Харьцангуйн онол - энэ юу вэ? Харьцангуйн онолын таамаглал. Харьцангуйн онол дахь цаг хугацаа ба орон зай

20-р зууны эхэн үед харьцангуйн онолыг боловсруулсан. Үүнийг хэн бүтээгч, хэн нь бүтээгч вэ, өнөөдөр сурагч бүрийг мэддэг. Шинжлэх ухаанаас хол байгаа хүмүүс үүнийг сонирхож байгаа нь үнэхээр гайхалтай. Энэ өгүүллээр боломжтой хэл нь харьцангуйн онолыг юу гэж үздэг вэ? Энэ нь юу гэсэн үг вэ, түүний байрлал, хэрэглээ юу вэ?

Тэдний бүтээсэн Альберт Эйнштейнд epiphany-ыг хэсэг хугацааны дараа иржээ. Эрдэмтэн Швейцарийн Берн хотод трамвай унадаг гэсэн байна. Тэр гудамжны гудамжаар харж, трамвай гэрлийн хурд руу хурдаслаа гэхэд энэ цаг зогсох болно. Энэ тохиолдолд цаг хугацаа байх ёсгүй. Харьцангуйн онол дахь цаг хугацаа маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Эйнштейний боловсруулсан нэг байр суурь нь янз бүрийн аргаар ажиглагчдад бодит байдлыг хүлээн зөвшөөрдөг. Энэ нь цаг хугацаа, зайнд хамаарна.

Ажиглагчийн байр суурийг бүртгэх

Тэр өдөр Альберт шинжлэх ухааны хэлээр аливаа үзэгдэл буюу үйл явдлын тухай тайлбар нь тухайн ажиглагчийн хүрээнээс хамаарна гэдгийг ойлгосон. Жишээлбэл, хэрэв трамвайн зорчигчийн зарим нь нүдний шилээ унагавал тэдэн рүү босоо унах болно. Хэрвээ та гудамжны явган зорчигчдын байрлалаас харвал унах зам нь параболатай таарах бөгөөд трамвай шил болон унадаг дугуй унах зэрэг болно. Тиймээс тус бүр өөрийн гэсэн лавлах хүрээтэй байдаг. Бид харьцангуйн онолын суурьлалыг илүү нарийвчлан авч үзье.

Хуваарилагдсан хөдөлгөөн ба харьцангуйн зарчим

Хэдийгээр жишиг системийг өөрчлөх үед үйл явдлын тайлбар өөрчлөгдөж байгаа ч гэсэн өөрчлөгдөөгүй үлдсэн бүх зүйл ч бас байдаг. Үүнийг ойлгохын тулд бид нүдний шил унахаас өөрсдийгөө асуух ёстой, гэхдээ энэ нь уналтад хүргэх байгалийн хууль юм. Аливаа ажиглагчийн хувьд энэ нь хөдөлгөөнт эсвэл тогтмол координатын системд байгаа эсэхээс үл хамааран түүний хариулт өөрчлөгдөхгүй хэвээр үлдэнэ. Энэ хуулийг хуваарилах хөдөлгөөн гэж нэрлэдэг. Энэ нь трамвай болон гудамжинд адилхан үйлчилдэг. Өөрөөр хэлбэл, хэрэв үйл явдлуудын тайлбар нь тэдгээрийг хэн ажигласнаас хамаардаг бол энэ нь байгалийн хуулинд хамаарахгүй. Тэд шинжлэх ухааны хэлээр ярьдаг шигээ байдаг. Энэ бол харьцангуйн зарчим юм.

Эйнштейний хоёр онол

Энэ зарчим нь бусад таамаглалуудын нэгэн адил эхлээд бидний бодит байдалд үйл ажиллагаагаа явуулдаг байгалийн үзэгдлүүдтэй уялдуулан баталгаажуулсан юм. Эйнштейн хоёр онолыг харьцангуйн зарчмаас дүгнэв. Тэдгээр нь хоорондоо холбоотой боловч тэдгээрийг тусдаа гэж үзнэ.

Хувийн, эсвэл тусгай, харьцангуйн онол (SRT) нь хөдөлгөөний хурд тогтмол байгаа бүх боломжит лавлах тогтолцоонд тулгуурлан, байгалийн хуулиуд хэвээр байна. Харьцангуйн ерөнхий онол (GTR) нь энэхүү зарчмыг хурдасгууртай хөдөлж байгаа бүх хүрээний жишигт хүргэдэг. 1905 онд А. Эйнштейн эхний онолыг хэвлүүлэв. Хоёрдугаарт 1916 онд дууссан математик аппаратын хувьд илүү төвөгтэй. Харьцангуйн онолыг SRT, GRT хоёрын аль аль нь физикийн хөгжилд чухал үе болсон. Тэдгээрийг бүгдийг нь нарийвчлан үзье.

Харьцангуйн тусгай онол

Энэ юу вэ, түүний мөн чанар юу вэ? Энэ асуултанд хариулъя. Энэ бол дэлхий дээр хэрхэн ажилладаг талаархи бидний төсөөлөлтэй зөрчилдөх олон зөрчилдөөнийг таамаглах энэхүү онол юм. Эдгээр нь хөдөлгөөний хурдыг гэрлийн хурданд ойртох үед ажиглагдаж буй нөлөө юм . Тэдний дунд хамгийн алдартай нь цаг хугацааг удаашруулах нөлөө юм. Ажиглагчидтай харьцах цаг нь түүний хувьд түүний гараас илүү удаан байдаг.

Координатын системд гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдаар хөдөлж байх үед ажиглагчийнхтай харьцуулахад цаг хугацаа сунадаг ба объектуудын (орон зайн цар хүрээ) уртыг эсрэгээр нь хөдөлгөөний хөдөлгөөний тэнхлэгийн дагуу шахдаг. Энэ нөлөөг Л Lorentz-Fitzgerald хэмээх гэнэ. 1889 онд тэрээр Италийн физикч Жорж Фитжералдын дүрсэлсэн байна. Мөн 1892 онд Голландын иргэн Хендрик Лорентз түүнийг дэмжиж байжээ. Энэ үр дагавар нь Майксонсон-Морлейн туршилтын үр дүнг тайлбарлавал манай гарагийн хөдөлгөөн нь "эфх салхи" хэмээх хэмжээсээр тодорхойлогддог. Эдгээр нь харьцангуйн онол (тусгай) онолын суурьлал юм. Эйнштейн эдгээр тэгшитгэлийг адилтгах замаар массын хувиргах томъёогоор нэмсэн. Түүний хэлснээр биеийн хурд нь гэрэл хурдтай ойртох тусам биеийн жин нэмэгдэх болно. Жишээлбэл, хурд нь 260 миль / сек бол гэрлийн хурдны 87%, ажиглагчийн үзэл бодлоос үл хамааран объектын масс хоёр дахин нэмэгдэх болно.

SRT-ийн баталгаа

Эйнштейний цаг хугацаа нь янз бүрийн туршилтууд дээр шууд ба бүрэн баталгааг олж авсан цагаас хойш эдгээр бүх заалтууд нь ямар ч утгаараа зөрчилдөхгүй байсан ч хамаагүй. Тэдний нэг нь Мичиганы их сургуулийн эрдэмтэн судлаачид байв. Энэхүү гайхалтай туршлага нь физикийн харьцангуйн онолыг баталдаг. Судлаачид нислэгийн тийрэлтэт нислэг, хэт нарийн атомын цагийг тогтмол хийдэг нисэх онгоцонд байрлуулсан байна . Онгоцны буудал руу буцах болгондоо эдгээр цагийн гэрчлэлийн хяналтыг шалгав. Онгоцны цаана цаг тутамд хяналтын цаана хоцрох тусам эргэж байв. Мэдээжийн хэрэг, энэ нь зөвхөн жижиг тоо, нэг секундын фракцын тухай байсан, гэхдээ энэ нь үнэхээр илт байна.

Өнгөрсөн зууны зууны туршид судлаачид хурдатгалжуулагчид бага хэмжээний тоосонцорыг судалж байна. Тэдний дотор электрон хурд буюу протонуудын цацраг нь хурдны хурдтай ойртох хүртэл хурдатгалыг хурдасгадаг . Үүний дараа тэд цөмийн зорилтыг халж байна. Эдгээр туршилтуудад бөөмийн масс нэмэгдэж байгааг харгалзан үзвэл туршилтын үр дүнг тайлбарлах боломжгүй болно. Энэ талаар SRT удаан хугацааны туршид онолын онол байсан. Энэ нь инженерчлэлийн хууль, Ньютоны хуультай хамт хэрэглэсэн инженерчлэлийн хэрэгслүүдийн нэг болсон юм. Харьцангуйн онолын зарчмууд бидний өнөө үед агуу практик хэрэглээтэй болсон.

SRT, Ньютоны хуулиуд

Ньютоны хуулиудыг (энэ эрдэмтний хөрөг дээр үзүүлэв) ярихад харьцангуйн онолын тухай онол нь Newton-ийн хуулиудын тэгшитгэлийг бараг яг адилхан хуулбарладаг Гэрлийн хурдаас хамаагүй бага. Өөрөөр хэлбэл, харьцангуйн тусгай онолыг хэрэглэж байгаа бол Ньютоны физик бүхэлдээ татгалзаагүй байна. Энэ онол нь эсрэгээр нэмэгдэл бөгөөд үүнийг нэмэгдүүлдэг.

Гэрлийн хурд нь бүх нийтийн тогтмол байдаг

Харьцангуйн зарчмаа ашиглан дэлхийн бүтцийн өгөгдсөн загварт яагаад өөр ямар нэг зүйл биш харин гэрлийн хурдаар маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг ойлгож чадна. Энэ асуултыг физиктэй танилцаж эхэлдэг хүмүүсээс асууж байна. Байгалийн шинжлэх ухааны хуулиар тодорхойлогддог (илүү нарийвчилсан мэдээллийг Максвеллийн тэгшитгэлийг үзнэ үү) гэрлийн хурд нь бүх нийтийн тогтмол юм. Вакуум дахь гэрлийн хурд нь харьцангуйн зарчмын үйл ажиллагааны улмаас ямар ч лавлагаа хүрээнд ижил байна. Энэ нь нийтлэг утгаараа зөрчилдөж байгаа гэж та бодож магадгүй. Энэ нь суурин эх үүсвэр болон хөдөлгөөнт гэрлийг хоёуланг нь нэгэн зэрэг ажиглагчид хүрч чаддаг (тэд хэр хурдан хөдөлж байгаагаас үл хамааран). Гэхдээ энэ нь тийм биш юм. Гэрлийн хурд нь онцгой үүрэгтэй учраас зөвхөн онцгой тохиолдолд төдийгүй харьцангуйн ерөнхий байр суурийг эзэлдэг. Бид бас энэ тухай ярих болно.

Харьцангуйн ерөнхий онол

Үүнийг бид аль хэдийнээ хэлсэнчлэн, иш татсан бүх хүрээний хувьд, бие биетэйгээ харьцангуй хөдөлгөөнийг хурдасгадаг хүмүүс заавал байх албагүй. Математикийн хувьд энэ онол онцгой шинж чанараас хамаагүй илүү төвөгтэй байдаг. Энэ нь тэдний нийтлэлүүдийн хооронд 11 жил өнгөрчээ. GTR нь онцгой тохиолдол юм. Үүний үр дүнд Ньютоны хуулиуд үүнийг мөн оруулдаг. Гэсэн хэдий ч UTO нь өмнөх үеийнхээсээ илүү их явдаг. Жишээлбэл, энэ нь хүндийн хүчний шинэ арга замыг тайлбарладаг.

Дөрөвдүгээр хэмжээс

OTO-ийн ачаар дэлхий дөрвөн хэмжээст болдог: цаг хугацаа нь гурван орон зайн хэмжээн дээр нэмэгдэх болно. Тэд бүгд хоорондоо салшгүй холбоотой учраас бид хоёр объектын хооронд гурван хэмжээст ертөнцөд байгаа орон зайн зайг ярих хэрэггүй. Энэ нь одоо цаг хугацаа, орон зайн болон цаг хугацааны алслагдмал байдал хоёулаа нэг нэгнээсээ нэгддэг олон төрлийн үйл явдлын хоорондын зай юм. Өөрөөр хэлбэл, харьцангуйн онол дахь цаг хугацаа ба орон зайг дөрвөн хэмжээст тасралтгүй хэлбэр гэж үздэг. Энэ нь орон зайн цаг гэж тодорхойлогдож болно. Энэ үргэлжлэлд хоёр үйл явдлын зэрэгцээ, эсвэл тэдгээрийн аль нэг нь нэгэн зэрэг давхцсан эсэх талаар өөр өөр үзэл бодолтой байх болно. Гэсэн хэдий ч учир шалтгааны холбоо нь зөрчигддөггүй. Өөрөөр хэлбэл, хоёр үйл явдал нь өөр өөр дарааллаар тохиолддог кредит систем байгаа бөгөөд нэг зэрэг зэрэг нь GRT-г зөвшөөрдөггүй.

OTO болон таталцлын түгээмэл хууль

Newton-ээс олж илрүүлсэн таталцлын тухай хуулиар хоёр бие бодийн хооронд харилцан таталцлын хүч оршдог. Энэ байрлалаас дэлхий нарыг эргэн тойрон эргэлддэг, учир нь тэд хоорондоо харилцан сонирхдог хүч байдаг. Гэсэн хэдий ч Грузи хүч нь энэ үзэгдэл нөгөө талаас харж болно. Энэхүү онолоор бол татах хүч нь массын нөлөөн дор ажиглагдсан орон зайн цаг хугацааны "муруйлт" (деформаци) үр дагавар юм. Биеийн хүнд (бидний жишээн дээр, Нар), илүү орон зай-цаг нь доор "нугардаг". Тиймээс түүний таталцлын талбар илүү хүчтэй байдаг.

Харьцангуйн онолын мөн чанарыг илүү сайн ойлгохын тулд харьцуулалтыг хийцгээе. Грекийн генийн дагуу дэлхий тойрон эргэлддэг, нарыг тойрон эргэх "оргох" үр дүнд үүссэн юүлүүрт тойрон эргэлддэг жижиг бөмбөлөг шиг эргэдэг. Гэтэл бидний таталцлын хүчин зүйл бол үнэндээ Ньютоны ойлголтоор энэ муруйлтын гаднах илрэл юм. UTO-д санал болгосонаас илүү хүндийн үзэгдлийн хамгийн сайн тайлбарыг одоогоор олоогүй байна.

GRT-ийн шинжилгээний арга

Лабораторийн үр дүн нь бараг бүх төрлийн таталцлын тухай хуультай шууд холбоотой тул GRT -ийг шалгахад хялбар биш гэдгийг анхаарна уу. Гэсэн хэдий ч эрдэмтэд хэд хэдэн чухал туршилтуудыг явуулсан хэвээр байна. Тэдний үр дүнг бид Эйнштейний онол батлав. Үүний зэрэгцээ GTR нь сансар огторгуйд ажиглагдсан янз бүрийн үзэгдлүүдийг тайлбарлахад тусалдаг. Жишээлбэл, энэ нь мөнгөн усыг тойрог замаасаа бага зэргийн гажуудал юм. Ньютоны сонгодог механик үзэл бодлын үүднээс тайлбарлах боломжгүй юм. Үүнээс гадна алслагдсан ододоос үүсэх цахилгаан соронзон цацраг Наранд ойртож байх үед үүсдэг.

GRT-ийн таамаглаж буй үр дүнгүүд нь Ньютоны хуулиудыг (түүний зургийг дээр үзүүлсэн) ялгаатай нь үнэхээр өөрөөр хэлбэл таталцлын гравитацийн талбарууд байгаа үед л өөр байна. Иймээс бид харьцангуйн ерөнхий онолыг бүрэн шалгахын тулд тэдгээрийн талаархи ердийн ойлголтыг хэрэглэх боломжгүй тул асар их масс буюу хар нүхний объектын маш нарийн хэмжилтийг хийх хэрэгтэй. Тиймээс энэхүү онолыг турших туршилтын аргуудыг хөгжүүлэх нь орчин үеийн туршилтын физикийн гол ажлуудын нэг юм.

Олон эрдэмтэд, тэр ч бүү хэл шинжлэх ухаанаас хасагдсан хүмүүс оюун ухааныг Эйнштейний харьцангуйн онолоор эзэмшдэг. Энэ юу гэсэн үг вэ гэж бид товчхон хэлсэн. Энэ онол дэлхий ертөнцийн тухай бидний ердийн ойлголтыг өөрчилдөг, тиймээс түүний ашиг сонирхол арилахгүй хэвээр байна.