Jaka jest różnica ogólna teoria względność od specjalnego?

Teoria specjalna teorii względności (SRT) (specjalna teoria względności; mechanika relatywistyczna) to teoria opisująca ruch, prawa mechaniki i relacje czasoprzestrzenne przy prędkościach zbliżonych do prędkości światła. W ramach szczególnej teorii względności mechanika klasyczna Newtona jest przybliżeniem niskich prędkości. Uogólnienie SRT dla pól grawitacyjnych nazywa się ogólną teorią względności.

Ogólna teoria względności to geometryczna teoria grawitacji, która rozwija specjalną teorię względności (STR), opublikowaną przez Alberta Einsteina w latach 1915-1916. W ramach ogólnej teorii względności, podobnie jak w innych teoriach metrycznych, postuluje się, że efekty grawitacyjne są powodowane nie przez oddziaływanie sił ciał i pól w czasoprzestrzeni, ale przez samą deformację czasoprzestrzeni, która jest związane w szczególności z obecnością energii masowej... Ogólna teoria względności różni się od innych metrycznych teorii grawitacji, używając równań Einsteina do powiązania krzywizny czasoprzestrzeni z materią w niej obecną.

Przynieść eksperymentalne potwierdzenie wierność teorii Einsteina.

Dowody ogólnej teorii względności

Efekty związane z przyspieszeniem klatek odniesienia

Pierwszym z tych efektów jest grawitacyjna dylatacja czasu, dzięki której każdy zegar będzie działał tym wolniej, im głębiej w dole grawitacyjnym (bliżej ciała grawitacyjnego) się znajduje. Efekt ten został bezpośrednio potwierdzony w eksperymencie Hafele-Keating, a także w eksperymencie Gravity Probe A i był konsekwentnie potwierdzony w GPS.

Bezpośrednio powiązanym efektem jest grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni światła. Efekt ten rozumiany jest jako spadek częstotliwości światła w stosunku do lokalnego zegara (odpowiednio przesunięcie linii widma na czerwony koniec widma w stosunku do skali lokalnej), gdy światło rozchodzi się ze studni grawitacyjnej na zewnątrz (z regionu o niższym potencjale grawitacyjnym do regionu o wyższym potencjale) /

Grawitacyjna dylatacja czasu ma inny efekt zwany efektem Shapiro (znany również jako opóźnienie sygnału grawitacyjnego). Z powodu tego efektu, sygnały elektromagnetyczne potrzebują więcej czasu na podróż w polu grawitacyjnym niż w przypadku braku tego pola. Zjawisko to zostało odkryte przez radar planet Układu Słonecznego i statki kosmiczne przelatujące za Słońcem, a także obserwując sygnały z binarnych pulsarów.

Najsłynniejsza wczesna weryfikacja ogólnej teorii względności była możliwa dzięki kompletnemu zaćmienie Słońca 1919. Arthur Eddington wykazał, że światło gwiazdy zagięło się w pobliżu Słońca dokładnie zgodnie z przewidywaniami ogólnej teorii względności.

Krzywizna toru światła występuje w każdym przyspieszonym układzie odniesienia. Szczegółowy obraz obserwowanej trajektorii i efektów soczewkowania grawitacyjnego zależy jednak od krzywizny czasoprzestrzeni. Einstein dowiedział się o tym efekcie w 1911 roku, a kiedy heurystycznie obliczył krzywiznę trajektorii, okazało się, że jest ona taka sama, jak przewidywała mechanika klasyczna dla cząstek poruszających się z prędkością światła. W 1916 Einstein odkrył, że w rzeczywistości w ogólnej teorii względności przesunięcie kątowe w kierunku propagacji światła jest dwa razy większe niż w teorii Newtona, w przeciwieństwie do poprzedniego rozważania. Tak więc przewidywanie to stało się kolejnym sposobem testowania ogólnej teorii względności.

Od 1919 roku zjawisko to potwierdzane jest przez astronomiczne obserwacje gwiazd w trakcie zaćmień Słońca, a także weryfikowane z dużą dokładnością przez radiointerferometryczne obserwacje kwazarów przechodzących w pobliżu Słońca na swojej drodze wzdłuż ekliptyki.

Wreszcie, każda gwiazda może zwiększyć swoją jasność, gdy przed nią przechodzi zwarty, masywny obiekt. W tym przypadku obrazy odległej gwiazdy, powiększone i zniekształcone z powodu grawitacyjnego ugięcia światła, nie mogą być rozdzielone (są zbyt blisko siebie) i następuje po prostu wzrost jasności gwiazdy. Efekt ten nazywany jest mikrosoczewkowaniem i jest obecnie regularnie obserwowany w ramach projektów badających niewidzialne ciała naszej Galaktyki metodą mikrosoczewkowania grawitacyjnego światła gwiazd - MASNO, EROS i innych.

Efekty orbitalne

Ogólna teoria względności koryguje przewidywania Newtonowskiej teorii mechaniki nieba dotyczące dynamiki układów sprzężonych grawitacyjnie: Układu Słonecznego, podwójne gwiazdy itp.

Pierwszym efektem ogólnej teorii względności było wyprzedzenie peryhelium wszystkich orbit planetarnych, ponieważ potencjał grawitacyjny Newtona będzie miał niewielki dodatek relatywistyczny, prowadzący do powstania orbit otwartych. Ta przepowiednia była pierwszym potwierdzeniem ogólnej teorii względności, ponieważ wartość precesji wydedukowana przez Einsteina w 1916 roku całkowicie zbiegła się z anomalną precesją peryhelium Merkurego. W ten sposób rozwiązano znany wówczas problem mechaniki nieba.

Później relatywistyczną precesję peryhelium zaobserwowano również w pobliżu Wenus, Ziemi, asteroidy Ikar oraz jako silniejszy efekt w układach podwójnych pulsarów. Za odkrycie i badania pierwszego pulsara podwójnego PSR B1913 + 16 w 1974 r. R. Hulse i D. Taylor otrzymali Nagrodę Nobla w 1993 r.

Dowód SRT

Szczególna teoria względności leży u podstaw całej współczesnej fizyki. Dlatego nie ma oddzielnego eksperymentu „udowadniającego” SRT. Cały zestaw danych eksperymentalnych w fizyce wysokich energii, fizyce jądrowej, spektroskopii, astrofizyce, elektrodynamice i innych dziedzinach fizyki jest zgodny z teorią względności w granicach dokładności eksperymentalnej. Na przykład w elektrodynamice kwantowej (połączenie STR, teorii kwantów i równań Maxwella) wartość anomalnego momentu magnetycznego elektronu pokrywa się z przewidywaniem teoretycznym ze względną dokładnością 10 dziewięć.

W rzeczywistości SRT to nauka inżynierska. Jego wzory są używane przy obliczaniu akceleratorów cząstki elementarne... Przetwarzanie ogromnych zbiorów danych dotyczących zderzeń cząstek poruszających się z relatywistycznymi prędkościami w pola elektromagnetyczne, opiera się na prawach dynamiki relatywistycznej, od których nie stwierdzono żadnych odchyleń. Poprawki wynikające z SRT i GRT są stosowane w systemach nawigacji satelitarnej (GPS). SRT jest sercem energetyki jądrowej itp.

Szczególna teoria względności ... Specjalna teoria względności (SRT), opublikowana przez Einsteina w 1905 roku, opisuje relatywistyczne procesy i zjawiska i przejawia się przy prędkości ruchu zbliżonej do prędkości światła. Aby stworzyć SRT, Einstein przyjął dwa postulaty: 1) prędkość światła we wszystkich inercjalnych układach odniesienia pozostaje stała; 2) prawa natury we wszystkich inercjalnych układach odniesienia są niezmienne (takie same). Ponadto zastosował transformacje holenderskiego fizyka teoretycznego Hendrik Lorenz.

Związek między przestrzenią a czasem przejawia się w czterowymiarowej czasoprzestrzeni. Związek ten jest wyraźnie odzwierciedlony we wzorze na odległość (odległości) między dwoma zdarzeniami w czterowymiarowy przestrzeń:

gdzie jest czas, ∆ℓ to odległość między dwoma punktami w trójwymiarowy przestrzeń.

Transformacja Lorenz zawiera również zależność między przestrzenią a czasem w postaci zależności między współrzędnymi nieruchomego (K) i ruchomego (K 1) układu odniesienia x 1 = γ ּ (x─) oraz t 1 = γ ּ (t─ ), gdzie γ = 1 /- nazywa współczynnik relatywistyczny... Lorentz znalazł wyrażenia dla γ oparte na liniowości transformacji i stałości prędkości światła w poruszających się (K 1) i nieruchomych (K) układach odniesienia.

Korzystając z transformacji Lorentza, Einstein stworzył ogólną teorię względności, zgodnie z którą długość poruszającego się ciała kurczy się zgodnie z prawem:

Masa ciała poruszającego się z prędkością wzrośnie zgodnie z prawem:

Upływ czasu poruszającego się zegara zwalnia zgodnie z prawem:

τ = τ 0 ּ ,

Następny przykład wyraźniej pokazuje spowolnienie czasu podczas poruszania się z dużą prędkością. Powiedzmy, że statek kosmiczny wystartował z prędkością 0,99 km/s i powrócił po 50 latach. Według STO, według zegara astronauty, ten lot trwał tylko rok. Jeśli astronauta w wieku 20 lat zostawił na Ziemi nowo narodzonego syna, to 50-letni syn spotka 21-letniego ojca.

W SRT otrzymujemy następujący wzór zastępując sumowanie prędkości:

1 = (+ u) / (1+ u / c 2),

jeśli ciało porusza się z prędkością światła = s. a układ odniesienia porusza się z prędkością światła u = do, wtedy otrzymujemy: 1 = z... W konsekwencji prędkość światła pozostawała stała, niezależnie od prędkości ruchu układu odniesienia.

Ogólna teoria względności ... W układach odniesienia poruszających się z przyspieszeniem nie jest spełniona ani zasada bezwładności, ani prawa mechaniki. Konieczne stało się stworzenie teorii opisującej ruchy ciała w nieinercjalnych układach odniesienia. Einstein wykonał to zadanie, tworząc ogólna teoria względności(GRT).

W ogólnej teorii względności Einstein rozszerza zasadę względności na nieinercyjne układy odniesienia. Wynika to z założenia, że ​​masy grawitacyjne i bezwładnościowe ciała są równoważne. W 1890 roku przez węgierskiego fizyka L. Eotvos Z dużą dokładnością potwierdzono równoważność grawitacyjnej i bezwładnej masy ciała do 10 -9. To stwierdzenie o równoważności masy grawitacyjnej i bezwładnej zostało przyjęte jako podstawa ogólnej teorii względności.

Ogólna teoria względności wykazała, że ​​w przestrzeni chodzi o koncentrację masy, krzywy i ma charakter przestrzeni Riemanna. Ogólna teoria względności zastępuje prawo powszechnego ciążenia Newtona relatywistycznym prawem ciążenia Einsteina, z którego w konkretnym przypadku wynika prawo Newtona. W 1919 i 1922 roku. podczas zaćmienia Słońca był badany ugięcie belki pochodzące z odległych gwiazd, z prostoliniowości w polu grawitacyjnym Słońca. Eksperymenty wykazały krzywizna przestrzeni blisko Słońca i tym samym udowodnił słuszność ogólnej teorii względności.

Ogólna teoria względności opisuje relatywistyczne prawa grawitacji jako wpływ materii na właściwości przestrzeni i czasu. A właściwości przestrzeni i czasu mają wpływ procesy fizyczne płynie w nich. Dlatego ruch punkt materialny w przestrzeni czterowymiarowej występuje wzdłuż linii geodezyjnej zakrzywionej przestrzeni. Dlatego równanie ruchu punktu materialnego opisuje: linia geodezyjna zakrzywiona przestrzeń. Einstein znalazł to równanie. Składa się ona z 10 równań... W tych równaniach pole grawitacyjne jest opisane za pomocą 10 potencjałów pola. Aparat matematyczny ogólnej teorii względności jest złożony, prawie wszystkie problemy związane z ogólną teorią względności nie są jeszcze rozwiązywalne, z wyjątkiem najprostszych. Dlatego naukowcy wciąż próbują zrozumieć znaczenie ogólnej teorii względności.

SPECJALNA I OGÓLNA TEORIA WZGLĘDNOŚCI

Jednym z najważniejszych aspektów współczesnej fizyki, który jest bezpośrednio związany z naszą analizą teologii, jest pojęcie czasu – jego pochodzenia i braku jednej, stałej i niezmiennej miary jego przebiegu. Ze względu na znaczenie chronologii w interpretacji Biblii konieczne jest, aby spróbować zrozumieć, jak teoria względności interpretuje nasze postrzeganie wszechświata, jego wieku i wszystkiego, co się w nim dzieje. foton kwantowy względności czasowej

Trudno wymienić inną teorię, która miałaby tak głęboki wpływ na nasze rozumienie świata i jego tworzenie, jak teorię względności (zarówno szczególną, jak i ogólną). Przed pojawieniem się tej teorii czas był zawsze uważany za kategorię absolutną. Czas, jaki upłynął od początku do końca procesu uznawano za niezależny od tego, kto mierzył jego czas trwania. Jeszcze 300 lat temu Newton sformułował to przekonanie bardzo wymownie: „Czas absolutny, prawdziwy i matematyczny sam w sobie i ze swej natury płynie jednostajnie i niezależnie od wszelkich czynników zewnętrznych”. Co więcej, czas i przestrzeń były postrzegane jako niepowiązane ze sobą kategorie, które w żaden sposób na siebie nie wpływały. Rzeczywiście, jaki inny związek mógłby istnieć między odległością dzielącą dwa punkty w przestrzeni a upływającym czasem, poza tym, że? większa odległość wymagało więcej czasu, aby go przezwyciężyć; prosta i czysta logika.

Koncepcje zaproponowane przez Einsteina w szczególnej teorii względności (1905), a następnie w ogólnej teorii względności (1916), zmieniły rozumienie przestrzeni i czasu tak radykalnie, jak światło włączonej lampy zmienia nasze postrzeganie wcześniej zaciemnionego pokoju5 .

Długa droga do wglądu Einsteina rozpoczęła się w 1628 roku, kiedy Johannes Kepler odkrył ciekawe zjawisko. Zauważył, że warkocze komet zawsze skierowane są w kierunku przeciwnym do Słońca. Spadające gwiazdy śledzące nocne niebo mają płonący ogon, tak jak powinien. Podobnie warkocz rozciąga się za kometą, gdy zbliża się ona do Słońca. Ale kiedy kometa mija Słońce i rozpoczyna lot powrotny do odległych rejonów Układu Słonecznego, sytuacja zmienia się w najbardziej dramatyczny sposób. Warkocz komety znajduje się przed jej głównym korpusem. Ten obraz zdecydowanie zaprzecza samej koncepcji ogona! Kepler zasugerował, że położenie warkocza komety względem jej głównego ciała jest określone przez ciśnienie światła słonecznego. Warkocz jest mniej gęsty niż sama kometa i dlatego jest bardziej podatny na ciśnienie promieniowania słonecznego niż główny korpus komety. Promieniowanie słoneczne w rzeczywistości wieje na ogon i odpycha go od słońca. Gdyby nie przyciąganie grawitacyjne głównego korpusu komety, najmniejsze cząstki tworzące warkocz zostałyby zdmuchnięte. Odkrycie Keplera było pierwszą wskazówką, że promieniowanie — na przykład światło — może mieć siłę mechaniczną (w tym przypadku odpychającą). Była to bardzo ważna zmiana w naszym rozumieniu światła, ponieważ wynika z tego, że światło, które zawsze uważano za coś niematerialnego, ma być może wagę lub masę. Ale już 273 lata później, w 1901 roku, zmierzono ciśnienie wywierane przez strumień światła. E.F. Nichols i J.F. Hull, wysyłając potężną wiązkę światła do lustra zawieszonego w próżni, zmierzył przemieszczenie lustra w wyniku nacisku światła. Była to laboratoryjna analogia do warkocza kometarnego odpychanego przez światło słoneczne.

W 1864 roku, badając odkrycia Michaela Faradaya dotyczące elektryczności i magnetyzmu, James Clark Maxwell zaproponował, że światło i wszystkie inne formy promieniowania elektromagnetycznego przemieszczają się w przestrzeni jak fale z tą samą stałą prędkością7. Mikrofale w kuchence mikrofalowej w naszej kuchni, światło, w którym czytamy, promienie rentgenowskie które pozwalają lekarzowi zobaczyć złamaną kość, a promienie gamma uwolnione w eksplozji atomowej są falami elektromagnetycznymi, różniącymi się od siebie tylko długością fali i częstotliwością. Im wyższa energia promieniowania, tym krótsza długość fali i wyższa częstotliwość. Poza tym są identyczne.

W 1900 roku Max Planck zaproponował teorię promieniowania elektromagnetycznego, która zasadniczo różniła się od wszystkich poprzednich. Wcześniej uważano, że energia emitowana przez nagrzany przedmiot, na przykład czerwona poświata rozgrzanego metalu, jest emitowana równomiernie i nieprzerwanie. Założono również, że proces promieniowania trwa aż do całkowitego rozproszenia całego ciepła i powrotu obiektu do stanu pierwotnego – co zostało w pełni potwierdzone przez schłodzenie rozgrzanego metalu do temperatury pokojowej. Ale Planck pokazał, że tak nie jest. Energia jest emitowana nie w jednolitym i ciągłym strumieniu, ale w dyskretnych porcjach, tak jakby rozgrzany do czerwoności metal oddawał swoje ciepło, wypluwając strumień drobnych, gorących cząstek.

Planck zaproponował teorię, zgodnie z którą cząstki te są pojedynczymi porcjami promieniowania. Nazwał je „kwantami” i tak się narodziło mechanika kwantowa... Ponieważ każde promieniowanie porusza się z tą samą prędkością (prędkość światła), prędkość kwantów musi być taka sama. I chociaż prędkość wszystkich kwantów jest taka sama, nie wszystkie mają taką samą energię. Planck zasugerował, że energia pojedynczego kwantu jest proporcjonalna do częstotliwości jego wibracji, gdy porusza się on w przestrzeni, jak maleńka gumowa kulka, która stale kurczy się i rozszerza, gdy porusza się po swojej trajektorii. W zakresie widzialnym nasze oczy mogą mierzyć częstotliwość pulsacji kwantu i nazywamy tę miarę kolorem. To właśnie dzięki skwantowanej emisji energii lekko podgrzany obiekt zaczyna świecić na czerwono, a następnie wraz ze wzrostem temperatury zaczyna emitować inne kolory widma odpowiadające wyższym energiom i częstotliwościom. W końcu jego promieniowanie zamienia się w mieszankę wszystkich częstotliwości, którą odbieramy jako biały kolor rozpalone do czerwoności ciało.

I tu wpadamy na paradoks - tę samą teorię, która opisuje światło jako strumień cząstek zwany kwantami, jednocześnie opisując energię światła za pomocą częstotliwości (patrz rys. 1). Ale częstotliwość jest związana z falami, a nie z cząsteczkami. Co więcej wiemy, że prędkość światła jest zawsze stała. Ale co się stanie, jeśli obiekt emitujący światło lub obserwator rejestrujący to światło porusza się sam? Czy ich prędkość ruchu zostanie dodana czy odjęta od prędkości światła? Logika mówi nam, że tak, należy ją dodać lub odjąć, ale wtedy prędkość światła nie będzie stała! Ciśnienie wywierane przez światło na warkocz lub lustro komety w eksperymencie Nicholsa-Hulla oznacza, że ​​następuje zmiana pędu (nazywanego również pędem) światła, gdy zderza się ono z powierzchnią. Z tego powodu każdy poruszający się obiekt wywiera nacisk na przeszkodę. Strumień wody z węża popycha piłkę po ziemi, ponieważ woda ma masę i ta masa ma prędkość, która w momencie uderzenia strumienia spada do zera. W takim przypadku impuls wody jest przekazywany do kuli i kulka toczy się z powrotem. Sama definicja pędu (pędu) jako iloczynu masy (m) lub ciężaru obiektu i prędkości jego ruchu (v) lub mv wymaga, aby poruszające się światło miało masę. W jakiś sposób te faliste cząstki światła mają masę, chociaż na powierzchni, na którą pada światło, nie pozostają żadne materialne ślady. Po tym, jak światło „zaświeciło” na powierzchnię, nie pozostał na niej żaden „brud”, z którego można by go wyczyścić. Do tej pory wciąż staramy się stworzyć ujednoliconą teorię, która w pełni wyjaśniałaby to zjawisko światła i każdego innego promieniowania.

Równolegle z badaniem natury energii promienistej prowadzono badania związane z propagacją światła. Wydawało się całkiem logiczne, że skoro światło i inne rodzaje promieniowania elektromagnetycznego są w pewnym sensie falami, potrzebują jakiegoś ośrodka, w którym te fale mogłyby się rozchodzić. Uważano, że fale nie mogą się rozchodzić w próżni. Tak jak dźwięk potrzebuje pewnej substancji materialnej, na przykład powietrza, aby przenosić swoją falową energię, tak światło wydawało się wymagać jakiejś specjalnej substancji, aby się rozprzestrzenić. Kiedyś sugerowano, że Wszechświat powinien być wypełniony niewidzialnym i niematerialnym medium, które zapewnia przenoszenie energii promieniowania przez przestrzeń kosmiczną - na przykład światła i ciepła ze Słońca na Ziemię. Medium to nazwano eterem, który miał wypełnić nawet próżnię przestrzeni.

Postulat propagacji światła przez eter pozwolił wyjaśnić paradoks stałości jego prędkości. Zgodnie z tym wyjaśnieniem światło powinno rozchodzić się ze stałą prędkością nie względem źródła światła czy obserwatora, ale względem tego wszechobecnego eteru. Dla obserwatora poruszającego się w eterze światło może rozchodzić się szybciej lub wolniej w zależności od kierunku jego ruchu względem kierunku ruchu światła, ale względem nieruchomego eteru prędkość światła musi pozostać stała.

Figa. jeden.

Podobnie jest z propagacją dźwięku. Dźwięk przemieszcza się przez nieruchome powietrze na poziomie morza ze stałą prędkością około 300 metrów na sekundę, niezależnie od tego, czy źródło dźwięku się porusza, czy nie. Dźwięk przypominający eksplozję emitowany przez samolot podczas przekraczania bariery dźwięku jest w rzeczywistości wynikiem uderzenia przez samolot we własną falę dźwiękową, gdy go wyprzedza, poruszając się z prędkością większą niż 300 metrów na sekundę. W tym przypadku źródło dźwięku, samolot, porusza się szybciej niż dźwięk, który wytwarza. Podwójna natura światła polega na tym, że jeśli na jego drodze umieścimy małą dziurę, światło zachowuje się dokładnie jak fala oceaniczna przechodząca przez wąskie wejście do portu. Zarówno światło, jak i fala oceaniczna, przechodząc przez dziurę, rozchodzą się po drugiej stronie dziury w kółko. Z drugiej strony, jeśli światło oświetla powierzchnię metalu, zachowuje się jak strumień maleńkich cząsteczek, które bombardują tę powierzchnię. Światło wybija elektrony z metalu pojedynczo w taki sam sposób, jak małe kulki uderzające w papierowy cel wyrywają z niego kawałki papieru, po jednym na ziarno. Energia fali świetlnej zależy od jej długości. O energii cząstek światła decyduje nie ich prędkość, ale częstotliwość, z jaką cząstki światła - fotony - pulsują w toku swojego ruchu z prędkością światła.

Kiedy naukowcy dyskutowali o rzekomych właściwościach eteru, których wykrycie wciąż trzeba było wymyślić, nikt nie podejrzewał, że upływ czasu jest związany z ruchem światła. Ale to odkrycie nie było daleko.

W 1887 roku Albert Michelson i Edward Morley opublikowali wyniki swoich prób doświadczalnych obserwacji tego, co wynikało z teorii eteru. Porównali całkowity czas potrzebny światłu na przebycie tej samej odległości tam iz powrotem w dwóch kierunkach - równoległym i prostopadłym do ruchu Ziemi na orbicie wokół Słońca. Ponieważ Ziemia porusza się po swojej orbicie wokół Słońca z prędkością około 30 kilometrów na sekundę, założono, że porusza się z tą samą prędkością względem eteru. Jeśli promieniowanie świetlne podlega tym samym prawom, które rządzą wszystkimi innymi falami, ruch Ziemi względem eteru powinien mieć wpływ na czas przejścia światła, mierzony w ich eksperymentach. Wpływ ten nie powinien w żaden sposób różnić się od efektu silnego wiatru odprowadzającego dźwięk.

Ku zaskoczeniu wszystkich Michelson i Morley nie wykryli najmniejszego śladu wpływu tej prędkości 30 kilometrów na sekundę. Początkowy eksperyment, jak i późniejsze, bardziej zaawansowane technicznie wersje tego samego eksperymentu, doprowadziły do ​​zupełnie nieoczekiwanego wniosku – ruch Ziemi nie ma wpływu na prędkość światła.

To spowodowało zamieszanie. Prędkość światła (s) jest niezmiennie równa 299 792,5 kilometra na sekundę, niezależnie od tego, czy źródło światła jest w ruchu, obserwator, czy są nieruchome. Poza tym ten sam promień światła zachowuje się zarówno jak fala, jak i jak cząstka, w zależności od sposobu obserwacji. To było tak, jakbyśmy stali na pomoście i obserwowali fale toczące się z oceanu i nagle w mgnieniu oka zwykłe grzbiety fal i koryta między nimi zamieniły się w strumień poruszających się pojedynczych kul wodnych, pulsujący, w powietrzu nad poziomem morza. A w następnej chwili kule zniknęły, a fale pojawiły się ponownie.

W 1905 roku, pośród tego zamieszania, na scenie naukowej pojawił się Albert Einstein ze swoją teorią względności. W tym roku Einstein opublikował serię artykułów, które w najbardziej dosłownym sensie zmieniły postrzeganie naszego wszechświata przez ludzkość. Pięć lat wcześniej Planck zaproponował kwantową teorię światła. Korzystając z teorii Plancka, Einstein był w stanie wyjaśnić interesujące zjawisko. Światło padające na powierzchnię niektórych metali uwalnia elektrony, w wyniku czego powstaje prąd elektryczny. Einstein postulował, że ten „fotoelektryczny” efekt wynika z faktu, że kwanty światła (fotony) dosłownie wybijają elektrony z ich orbit wokół jądra atomowego. Okazuje się, że fotony mają masę, gdy się poruszają (pamiętaj, że poruszają się z prędkością światła c), ale ich „masa spoczynkowa” wynosi zero. Poruszający się foton ma właściwości cząstki - w każdym momencie znajduje się w określonym punkcie przestrzeni, a ponadto ma masę, a zatem, jak sugerował kiedyś Kepler, może oddziaływać na obiekty materialne, np. ogon komety; jednocześnie ma właściwości fali – charakteryzuje się częstotliwością drgań proporcjonalną do jego energii. Okazało się, że w fotonie materia i energia są ze sobą ściśle powiązane. Einstein odkrył to powiązanie i sformułował je w dobrze znanym równaniu. Einstein doszedł do wniosku, że równanie to dotyczy wszystkich rodzajów mas i form energii. Przepisy te stały się podstawą szczególnej teorii względności.

Percepcja tych pomysłów okazuje się niełatwa i wymaga dużego wysiłku umysłowego. Weźmy na przykład przedmiot. Masę (co zwykle nazywamy „ciężarem”) obiektu nieruchomego nazywamy naukowo masą spoczynkową. Teraz mocno popchnijmy ten obiekt. Zacznie się poruszać z określoną prędkością iw rezultacie nabierze energii kinetycznej, im większa, im wyższa będzie jego prędkość. Ale ponieważ e w E = mc2 odnosi się do wszystkich form energii, całkowita energia obiektu będzie sumą energii spoczynkowej (związanej z masą spoczynkową) i jego energii kinetycznej (energii jego ruchu). Innymi słowy, równanie Einsteina wymaga, aby masa obiektu faktycznie wzrastała wraz ze wzrostem jego prędkości.

Tak więc, zgodnie z teorią względności, masa obiektu zmienia się wraz ze zmianą jego prędkości. Przy niskich prędkościach masa obiektu praktycznie nie różni się od masy spoczynkowej. Dlatego w naszych codziennych czynnościach opis praw natury Newtona okazuje się całkiem trafny. Ale w przypadku galaktyk poruszających się w przestrzeni kosmicznej lub cząstek subatomowych w akceleratorze sytuacja jest zupełnie inna. W obu przypadkach prędkość tych obiektów może stanowić duży ułamek prędkości światła, a zatem zmiana ich masy może być bardzo, bardzo znacząca.

Ta wymiana między masą a energią jest wymownie omawiana zarówno przez Stephena Weinberga w jego książce Pierwsze trzy minuty, jak i przez Nachmanidesa w jego komentarzu do Genesis. Oboje mówią o dualizmie masy i energii, opisując pierwsze minuty życia wszechświata.

Szczególna teoria względności opiera się na dwóch postulatach: zasadzie względności i stałości prędkości światła. Zasada względności postulowana przez Galileo Galilei 300 lat temu została dopracowana przez Einsteina. Zasada ta mówi, że wszystkie prawa fizyki (które są niczym innym jak prawami natury) działają w ten sam sposób we wszystkich układach poruszających się bez przyspieszenia, to znaczy jednostajnie i prostoliniowo. Takie układy nazywa się w języku fizyków inercyjnymi układami odniesienia.

Układ odniesienia określa relację obserwatora z świat zewnętrzny... Zasada względności mówi nam, że będąc w inercjalnym układzie odniesienia, nie możemy, korzystając z praw fizyki, ustalić, czy sam układ się porusza, ponieważ jego ruch w żaden sposób nie wpływa na wyniki pomiarów dokonywanych w układzie . Dlatego nie czujemy ruchu, gdy lecimy ze stałą prędkością przy spokojnej pogodzie. Ale bujając się w bujanym fotelu, znajdujemy się w nieinercyjnym układzie odniesienia; ponieważ prędkość i kierunek bujanego fotela ciągle się zmienia, możemy wyczuć nasz ruch.

Wszyscy mieliśmy do czynienia z przykładami niemożności zmierzenia ruchu bezwzględnego. Na przykład stoimy przed sygnalizacją świetlną, a samochód przed nami zaczyna powoli toczyć się do tyłu. A może toczymy się do przodu? W pierwszej chwili trudno zrozumieć, kto dokładnie się porusza. Nasz pociąg powoli i płynnie zaczyna jechać po peronie. Budząc się z drzemki zauważamy, że pociąg stojący na kolejnym torze zaczyna powoli się cofać. A przynajmniej tak nam się wydaje. Dopóki nasz układ odniesienia – nasz samochód lub pociąg – nie zacznie poruszać się z przyspieszeniem (przestanie być układem inercyjnym), nie jest jasne, co się porusza, a co jest w spoczynku.

Może się wydawać, że istnieje sprzeczność: Einstein przekonał nas, że masa obiektu jest funkcją jego prędkości, a teraz twierdzimy, że nie możemy określić ruchu, mierząc, jak zmienia się masa pod jego wpływem. Ale jest tu bardzo subtelna różnica. W inercyjnym układzie odniesienia wszystkie wielkości pozostają niezmienione. Gdy zostaną zmierzone z innego układu odniesienia, który porusza się względem pierwszego, wtedy zmienią się wartości wymiarów i masy. Gdyby wszystkie części wszechświata poruszały się w ten sam sposób i równomiernie, teoria względności nie miałaby nic wspólnego z tematem naszych badań. Ale tak nie jest. To właśnie umiejętność obserwowania tych samych wydarzeń z różnych punktów odniesienia odgrywa zasadniczą rolę w naszej biblijnej analizie kosmologii.

Drugi element podstawy szczególnej teorii względności daje się zrozumieć z jeszcze większą trudnością. Można nawet powiedzieć, że jest niezrozumiały do ​​granic możliwości. Twierdzi, że prędkość światła c jest wartością stałą (c = 2,997925 x 108 metrów na sekundę w próżni - zawsze) i taką samą we wszystkich układach odniesienia. Fakt ten wyszedł na jaw z wyników eksperymentu Michelsona-Morleya. Jeśli zastanowisz się nad znaczeniem tego stwierdzenia, będziesz w stanie docenić całą jego zuchwałość. Einstein pozwolił sobie na stwierdzenie, że niezależnie od prędkości poruszania się obserwatora w kierunku źródła światła lub od niego, prędkość światła pozostaje taka sama c. Żadna inna forma ruchu (np. fala dźwiękowa) nie ma tej właściwości. Wygląda w najwyższy stopień nielogiczny.

Jeśli miotacz rzuca piłkę do łapacza z prędkością 90 mil na godzinę, łapacz widzi piłkę zbliżającą się do niego z prędkością 90 mil na godzinę. Teraz, jeśli z naruszeniem jakiejkolwiek reguły, łapacz biegnie w kierunku miotacza z prędkością 20 mil na godzinę, prędkość piłki względem łapacza wyniesie 110 mil na godzinę (90 + 20). Prędkość piłki w stosunku do miotacza będzie wynosić, jak poprzednio, 90 mil na godzinę. Następnym razem miotacz, zamiast rzucać piłkę, pokazuje łapaczowi zdjęcie piłki. Porusza się w kierunku łapacza z prędkością światła (s), czyli około 300 milionów metrów na sekundę. Z kolei szybki łapacz pędzi w kierunku dzbanka z prędkością równą jednej dziesiątej prędkości światła, czyli 30 milionów metrów na sekundę. A co zobaczy ten nasz łapacz? Obraz piłki zbliżającej się do niej z prędkością 330 milionów metrów na sekundę? Nie! Na tym właśnie polega paradoks światła – wywołującego zamęt, denerwującego, czasem nawet denerwującego, ale jednocześnie wyzwalającego.

Catcher widzi obraz piłki zbliżającej się do niego dokładnie z prędkością światła, 300 milionów metrów na sekundę, nawet jeśli biegnie w jej kierunku i dodaje w ten sposób swoją prędkość do prędkości światła. Światło, niezależnie od prędkości poruszania się obserwatora względem źródła światła, porusza się zawsze z prędkością c. Zawsze. A jaką prędkość ruchu obrazu piłki ustala stojący miotacz? Zgadza się, również z. Jak więc dwóch obserwatorów, jeden poruszający się, a drugi stojący nieruchomo, ustala tę samą prędkość światła? Logika i zdrowy rozsądek mówią, że to niemożliwe. Ale teoria względności mówi, że taka jest rzeczywistość. I ta rzeczywistość została potwierdzona w eksperymencie Michelsona-Morleya.

Obaj obserwatorzy rejestrują tę samą prędkość światła, ponieważ fakt zmiany masy, przestrzeni i czasu – jakkolwiek niezrozumiałe może się wydawać – jest podstawowym prawem mechaniki relatywistycznej i Wszechświata, w którym żyjemy. Prawa rządzące tymi zmianami są takie, że w tym systemie nie dzieje się nic, co wydawałoby się absurdalne. Ten, kto jest w środku, nie zauważa żadnych zmian. Ale obserwując inny przesuwający się obok nas układ, widzimy, że wymiary obiektu wzdłuż kierunku ruchu maleją w stosunku do tych samych wymiarów obiektu, gdy jest w spoczynku. Co więcej, zegar pokazujący dokładny czas, kiedy był w spoczynku, poruszając się, zaczyna pozostawać w tyle za zegarem, „w spoczynku” w naszym układzie odniesienia.

Połączenie stałości prędkości światła i zasady względności nieuchronnie pociąga za sobą rozciągnięcie w czasie. Dylatację czasu można zademonstrować za pomocą eksperymentu myślowego podobnego do tego, którego użył Einstein do rozwinięcia podstawowych zasad względności. Przykład takiego eksperymentu myślowego podają Taylor i Wheeler w swojej klasycznej książce The Physics of Space and Time „0.

Rozważmy dwa układy odniesienia, z których jeden jest nieruchomy, a drugi ruchy. System stacjonarny to zwykłe laboratorium fizyczne. Drugi system to ruchomy z wysoka prędkość, całkowicie przezroczysta i przepuszczalna rakieta, wewnątrz której znajduje się załoga składająca się z absolutnie przezroczystych i przepuszczalnych naukowców. Rakieta, ze względu na swoją całkowitą przezroczystość i przepuszczalność, może przejść przez nasze laboratorium bez wchodzenia w jakąkolwiek interakcję z nią i jej zawartością. W laboratorium od punktu A (rys. 2) następuje rozbłysk światła, który przemieszcza się po skosie do lustra znajdującego się w punkcie M. Światło odbite od lustra przechodzi również po przekątnej do punktu B. Czas przylotu rakiety w laboratorium jest ustalana w taki sposób, aby w momencie zapłonu A rakiety pokrywała się z punktem A laboratorium. Niech prędkość rakiety będzie taka, aby punkt A rakiety pokrywał się z punktem B w laboratorium dokładnie w momencie, gdy błysk światła osiągnie punkt B. Obserwatorom w rakiecie będzie się wydawać, że światło wysłane z tego punktu rakiety A przechodzi bezpośrednio do punktu rakiety M i wraca z powrotem do punktu rakiety A. Ponieważ prędkość rakiety jest stała (jest to układ inercyjny), ludzie w rakiecie nie wiedzą, że się porusza.

Odległość przebyta przez światło, postrzegana przez pasażerów rakiety, wynosi 2y (od punktu A do punktu M iz powrotem). Ta sama droga światła widziana przez osoby w laboratorium jest sumą dwóch boków trójkąta - od punktu A do punktu M i od punktu M do punktu B. Oczywiście ta droga musi być większa niż droga widziana przez pasażerów rakiety. Możemy dokładnie obliczyć różnicę między nimi, korzystając z twierdzenia Pitagorasa. Zatem dochodzimy do wniosku, że droga światła obserwowanego z rakiety jest krótsza niż droga światła obserwowanego z laboratorium.

Figa. 2.

Przypomnijmy, że prędkość światła jest taka sama w obu systemach. Jest to jedna z mocno ugruntowanych fundamentalnych zasad teorii względności. Wiadomo również, że we wszystkich przypadkach czas potrzebny na przemieszczenie jest równy przebytej odległości podzielonej przez prędkość ruchu. Czas potrzebny na pokonanie 100 mil z prędkością 50 mil na godzinę to dwie godziny. Ponieważ prędkość światła, zarówno dla naukowców w laboratorium, jak i dla naukowców podróżujących w rakiecie, jest równa c, a odległość pokonana przez światło w laboratorium jest większa niż odległość pokonana w rakiecie, czas przerwa między błyskiem światła w punkcie A a dotarciem światła do punktu B powinna być większa w laboratorium niż w rakiecie.

Wydarzyło się tylko jedno wydarzenie. Był tylko jeden błysk światła, a światło obserwowane w dwóch klatkach odniesienia raz trafiło. Niemniej jednak czas trwania tego wydarzenia był inny, mierzony w dwóch różnych układach odniesienia.

Ta różnica w mierzonym czasie nazywana jest relatywistyczną dylatacją czasu i jest to ten odcinek, który w przekonujący sposób łączy sześć dni Stworzenia z 15 miliardami lat kosmologii.

Pojęcia leżące u podstaw ogólnej teorii względności są rozwinięciem idei szczególnej teorii względności, ale są one bardziej złożone. Podczas gdy szczególna teoria względności dotyczy systemów bezwładnościowych, ogólna teoria względności dotyczy zarówno systemów bezwładnościowych, jak i nieinercyjnych (przyspieszonych). W układach bezwładnościowych siły zewnętrzne – takie jak siły grawitacyjne – wpływają na ruch obiektów. Szczególną relatywistyczną właściwością grawitacji, która jest bezpośrednio związana z badanym przez nas problemem, jest to, że grawitacja – podobnie jak prędkość – powoduje dylatację czasu. Ten sam zegar działa szybciej na Księżycu niż na Ziemi, ponieważ grawitacja Księżyca jest słabsza. Jak zobaczymy, grawitacja odgrywa kluczową rolę w pogodzeniu stworzenia i Wielkiego Wybuchu.

Siły przyciągania grawitacyjnego odczuwane są tak samo jak siły powodujące przyspieszenie. Na przykład w windzie jadącej w górę czujemy siłę, z jaką podłoga naciska na nasze nogi; faktycznie popycha nas wraz z windą. Jest to postrzegane jako siła, którą czulibyśmy, stojąc w nieruchomej windzie, gdyby w jakiś sposób przyciąganie grawitacyjne Ziemi nagle wzrosło. Einstein argumentował, że skoro grawitacja jest postrzegana w taki sam sposób, jak każda inna siła, która powoduje zmianę ruchu, powinna prowadzić do tych samych rezultatów. Ponieważ siły przyspieszające powodują zmianę ruchu i rozciągnięcie w czasie, zmiany grawitacji również muszą prowadzić do rozciągnięcia w czasie.

Ponieważ aspekt teorii względności związany z dylatacją czasu jest bardzo istotny dla problemu unifikacji kalendarza kosmologicznego i biblijnego, bardzo ważne jest wykazanie, że dylatacja czasu naprawdę istnieje. Wszakże zmiany relatywistyczne stają się zauważalne tylko w tych przypadkach, gdy względne prędkości ruchu zbliżają się do prędkości światła. Nawet przy 30 milionach metrów na sekundę, co stanowi jedną dziesiątą prędkości światła, dylatacja czasu wydaje się być mniejsza niż jeden procent.

Prędkości zbliżone do prędkości światła są rzadko spotykane w Życie codzienne ale są powszechne w kosmologii i fizyce wysokich energii. To prawda, należy zauważyć, że prawdziwa okazja mierzenie dylatacji czasu nie czyni samego pomysłu bardziej zrozumiałym. Pozwala to jednak przejść z kategorii czysto teoretycznej koncepcji do pola faktów empirycznych. Dość szeroki zakres działalności człowieka – od eksperymentów w laboratoriach fizyki wysokich energii po regularne loty samolotów komercyjnych – umożliwia zademonstrowanie dylatacji czasu.

Jedną z wielu cząstek elementarnych, które powstają w procesie eksperymentów w laboratoriach fizycznych, jest mezon mu. Ma okres półtrwania półtora mikrosekundy. Mezony mu pojawiają się jednak nie tylko w laboratoriach fizyki wysokich energii, ale także w górnych warstwach ziemskiej atmosfery, gdy promienie kosmiczne zderzają się z jądrami atomów gazów atmosferycznych. Ponieważ energia promieniowania kosmicznego jest bardzo wysoka, mezony mu w momencie powstawania uzyskują prędkość prawie równą prędkości światła. Przy tak dużej prędkości następuje dylatacja czasu, którą można zmierzyć. Nawet poruszając się z prędkością bliską prędkości światła, mezon mu potrzebuje 200 mikrosekund, aby przebyć 60 kilometrów od warstwy atmosfery, z której pochodzą, na powierzchnię Ziemi. Ponieważ okres półtrwania mezonu mu wynosi półtora mikrosekundy, czas przejścia 200 mikrosekund obejmuje jego 133 okresy półtrwania. Przypomnijmy, że w każdym takim półokresie połowa pozostałych cząstek rozpada się. Po 133 półokresach ułamek mezonów mi, które powinny przetrwać i dotrzeć do powierzchni Ziemi, będzie równy „/ 2 x 1/2 x”/2, a więc 133 razy, co stanowi jedną milionową miliardową miliardowej części liczba mezonów mu, które rozpoczęły podróż na powierzchnię Ziemi. Liczba ta jest tak mała, że ​​prawie żaden mezon mu nie powinien dotrzeć do Ziemi. Zdecydowana większość z nich rozpadnie się po drodze. Jeśli jednak porównamy liczbę mezonów mi wytwarzanych w górnych warstwach atmosfery z liczbą mezonów mi, które dotarły do ​​powierzchni Ziemi, ku naszemu zdziwieniu stwierdzimy, że „/ 8 ich początkowej liczby z powodzeniem dociera do ich cel." Przeżycie "1/8 mionów oznacza, że ​​podczas ich 60-kilometrowej podróży ukończone są tylko trzy półokresy. Tak więc dla mezonu mu poruszającego się z prędkością bliską prędkości światła, upłynął (relatywistyczny) czas to tylko trzy pół okresu - 4,5 mikrosekundy (3 x 1,5 mikrosekundy) Obserwatorowi na powierzchni Ziemi zajmie to co najmniej 200 mikrosekund - minimalny czas potrzebny na przebycie 60 kilometrów z górnej atmosfery na powierzchnię. zdarzenie występuje w dwóch różnych przedziałach czasowych - 4,5 mikrosekundy w układzie odniesienia szybko poruszającego się mezonu mu i 200 mikrosekundy w układzie odniesienia obserwatora stojącego na powierzchni. razy, kiedy mówimy o jednym wydarzeniu. Jednak ze względu na to, że obserwator i obserwowany obiekt poruszają się względem siebie, istnieją dwa różne przedziały czasowe dla tego jednego zdarzenia. I oba są absolutnie poprawne!

Ale mezony mu są dość egzotycznymi cząstkami i sceptyk może się uśmiechnąć i potrząsnąć głową z niedowierzaniem. W końcu żaden obserwator nie może podróżować w towarzystwie mezonów mu. Polegamy tylko na ich półtrwaniu jako zegarze poruszającym się razem z nimi.

Ale co z prawdziwym zegarem i osobą poruszającą się z nim i mierzącą wydłużenie czasu w najbardziej bezpośredni sposób? Wyglądałoby to wyraźnie bardziej przekonująco. I to właśnie Hafele i Keating donieśli w prestiżowym czasopiśmie Science na Uniwersytecie Waszyngtońskim oraz w US Naval Laboratory. Wysłali do podróż dookoła świata Na samolotach Boeing 707 i Concorde, należących do TWA i Pan Am oraz podczas regularnych lotów komercyjnych, cztery zestawy zegarów cezowych. Ten zegarek został wybrany, ponieważ jest niezwykle dokładny.

Ziemia obraca się z zachodu na wschód. Jeśli spojrzysz na Ziemię z kosmosu, będąc nad nią biegun północny, zobaczymy, że lecąc na wschód prędkość samolotu jest dodawana do prędkości Ziemi. Zgodnie z przewidywaniami teorii względności zegary na pokładzie samolotu pozostawały w tyle za zegarami z US Naval Laboratory w Waszyngtonie (wszystkie zegary użyte w tym eksperymencie zostały dostarczone przez to laboratorium). Lecąc na zachód, prędkość samolotu jest odejmowana od prędkości obrotowej Ziemi i zgodnie z teorią względności zegar na pokładzie tego samolotu przesuwał się do przodu. Mówiąc słowami Hefele i Keating, „w nauce istotne fakty empiryczne mają większą moc niż argumenty teoretyczne. Wyniki te stanowią jednoznaczne empiryczne rozwiązanie słynnego paradoksu zegara „” 3.

Nie tylko percepcja czasu, ale sam przebieg czasu zmienia się w zależności od względnego ruchu obserwatorów. W każdym danym układzie odniesienia wszystko wygląda całkiem normalnie. Ale kiedy oba systemy są najpierw rozdzielone, a następnie ponownie połączone i porównywane są odczyty zegara, przebieg czasu w nich okazuje się inny (rzeczywiste „starzenie się”).

Szczególnie interesującym aspektem eksperymentów Hefele-Keatinga z dylatacją czasu było to, że testowały one zarówno szczególną, jak i ogólną teorię względności. Zgodnie z ogólną teorią względności różnica siły grawitacji wpływa na czas trwania w taki sam sposób, jak różnica prędkości względnej, co postuluje szczególna teoria względności. Wpływ pola grawitacyjnego na dowolny obiekt jest odwrotnie proporcjonalny do kwadratu odległości między obiektami. Wraz ze wzrostem odległości o połowę przyciąganie grawitacyjne zmniejsza się czterokrotnie. Im dalej obiekt znajduje się od Ziemi, tym słabiej przyciąga go Ziemia. Ponieważ samoloty w locie znajdują się wysoko nad powierzchnią Ziemi (zwykła wysokość lotu Boeinga 707 wynosi 10 km, a Concorde 20 km), wpływ grawitacyjny Ziemi na zegary na pokładzie samolotu był inny niż wpływ na zegary na powierzchni Ziemi w laboratoriach marynarki wojennej. Zarejestrowane eksperymentalnie zmiany w zegarze były zgodne z przewidywaniami ogólnej teorii względności (która uwzględnia zarówno wpływ ruchu, jak i grawitacji).

Ten eksperyment, podobnie jak wszystkie inne podobne, dowiódł, że szczególne i ogólne teorie względności Einsteina prawidłowo opisują rzeczywiste cechy naszego wszechświata. Teoria względności nie jest już czystą teorią. Względność jest udowodnionym, empirycznie udowodnionym faktem. Innymi słowy, teoria względności stała się prawem względności.

A teraz, w oparciu o to prawo, w oparciu o jedną z nauk przyrodniczych opisujących wszechświat, możemy kontynuować dyskusję na temat pierwszych sześciu dni Stworzenia - okresu, w którym nauki przyrodnicze i teologia na pierwszy rzut oka są ze sobą sprzeczne.

Rozważmy zmiany w relacji między Stwórcą, Wszechświatem i człowiekiem, jakie zaszły od tego momentu, który nazywamy „początkiem”. Jednocześnie nie powinniśmy tracić z pola widzenia faktu, że różnicę w przebiegu czasu można zarejestrować tylko wtedy, gdy porównamy obserwację tych samych zdarzeń z dwóch różnych układów odniesienia. Ale to nie wystarczy – i tak też musisz siły grawitacyjne w tych dwóch układach odniesienia różnią się one znacznie od siebie, czyli tak, że względna prędkość ich ruchu zbliża się do 300 milionów metrów na sekundę, czyli do prędkości światła. Wewnątrz każdego układu, niezależnie od jego względnej prędkości czy działającej w nim siły grawitacji, wszystko dzieje się w pełnej zgodzie z prawami Newtona, czyli wszystko wygląda normalnie i logicznie, tak jak na Ziemi, chociaż pędzimy z dużą prędkością przez przestrzeń .

Stwórca miał i nadal jest zainteresowany stworzeniem Wszechświata. Możemy to założyć na podstawie faktu, że wszechświat istnieje. Nie wiemy jednak, na czym polega to zainteresowanie. Jednak pewne wskazówki możemy znaleźć, analizując interakcje między Stwórcą a Wszechświatem na przestrzeni całego czasu jego powstania i istnienia. Tradycyjna teologia twierdzi, że gdyby Stwórca chciał stworzyć wszechświat za jednym zamachem, zrobiłby to. Ale z biblijnej narracji jasno wynika, że ​​nie było w jego planach stworzenia w pełni ukształtowanego wszechświata za pomocą jednego aktu. Z jakiegoś powodu wybrano metodę stopniowego rozwoju. A pierwsze dwa rozdziały książki „Genesis” poświęcone są właśnie opisowi stopniowego powstawania Wszechświata.

Jeśli będziemy grać według reguł, według których funkcjonuje dzisiejszy Wszechświat - a te reguły są nam znanymi prawami fizycznymi - to stopniowy rozwój Wszechświata z pierwotnej substancji, która istniała w czasie Wielkiego Wybuchu, był absolutnie konieczny do powstania człowieka. Ale sama Ziemia i wszystko, co na niej istnieje, nie jest bezpośrednim produktem Wielkiego Wybuchu. Powiedziano nam wyraźnie, że na samym początku Ziemia była bezkształtna i pusta, czyli po hebrajsku gohu i bohu. Czołowi fizycy, specjaliści w cząstki jądrowe, obecnie odnoszą się do T i B (tohu i bohu) jako dwóch oryginalnych „cegieł”, z których zbudowana jest cała materia. Siła Wielkiego Wybuchu dosłownie wepchnęła te Gi B w wodór i hel - w tym momencie prawie nie powstały żadne inne pierwiastki. I dopiero alchemia kosmosu stworzyła następnie wszystkie inne pierwiastki z pierwotnego wodoru i helu.

Ziemia i cały Układ Słoneczny to plątanina materii, która dotarła do nas po niezliczonych cyklach superkompresji we wnętrzach gwiazd. To ciśnienie ściskało wodór i hel tak mocno, że ich jądra połączyły się i ponownie rozdzieliły, tworząc cięższe pierwiastki, takie jak węgiel (prawdziwa substancja życia), żelazo, uran i inne 89 pierwiastków, które składają się na wszechświat. Następnie gwiazdy eksplodowały i wyrzucały nowo powstałe pierwiastki do Wszechświata, które chciwie je pożerały, wykorzystując je do tworzenia innych gwiazd. Narodziny gwiazd i ich śmierć były konieczne, aby ostatecznie przekształcić powstały w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu wodór i hel w pierwiastki niezbędne do stworzenia życia w znanej nam postaci. W swoich interpretacjach Biblii komentatorzy tacy jak Majmonides i Raszi wyjaśniali, że Bóg stworzył i zniszczył wiele światów w procesie tworzenia życia na Ziemi. Ale tutaj nie polegam na Majmonidesie; Powyższe informacje otrzymałem od astrofizyków Woosleya i Phillipsa.

Jeśli więc mamy wszystko na wszystkie sześć dni przed pojawieniem się Adama, jak możemy wcisnąć w ten okres wszystkie cykle tworzenia i niszczenia światów? Komentatorzy biblijni, na których się opieramy, jednoznacznie stwierdzają, że pierwsze sześć dni Stworzenia to sześć dni po 24 godziny każdy. Oznacza to, że ten, kto podążał za czasem, musiał wtedy rejestrować upływ tych właśnie 24 godzin na dobę. Ale kto mógł być obecny w tym czasie, aby mierzyć upływ czasu? Aż do chwili, gdy po sześciu dniach pojawił się Adam, tylko Pan Bóg mógł oglądać zegar. I o to właśnie chodzi.

Kiedy powstał nasz Wszechświat – aż do momentu pojawienia się człowieka – Bóg nie był ściśle związany z Ziemią. Podczas pierwszego lub dwóch dni sześciu dni Stworzenia Ziemia jeszcze nawet nie istniała! Chociaż Księga Rodzaju 1:1 mówi, że „Na początku Bóg stworzył niebo i ziemię”, w następnym wersecie czytamy, że ziemia była pusta i bezkształtna. Pierwszy werset Księgi Rodzaju jest w istocie stwierdzeniem najogólniejszego planu, to znaczy, że na samym początku została stworzona pierwotna substancja, z której przez następne sześć dni miały powstać niebiosa i ziemia. utworzone. Poniżej, w wersecie 31:17 księgi „Exodus”, jest to wyraźniej powiedziane: „...w ciągu sześciu dni Pan stworzył niebo i ziemię...”. Z czego „zrobione” były niebo i ziemia w ciągu tych sześciu dni? Z substancji stworzonej „na początku” tych sześciu dni. Ponieważ we wczesnym Wszechświecie nie było Ziemi i nie było możliwości ustanowienia ścisłego związku czy wzajemnego przenikania się układów odniesienia, nie było wspólnego kalendarza dla Boga i dla Ziemi.

Prawo względności nauczyło nas, że nawet dla Boga nie ma możliwości wyboru kalendarza, który byłby ważny dla wszystkich części Wszechświata, a przynajmniej dla ograniczonej ich liczby, która odegrała rolę w powstaniu ludzkości. Prawo względności, jedno z podstawowych praw Wszechświata ustanowione podczas jego tworzenia, uniemożliwia istnienie wspólnego układu odniesienia dla Stwórcy i dla każdej części całości materii, która ostatecznie przekształciła się w człowieczeństwo i w planeta Ziemia, na której żyje.

Wiemy, że zgodnie z prawem względności w rozszerzającym się Wszechświecie nie da się opisać czasu obejmującego pewną sekwencję zdarzeń w jednej części Wszechświata w taki sposób, aby był równy czasowi tych samych zdarzeń , ale obserwowane z innej części Wszechświata. Różnice w ruchu i siłach grawitacyjnych różnych galaktyk, a nawet gwiazd w jednej galaktyce zamieniają czas absolutny w zjawisko czysto lokalne. W różne części We wszechświecie czas płynie na różne sposoby.

Biblia to przewodnik turystyczny opisujący podróż ludzkości przez życie i czas. Aby zaszczepić w człowieku szacunek dla fizycznego cudu wszechświata, ten przewodnik zawiera opis procesu, który prowadził z pustego, bezkształtnego wszechświata do domu, w którym ludzkość może istnieć. Jednak wybór pewnego ujednoliconego przedziału czasowego do opisania tego procesu jest prawie niemożliwy, ponieważ zbyt wiele czynników bezpośrednio wpływa na szybkość upływu czasu. Czynniki te obejmują siły grawitacyjne w wielu gwiazdach, w głębi których pierwotny wodór i hel zamieniły się w pierwiastki leżące u podstaw życia, oraz ruch gazu międzygalaktycznego, który kondensuje się w procesie ruchu w mgławicy, a następnie w gwiazdy i supernową. eksplozje, oznaczające śmierć i późniejsze odrodzenie gwiazd, z których droga Mleczna i masa Ziemi. Upływ czasu był aspektem życia, który przed spostrzeżeniem Einsteina błędnie zakładaliśmy, że jest niezmienny. To nierealne, nie, po prostu niemożliwe, żeby ten sam zegar we wszystkich epokach mierzył wiek całej tej kosmicznej substancji, z której jesteśmy zrobieni.

Odyseja materii od materii Wielkiego Wybuchu do jej obecnego stanu była zbyt złożona, zbyt różnorodna, aby upływający w niej czas mógł być mierzony przez ten sam zegar. Kto może teraz powiedzieć, ile galaktyk lub jakie supernowe ostatecznie dały początek pierwiastkom, które składają się na naszą ciała fizyczne? My, ludzie, i wszystko inne w Układzie Słonecznym, w tym Słońce i planety, jesteśmy odłamkami dawno nieistniejących gwiazd. Jesteśmy dosłownie stworzeni z gwiezdnego pyłu. Do jakich atomów węgla, azotu czy tlenu odnosi się tym razem? Swoim czy atomom bliźniego? Do tych, które są częścią cząsteczek twojej skóry, czy tych, które są w kropli twojej krwi? Jest prawdopodobne, że każda z nich zaczęła się w głębinach różnych gwiazd i dlatego każda z nich ma swój niepowtarzalny wiek. Przemiany materii kosmicznej, które miały miejsce przed powstaniem Ziemi, zachodziły w miriadach gwiazd jednocześnie i sekwencyjnie. Każda gwiazda, każda supernowa miała swoją własną grawitację i własną prędkość ruchu, a zatem własny układ odniesienia czasoprzestrzeni.

Miliardy zegarów kosmicznych tykały (i nadal tykają), każdy w swoim własnym, lokalnie poprawnym tempie. Wszyscy zaczęli tykać w tym samym momencie – w momencie Wielkiego Wybuchu, i wszyscy jednocześnie osiągnęli okres pojawienia się Adama. Jednak czas absolutny, lokalny, który upłynął od „początku” do momentu, w którym każda z tych cząstek materii przyczyniła się do powstania ludzkości, był bardzo różny dla każdej gwiazdy i dla każdej cząstki. Choć przemiany materii rozpoczynały się i kończyły w tym samym czasie, z teorii Einsteina wynika, że ​​wiek każdej danej cząstki materii różni się bardzo znacząco od wieku innych cząstek materii, z którymi ostatecznie się połączyła, tworząc Układ Słoneczny a potem ludzkość. Nasze rozumowanie nie jest ani bardziej ani mniej wyrafinowane niż, powiedzmy, wykrycie 200 mikrosekund w ciągu tych 4,5 mikrosekund, które upływają, zanim mezony mi uformowane w górnych warstwach atmosfery pod wpływem promieniowania kosmicznego dotrą do powierzchni Ziemi. W 4,5 mikrosekundy mija 200 mikrosekund. Ten udowodniony fakt może być lepiej zrozumiany przez eksperyment myślowy Einsteina, w którym naukowcy na pokładzie rakiety pędzącej z dużą prędkością i naukowcy w stacjonarnym laboratorium rejestrują dwa różne okresy czasu dla tego samego zdarzenia. Ta sytuacja nie ma nic wspólnego z oświadczeniem zmarłego W.C. Fields, który powiedział, że przeżył cały tydzień w jeden długi wieczór w Filadelfii. Jego wypowiedź dotyczy sfery doznań emocjonalnych; w naszym przypadku mamy do czynienia z faktem fizycznym. Kiedy mówimy o miliardzie lat, nie mamy na myśli, że postrzegamy je jako miliard lat. Minął miliard lat! Gdyby w ciągu tych sześciu dni w tej części Wszechświata, którą obecnie zajmuje Ziemia, było kilka godzin, niekoniecznie zanotowałyby one 15 miliardów lat. We wczesnym wszechświecie krzywizna przestrzeni i czasu w tym miejscu była prawdopodobnie zupełnie inna niż obecnie.

Aby opisać konsekwentny rozwój wszechświata, trzeba było znaleźć jakiś kompromis. Jako taki kompromis Stwórca wybrał na czas poprzedzający pojawienie się Adama własny układ odniesienia, w którym cały Wszechświat był postrzegany jako jedna całość.

Stworzenie Adama różniło się jakościowo od wszystkich innych wydarzeń, które towarzyszyły stworzeniu wszechświata. Świadczyło o fundamentalnej zmianie w stosunku Boga do wszechświata. Wiemy, że wszystkie obiekty we Wszechświecie, organiczne i nieorganiczne, żywe i nieożywione, składają się z materii, której pochodzenie można prześledzić od pierwotnego stworzenia. W tym sensie ludzkość nie jest wyjątkiem. Wyjaśniono nam jednoznacznie, że materialnym źródłem naszego pochodzenia jest „kurz ziemi”. Wszystkie żywe istoty (Rdz 1:30), w tym człowiek (Rdz 2:7), otrzymały żywą duszę (po hebrajsku nefesz). Jednak tylko Adam otrzymał coś nowego, unikalnego dla całego Wszechświata - żywe tchnienie Boga (Rdz 2, 7).

I właśnie w tym momencie, kiedy Bóg tchnął w Adama jego tchnienie życia (po hebrajsku neszama), zarówno Stwórca, jak i jego stworzenie, zostali ze sobą nierozerwalnie związani. Właśnie w tym momencie z miliardów możliwych zegarów wybrano nieodwołalnie jedyne, za pomocą których odtąd trzeba było mierzyć przebieg wszystkich przyszłych wydarzeń.

W żargonie fizyków relatywistycznych, w momencie pojawienia się Adama, ta część Wszechświata, która stała się siedliskiem człowieka, zaczęła funkcjonować w tym samym układzie odniesienia czasoprzestrzeni, co jej Stwórca. Począwszy od tego momentu chronologia Biblii i bieg czasu na Ziemi stały się jednym – ogólna relacja czasoprzestrzenna między Bogiem a człowiekiem została teraz ustalona.

Wyniki tego nowe połączenie oczywiste na pierwszy rzut oka na tekst biblijny. Istnieje paralelizm między datami, do których Biblia odnosi wydarzenia, które miały miejsce po stworzeniu Adama, a odpowiadającymi im archeologicznymi oszacowaniami chronologii tych samych wydarzeń. Wiek brązu kalendarza biblijnego i epoka brązu archeologii pokrywają się. Według Biblii Chazor został zniszczony przez Jozuego 3300 lat temu; archeologia, jak się okazało po szczegółowych badaniach, przypisuje to wydarzenie temu samemu okresowi. Ta część kalendarza biblijnego rozpoczynająca się od stworzenia Adama wygląda w naszych oczach całkiem logicznie, a odkrycie Zwojów znad Morza Martwego dowodzi, że Biblia prawidłowo opisuje wydarzenia na tysiące lat przed ich potwierdzeniem przez współczesne znaleziska archeologiczne. Gdybyśmy nie znali prawa względności i gdybyśmy spróbowali datować wydarzenia, które miały miejsce na Ziemi w czasie po Adamie, z innego punktu Wszechświata, zastanawialibyśmy się teraz, dlaczego w naszej percepcji czas przeszły różni się od tego, który jest rejestrowany przez zegar na Ziemi.

W ciągu pierwszych sześciu dni istnienia naszego Wszechświata, Wieczny Zegar odmierzył 144 godziny. Teraz wiemy, że ten przedział czasu niekoniecznie pokrywa się z tym samym przedziałem czasu mierzonym w innej części wszechświata. Jako mieszkańcy tego Wszechświata szacujemy upływ czasu za pomocą zegarów znajdujących się w naszym lokalnym układzie odniesienia; takie zegary obejmują datowanie radioaktywne, dane geologiczne oraz pomiary prędkości i odległości w rozszerzającym się wszechświecie. To właśnie z tym zegarkiem ludzkość podróżuje w czasie i przestrzeni.

Kiedy Biblia opisuje, jak nasz wszechświat rozwija się dzień po dniu w ciągu pierwszych sześciu dni po stworzeniu, to rzeczywiście mówi o sześciu dniach po 24 godziny każdy. Ale układ odniesienia, w którym liczono te dni, obejmował cały Wszechświat. Ten pierwszy tydzień Stworzenia nie jest bynajmniej bajką mającą na celu zaspokojenie ciekawości dziecka, aby później, wraz z nadejściem mądrości dorosłego, została odrzucona jako niepotrzebna. Wręcz przeciwnie – zawiera aluzje wydarzeń, do zrozumienia których ludzkość dopiero teraz zaczyna się zbliżać.

Mędrcy, tłumacze Biblii, od dawna ostrzegali, że nasze postrzeganie wydarzeń z pierwszych sześciu dni Stworzenia nie będzie zgodne z naszym rozumieniem natury w dniach po Adamie. Zrozumieli to z opisu odpoczynku sabatu w Dziesięciu Przykazaniach. Jeśli porównamy tekst z Księgi Wyjścia 20:11 z tekstem z Zachariasza 5:11 i 2 Królów 21:10, zobaczymy, że te teksty używają tego samego słowa na odpoczynek, ale w różnych odcieniach. Ze sposobu użycia tego słowa można wywnioskować, że Bóg tak naprawdę nie „odpoczął” w pierwszy szabat. Stwórca raczej przerwał swoją pracę, aby rozejrzeć się po wszechświecie, który powstał w ciągu pierwszych sześciu dni. Nasze postrzeganie tej przerwy, zdaniem Majmonidesa, sprowadza się do tego, że przez cały czas, począwszy od tej pierwszej soboty, prawa natury, łącznie z upływem czasu, będą funkcjonować w „normalny” sposób. Natomiast bieg wydarzeń, które miały miejsce w ciągu pierwszych sześciu dni, mógł wydawać się nielogiczny, jakby doszło do naruszenia praw natury i czasu. Jak widać, przepowiednia mędrców, że będziemy postrzegać biblijne i naukowe obrazy wczesnego Wszechświata jako sprzeczny przyjaciel przyjaciel faktycznie się spełnił.

Pierwsza sobota wyznacza początek kalendarza odliczającego czas od stworzenia Adama. I to właśnie ta część kalendarza odpowiada naszemu logicznemu postrzeganiu rzeczywistości. Dzięki niezwykłemu faktowi względności czasu, prawu względności Einsteina, kalendarz biblijny jest poprawny w tych sześciu dniach. Nie trzeba tłumaczyć odkrycia znalezisk kopalnych faktem, że Stwórca celowo umieścił je tam, gdzie zostały znalezione, aby sprawdzić naszą wiarę w akt stworzenia lub zaspokoić naszą ciekawość. Tempo rozpadu radioaktywnego w skałach, meteorytach i znaleziskach kopalnych prawidłowo odzwierciedla upływ czasu, ale ten upływ czasu został zmierzony i nadal jest mierzony przez zegary znajdujące się w naszym ziemskim układzie odniesienia. Czas ustalony przez ten zegar był i nadal jest tylko względny, to znaczy tylko lokalnie prawdziwy. Inne zegary znajdujące się w innych układach odniesienia przypisują odmienne, ale nie mniej poprawne momenty czasowe do zdarzeń zachodzących na Ziemi. I tak będzie zawsze, dopóki wszechświat będzie przestrzegał praw natury.

LITERATURA

• 1. Raszi. "Komentarze do książki" Genesis ". 1: 1.
• 2. Nachmanidy. „Komentarze do Tory”. Księga Rodzaju 5: 4.
• 3. „Archeologia i badania Starego Testamentu”. Wyd. Tomasz. (Thomas, ed., Archeology and Old Testament Study).
• 4. Newton. „Matematyczne zasady filozofii przyrody”. (Newton, Matematyczne zasady filozofii naturalnej).
• 5. Einsteina. „Względność: teorie specjalne i ogólne”. (Einstein, Względność: teorie szczególne i ogólne).
• 6. Cohen. "Narodziny nowa fizyka”. (Cohen, Narodziny nowej fizyki).
• 7. Strony. „Doskonała symetria”. (Pagels, Doskonała symetria).
• 8. Shankland. Eksperyment Michelsona-Morleya. (Shankland, „Eksperyment Michelsona-Morleya”, American Journal of Physics, 32 (1964): 16).
• 9. Herman. „Pochodzenie teorii kwantowej” (1899-1913). (Hermann, Geneza teorii kwantowej (1899-1913)).
• 10. Taylor i Wheeler. „Fizyka czasoprzestrzeni”. (Taylor i Wheeler, Fizyka Czasoprzestrzeni).
• 11. Hefele i Keating, Zegar atomowy dookoła świata: obserwacje relatywistycznego przesunięcia czasu. (Hafele i Keating, „Wokół świata zegary atomowe: obserwowane relatywistyczne zyski czasu”. Science, 117 (1972): 168).
• 12. Woosley i Phillips, Supernowa 1987A1. (Woosley i Phillips, „Supernova 1987A!” Science 240 (1988): 750).
• 13. Majmonides. Mentor Wahających się, część I, rozdz. 67.

Szczególną teorią względności (SRT) lub szczególną teorią względności jest teoria Alberta Einsteina, opublikowana w 1905 roku w pracy „O elektrodynamice ciał w ruchu” (Albert Einstein – Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17 Strona 891-921 czerwca 1905).

Wyjaśniła ruch pomiędzy różnymi inercjalnymi układami odniesienia czy ruch ciał poruszających się względem siebie ze stałą prędkością. W takim przypadku żaden z obiektów nie powinien być traktowany jako układ odniesienia, ale należy je rozpatrywać względem siebie. SRT przewiduje tylko 1 przypadek, gdy 2 ciała nie zmieniają kierunku ruchu i poruszają się równomiernie.

Prawa SRT przestają działać, gdy jedno z ciał zmienia swoją trajektorię lub zwiększa prędkość. Tutaj odbywa się ogólna teoria względności (GTR), która daje ogólną interpretację ruchu obiektów.

Dwa postulaty, na których zbudowana jest teoria względności:

1. Zasada względności- Według niego, we wszystkich istniejących układach odniesienia, które poruszają się względem siebie z niezmienną prędkością i nie zmieniają kierunku, działają te same prawa.
2. Zasada prędkości światła- Prędkość światła jest taka sama dla wszystkich obserwatorów i nie zależy od prędkości ich ruchu. To najwyższa prędkość i nic w naturze nie ma duża prędkość... Prędkość światła wynosi 3*10^8 m/s.

Albert Einstein oparł się raczej na danych eksperymentalnych niż teoretycznych. To był jeden z elementów jego sukcesu. Nowe dane eksperymentalne posłużyły jako podstawa do stworzenia nowej teorii.

Fizycy z połowy XIX wieku poszukiwali nowego tajemniczego medium zwanego eterem. Wierzono, że eter może przechodzić przez wszystkie obiekty, ale nie uczestniczy w ich ruchu. Zgodnie z wierzeniami o eterze, zmieniając prędkość widza w stosunku do eteru, zmienia się również prędkość światła.

Einstein, ufając eksperymentom, odrzucił koncepcję nowego medium eterowego i przyznał, że prędkość światła jest zawsze stała i nie zależy od żadnych okoliczności, takich jak prędkość samego człowieka.

Przedziały czasowe, odległości i ich jednorodność

Szczególna teoria względności łączy interwały czasowe i przestrzeń. W materialnym wszechświecie są trzy znane w przestrzeni: prawo i lewo, przód i tył, góra i dół. Jeśli dodamy do nich inny wymiar, zwany temporalnym, stworzy on podstawę kontinuum czasoprzestrzennego.

Jeśli poruszasz się z małą prędkością, twoje obserwacje nie będą zbiegać się z ludźmi, którzy poruszają się szybciej.

Późniejsze eksperymenty potwierdziły, że przestrzeń, podobnie jak czas, nie może być postrzegana w ten sam sposób: nasza percepcja zależy od prędkości poruszania się obiektów.

Łączenie energii z masą

Einstein wyprowadził wzór łączący energię z masą. Ta formuła stała się powszechna w fizyce i jest znana każdemu uczniowi: E = m * c², w którym E-energia; m - masa ciała, c - prędkość rozprzestrzenianie światła.

Masa ciała wzrasta proporcjonalnie do wzrostu prędkości światła. Jeśli prędkość światła zostanie osiągnięta, masa i energia ciała stają się bezwymiarowe.

Zwiększając masę obiektu, trudniej jest osiągnąć wzrost jego prędkości, czyli dla ciała o nieskończenie ogromnej masie materialnej potrzebna jest nieskończona energia. Ale w rzeczywistości osiągnięcie tego jest nierealne.

Teoria Einsteina łączyła dwa oddzielne stanowiska: pozycję masy i pozycję energii w jedno ogólne prawo. Umożliwiło to zamianę energii na masę materialną i odwrotnie.

SRT, znana również jako specjalna teoria względności, to wyrafinowany opisowy model relacji czasoprzestrzennych, ruchu i praw mechaniki, stworzony w 1905 roku przez laureata Nagrody Nobla Alberta Einsteina.

Wchodząc na Wydział Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu w Monachium, Max Planck poprosił o radę profesora Philipa von Jolly, który w tym czasie był kierownikiem Wydziału Matematyki tej uczelni. Na co otrzymał radę: „W tym obszarze prawie wszystko jest już otwarte, a pozostaje tylko naprawić kilka niezbyt ważnych problemów”. Młody Planck odpowiedział, że nie chce odkrywać nowych rzeczy, a jedynie chce zrozumieć i usystematyzować już znaną wiedzę. W rezultacie z jednego takiego „niezbyt ważnego problemu” powstała później teoria kwantowa, a z innego teoria względności, za którą otrzymali Max Planck i Albert Einstein nagrody Nobla w fizyce.

W przeciwieństwie do wielu innych teorii, które opierały się na eksperymentach fizycznych, teoria Einsteina była prawie całkowicie oparta na jego eksperymentach myślowych i dopiero później została potwierdzona w praktyce. Więc w 1895 roku (w wieku zaledwie 16 lat) zastanawiał się, co by się stało, gdyby poruszał się równolegle do promienia światła z jego prędkością? W takiej sytuacji okazało się, że dla zewnętrznego obserwatora cząstki światła musiały oscylować wokół jednego punktu, co przeczyło równaniom Maxwella i zasadzie względności (która mówi, że prawa fizyczne nie zależą od tego, gdzie się znajdujesz i od prędkości). z którym się poruszasz). W ten sposób młody Einstein doszedł do wniosku, że prędkość światła powinna być nieosiągalna dla ciała materialnego, a pierwsza cegła została położona pod przyszłą teorią.

Kolejny eksperyment przeprowadził w 1905 roku i polegał na tym, że na końcach jadącego pociągu znajdują się dwa impulsowe źródła światła, które zapalają się jednocześnie. Dla obserwatora zewnętrznego, obok którego przejeżdża pociąg, oba te zdarzenia zachodzą jednocześnie, jednak dla obserwatora znajdującego się w środku pociągu wydaje się, że zdarzenia te miały miejsce w różnym czasie, ponieważ błysk światła od początku samochód przyjedzie wcześniej niż z jego końca (ze względu na stałą prędkość światła).

Wyciągnął z tego bardzo śmiały i daleko idący wniosek, że jednoczesność zdarzeń jest względna. Obliczenia uzyskane na podstawie tych eksperymentów opublikował w pracy „O elektrodynamice ciał w ruchu”. Co więcej, dla poruszającego się obserwatora jeden z tych impulsów będzie miał większą energię niż drugi. Aby prawo zachowania pędu nie zostało w takiej sytuacji naruszone podczas przechodzenia z jednego układu inercjalnego do drugiego, konieczne było, aby obiekt, wraz z utratą energii, tracił również masę. W ten sposób Einstein doszedł do wzoru charakteryzującego związek między masą a energią E = mc 2 - który jest prawdopodobnie najbardziej znanym obecnie wzorem fizycznym. Wyniki tego eksperymentu zostały przez niego opublikowane w tym samym roku.

Podstawowe postulaty

Stałość prędkości światła- do 1907 prowadzono eksperymenty z pomiarem z dokładnością ± 30 km/s (co było więcej niż prędkość orbitalna Ziemi), które nie wykryły jej zmian w ciągu roku. Był to pierwszy dowód na niezmienność prędkości światła, który został później potwierdzony w wielu innych eksperymentach, zarówno przez eksperymentatorów na Ziemi, jak i przez automatyczne urządzenia w kosmosie.

Zasada względności- ta zasada określa niezmienność prawa fizyczne w dowolnym punkcie przestrzeni i w dowolnym bezwładnościowym układzie odniesienia. Czyli niezależnie od tego, czy poruszasz się z prędkością około 30 km/s po orbicie Słońca razem z Ziemią, czy w statek kosmiczny daleko poza jego granice - przeprowadzając fizyczny eksperyment, zawsze osiągniesz te same wyniki (jeśli w tym czasie twój statek nie przyspiesza lub nie zwalnia). Zasada ta została potwierdzona przez wszystkie eksperymenty na Ziemi i Einstein rozsądnie uznał tę zasadę za prawdziwą dla reszty wszechświata.

Konsekwencje

Za pomocą obliczeń opartych na tych dwóch postulatach Einstein doszedł do wniosku, że czas obserwatora poruszającego się na statku powinien zwalniać ze wzrostem prędkości, a on sam wraz ze statkiem powinien zmniejszać się w kierunku ruchu (w celu skompensowania skutków ruchu i przestrzegania zasady względności). Z warunku skończonej prędkości dla ciała materialnego wynikało również, że reguła dodawania prędkości (która w mechanice Newtona miała prostą postać arytmetyczną) powinna zostać zastąpiona bardziej złożonymi transformacjami Lorentza – w tym przypadku nawet jeśli dodamy dwie prędkości przy 99% prędkości światła, otrzymujemy 99,995% tej prędkości, ale jej nie przekroczymy.

Stan teorii

Ponieważ Einstein potrzebował tylko 11 lat, aby stworzyć ogólną wersję określonej teorii z określonej teorii, nie przeprowadzono żadnych eksperymentów, aby bezpośrednio potwierdzić SRT. Jednak w tym samym roku, w którym został opublikowany, Einstein opublikował również swoje obliczenia wyjaśniające przemieszczenie peryhelium Merkurego do ułamków procentowych, bez potrzeby wprowadzania nowych stałych i innych założeń, które były wymagane przez inne teorie, aby wyjaśnić ten proces. Od tego czasu poprawność ogólnej teorii względności została potwierdzona eksperymentalnie z dokładnością 10 -20, a na jej podstawie dokonano wielu odkryć, co jednoznacznie dowodzi słuszności tej teorii.

Mistrzostwa otwarcia

Kiedy Einstein opublikował swoje pierwsze prace na temat szczególnej teorii względności i zaczął pisać jej ogólną wersję, inni naukowcy odkryli już znaczną część formuł i idei leżących u podstaw tej teorii. Powiedzmy więc, że transformacja Lorentza w ogólny widok zostały po raz pierwszy uzyskane przez Poincaré w 1900 roku (5 lat przed Einsteinem) i zostały nazwane na cześć Hendrika Lorentza, który otrzymał przybliżoną wersję tych przemian, chociaż nawet w tej roli został wyprzedzony przez Voldemara Vogta.