیست. در واقع ، دنیای ما فقط یک برآورد از فضای چهار بعدی به سه بعدی است.

یک واقعیت جالب این است که ، طبق نسبیت عام ، بدن هنگام حرکت تغییر نمی کند. اجسام دنیای چهار بعدی در حقیقت همیشه بدون تغییر هستند و فقط پیش بینی های آنها در حین حرکت تغییر می کند ، که ما آن را به عنوان تحریف زمان ، کاهش یا افزایش اندازه و غیره درک می کنیم.

آزمایش آسانسور

می توانید با کمک یک آزمایش فکری کوچک ، در مورد تئوری نسبیت به زبان ساده صحبت کنید. تصور کنید که در آسانسور هستید. غرفه شروع به حرکت کرد و شما در وضعیت بی وزنی قرار گرفتید. چی شد؟ دو دلیل می تواند وجود داشته باشد: یا آسانسور در فضا قرار دارد ، یا تحت تأثیر گرانش سیاره در حال سقوط آزاد است. جالب ترین نکته این است که اگر راهی برای بیرون رفتن از کابین آسانسور وجود نداشته باشد ، نمی توان علت بی وزنی را پیدا کرد ، یعنی هر دو فرایند یکسان به نظر می رسند.

شاید ، پس از انجام یک آزمایش فکری مشابه ، آلبرت انیشتین به این نتیجه رسید که اگر این دو وضعیت از یکدیگر قابل تشخیص نباشند ، در حقیقت ، بدن تحت تأثیر جاذبه شتاب نمی گیرد ، این یک حرکت یکنواخت است که در زیر خم می شود نفوذ یک جسم عظیم (در این مورد ، سیاره). بنابراین ، حرکت شتابان فقط یک فرافکنی است حرکت یکنواختبه فضای سه بعدی

نمونه ای گویا

مثال خوب دیگر در موضوع "نظریه نسبیت برای آدمکها". کاملاً درست نیست اما بسیار ساده و توصیفی است. اگر جسمی روی پارچه ای کشیده قرار گیرد ، زیر آن "انحراف" یا "قیف" ایجاد می کند. تمام اجسام کوچکتر مجبور به تغییر مسیر خود با توجه به انحنای جدید فضا می شوند و اگر بدن انرژی کمی داشته باشد ، ممکن است به هیچ وجه بر این قیف غلبه نکند. با این حال ، از نظر خود جسم در حال حرکت ، مسیر مستقیم باقی می ماند ، آنها خم شدن فضا را احساس نخواهند کرد.

جاذبه "تنزل"

با ظهور نسبیت عام ، گرانش دیگر نیرو نگرفته و اکنون به موقعیت یک نتیجه ساده از انحنای زمان و مکان بسنده کرده است. نسبیت عام ممکن است خارق العاده به نظر برسد ، اما یک نسخه عملی است و توسط آزمایش ها تأیید می شود.

بسیاری از موارد به ظاهر باورنکردنی در جهان ما را می توان با تئوری نسبیت توضیح داد. به زبان ساده ، به چنین مواردی پیامدهای نسبیت عام گفته می شود. به عنوان مثال ، پرتوهای نوری که از فاصله نزدیک از اجسام پرجرم پرواز می کنند ، خم می شوند. علاوه بر این ، بسیاری از اشیا from از فضای دوردست در پشت یکدیگر پنهان شده اند ، اما به دلیل این واقعیت که پرتوهای نور به دور بدن های دیگر خم می شوند ، اشیا seem به ظاهر نامرئی در دسترس نگاه ما هستند (دقیق تر ، نگاه تلسکوپ) مثل این است که از میان دیوارها نگاه کنید.

هرچه گرانش بیشتر باشد ، زمان کندتری روی سطح جسم جریان می یابد. این امر نه تنها در مورد اجسام عظیم مانند ستاره های نوترونی یا سیاهچاله ها اعمال می شود. اثر اتساع زمانی را حتی می توان روی زمین مشاهده کرد. به عنوان مثال ، دستگاه های ناوبری ماهواره ای مجهز به ساعتهای اتمی بسیار دقیق هستند. آنها در مدار سیاره ما هستند و زمان در آنجا کمی سریعتر می شود. صدها ثانیه در روز به عددی اضافه می شود که منجر به 10 کیلومتر خطا در محاسبه مسیر روی زمین خواهد شد. این تئوری نسبیت است که محاسبه این خطا را ممکن می سازد.

به زبان ساده ، می توان اینگونه بیان کرد: نسبیت عام اساس بسیاری از افراد است فن آوری های مدرن، و به لطف انیشتین ، ما به راحتی می توانیم یک پیتزا فروشی و یک کتابخانه در یک منطقه ناآشنا پیدا کنیم.

حتی در اواخر قرن نوزدهم ، بیشتر دانشمندان متمایل به این دیدگاه بودند که اساساً تصویر فیزیکی جهان ساخته شده است و در آینده تزلزل ناپذیر خواهد ماند - فقط جزئیات باید روشن شود. اما در دهه های اول قرن بیستم ، دیدگاه های فیزیکی کاملاً تغییر کرد. این نتیجه "آبشار" بود اکتشافات علمیساخته شده در طی یک دوره تاریخی بسیار کوتاه ، شامل آخرین سالهای قرن نوزدهم و دهه های اول قرن بیستم ، که بسیاری از آنها اصلاً در مفهوم تجربه روزمره انسان نمی گنجد. نمونه بارز نظریه نسبیت است که توسط آلبرت انیشتین (1955-1879) ایجاد شده است.

نظریه نسبیت- نظریه فیزیکی فضا-زمان ، یعنی نظریه ای که خصوصیات جهانی فضا-زمان فرآیندهای فیزیکی را توصیف می کند. این اصطلاح در سال 1906 توسط ماکس پلانک به منظور تأکید بر نقش اصل نسبیت مطرح شد
در نظریه خاص نسبیت (و بعداً نظریه عمومی نسبیت).

به معنای محدود ، نظریه نسبیت شامل نظریه خاص و عام نسبیت است. نظریه نسبیت خاص(از این پس SRT نامیده می شود) به فرآیندهایی گفته می شود که می توان از میدان های گرانشی غافل شد. نظریه عمومی نسبیت(از این پس - GRT) نظریه جاذبه است که نیوتنی را تعمیم می دهد.

خاص، یا نظریه نسبیت خصوصی تئوری ساختار فضا-زمان است. اولین بار در سال 1905 توسط آلبرت انیشتین در کار خود "در مورد الکترودینامیک اجسام متحرک" ارائه شد. این تئوری حرکت ، قوانین مکانیک و همچنین روابط فضا-زمان را تعیین می کند ، با هر سرعت حرکت ،
از جمله کسانی که نزدیک به سرعت نور هستند. مکانیک کلاسیک نیوتنی
در چارچوب STR تقریب سرعت کم است.

یکی از دلایل موفقیت آلبرت اینشتین این است که وی داده های تجربی را بالاتر از داده های نظری قرار داده است. هنگامی که تعدادی از آزمایش ها نتایج مغایر با نظریه پذیرفته شده عمومی را نشان داد ، بسیاری از فیزیکدانان تصمیم گرفتند که این آزمایش ها اشتباه است.

آلبرت انیشتین از اولین کسانی بود که تصمیم گرفت تئوری جدیدی را بر اساس داده های تجربی جدید بسازد.

در پایان قرن نوزدهم ، فیزیکدانان در جستجوی یک اتر مرموز بودند - واسطه ای که طبق فرضیه های پذیرفته شده عمومی ، امواج نور باید مانند امواج صوتی ، که برای انتشار آن هوا یا یک محیط دیگر - جامد ، مایع یا گازی. اعتقاد به وجود اتر منجر به این باور شد که سرعت نور باید بسته به سرعت مشاهده کننده نسبت به اتر تغییر کند. آلبرت انیشتین مفهوم اتر را کنار گذاشت و پیشنهاد کرد که تمام قوانین فیزیکی ، از جمله سرعت نور ، بدون توجه به سرعت مشاهده کننده بدون تغییر باقی بمانند - همانطور که آزمایشات نشان داده است.

SRT نحوه تفسیر حرکات بین کادرهای مختلف مرجع اینرسی را توضیح داد - به زبان ساده ، اجسامی که با سرعت ثابت نسبت به یکدیگر حرکت می کنند. انیشتین توضیح داد که وقتی دو جسم با سرعت ثابت حرکت می کنند ، باید حرکت آنها را نسبت به یکدیگر در نظر بگیریم ، به جای اینکه یکی از آنها را به عنوان یک مرجع مطلق بپذیریم. بنابراین ، اگر دو فضانورد در دو سفینه در حال پرواز هستند و می خواهند مشاهدات خود را با یکدیگر مقایسه کنند ، تنها چیزی که باید بدانند سرعت نسبت به یکدیگر است.

نسبیت خاص فقط یک مورد خاص (از این رو نام) را در نظر می گیرد ، وقتی حرکت مستقیم و یکنواخت است.

با توجه به عدم امکان تشخیص حرکت مطلق ، آلبرت انیشتین نتیجه گرفت که همه سیستم های مرجع اینرسی برابر هستند. وی دو فرض مهم را فرموله کرد که اساس نظریه جدیدی از مکان و زمان را تشکیل می دهد ، به نام نظریه ویژه نسبیت (SRT):

1. اصل نسبیت انیشتین - این اصل تعمیم اصل نسبیت گالیله بود (ادعا می کند یکسان است ، اما نه برای همه قوانین طبیعت ، بلکه فقط برای قوانین مکانیک کلاسیک است ، و مسئله کاربرد اصل نسبیت در اپتیک و الکترودینامیک را باز می گذارد) هر فیزیکی در آن آمده است: تمام فرآیندهای فیزیکی تحت همان شرایط در سیستم های مرجع اینرسی (IFR) به همان روش پیش می روند... این بدان معنی است که هیچ آزمایش فیزیکی انجام شده در داخل یک IFR بسته نمی تواند ثابت کند که آیا در حالت استراحت است یا به طور یکنواخت و منظم حرکت می کند. بنابراین ، تمام IFR ها کاملاً برابر هستند و قوانین فیزیکی نیز با توجه به انتخاب IFR ها ثابت نیستند (یعنی معادلات بیانگر این قوانین در همه فریم های مرجع اینرسی شکل یکسانی دارند).

2. اصل ثابت بودن سرعت نور- سرعت نور در خلا ثابت است و به حرکت منبع و گیرنده نور بستگی ندارد... در تمام جهات و در همه فریم های مرجع اینرسی یکسان است. سرعت نور در خلا - نهایت سرعت در طبیعت -این یکی از مهمترین ثابتهای فیزیکی است ، اصطلاحاً ثابتهای جهان است.

مهمترین پیامد SRT معروف بود فرمول انیشتین در رابطه جرم و انرژی E = مک 2 (جایی که C سرعت نور است) ، که وحدت فضا و زمان را نشان می دهد ، در یک تغییر مشترک در ویژگی های آنها بسته به غلظت جرم ها و حرکت آنها بیان می شود و توسط داده های فیزیک مدرن تأیید می شود. زمان و مکان مستقل از یکدیگر در نظر گرفته شدند و ایده یک پیوستار چهار بعدی فضا-زمان به وجود آمد.

طبق نظریه فیزیکدان بزرگ ، وقتی سرعت جسم مادی افزایش می یابد ، با نزدیک شدن به سرعت نور ، جرم آن نیز افزایش می یابد. آنهایی که هرچه جسم سریعتر حرکت کند ، سنگین تر می شود. در صورت رسیدن به سرعت نور ، جرم بدن و همچنین انرژی آن بی نهایت می شوند. هرچه بدن سنگین تر باشد ، افزایش سرعت آن دشوارتر است. برای شتاب بخشیدن به جسمی با جرم نامحدود ، مقدار بی نهایت انرژی لازم است ، بنابراین رسیدن اجسام مادی به سرعت نور غیرممکن است.

در نظریه نسبیت ، "دو قانون - قانون حفظ جرم و صرفه جویی در انرژی - اعتبار مستقل خود را از دست دادند و تبدیل به یک قانون واحد شدند ، که می توان آن را قانون حفظ انرژی یا جرم نامید." با توجه به ارتباط اساسی بین این دو مفهوم ، ماده می تواند به انرژی تبدیل شود و برعکس - انرژی به ماده.

نظریه عمومی نسبیت- نظریه گرانش ، منتشر شده توسط انیشتین در سال 1916 ، که 10 سال روی آن کار کرد. هست یک پیشرفتهای بعدینظریه نسبیت خاص. اگر جسم مادی شتاب بگیرد یا به پهلو بچرخد ، قوانین SRT دیگر اعمال نمی شود. سپس نسبیت عام به اجرا در می آید ، که حرکات اجسام مادی را در حالت کلی توضیح می دهد.

در نظریه عمومی نسبیت ، فرض بر این است که اثرات گرانشی نه به دلیل برهم کنش نیروها در اجسام و میادین ، ​​بلکه در اثر تغییر شکل خود فضا-زمان که در آن قرار دارند ، ایجاد می شود. این تغییر شکل ، به ویژه ، با حضور انرژی جرم همراه است.

نسبیت عام در حال حاضر موفق ترین نظریه گرانش است که با مشاهدات به خوبی پشتیبانی می شود. نسبیت عام SRT را به شتاب ، تعمیم داد سیستم های غیر اینرسی اصول اساسی نسبیت عام به شرح زیر است:

- محدود کردن کاربرد اصل ثابت بودن سرعت نور در مناطقی که در آن قرار دارند نیروهای گرانشیناچیز(جایی که گرانش زیاد است ، سرعت نور کند می شود) ؛

- گسترش اصل نسبیت به تمام سیستم های متحرک(و نه فقط موارد اینرسی).

در نسبیت عام ، یا نظریه جاذبه ، همچنین از واقعیت آزمایشی برابری جرم های اینرسی و گرانش ، یا برابری میدان های اینرسی و گرانش حاصل می شود.

اصل هم ارزی نقش مهمی در علم دارد. ما همیشه می توانیم مستقیماً عملکرد نیروهای اینرسی را بر روی هر سیستم فیزیکی محاسبه کنیم ، و این به ما فرصتی می دهد تا از عمل میدان گرانشی ، انتزاع از ناهمگنی آن ، که اغلب بسیار ناچیز است ، مطلع شویم.

تعدادی از نتیجه گیری های مهم از نسبیت عام حاصل شد:

1. خصوصیات فضا-زمان به ماده متحرک بستگی دارد.

2. یک پرتوی از نور ، که دارای جرم بی اثر و در نتیجه گرانش است ، باید در یک میدان گرانشی خم شود.

3. فرکانس نور تحت تأثیر یک میدان گرانشی باید به سمت مقادیر پایین تغییر کند.

برای مدت طولانی ، شواهد تجربی کمی از نسبیت عام وجود داشت. توافق بین تئوری و آزمایش به اندازه کافی خوب است ، اما خلوص آزمایشات با اثرات جانبی پیچیده مختلف بر هم می خورد. با این حال ، تأثیر انحنای فضا-زمان را حتی در میدان های گرانشی متوسط ​​می توان تشخیص داد. به عنوان مثال یک ساعت بسیار حساس می تواند اتساع زمان را در سطح زمین تشخیص دهد. به منظور گسترش پایگاه تجربی نسبیت عام ، در نیمه دوم قرن 20 ، آزمایشات جدیدی انجام شد: برابری جرم های بی اثر و گرانش (از جمله با استفاده از لیزر ماه) بررسی شد.
با کمک رادار ، حرکت پیراهن عطارد مشخص شد. انحراف جاذبه امواج رادیویی توسط خورشید اندازه گیری شد ، رادار سیارات منظومه شمسی انجام شد. تأثیر میدان جاذبه خورشید در ارتباط رادیویی با سفینه های فضایی ارسال شده به سیارات دور منظومه شمسی تخمین زده شد ، و غیره همه آنها ، به هر طریق یا دیگری ، پیش بینی های به دست آمده بر اساس نسبیت عام را تأیید کردند.

بنابراین ، نظریه خاص نسبیت بر اساس فرضیه های ثابت بودن سرعت نور و قوانین یکسان طبیعت در همه است سیستم های فیزیکی، و نتایج اصلی که به آن می رسد به شرح زیر است: نسبیت خصوصیات فضا-زمان ؛ نسبیت جرم و انرژی ؛ برابری توده های سنگین و بی اثر.

مهمترین نتیجه نظریه عمومی نسبیت از دیدگاه فلسفی ، ایجاد وابستگی ویژگیهای فضا-زمان جهان پیرامون به مکان و حرکت توده های گرانش است. این به لطف تأثیرات بدن است
با توده های بزرگ ، مسیر حرکت پرتوهای نور منحنی است. در نتیجه ، میدان گرانشی ایجاد شده توسط چنین اجسامی در نهایت خصوصیات فضا-زمان جهان را تعیین می کند.

در نظریه خاص نسبیت ، یکی از کنش های میدان های گرانشی خلاصه می شود ، بنابراین نتیجه گیری می شود که فقط برای مناطق کوچک مکان - زمان قابل استفاده است. تفاوت اساسی بین نظریه عمومی نسبیت و نظریه های بنیادی فیزیکی پیش از آن ، رد تعدادی از مفاهیم قدیمی و تدوین مفاهیم جدید است. شایان ذکر است که نظریه عمومی نسبیت انقلابی واقعی در کیهان شناسی ایجاد کرده است. مدل های مختلفی از جهان بر اساس آن ظاهر شده اند.