Bendroji reliatyvumo teorija papildyta išvada, kad. Specialioji Einšteino reliatyvumo teorija: trumpai ir paprastais žodžiais

Specialusis reliatyvumas (SRT) arba privatus reliatyvumas yra Alberto Einšteino teorija, paskelbta 1905 m. veikale „Apie judančių kūnų elektrodinamiką“ (Albert Einstein – Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891- 1905 m. birželio 921 d.).

Tai paaiškino judėjimą tarp skirtingų inercinių atskaitos rėmų arba kūnų, judančių vienas kito atžvilgiu pastoviu greičiu, judėjimą. Šiuo atveju nė vienas iš objektų neturėtų būti laikomas atskaitos sistema, bet turi būti vertinamas vienas kito atžvilgiu. SRT suteikia tik 1 atvejį, kai 2 kūnai nekeičia judėjimo krypties ir juda tolygiai.

Specialiojo reliatyvumo dėsniai nustoja veikti, kai vienas iš kūnų pakeičia judėjimo trajektoriją arba padidina greitį. Čia vyksta bendroji reliatyvumo teorija (GR), kuri pateikia bendrą objektų judėjimo interpretaciją.

Du postulatai, kuriais remiasi reliatyvumo teorija, yra šie:

1. Reliatyvumo principas– Anot jo, visose esamose atskaitos sistemose, kurios viena kitos atžvilgiu juda pastoviu greičiu ir nekeičia krypties, veikia tie patys dėsniai.
2. Šviesos greičio principas– Šviesos greitis yra vienodas visiems stebėtojams ir nepriklauso nuo jų judėjimo greičio. Tai didžiausias greitis, ir niekas gamtoje neturi didesnio greičio. Šviesos greitis 3*10^8 m/s.

Albertas Einšteinas rėmėsi eksperimentiniais, o ne teoriniais duomenimis. Tai buvo vienas iš jo sėkmės komponentų. Nauji eksperimentiniai duomenys buvo naujos teorijos kūrimo pagrindas.

Fizikai su devynioliktos vidurysšimtmečius ieškojo naujos paslaptingos terpės, vadinamos eteriu. Buvo manoma, kad eteris gali praeiti per visus objektus, bet nedalyvauja jų judėjime. Remiantis įsitikinimais apie eterį, keičiant žiūrovo greitį eterio atžvilgiu, keičiasi ir šviesos greitis.

Einšteinas, pasitikėdamas eksperimentais, atmetė šią mintį nauja aplinka eterio ir darė prielaidą, kad šviesos greitis visada yra pastovus ir nepriklauso nuo jokių aplinkybių, pavyzdžiui, nuo paties žmogaus greičio.

Laiko intervalai, atstumai ir jų vienodumas

Specialioji reliatyvumo teorija susieja laiką ir erdvę. Materialioje Visatoje yra žinomos 3 erdvės: dešinė ir kairė, pirmyn ir atgal, aukštyn ir žemyn. Jei prie jų pridėsime kitą dimensiją, vadinamą laiku, tai bus erdvės ir laiko kontinuumo pagrindas.

Jei judate lėtai, jūsų stebėjimai nesutaps su greičiau judančiais žmonėmis.

Vėlesni eksperimentai patvirtino, kad erdvė, kaip ir laikas, negali būti suvokiama vienodai: mūsų suvokimas priklauso nuo objektų judėjimo greičio.

Energijos ryšys su mase

Einšteinas sugalvojo formulę, kuri sujungė energiją su mase. Ši formulė tapo plačiai paplitusi fizikoje ir yra žinoma kiekvienam studentui: E=m*s², kuriame E-energija; m- kūno masė, c greitisšviesos sklaida.

Kūno masė didėja proporcingai šviesos greičio didėjimui. Jei pasiekiamas šviesos greitis, kūno masė ir energija tampa bematė.

Didinant objekto masę, tampa sunkiau pasiekti jo greičio padidėjimą, t.y. kūnui, kurio materialinė masė be galo didelė, reikia begalinės energijos. Tačiau iš tikrųjų to pasiekti neįmanoma.

Einšteino teorija sujungė dvi atskiras pozicijas: masės padėtį ir energijos padėtį į vieną bendrą dėsnį. Tai leido energiją paversti materialia mase ir atvirkščiai.

„ZS“ Nr.7-11 / 1939 m

Levas Landau

Šiais metais didžiausias šių laikų fizikas Albertas Einšteinas sukako 60 metų. Einšteinas garsėja savo reliatyvumo teorija, kuri sukėlė tikrą revoliuciją moksle. Mūsų supratimu apie mus supantį pasaulį reliatyvumo principas, kurį Einšteinas iškėlė dar 1905 m., sukėlė tą pačią didžiulę revoliuciją, kurią savo laiku padarė Koperniko doktrina.
Prieš Koperniką žmonės manė, kad gyvena absoliučiai ramiame pasaulyje, nejudančioje Žemėje – visatos centre. Kopernikas panaikino šį seną išankstinį nusistatymą, įrodydamas, kad iš tikrųjų Žemė yra tik mažytis smėlio grūdelis didžiuliame pasaulyje, kuris nuolat juda. Tai buvo prieš keturis šimtus metų. O dabar Einšteinas parodė, kad toks mums pažįstamas ir iš pažiūros visiškai aiškus dalykas kaip laikas taip pat turi visiškai kitokias savybes nei tos, kurias jam paprastai priskiriame...

Norint visiškai suprasti šią labai sudėtingą teoriją, reikalingos puikios matematikos ir fizikos žinios. Tačiau kiekvienas kultūringas žmogus gali ir turi turėti bendrą supratimą apie tai. Tokią bendrą Einšteino reliatyvumo principo idėją pabandysime pateikti savo straipsnyje, kuris dalimis bus paskelbtas trijuose „Žinios yra galia“ numeriuose.

Apdorojant šį straipsnį jaunajam skaitytojui dalyvavo E. Zelikovičius, I. Nechajevas ir O. Pisarževskis.

Reliatyvumas, prie kurio esame pripratę

Ar kiekvienas teiginys turi prasmę?

Akivaizdu, kad ne. Pavyzdžiui, jei pasakysite „bee-ba-boo“, niekas šiame šauktuke neras jokios prasmės. Tačiau net ir gana prasmingi žodžiai, sujungti pagal visas gramatikos taisykles, taip pat gali duoti visišką nesąmonę. Taigi frazei „lyrinis sūris juokiasi“ sunku priskirti kokią nors reikšmę.

Tačiau ne visos nesąmonės yra tokios akivaizdžios: labai dažnai teiginys, iš pirmo žvilgsnio, gana pagrįstas, iš esmės pasirodo absurdiškas. Sakyk, pavyzdžiui, kurioje Puškino aikštės pusėje Maskvoje yra paminklas Puškinui: dešinėje ar kairėje?

Į šį klausimą atsakyti neįmanoma. Jei eisite iš Raudonosios aikštės į Majakovskio aikštę, paminklas bus kairėje, o jei važiuosite priešinga kryptimi, jis bus dešinėje. Akivaizdu, kad nenurodant krypties, kurios atžvilgiu laikome „dešinę“ ir „kairiąją“, šios sąvokos neturi reikšmės.

Lygiai taip pat neįmanoma pasakyti, kas dabar yra pasaulyje: diena ar naktis? Atsakymas priklauso nuo to, kur užduodamas klausimas. Kai diena Maskvoje, tai naktis Čikagoje. Todėl teiginys „dabar diena ar naktis“ neturi reikšmės, nebent būtų nurodyta, į kurią Žemės rutulio vietą jis kalba. Tokios sąvokos bus vadinamos „santykinėmis“.

Dviejuose čia pateiktuose piešiniuose pavaizduotas piemuo ir karvė. Viename paveikslėlyje piemuo didesnis už karvę, o kitame – už piemenį. Bet visiems aišku, kad čia nėra jokio prieštaravimo. Piešinius darė įvairiose vietose buvę stebėtojai: pirmasis buvo arčiau karvės, antrasis – arčiau piemens. Paveiksluose svarbu ne objektų dydis, o kampas, kuriuo šiuos objektus matytume realybėje.

Akivaizdu, kad objekto „kampinis dydis“ yra santykinis: jis priklauso nuo atstumo tarp jų ir objekto. Kuo objektas arčiau, tuo didesnis jo kampinis dydis ir kuo didesnis jis atrodo, o kuo toliau objektas, tuo mažesnis jo kampinis dydis ir mažesnis.

Absoliutus pasirodė esąs santykinis

Tačiau ne visada mūsų sąvokų reliatyvumas yra toks akivaizdus kaip pateiktuose pavyzdžiuose.

Mes dažnai sakome „viršuje“ ir „apačioje“. Ar šios sąvokos yra absoliučios ar santykinės? Senais laikais, kai dar nebuvo žinoma, kad Žemė yra sferinė, o ji buvo įsivaizduojama kaip plokščias blynas, buvo savaime suprantama, kad „aukštyn“ ir „žemyn“ kryptys visame pasaulyje yra vienodos.

Bet tada paaiškėjo, kad Žemė yra sferinė, ir paaiškėjo, kad vertikalios kryptys skirtinguose žemės paviršiaus taškuose yra skirtingos.

Visa tai dabar mums nekelia jokių abejonių. Tuo tarpu istorija rodo, kad suprasti „aukštyn“ ir „žemyn“ reliatyvumą nebuvo taip paprasta. Žmonės labai linkę suteikti absoliučią reikšmę sąvokoms, kurių reliatyvumas nėra aiškus iš kasdienės patirties. Prisiminkite juokingą „prieštaravimą“ prieš Žemės sferiškumą, kuris viduramžiais buvo labai sėkmingas: „kitoje Žemės pusėje“, sakoma, medžiai turėtų augti žemyn, lietaus lašai kris aukštyn, o žmonės vaikščioti aukštyn kojom.

Iš tiesų, jei vertikalės kryptį Maskvoje laikysime absoliučia, tai paaiškės, kad Čikagoje žmonės vaikšto aukštyn kojomis. O absoliučiu Čikagoje gyvenančių žmonių požiūriu maskviečiai vaikšto aukštyn kojomis. Tačiau iš tikrųjų vertikali kryptis yra ne absoliuti, o santykinė. Ir visur Žemėje, nors ji yra sferinė, žmonės vaikšto tik aukštyn kojomis.

O judėjimas yra reliatyvus

Įsivaizduokime du keliautojus, keliaujančius greituoju traukiniu Maskva – Vladivostokas. Jie susitaria kasdien susitikti toje pačioje vietoje valgomojo vagonėlyje ir rašyti laiškus savo vyrams. Keliautojai įsitikinę, kad įvykdo sąlygą – kad kiekvieną dieną yra toje pačioje vietoje, kur buvo vakar. Tačiau jų vyrai su tuo nesutiks: jie tvirtai tvirtins, kad keliautojai kasdien susitikdavo naujoje vietoje, už tūkstančio kilometrų nuo ankstesnės.

Kas teisus: keliautojai ar jų vyrai?

Neturime pagrindo teikti pirmenybės vienam ar kitam: sąvoka „viena ir ta pati vieta“ yra reliatyvi. Kalbant apie traukinį, keliautojai tikrai visą laiką susitikdavo „toje pačioje vietoje“, o žemės paviršiaus atžvilgiu jų susitikimo vieta nuolat keitėsi.

Taigi padėtis erdvėje yra santykinė sąvoka. Kalbėdami apie kūno padėtį, visada turime omenyje jo padėtį kitų kūnų atžvilgiu. Todėl, jeigu mūsų būtų paprašyta nurodyti, kur yra toks ir toks organas, atsakyme neminint kitų įstaigų, tokį reikalavimą turėtume laikyti visiškai neįgyvendinamu.

Iš to išplaukia, kad kūnų judėjimas arba judėjimas taip pat yra santykinis. Ir kai sakome „kūnas juda“, tai tik reiškia, kad jis keičia savo padėtį kai kurių kitų kūnų atžvilgiu.

Įsivaizduokime, kad kūno judėjimą stebime iš įvairių taškų. Tokius punktus sutiksime vadinti „laboratorijomis“. Mūsų įsivaizduojamos laboratorijos gali būti bet kas pasaulyje: namai, miestai, traukiniai, lėktuvai, Žemė, kitos planetos, Saulė ir net žvaigždės.

Kokia mums atrodys trajektorija, tai yra judančio kūno kelias?

Viskas priklauso nuo to, iš kurios laboratorijos jį stebime. Tarkime, kad pilotas iš orlaivio išmeta krovinį. Piloto požiūriu krovinys lekia žemyn vertikaliai tiesia linija, o stebėtojo, esančio ant žemės, požiūriu, krentanti apkrova apibūdina lenktą liniją – parabolę. Kokia trajektorija iš tikrųjų juda krovinys?

Šis klausimas turi tiek pat prasmės, kaip ir klausimas, kuri žmogaus nuotrauka yra „tikra“, ta, kurioje jis darytas iš priekio, ar ta, kurioje jis darytas iš užpakalio?

Geometrinė kreivės forma, kuria juda kūnas, turi tokį patį santykinį pobūdį kaip ir žmogaus nuotrauka. Fotografuodami žmogų iš priekio ir užpakalio gausime skirtingus kadrus, ir kiekvienas jų bus visiškai taisyklingas. Lygiai taip pat, stebėdami bet kurio kūno judėjimą iš skirtingų laboratorijų, matome skirtingas trajektorijas, ir visos šios trajektorijos yra „tikros“.

Bet ar jie visi mums lygūs? Ar visgi įmanoma rasti tokį stebėjimo tašką, tokią laboratoriją, iš kurios galėtume geriausiai ištirti kūno judėjimą reguliuojančius dėsnius?

Ką tik palyginome judančio kūno trajektorijas su žmogaus nuotraukomis – abi gali būti labai įvairios – viskas priklauso nuo to, iš kurio taško stebite kūno judėjimą ar fotografuojate. Tačiau žinote, kad fotografijoje ne visi požiūriai yra vienodi. Pavyzdžiui, jei jums reikia nuotraukos asmens tapatybės liudijimui, tada, žinoma, norite, kad jus fotografuotų iš priekio, o ne iš nugaros. Panašiai ir mechanikoje, tai yra, tirdami kūnų judėjimo dėsnius, turime pasirinkti tinkamiausią iš visų galimų stebėjimo taškų.

Ieškant ramybės

Žinome, kad kūnų judėjimą įtakoja išoriniai poveikiai, kuriuos vadiname jėgomis. Tačiau galime įsivaizduoti kūną, kuris yra laisvas nuo bet kokių jėgų įtakos. Sutikime kartą ir visiems laikams manyti, kad kūnas, kurio neveikia jokios jėgos, ilsisi. Dabar, įvedę poilsio sąvoką, atrodo, kad jau turime tvirtą atramą tirdami kūnų judėjimą. Tiesą sakant, šis kūnas, ant kurio neveikia jokios jėgos ir kurį mes sutarėme laikyti besiilsinčiu, gali tarnauti mums kaip vadovas. kelrodė žvaigždė» visų kitų kūnų judėjimo tyrime.

Įsivaizduokite, kad mes taip toli pašalinome tam tikrą kūną nuo visų kitų kūnų, kad jokios jėgos jo nebeveiks. Ir tada galėsime nustatyti, kaip fiziniai reiškiniai turėtų vykti tokiame besiilsinčiame kūne. Kitaip tariant, galime rasti mechanikos dėsnius, kurie valdo šią įsivaizduojamą „ilsėjimosi“ laboratoriją. O lygindami juos su tuo, ką stebime kitose, tikrose laboratorijose, jau visais atvejais galime spręsti apie tikrąsias judėjimo savybes.

Taigi, atrodytų, viskas gerai: radome stipriąją pusę – „ramybę“, nors ir sąlyginę, o dabar judėjimas mums prarado savo reliatyvumą.

Tačiau iš tikrųjų net ir ši iliuzinė „ramybė“, pasiekta tokiu sunkumu, nebus absoliuti.

Įsivaizduokite stebėtojus, gyvenančius ant vienišo kamuolio, pasiklydusio didžiulėse visatos platybėse. Jie nejaučia jokių pašalinių jėgų įtakos sau, todėl turi būti įsitikinę, kad kamuolys, ant kurio jie gyvena, yra visiškai nejudantis, absoliučioje, nekintančioje ramybėje.

Staiga jie tolumoje pastebi kitą panašų rutulį, ant kurio yra tie patys stebėtojai. Šis antrasis rutulys dideliu greičiu veržiasi tiesiai ir tolygiai link pirmojo. Stebėtojai ant pirmojo kamuoliuko neabejoja, kad jie stovi vietoje, o tik antrasis rutulys juda. Tačiau ir šio antrojo kamuoliuko gyventojai tiki savo nejudrumu ir yra tvirtai įsitikinę, kad šis pirmasis „svetimas“ kamuolys juda link jų.

Kuris iš jų teisus? Nėra prasmės dėl to ginčytis, nes tiesinio ir vienodo judėjimo būsena visiškai nesiskiria nuo ramybės būsenos.

Kad tuo įsitikintume, jums ir man net nereikia lipti į begalines visatos gelmes. Įlipkite į upės garlaivį prieplaukoje, užsidarykite savo kajutėje ir gerai uždenkite langus. Tokiomis sąlygomis niekada nesužinosi, ar stovi vietoje, ar judi tiesiai ir tolygiai. Visi kūnai salone abiem atvejais elgsis lygiai taip pat: vandens paviršius stiklinėje visą laiką išliks ramus; vertikaliai aukštyn mestas rutulys taip pat nukris vertikaliai žemyn; laikrodžio švytuoklė supasi kaip ant jūsų buto sienos.

Jūsų garlaivis gali važiuoti bet kokiu greičiu, tačiau jame vyraus tie patys judėjimo dėsniai kaip ir visiškai nejudančiame garlaive. Tik lėtėjimo ar greitėjimo momentu galite aptikti jo judėjimą; kai jis eina tiesiai ir tolygiai, viskas ant jo teka taip pat, kaip ir stovinčiame laive.

Taigi, niekur neradome absoliutaus poilsio, bet atradome, kad pasaulyje gali būti be galo daug „poilsių“, kurie tolygiai ir tiesia kryptimi juda vienas kito atžvilgiu. Todėl, kai kalbame apie kūno judėjimą, visada turime nurodyti, kokio konkretaus „poilsio“ atžvilgiu jis juda. Ši padėtis mechanikoje vadinama „judesio reliatyvumo dėsniu“. Jį prieš tris šimtus metų pateikė Galilėjus.

Bet jei judėjimas ir poilsis yra santykiniai, greitis, aišku, turi būti santykinis. Taigi tikrai yra. Tarkime, pavyzdžiui, plaukiate garlaivio deniu 5 metrų per sekundę greičiu. Jei laivas juda ta pačia kryptimi 10 metrų per sekundę greičiu, jūsų greitis kranto atžvilgiu bus 15 metrų per sekundę.

Todėl teiginys: „kūnas juda tokiu ir tokiu greičiu“, nenurodant, su kuo matuojamas greitis, neturi prasmės. Nustatydami judančio kūno greitį iš skirtingų taškų, turime gauti skirtingus rezultatus.

Viskas, apie ką iki šiol kalbėjome, buvo žinoma dar gerokai prieš Einšteino kūrybą. Judesio, poilsio ir greičio reliatyvumą nustatė didieji mechanikos kūrėjai – Galilėjus ir Niutonas. Jo atrasti judėjimo dėsniai sudarė fizikos pagrindą ir beveik tris šimtmečius labai prisidėjo prie visų gamtos mokslų raidos. Tyrinėtojai atrado daugybę naujų faktų ir dėsnių, ir visi jie vėl ir vėl patvirtino Galilėjaus ir Niutono požiūrių teisingumą. Šios nuomonės pasitvirtino ir praktinėje mechanikoje – projektuojant ir eksploatuojant visų rūšių mašinas ir aparatus.

Tai tęsėsi iki pabaigos XIX amžiuje, kai buvo atrasti nauji reiškiniai, kurie lemiamai prieštarauja klasikinės mechanikos dėsniams.

1881 m. amerikiečių fizikas Michaelsonas atliko daugybę eksperimentų, kad išmatuotų šviesos greitį. Netikėtas šių eksperimentų rezultatas įnešė sumaištį fizikų gretose; jis buvo toks stulbinantis ir paslaptingas, kad suglumino didžiausius pasaulio mokslininkus.

Įspūdingos šviesos savybės

Galbūt jūs tai matėte įdomus reiškinys.

Kur nors tolumoje, lauke, ant geležinkelio bėgių ar statybų aikštelėje plaka plaktukas. Matai, kaip stipriai krenta ant priekalo ar ant plieninio bėgio. Tačiau smūgio garso visiškai nesigirdi. Atrodo, kad plaktukas atsidūrė ant kažko labai minkšto. Bet dabar jis vėl pakyla. Ir tuo metu, kai jis jau gana aukštai ore, išgirsta tolimą aštrų beldimą.

Nesunku suprasti, kodėl taip nutinka. Normaliomis sąlygomis garsas oru sklinda maždaug 340 metrų per sekundę greičiu, todėl plaktuko smūgį girdime ne tuo metu, kai jis atsiranda, o tik po to, kai iš jo sklindantis garsas spėja pasiekti mūsų ausį.

Štai dar vienas ryškesnis pavyzdys. Žaibas ir griaustinis įvyksta vienu metu, tačiau dažnai atrodo, kad žaibas blykčioja tyliai, nes griaustiniai mūsų ausį pasiekia tik po kelių sekundžių. Jei girdime juos vėlai, pavyzdžiui, 10 sekundžių, tai reiškia, kad žaibas yra 340 x 10 = 3400 metrų atstumu nuo mūsų arba 3,4 kilometro.

Abiem atvejais kalbame apie du momentus: kada įvykis iš tikrųjų įvyko, ir momentą, kai šio įvykio aidas pasiekė mūsų ausį. Bet kaip žinoti, kada tiksliai įvykis įvyko?

Mes tai matome: matome, kaip kūjis nusileidžia, žaibas blyksi. Šiuo atveju darome prielaidą, kad įvykis tikrai įvyksta tą akimirką, kai jį matome. Bet ar tikrai taip?

Ne ne taip. Juk mes įvykių nesuvokiame tiesiogiai. Reiškiniuose, kuriuos stebime regėjimo pagalba, dalyvauja šviesa. O šviesa erdvėje sklinda ne akimirksniu: kaip ir garsas, reikia laiko, kad šviesos spinduliai įveiktų atstumą.

Tuštumoje šviesa sklinda maždaug 300 000 kilometrų per sekundę greičiu. Tai reiškia, kad jei šviesa blyksteli 300 tūkstančių kilometrų atstumu nuo jūsų, jos blyksnį galite pastebėti ne iš karto, o tik po sekundės.

Per vieną sekundę šviesos spinduliai spėtų septynis kartus apiplaukti Žemės rutulį išilgai pusiaujo. Palyginti su tokiu kolosaliu greičiu, žemiški atstumai atrodo nereikšmingi, todėl praktiškai galime manyti, kad visus Žemėje vykstančius reiškinius matome tą pačią akimirką, kai jie įvyksta.

Neįsivaizduojamai didžiulis šviesos greitis gali pasirodyti stebinantis. Tačiau daug labiau stebina kažkas kita: tai, kad šviesos greitis yra nuostabus dėl savo nuostabios pastovumo. Pažiūrėkime, kas yra ši pastovumas.

Yra žinoma, kad kūnų judėjimą galima dirbtinai sulėtinti ir pagreitinti. Jei, pavyzdžiui, į kulkos kelią patalpinta smėlio dėžė, tai dėžėje esanti kulka praras dalį savo greičio. Prarastas greitis nebus atkurtas: palikus dėžę kulka toliau skris ne tokiu, o sumažintu greičiu.

Šviesos spinduliai elgiasi kitaip. Ore jie plinta lėčiau nei tuštuma, vandenyje – lėčiau nei ore, o stikle – dar lėčiau. Tačiau paliekant bet kokią medžiagą (žinoma, skaidrią) į tuštumą, šviesa ir toliau sklinda buvusiu greičiu – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę. Tuo pačiu šviesos greitis nepriklauso nuo jos šaltinio savybių: lygiai toks pat ir Saulės spinduliams, ir prožektoriui, ir žvakei. Be to, nesvarbu, ar pats šviesos šaltinis juda, ar ne – tai niekaip neįtakoja šviesos greičio.

Norėdami visiškai suprasti šio fakto prasmę, dar kartą palyginkime šviesos sklidimą su įprastų kūnų judėjimu. Įsivaizduokite, kad gatvėje šaunate vandens srovę iš žarnos 5 metrų per sekundę greičiu. Tai reiškia, kad kiekviena vandens dalelė gatvės atžvilgiu nukeliauja 5 metrus per sekundę. Bet jei uždėsite žarną ant automobilio, važiuojančio srovės kryptimi 10 metrų per sekundę, tada srovės greitis gatvės atžvilgiu jau bus 15 metrų per sekundę: vandens dalelėms greitį suteikia ne tik žarną, bet ir važiuojantį automobilį, kuris žarną kartu su srove neša į priekį.

Palyginę šviesos šaltinį su žarna, o jos spindulius – su vandens srove, pamatysime reikšmingą skirtumą. Šviesos spinduliams nėra jokio skirtumo, iš kurio šaltinio jie pateko į tuštumą ir kas atsitiko jiems prieš patenkant į tuštumą. Jame patekus, jų sklidimo greitis lygus tai pačiai reikšmei – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę ir nepriklausomai nuo to, ar šviesos šaltinis juda, ar ne.

Pažiūrėkime, kaip šios ypatingos šviesos savybės atitinka judėjimo reliatyvumo dėsnį, kuris buvo aptartas pirmoje straipsnio dalyje. Norėdami tai padaryti, pabandykime išspręsti greičių pridėjimo ir atėmimo problemą, o dėl paprastumo manysime, kad visi mūsų įsivaizduojami reiškiniai vyksta tuštumoje, kur šviesos greitis yra 300 tūkstančių kilometrų.

Tegul šviesos šaltinis yra ant judančio garlaivio, pačiame jo viduryje, ir stebėtojas kiekviename garlaivio gale. Abu jie matuoja šviesos sklidimo greitį. Kokie bus jų darbo rezultatai?

Kadangi spinduliai sklinda visomis kryptimis, o abu stebėtojai kartu su garlaiviu juda viena kryptimi, pasirodys toks vaizdas: galiniame garlaivio gale esantis stebėtojas juda link spindulių, o priekinis nuolat tolsta. iš jų.

Todėl pirmasis stebėtojas turi nustatyti, kad šviesos greitis yra 300 000 kilometrų plius garlaivio greitis, o antrasis – kad šviesos greitis yra 300 000 kilometrų atėmus garlaivio greitį. Ir jei akimirką įsivaizduosime, kad garlaivis nukeliauja siaubingą 200 000 kilometrų per sekundę atstumą, tai pirmojo stebėtojo aptiktas šviesos greitis bus 500 000 kilometrų, o antrojo – 100 000 kilometrų per sekundę. Ant stovinčio garlaivio abu stebėtojai gautų tą patį rezultatą – 300 000 kilometrų per sekundę.

Taigi, stebėtojų požiūriu, mūsų judančiame laive šviesa viena kryptimi sklinda 1 2/3 karto greičiau, o kita – tris kartus lėčiau nei besiilsinčiame. Atlikę paprastus aritmetinius veiksmus, jie galės nustatyti absoliutų garlaivio greitį.

Lygiai taip pat galime nustatyti bet kurio kito judančio kūno absoliutų greitį: tam pakanka ant jo pastatyti kokį nors šviesos šaltinį ir išmatuoti šviesos spindulių sklidimo iš skirtingų kūno taškų greitį.

Kitaip tariant, netikėtai sugebėjome nustatyti kūno greitį, taigi ir judėjimą, nepaisant visų kitų kūnų. Bet jei yra absoliutus greitis, tada yra vienas absoliutus poilsis, būtent: bet kuri laboratorija, kurioje stebėtojai, matuodami šviesos greitį bet kuria kryptimi, gauna tą pačią reikšmę - 300 tūkstančių kilometrų per sekundę, bus visiškai ramybės būsenoje.

Nesunku pastebėti, kad visa tai visiškai prieštarauja išvadoms, kurias padarėme ankstesniame žurnalo numeryje. Tiesą sakant: mes kalbėjome apie tai, kad ant kūno, judančio tolygiai tiesia linija, viskas vyksta taip pat, kaip ir ant nejudančio. Todėl, ar mes, pavyzdžiui, šaudysime į garlaivį jo judėjimo kryptimi ar prieš judėjimą, kulkos greitis garlaivio atžvilgiu išliks toks pat ir bus lygus stacionaraus garlaivio greičiui. Tuo pačiu buvome įsitikinę, kad judėjimas, greitis ir poilsis yra santykinės sąvokos: absoliutus judėjimas, greitis ir poilsis neegzistuoja. Ir dabar staiga paaiškėja, kad šviesos savybių stebėjimai apverčia visas šias išvadas ir prieštarauja Galilėjaus atrastam gamtos dėsniui – judėjimo reliatyvumo dėsniui.

Tačiau tai yra vienas pagrindinių jos dėsnių: jis dominuoja visame pasaulyje; jos teisingumas daugybę kartų buvo patvirtintas patirtimi, iki šiol patvirtinamas visur ir kiekvieną minutę; jei jis staiga nustotų būti teisingas, visatą apimtų neįsivaizduojama suirutė. Tačiau šviesa jam ne tik nepaklūsta, bet net ir paneigia!

Mikaelsono patirtis

Ką daryti su šiuo prieštaravimu? Prieš išsakydami tam tikrus svarstymus šiuo klausimu, atkreipkime dėmesį į tokią aplinkybę: kad šviesos savybės prieštarauja judėjimo reliatyvumo dėsniui, mes nustatėme tik samprotavimu. Tiesa, tai buvo labai įtikinami argumentai. Tačiau apsiribodami vien samprotavimu, būtume kaip antikos filosofai, kurie gamtos dėsnius bandė atrasti ne patirties ir stebėjimo pagalba, o tik remdamiesi vien išvadomis. Tokiu atveju neišvengiamai iškyla pavojus, kad tokiu būdu sukurtas pasaulio paveikslas su visais jo pranašumais pasirodys labai mažai panašus į mus supantį realų pasaulį.

Aukščiausias bet kokios fizinės teorijos teisėjas visada yra patirtis, todėl neapsiribojant samprotavimais apie tai, kaip šviesa turėtų sklisti ant judančio kūno, reikėtų kreiptis į eksperimentus, kurie parodys, kaip ji iš tikrųjų sklinda tokiomis sąlygomis.

Tačiau reikia turėti omenyje, kad tokių eksperimentų nustatymas yra sudėtingas dėl labai paprastos priežasties: praktiškai neįmanoma rasti tokio kūno, kuris judėtų greičiu, atitinkančiu milžinišką šviesos greitį. Juk tokio garlaivio, kokį naudojome samprotavimuose, žinoma, nėra ir negali būti.

Kad būtų galima nustatyti nedidelį šviesos greičio pokytį ant gana lėtai judančių mums prieinamų kūnų, reikėjo sukurti išskirtinai didelio tikslumo matavimo priemones. Ir tik tada, kai buvo galima pagaminti tokius prietaisus, buvo galima pradėti aiškintis prieštaravimą tarp šviesos savybių ir judėjimo reliatyvumo dėsnio.

Tokį eksperimentą 1881 m. ėmėsi vienas didžiausių naujųjų laikų eksperimentuotojų, amerikiečių fizikas Mikaelsonas.

Kaip judantis kūnas, Michaelsonas naudojo ... Žemės rutulį. Iš tiesų, Žemė yra kūnas, kuris akivaizdžiai juda: ji sukasi aplink Saulę ir, be to, gana „kietu“ greičiu mūsų sąlygoms - 30 kilometrų per sekundę. Todėl, tirdami šviesos sklidimą Žemėje, iš tikrųjų tiriame šviesos sklidimą judančioje laboratorijoje.

Mikaelsonas labai tiksliai išmatavo šviesos greitį Žemėje įvairiomis kryptimis, tai yra, jis praktiškai atliko tai, ką mes mintyse padarėme su jumis įsivaizduojamame judančiame garlaive. Kad pasiektų nedidelį 30 kilometrų skirtumą, palyginti su didžiuliu 300 000 kilometrų skaičiumi, Mikaelsonas turėjo pritaikyti labai sudėtingą eksperimentinę techniką ir panaudoti visą savo didelį išradingumą. Eksperimento tikslumas buvo toks didelis, kad Mikaelsonas būtų galėjęs aptikti daug mažesnį greičių skirtumą, nei jis norėjo aptikti.

Iš keptuvės į ugnį

Atrodė, kad eksperimento rezultatas buvo akivaizdus iš anksto. Žinant šviesos savybes, būtų galima numatyti, kad skirtingomis kryptimis matuojamas šviesos greitis skirsis. Bet galbūt manote, kad eksperimento rezultatas iš tikrųjų buvo toks?

Nieko panašaus! Mikaelsono eksperimentas davė visiškai netikėtų rezultatų. Per daugelį metų tai buvo pakartota daug kartų pačiomis įvairiausiomis sąlygomis, tačiau tai visada privedė prie tos pačios stulbinančios išvados.

Sąmoningai judančioje Žemėje šviesos greitis, matuojamas bet kuria kryptimi, pasirodo esąs lygiai toks pat.

Taigi šviesa nėra išimtis. Jis paklūsta tam pačiam dėsniui, kaip ir kulka judančiame garlaive – Galilėjaus reliatyvumo dėsniui. Nebuvo įmanoma aptikti „absoliutaus“ Žemės judėjimo. Jis neegzistuoja, kaip turėtų būti pagal reliatyvumo dėsnį.

Nemalonus prieštaravimas, su kuriuo susidūrė mokslas, buvo išspręstas. Tačiau atsirado naujų prieštaravimų! Fizikai išlipo iš ugnies ir įėjo į keptuvę.

Norėdami išsiaiškinti naujus prieštaravimus, kuriuos sukėlė Mikaelsono patirtis, peržvelkime savo tyrimus eilės tvarka.

Pirmiausia nustatėme, kad absoliutus judėjimas ir ramybė neegzistuoja; Taip sako Galilėjaus reliatyvumo dėsnis. Tada paaiškėjo, kad ypatingos šviesos savybės prieštarauja reliatyvumo dėsniui. Iš to išplaukė, kad absoliutus judėjimas ir ramybė vis dar egzistuoja. Norėdamas tai patikrinti, Mikaelsonas atliko eksperimentą. Eksperimentas parodė priešingai: nėra prieštaravimo – ir šviesa paklūsta reliatyvumo dėsniui. Todėl absoliutus judėjimas ir vėl poilsis neegzistuoja. Kita vertus, Mikaelsono patirties pasekmės akivaizdžiai taikomos bet kuriam judančiam kūnui, ne tik žemei; todėl šviesos greitis visose laboratorijose yra vienodas, nepaisant jų pačių judėjimo, todėl šviesos greitis vis tiek yra ne santykinė, o absoliuti reikšmė.

Paaiškėjo, kad tai buvo užburtas ratas. Garsiausi viso pasaulio fizikai dėl to sukasi savo smegenis daugelį metų. Buvo pasiūlytos įvairios teorijos, iki pačių neįtikėtiniausių ir fantastiškiausių. Tačiau niekas nepadėjo: kiekviena nauja prielaida iškart sukeldavo naujų prieštaravimų. Išmoktas pasaulis stovėjo prieš vieną iš didžiausios paslaptys.

Paslaptingiausias ir keisčiausias dalykas visame tame buvo tai, kad mokslas čia nagrinėjo absoliučiai aiškius, tvirtai nustatytus faktus: su reliatyvumo dėsniu, žinomomis šviesos savybėmis ir Mikaelsono eksperimentu. Ir jie, atrodytų, nuvedė iki tobulo absurdo.

Tiesų prieštaravimas... Bet tiesos negali prieštarauti viena kitai, nes tiesa gali būti tik viena. Todėl turi būti klaida mūsų supratimu apie faktus. Bet kur? Kas tai?

Ištisus 24 metus – nuo ​​1881 iki 1905 m. – jie nerado atsakymo į šiuos klausimus. Tačiau 1905 m. didžiausias mūsų laikų fizikas Albertas Einšteinas puikiai paaiškino mįslę. Pasirodo su tobulu netikėta pusė, fizikams jis padarė sprogusios bombos įspūdį.

Einšteino paaiškinimas taip skiriasi nuo visų sąvokų, prie kurių žmonija buvo pripratusi tūkstantmečius, kad skamba nepaprastai neįtikėtinai. Tačiau nepaisant to, tai pasirodė neabejotinai teisinga: jau 34 metus laboratoriniai eksperimentai ir įvairių pasaulio fizikinių reiškinių stebėjimai vis labiau patvirtina jo pagrįstumą.

Kai durys atsidaro

Norint suprasti Einšteino paaiškinimą, pirmiausia reikia susipažinti su viena Mikaelsono eksperimento pasekme. Iš karto pažvelkime į tai pavyzdžiu. Panaudokime dar kartą fantastišką garlaivį.

Įsivaizduokite 5 400 000 kilometrų ilgio garlaivį. Tegul jis juda tiesia linija ir tolygiai nuostabiu 240 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Tam tikru momentu garlaivio viduryje užsidega lemputė. Laivo priekyje ir laivagalyje yra durys. Jie išdėstyti taip, kad tuo metu, kai ant jų krenta lemputės šviesa, jie automatiškai atsidaro. Čia dega lempa. Kada tiksliai atsidarys durys?

Norėdami atsakyti į šį klausimą, prisiminkime Mikaelsono eksperimento rezultatus. Mikaelsono eksperimentas parodė, kad, palyginti su stebėtojais judančioje Žemėje, šviesa sklinda visomis kryptimis tuo pačiu 300 000 kilometrų per sekundę greičiu. Tas pats, žinoma, nutiks ir judančiame garlaive. Tačiau atstumas nuo lemputės iki kiekvieno laivo galo yra 2700 000 kilometrų, o 2700 000: 300 000 = 9. Tai reiškia, kad lemputės šviesa kiekvieną duris pasieks per 9 sekundes. Taigi abi durys atsidarys vienu metu.

Taip atvejis bus pristatytas laive esančiam stebėtojui. O ką žmonės pamatys prieplaukoje, pro kurią juda garlaivis?

Kadangi šviesos greitis nepriklauso nuo šviesos šaltinio judėjimo, jis lygus tiems patiems 300 000 kilometrų per sekundę prieplaukos atžvilgiu, nepaisant to, kad šviesos šaltinis yra judančiame laive. Tačiau stebėtojo, esančio prieplaukoje, požiūriu, laivo laivagalio durys juda šviesos pluošto link laivo greičiu. Kada durys susidurs su siją?

Čia susiduriame su problema, panašia į dviejų vienas kito link keliaujančių keliautojų problemą. Norėdami sužinoti susitikimo laiką, atstumą tarp keliautojų turite padalyti iš jų greičių sumos. Padarykime tą patį čia. Atstumas tarp lemputės ir durų – 2700 tūkstančių kilometrų, durų (tai yra garlaivio) greitis – 240 tūkstančių kilometrų per sekundę, o šviesos greitis – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Todėl galinės durys atsidarys pro

2700.000/(300000 + 240000)=5 sekundės

Įsijungus lemputei. O priekis?

Priekinės durys, stebėtojo ant molo požiūriu, šviesos spindulys turi pasivyti, nes juda su laivu ta pačia kryptimi kaip ir šviesos spindulys. Todėl čia turime keliautojų problemą, kurių vienas aplenkia kitą. Atstumą padalinsime iš greičių skirtumo:

2700 000 / (300 000 - 240 000) = 45 sekundės

Taigi pirmosios durys atsidarys po 5 sekundžių po to, kai užsidegs lemputė, o antrosios durys atsidarys po 45 sekundžių. Todėl durys neatsidarys vienu metu. Štai koks paveikslas bus pristatytas žmonėms ant molo! Nuotrauka yra pati nuostabiausia iš visų iki šiol pasakytų.

Pasirodo, tie patys įvykiai – fronto atidarymas ir galinės durys- pasirodys vienu metu žmonėms laive, o žmonėms prieplaukoje - ne vienu metu, bet atskirtas 40 sekundžių laiko intervalu.

Ar tai neatrodo visiška nesąmonė? Ar tai neatrodo absurdiškas teiginys iš pokšto – kad krokodilo ilgis nuo uodegos iki galvos yra 2 metrai, o nuo galvos iki uodegos – 1 metras?

Ir, atminkite, prieplaukos žmonėms neatrodys, kad durys atsidarė ne tuo pačiu metu: jiems tai iš tikrųjų yra iš tikrųjų atsitiks tuo pačiu metu. Juk skaičiavome laiką, kada atsidaro kiekviena iš durų. Tuo pačiu metu nustatėme, kad antrosios durys iš tikrųjų atsidarė 40 sekundžių vėliau nei pirmosios.

Tačiau ir garlaivio keleiviai teisingai nustatė, kad abi durys atsidarė vienu metu. Ir tai buvo parodyta aritmetiškai. Kas atsitinka? Aritmetika prieš aritmetiką?!

Ne, aritmetika čia nekalta. Visi prieštaravimai, su kuriais čia susidūrėme, slypi mūsų klaidingose ​​nuomonėse apie laiką: laikas pasirodė visiškai kitoks, nei jį laikė žmonija iki šiol.

Einšteinas peržiūrėjo šias senas, tūkstančio metų senumo koncepcijas. Tuo pačiu metu jis padarė didelį atradimą, kurio dėka jo vardas tapo nemirtingas.

Laikas yra reliatyvus

Ankstesniame numeryje parodėme, kokias nepaprastas išvadas fizikai turėjo padaryti iš Mikaelsono eksperimento. Mes išnagrinėjome įsivaizduojamo garlaivio, ant kurio, gavus šviesos signalą, atsidaro dvi durys, pavyzdį ir nustatėme stulbinantį faktą: garlaivio stebėtojų požiūriu durys atsidaro tą pačią akimirką, bet nuo stebėtojų požiūris prieplaukoje įvairiais momentais.

Prie ko žmogus nėra įpratęs, jam atrodo neįtikėtina. Garlaivio durų atvejis atrodo neįtikėtinas, nes mes niekada nejudėjome tokiu greičiu, kuris net nuotoliniu būdu priartėtų prie pasakiško skaičiaus 240 000 kilometrų per sekundę. Tačiau turime atsižvelgti į tai, kad tokiu greičiu vykstantys reiškiniai gali labai skirtis nuo tų, prie kurių esame įpratę kasdieniame gyvenime.

Žinoma, iš tikrųjų nėra garlaivių, judančių artimu šviesos greičiui. Ir iš tikrųjų, niekas niekada nepastebėjo tokio atvejo su durimis, kaip aprašyta mūsų pavyzdyje. Tačiau panašius reiškinius, dėka šiuolaikinės labai išvystytos eksperimentinės technologijos, tikrai galima aptikti. Prisiminkite, kad pavyzdys su atidaromomis durimis pagrįstas ne abstrakčiais samprotavimais, o tik tvirtai nustatytais faktais, gautais per patirtį: Mikaelsono eksperimentu ir ilgus metus trukusiais šviesos savybių stebėjimais.

Taigi būtent patirtis atvedė prie neginčijamos išvados, kad dviejų įvykių vienalaikiškumo samprata nėra absoliuti. Anksčiau manėme, kad jei bet kurioje laboratorijoje vienu metu įvyktų du įvykiai, bet kurioje kitoje laboratorijoje jie būtų vienu metu. Dabar išsiaiškinome, kad tai galioja tik ramybės laboratorijoms viena kitos atžvilgiu. Priešingu atveju įvykiai, kurie yra vienu metu vienoje laboratorijoje, įvyks kitoje laboratorijoje skirtingas laikas.

Iš to išplaukia, kad vienalaikiškumo sąvoka yra santykinė sąvoka. Jis įgauna prasmę tik tada, kai nurodote, kaip juda laboratorija, iš kurios stebimi įvykiai.

Straipsnio pradžioje kalbėjome apie du keliautojus, kurie kasdien pasirodydavo greitojo restorano vagonėlyje. Keliautojai buvo tikri, kad visą laiką susitikdavo toje pačioje vietoje. Jų vyrai tvirtino, kad jie kasdien susitikdavo naujoje vietoje, už tūkstančio kilometrų nuo ankstesnės.

Abu buvo teisūs: traukinio atžvilgiu keliautojai iš tikrųjų susitiko toje pačioje vietoje, o geležinkelio bėgių atžvilgiu – skirtingose ​​vietose. Šis pavyzdys mums parodė, kad erdvės sąvoka nėra absoliuti, o santykinė sąvoka.

Abu pavyzdžiai – apie susitikimą su keliautojais ir durų atidarymą garlaivyje – yra panašūs vienas į kitą. Abiem atvejais kalbame apie reliatyvumą ir netgi randami tie patys žodžiai: „tam pačiam“ ir „skirtingam“. Tik pirmame pavyzdyje kalbama apie vietas, tai yra apie erdvę, o antrajame - apie akimirkas, tai yra apie laiką. Kas iš čia seka?

Kad laiko sąvoka yra tokia pat reliatyvi kaip ir erdvės samprata.

Norėdami pagaliau tai patikrinti, šiek tiek pakeiskime garlaivio pavyzdį. Tarkime, kad vienos iš durų mechanizmas yra sugedęs. Tegul laive esantys žmonės pastebi, kad dėl šio gedimo priekinės durys atsidarė likus 15 sekundžių iki galinių durų. O ką žmonės pamatys prieplaukoje?

Jei pirmame pavyzdžio variante priekinės durys jiems atsidarė 40 sekundžių vėliau nei galinės, tai antrajame variante tai įvyks tik po 40 - 15 = 25 sekundžių vėliau. Todėl paaiškėja, kad žmonėms laive priekinės durys atsidarė anksčiau nei galinės, o žmonėms prieplaukoje – vėliau.

Taigi, kas nutiko anksčiau vienai laboratorijai, vėliau atsitiko kitos laboratorijos atžvilgiu. Iš to aišku, kad pati laiko sąvoka yra santykinė sąvoka.

Šį atradimą 1905 metais padarė dvidešimt šešerių metų fizikas Albertas Einšteinas. Prieš tai žmogus įsivaizdavo laiką kaip absoliutų – visur pasaulyje tą patį, nepriklausomą nuo jokios laboratorijos. Taigi kažkada žmonės laikė, kad viršuje ir apačioje kryptys yra vienodos visame pasaulyje.

O dabar kosmoso likimas ištiko laiką. Paaiškėjo, kad posakis „tuo pačiu metu“ neturi daugiau prasmės nei posakis „toje pačioje vietoje“, jei nenurodyta, į kurią laboratoriją kalbama.

Galbūt kažkam vis dar kyla klausimas: ar iš tikrųjų, nepaisant jokios laboratorijos, yra du įvykiai vienu metu, ar ne? Galvoti apie šį klausimą yra taip pat absurdiška, kaip ir galvoti apie šį klausimą, bet kur iš tikrųjų, nepaisant jokių laboratorijų, yra pasaulio viršūnė ir apačia?

Laiko reliatyvumo atradimas leido, kaip pamatysite vėliau, išspręsti visus prieštaravimus, prie kurių fiziką privedė Mikaelsono eksperimentas. Šis atradimas buvo viena didžiausių proto pergalių prieš sustingusias idėjas, susiformavusias per tūkstantmečius. Mokslo pasaulį stebinęs savo neįprastumu, jis sukėlė didžiulę revoliuciją žmonijos požiūriu į gamtą. Savo pobūdžiu ir reikšme jį galima palyginti tik su perversmu, kurį sukėlė Žemės sferiškumo atradimas arba jos judėjimo aplink Saulę atradimas.

Taigi Einšteinas kartu su Koperniku ir Niutonu nutiesė visiškai naujus mokslo kelius. Ir ne veltui šio tuomet dar jauno mokslininko atradimas greitai atnešė jam didžiausio mūsų amžiaus fiziko šlovę.

Laiko reliatyvumo doktrina dažniausiai vadinama „Einšteino reliatyvumo principu“ arba tiesiog „reliatyvumo principu“. Jis neturėtų būti painiojamas su judėjimo reliatyvumo dėsniu ar principu, kuris buvo aptartas anksčiau, tai yra su " klasikinis principas reliatyvumo teorija“, arba „Galileo – Niutono reliatyvumo principas“.

Greitis turi ribą

Žurnalo straipsnyje neįmanoma pasakyti apie tuos didžiulius pokyčius ir apie visus naujus dalykus, kuriuos reliatyvumo principas atnešė mokslui. Be to, norint visa tai suprasti, reikia gerai išmanyti fiziką ir aukštąją matematiką.

Mūsų straipsnio tikslas – paaiškinti tik pačius Einšteino principo pagrindus ir tas svarbiausias pasekmes, kylančias iš laiko reliatyvumo. Vien tai, kaip matėte, toli gražu nėra lengva užduotis. Atkreipkite dėmesį, kad reliatyvumo principas yra vienas iš sunkiausių mokslinių klausimų ir apskritai neįmanoma pakankamai giliai į jį įsigilinti be matematikos pagalbos.

Pirmiausia apsvarstykite vieną labai svarbią laiko reliatyvumo pasekmę, susijusią su greičiu.

Kaip žinote, garvežių, automobilių ir lėktuvų greitis nuolat didėjo nuo jų išradimo ir iki šių dienų. Šiuo metu jis pasiekė vertę, kuri vos prieš kelis dešimtmečius būtų atrodė neįtikėtina. Jis ir toliau didės.

Technologijoje žinomi ir daug didesni greičiai. Tai, visų pirma, kulkų ir artilerijos sviedinių greitis. Kulkų ir sviedinių skrydžio greitis dėl nuolatinių techninių patobulinimų taip pat kasmet didėjo ir didės ateityje.

Tačiau didžiausias technologijose naudojamas greitis yra signalo perdavimo greitis naudojant šviesos spindulius, elektros srovę ir radijo bangas. Visais trimis atvejais jis maždaug lygus tai pačiai reikšmei – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Galima manyti, kad toliau tobulėjant technologijoms, atrandant kai kuriuos naujus spindulius, net šis greitis bus pralenktas; Nuolat didindami mums prieinamą greitį, galiausiai galėsime priartėti prie momentinio signalų ar pastangų perdavimo bet kokiu atstumu idealo.

Tačiau Mikaelsono patirtis rodo, kad šis idealas nepasiekiamas. Iš tiesų, esant be galo dideliam perdavimo greičiui, dviejų įvykių signalai bet kokiomis sąlygomis mus pasiektų akimirksniu; ir jei vienoje laboratorijoje du įvykiai įvyktų vienu metu, tai visose kitose laboratorijose jie taip pat būtų stebimi vienu metu - tuo pačiu momentu, kai jie įvyko. O tai reikštų, kad „vienalaikiškumas“ tapo absoliutus, visiškai nepriklausomas nuo laboratorijų judėjimo. Tačiau laiko absoliutumą, kaip matėme, paneigia Mikaelsono eksperimentas. Todėl signalų ar jėgų perdavimas negali būti momentinis.

Kitaip tariant, bet kokio perdavimo greitis negali būti be galo didelis. Yra tam tikras greičio apribojimas – greitis, kurio jokiu būdu negalima viršyti.

Nesunku patikrinti, ar ribinis greitis sutampa su šviesos greičiu. Iš tiesų, remiantis Galilėjaus ir Niutono reliatyvumo principu, gamtos dėsniai visose laboratorijose, judančiose vienas kito atžvilgiu tiesia linija ir tolygiai, yra vienodi. Tai reiškia, kad visoms tokioms laboratorijoms turėtų būti ribojamas vienodas greitis. Bet koks greitis išlaiko nepakitusią vertę visose laboratorijose? Toks nuostabus pastovumas, kaip matėme, yra tik šviesos greitis, ir tik jis! Iš to išplaukia, kad šviesos greitis nėra tik kažkokio vieno (nors ir labai svarbaus) veiksmo pasaulyje sklidimo greitis: tai kartu ir ribojantis greitis, egzistuojantis gamtoje.

Ribojančio greičio egzistavimo gamtoje atradimas taip pat buvo viena didžiausių žmogaus minties pergalių. Praėjusio šimtmečio fizikas negalėjo atspėti, kad yra greičio riba. Tačiau jei jis eksperimentų metu būtų užklupęs faktą, kad egzistuoja ribojantis greitis, tada jis būtų nusprendęs, kad tai nelaimingas atsitikimas, o dėl to kaltas tik jo eksperimentinių galimybių ribotumas. Jis pagrįstai galvotų, kad tobulėjant technologijoms ribojantį greitį galima viršyti.

Mums aišku priešingai: būtų taip pat juokinga tuo tikėtis, kaip tikėti, kad išsivysčius navigacijai bus galima pasiekti vietą žemės paviršiuje, kuri nuo pradžios taško nutolusi daugiau nei 20 tūkstančių kilometrų ( tai yra daugiau nei pusė žemės perimetro).

Kada minutė lygi valandai?

Norėdamas visapusiškai paaiškinti laiko reliatyvumą ir iš to išplaukiančias pasekmes, kurios iš įpročio atrodo keistos, Einšteinas pasitelkia pavyzdžius su traukiniu. Mes darysime tą patį. Milžiniškas traukinys, judantis įsivaizduojamu pasakišku greičiu, bus vadinamas „Einšteino traukiniu“.

Įsivaizduokite labai ilgą geležinkelį. 864 milijonų kilometrų atstumu viena nuo kitos yra dvi stotys. Norint įveikti atstumą tarp jų, Einšteino traukiniui, važiuojančiam, tarkime, 240 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu, prireiks valandos laiko. Abi stotys turi visiškai tikslius laikrodžius.

Keliautojas įlipa į traukinį pirmoje stotyje. Pirmiausia jis nustato kišeninį chronometrą tiksliai pagal stoties laikrodį. Atvykęs į kitą stotį, jis palygina jį su stoties laikrodžiu ir nustebęs pastebi, kad chronometras atsilieka ...

Kodėl taip atsitiko?

Tarkime, kad automobilio grindyse yra elektros lemputė, o lubose – veidrodis. Į veidrodį atsitrenkusios lemputės šviesos spindulys atsispindi atgal į lemputę. Spindulio kelias, kurį mato keliautojas automobilyje, parodytas viršutiniame paveikslėlyje: spindulys nukreiptas vertikaliai aukštyn, o krenta vertikaliai žemyn.

Stebėtojui stotyje bus pateiktas kitoks vaizdas. Tuo metu, kai šviesos spindulys nuėjo nuo lemputės iki veidrodžio, veidrodis judėjo kartu su traukiniu. O krintant atspindėtam spinduliui, pati lemputė nuslinko tokiu pat atstumu. Spindulio nueitas kelias stotyje esančio stebėtojo požiūriu parodytas apatiniame paveikslėlyje: jis sudaro dvi lygiašonio trikampio kraštines. Trikampio pagrindą sudaro traukinio nešama lemputė.

Matome, kad stotyje esančio stebėtojo požiūriu šviesos spindulys nukeliavo didesnį atstumą, nei žiūrint iš stebėtojo traukinyje. Tuo pačiu žinome, kad šviesos greitis yra pastovus visomis sąlygomis: jis yra lygiai toks pat ir stebėtojui stotyje, ir keliautojui traukinyje. Kas iš čia seka?

Aišku, kad jei greičiai vienodi, bet takų ilgiai skirtingi, tai mažesniu keliu pravažiuojama mažiau laiko, o didesniam – daugiau. Lengva apskaičiuoti abiejų kartų santykį.

Tarkime, stotyje esančio stebėtojo požiūriu, nuo spindulio išėjimo į veidrodį iki jo sugrįžimo į lemputę praėjo 10 sekundžių. Per šias 10 sekundžių lemputė praėjo:

300 000 x 10 = 3 milijonai kilometrų.

Vadinasi, lygiašonio trikampio ABC kraštinės AB ir BC yra lygios po 1,5 milijono kilometrų. Kraštinė AC 1, trikampio pagrindas, yra lygi atstumui, kurį traukinys nuvažiuoja per 10 sekundžių, būtent:

240 000 x 10 = 2,4 milijono kilometrų.

Pusė bazės, AD 1 yra lygus 1,2 milijono kilometrų.

Iš čia nesunku nustatyti automobilio aukštį – trikampio BD aukštį. Iš taisyklingas trikampis ABD turime:

BD 2 \u003d AB 2 - AD 2 \u003d 1,52 - 1,22

Taigi BD = 0,9 milijono kilometrų.

Aukštis yra gana tvirtas, tačiau tai nenuostabu, atsižvelgiant į astronominius Einšteino traukinio matmenis.

Spindulio nueitas kelias traukinio stebėtojo požiūriu akivaizdžiai lygus dvigubam trikampio aukščiui:

2BD = 2 x 0,9 = 1,8 milijono kilometrų.

Norint keliauti šiuo keliu, šviesai reikės:

1 800 000/300 000 = 6 sekundės.

Taigi, kol šviesos spindulys ėjo nuo lemputės iki veidrodžio ir atgal, stotyje prabėgo 10 sekundžių, o traukinyje – tik 6 sekundes. Laiko traukinyje ir laiko stotyse santykis yra 6/10.

Iš čia ir stebina pasekmė: pagal stoties laiką traukinys važiuodamas tarp stočių praleido valandą, o pagal keliautojo chronometrą – tik 6/10 valandų, tai yra 36 minutes. Būtent todėl judėjimo tarp stočių metu keliautojo chronometras atsiliko nuo stoties laikrodžio, be to, 24 minutėmis.

Šį faktą reikia gerai suvokti: keliautojo chronometras atsiliko ne todėl, kad; kad jis buvo lėtesnis arba neveikė tinkamai. Ne, jis veikė kaip laikrodžiai stotyse. Tačiau laikas traukinyje, judančiame stočių atžvilgiu, tekėjo kitaip nei stotyse.

Iš diagramos su trikampiu matyti, kad kuo didesnis traukinio greitis, tuo didesnis turi būti chronometro atsilikimas nuo traukinio iki šviesos greičio, galima užtikrinti, kad praeis bet koks mažas laiko tarpas. traukinys per valandą stoties laiku. Pavyzdžiui, kai traukinio greitis yra apie 0,9999 šviesos greičio, per valandą stoties laiko traukinyje prabėgs tik 1 minutė (arba, atvirkščiai, traukinyje per valandą stoties laiko praeis valanda, jei stebėtojas vienoje stotyje tikrina savo laiką dviem chronometrais, įrengtais traukinio pradžioje ir pabaigoje).

Laikydamas laiką absoliučiu, žmogus jį įsivaizduodavo kaip kažką tolygiai tekantį, be to, visur ir visomis pasaulio sąlygomis vienodu greičiu. Tačiau Einšteino traukinys rodo, kad skirtingose ​​laboratorijose laiko tempas yra skirtingas. Šis laiko reliatyvumas yra viena iš svarbiausių fizinio pasaulio savybių.

Iš viso to, kas pasakyta, galime daryti išvadą, kad Wellso fantastinėje istorijoje aprašyta „laiko mašina“ nėra tokia tuščia fantazija. Laiko reliatyvumas atveria jiems galimybę – bent jau teoriškai – keliauti į ateitį. Nesunku suprasti, kad Einšteino traukinys yra būtent „laiko mašina“.

Laiko mašina

Iš tiesų, įsivaizduokite, kad Einšteino traukinys juda ne tiesia linija, o žiediniu geležinkeliu. Tada kiekvieną kartą, kai keliautojas grįžta į pradinę stotį, jis pamatys, kad jo laikrodis yra už stoties laikrodžio.

Apytiksliai prilyginę traukinio greitį šviesos greičiui, galite, kaip jau žinote, užtikrinti, kad pagal traukinio stoties laikrodį per valandą prabėgtų bet koks mažas laiko tarpas. Tai veda prie nuostabių rezultatų: traukinyje prabėga tik metai, o stotyje – šimtai ir tūkstančiai metų. Išlipęs iš savo „laiko mašinos“, mūsų keliautojas atsidurs atskirtoje ateityje... Jo artimieji ir draugai jau seniai mirė... Gyvus jis ras tik tolimus jų palikuonis.

Tačiau Einšteino traukinys vis dar labai skiriasi nuo Wellso. Juk, pasak romanistės, ji galėjo pajudėti laiku ne dėl didelio greičio, o dėl kažkokio ypatingo techninio prietaiso. Tačiau iš tikrųjų tokio įrenginio negalima sukurti; tai yra visiška nesąmonė. Yra tik vienas būdas patekti į ateitį: suteikti traukiniui milžinišką greitį – artimą šviesos greičiui.

Kita savybė Einšteino traukinį išskiria nuo Velso laiko mašinos: jis negali pajudėti „atgal“ laike, tai yra, negali eiti į praeitį ir taip grįžti iš ateities į dabartį.

Apskritai, pati mintis judėti atgal yra visiškai beprasmė. Galime paveikti tik tai, kas dar nebuvo, bet negalime pakeisti to, kas jau buvo. Tai aišku net iš šio pavyzdžio: jei būtų galima grįžti laiku atgal, tai gali atsitikti taip, kad žmogus nuėjo į praeitį ir nužudė savo tėvus, kai šie dar buvo kūdikiai. Ir jei jis grįžtų į dabartį, atsidurtų juokingoje žmogaus padėtyje, kurio tėvai mirė gerokai prieš jam gimstant!

Judėjimas artimu šviesos greičiui teoriškai atveria dar vieną galimybę: kartu su laiku įveikti bet kokius atstumus. O pasaulio erdvėje jie gali būti tokie dideli, kad net ir didžiausiu greičiu daugumai kelionių neužtektų žmogaus gyvenimas.

Pavyzdžiui, žvaigždė, esanti, tarkime, už dviejų šimtų šviesmečių nuo mūsų. Kadangi šviesos greitis yra didžiausias gamtoje, neįmanoma pasiekti šios žvaigždės anksčiau nei po dviejų šimtų metų nuo pradžios. O kadangi žmogaus gyvenimo trukmė nesiekia dviejų šimtų metų, atrodytų, kad galima drąsiai teigti, kad žmogui iš esmės atimta galimybė pasiekti tolimas žvaigždes.

Tačiau šis samprotavimas yra klaidingas. Klaida ta, kad apie du šimtus metų kalbame kaip apie kažką absoliutaus. Tačiau laikas yra santykinis, tai yra, nėra bendro laiko visoms laboratorijoms. Stotys turėjo vieną laiko skaičiavimą, o Einšteino traukinys turėjo kitą.

Įsivaizduokime astronautą, kuris iškeliavo į pasaulio erdvę. Kol ji pasieks žvaigždę, esančią už dviejų šimtų šviesmečių nuo mūsų, pagal žemiškąjį laiką iš tiesų bus praėję du šimtai metų. Raketoje, priklausomai nuo jos greičio Žemės atžvilgiu, kaip žinome, gali tekėti bet koks trumpas laiko tarpas.

Taigi astronautas savo laiku žvaigždę pasieks ne po dviejų šimtų metų, o, tarkime, per vienerius metus. Esant pakankamai dideliam greičiui, teoriškai galima „skristi“ į žvaigždę ir grįžti pagal raketos laikrodį net per minutę ...

Be to: judant didžiausiu greičiu pasaulyje – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę – laikas tampa itin mažas, tai yra lygus nuliui. Kitaip tariant, jei raketa galėtų judėti šviesos greičiu, laikas joje stebėtojui visiškai sustotų, o šio stebėtojo požiūriu starto momentas sutaptų su finišo momentu.

Kartojame, kad visa tai įsivaizduojama tik teoriškai. Praktiškai kelionės į ateitį ir tolimas žvaigždes neįmanomos, nes automobilių ir žmonių judėjimas artimu šviesos greičiui yra techninių priežasčių neįmanomas.

O dydžiai yra santykiniai.

Ankstesniuose skyriuose pateikti samprotavimai ir linksmi pavyzdžiai atrodo fantastiški. Tačiau jų tikslas – ne pavergti skaitytoją fantazija, o parodyti visą iš laiko reliatyvumo kylančių pasekmių gilumą ir rimtumą.

Nesunku pastebėti, kad kūnų dydžių reliatyvumas išplaukia ir iš laiko reliatyvumo.

Tegul platformos, per kurią pravažiuoja Einšteino traukinys, ilgis yra 2,4 milijono kilometrų. 240 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu traukinys per 10 sekundžių pravažiuos peroną. Tačiau per 10 sekundžių stoties laiko traukinyje praskris tik 6 sekundės. Iš to keliautojas teisingai padarys išvadą, kad platformos ilgis yra 240 000 x 6 = 1,44 milijono kilometrų, o ne 2,40 milijono kilometrų.

Tai reiškia, kad ramybės objektas, palyginti su bet kuria laboratorija, yra ilgesnis nei judantis. Traukinio atžvilgiu peronas judėjo, o stoties atžvilgiu – ramybės būsenoje. Todėl stebėtojui stotyje jis buvo ilgesnis nei keliautojui. Priešingai, traukinio vagonai stebėtojui stotyje buvo 10/6 kartų trumpesni nei keliautojui.

Didėjant greičiui, objektų ilgis vis labiau mažėja. Todėl didžiausiu greičiu jis turėjo tapti mažiausiu, tai yra lygus nuliui.

Taigi kiekvienas judantis kūnas susitraukia savo judėjimo kryptimi. Šiuo atžvilgiu būtina pataisyti vieną iš mūsų pateiktų pavyzdžių žurnalo Nr. 9, būtent: eksperimentuodami su garlaivio durų atidarymu, nustatėme, kad stebėtojui ant molo atsidarė antrosios durys. 40 sekundžių vėliau nei pirmoji. Bet kadangi garlaivio, judančio 240 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu, ilgis, palyginti su prieplauka, sumažėjo 10/6 kartų, tikrasis laiko intervalas tarp durų atidarymo bus lygus prieplaukos laikrodžiui, o ne 40 sekundžių. , bet 40: 10/6 = 24 sekundės . Žinoma, ši skaitinė korekcija nekeičia esminių išvadų, kurias padarėme iš patirties su garlaiviu.

Kūnų matmenų reliatyvumas iš karto sukelia naują, bene ryškiausią, reliatyvumo principo pasekmę. „Pats ryškiausias“, nes tai paaiškina netikėtą Mikaelsono eksperimento rezultatą, kuris vienu metu įnešė sumaištį fizikų gretose. Atvejis, kaip prisimenate, buvo susijęs su greičių pridėjimu, kuris dėl nežinomos priežasties „nenorėjo“ paklusti įprastai aritmetikai.

Žmogus visada buvo įpratęs pridėti greičius, nukreiptus tiesia linija ir viena kryptimi, grynai aritmetiškai, tai yra taip paprastai, kaip lenteles ar obuolius. Pavyzdžiui, jei laivas plaukia tam tikra kryptimi 20 kilometrų per valandą greičiu, o keleivis jo deniu eina ta pačia kryptimi 5 kilometrų per valandą greičiu, tada keleivio greitis, palyginti su prieplauka bus 20 + 5 = 25 kilometrai per valandą.val.

Dar visai neseniai fizikai buvo tikri, kad šis sudėjimo būdas yra visiškai teisingas ir tinkamas bet kokių greičių sumai rasti. Tačiau reliatyvumo principas nepaliko nepaliestos net šios mechanikos taisyklės.

Pabandykite, pavyzdžiui, pridėti 230 ir 270 tūkstančių kilometrų per sekundę greičius. Kas nutiks? 500 tūkstančių kilometrų per sekundę. Ir tokio greičio negali būti, nes 300 tūkstančių kilometrų per sekundę yra didžiausias greitis pasaulyje. Iš to bent jau aišku, kad bet kokio greičio suma bet kuriuo atveju negali viršyti 300 000 kilometrų per sekundę.

Bet galbūt leistina pridėti aritmetiškai mažesnį greitį, pavyzdžiui, 150 ir 130 tūkstančių kilometrų per sekundę? Juk jų suma, 280 tūkstančių kilometrų per sekundę, neviršija leistino greičio pasaulyje.

Nesunku pastebėti, kad čia neteisinga ir aritmetinė suma. Tegu, pavyzdžiui, garlaivis praplaukia pro prieplauką 150 000 kilometrų per sekundę greičiu, o rutulys rieda garlaivio deniu 130 000 kilometrų per sekundę greičiu. Šių greičių suma turėtų išreikšti rutulio greitį prieplaukos atžvilgiu. Tačiau iš ankstesnio skyriaus žinome, kad judančio kūno dydis mažėja. Todėl 130 000 kilometrų atstumas garlaiviu visai nėra lygus 130 000 kilometrų stebėtojui prieplaukoje, o 150 000 kilometrų palei pakrantę visai nėra lygus 150 000 kilometrų garlaivio keleiviui.

Be to, norėdamas nustatyti rutulio greitį prieplaukos atžvilgiu, stebėtojas naudoja laikrodį prieplaukoje. Tačiau kamuoliuko greitį garlaivyje lemia garlaivio laikas. O laikas judančiame garlaivyje ir prieplaukoje, kaip žinome, nėra tas pats dalykas.

Štai kaip greičių pridėjimo klausimas atrodo praktiškai: reikia atsižvelgti ir į atstumų, ir į laiko reliatyvumą. Kaip reikėtų derinti greitį?

Einšteinas tam pateikė specialią formulę, atitinkančią reliatyvumo principą. Kol kas mes nepateikėme formulių iš reliatyvumo teorijos, nenorėdami jomis apkrauti šio sunkaus straipsnio. Tačiau glausta ir tiksli matematikos kalba daug ką iš karto išryškina, pakeičiant ilgus, žodinius argumentus. Greičių pridėjimo formulė yra ne tik daug paprastesnė už visus ankstesnius samprotavimus, bet ir pati savaime tokia paprasta ir įdomi, kad ją verta pacituoti:

V1 + V2
W = _________________
V 1 x V 2
1+ ___________
C2

Čia V 1 ir V 2 yra greičio terminai, W – bendras greitis, c – didžiausias greitis pasaulyje (šviesos greitis), lygus 300 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Ši nuostabi formulė turi kaip tik tinkamą savybę: kad ir kokius greičius prie jos pridėtume, niekada nepasieksime daugiau nei 300 tūkstančių kilometrų per sekundę. Pabandykite pridėti 230 000 ir 270 000 kilometrų per sekundę pagal šią formulę arba net 300 000 ir 300 000 kilometrų per sekundę ir pažiūrėkite, kas atsitiks.

Pridedant mažus greičius – tokius, kokius dažniausiai susiduriame praktikoje – formulė suteikia mums įprastą rezultatą, kuris mažai skiriasi nuo aritmetinė suma. Paimkime, pavyzdžiui, net didžiausią šiuolaikinį judėjimo greitį. Tegul du lėktuvai juda vienas kito link, kiekvienas skrisdamas 650 kilometrų per valandą greičiu. Koks jų konvergencijos greitis?

Aritmetiškai – (650 + 650) = 1300 kilometrų per valandą. Pagal Einšteino formulę – tik 0,72 mikronų per valandą mažiau. O aukščiau pateiktame pavyzdyje su lėtai judančiu laivu, kurio denyje vaikšto vyras, šis skirtumas vis tiek yra 340 tūkstančių kartų mažesnis.

Tokių dydžių tokiais atvejais matavimais nustatyti neįmanoma. Taip, ir jų praktinė vertė lygi nuliui. Iš to aišku, kodėl tūkstančius metų žmogus nepastebėjo, kad aritmetinis greičių pridėjimas yra iš esmės neteisingas: tokio sudėjimo netikslumas yra daug mažesnis nei griežčiausi praktikos reikalavimai. Ir todėl technologijoje viskas visada susiliejo su skaičiavimais, jei tik skaičiavimai buvo teisingi.

Tačiau aritmetiškai pridėti greičių, palyginamų su šviesos greičiu, nebeįmanoma: čia galime patekti į grubias klaidas. Pavyzdžiui, važiuojant 36 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu, paklaida viršys 1 tūkstantį kilometrų, o važiuojant 100 tūkstančių kilometrų per sekundę jau pasieks 20 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Tai, kad aritmetinis greičių pridėjimas yra neteisingas, o Einšteino formulė teisinga, patvirtina patirtis. Kitaip ir būti negalėjo: juk būtent patirtis privertė fizikus persvarstyti senąsias mechanikos sąvokas ir privedė prie reliatyvumo principo.

Žinodami, kaip iš tikrųjų pridėti greitį, dabar galime suprasti „paslaptingus“ Michaelsono eksperimento rezultatus. Atlikdamas šį eksperimentą, kai Žemė judėjo link šviesos pluošto 30 kilometrų per sekundę greičiu, Michaelsonas tikėjosi gauti 300 000 + 30 = 300 030 kilometrų per sekundę rezultatą.

Bet jūs negalite pridėti greičio taip!

Greičių pridėjimo formulėje pakeiskite V 1 = c (c yra šviesos greitis) ir V 2 = 30, ir pamatysite, kad bendras greitis yra tik c1 ir ne daugiau. Kaip tik toks buvo Mikaelsono eksperimento rezultatas.

Tas pats rezultatas bus gautas visoms kitoms V 2 vertėms, jei V 1 yra lygus šviesos greičiui. Tegul Žemė praeina bet kokį kilometrų skaičių per sekundę: 30 – aplink Saulę, 275 – kartu su Saulės sistema ir tūkstančius kilometrų – su visa galaktika. Tai dalykų nekeičia. Visais atvejais, kai prie šviesos greičio pridedamas Žemės greitis, formulė duos tą pačią reikšmę c.

Taigi, Mikaelsono eksperimento rezultatai mus nustebino tik todėl, kad nemokėjome teisingai suskaičiuoti greičių. Mes nežinojome, kaip tai padaryti, nes nežinojome, kad kūnai susitraukia savo judėjimo kryptimi ir skirtingose ​​laboratorijose laikas eina skirtingai.

Masė ir energija

Belieka apsvarstyti paskutinį klausimą.

Viena iš svarbiausių bet kurio kūno savybių yra jo masė. Esame įpratę manyti, kad jis visada išlieka nepakitęs. Tačiau reliatyvumo principu pagrįsti skaičiavimai rodo ką kita: kai kūnas juda, jo masė didėja. Jis didėja tiek kartų, kiek mažėja kūno ilgis. Taigi Einšteino traukinio, judančio 240 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu, masė yra 10/6 kartų didesnė už masę ramybės būsenoje.

Kai greitis artėja prie ribos, masė auga vis greičiau. Esant ribiniam greičiui, bet kurio kūno masė turi tapti be galo didelė. Įprasti greičiai, su kuriais susiduriame praktiškai, sukelia visiškai nereikšmingą masės padidėjimą.

Tačiau šį reiškinį vis dar įmanoma išbandyti eksperimentiškai: šiuolaikinė eksperimentinė fizika gali palyginti greitai judančių elektronų masę su ramybės būsenos elektronų mase. O patirtis visiškai patvirtina masės priklausomybės nuo greičio dėsnį.

Tačiau norint pasakyti kūnų greitį, reikia eikvoti energiją. Ir paaiškėja, kad apskritai bet koks darbas, atliktas su kūnu, bet koks kūno energijos padidėjimas reiškia masės padidėjimą, proporcingą šiai išeikvotai energijai. Todėl įkaitusio kūno masė didesnė nei šalto, suspaustos spyruoklės masė didesnė nei laisvojo.

Nereikšmingi masės vienetų kiekiai atitinka didžiulius energijos vienetų kiekius. Pavyzdžiui, norint padidinti kūno masę tik 1 gramu, reikia su juo dirbti per 25 milijonus kilovatvalandžių. Kitaip tariant, 25 milijonų kilovatvalandžių elektros energijos masė yra lygi 1 gramui. Šiam gramui gauti reikia visos dvi dienas Dneproges generuojamos energijos. Skaičiuodami tik vieną kapeiką už kilovatvalandę, matome, kad 1 gramas pigiausios elektros energijos kainuoja 250 tūkstančių rublių. O jei elektrą paversite šviesa, tai 1 gramas šviesos kainuos apie 10 milijonų rublių. Tai daug kartų brangiau nei brangiausia medžiaga – radis.

Jei uždaroje patalpoje sudeginsite 1 toną anglies, degimo produktai svers tik 1/3000 gramo mažiau nei anglis ir deguonis, iš kurių jie susidarė atvėsę. Trūkstamoji masės dalis prarandama dėl šilumos spinduliavimo. O pakaitinus 1 toną vandens nuo 0 iki 100 laipsnių, jo masė padidės mažiau nei 5/1 000 000 gramo dalių.

Visiškai aišku, kad tokie nežymūs kūnų masės pokyčiai, kai jie praranda arba įgyja energijos, aplenkia tiksliausius matavimus. Tačiau šiuolaikinė fizika žino reiškinius, kuriuose masės pokytis tampa pastebimas. Tai procesai, vykstantys atomo branduolių susidūrimo metu, kai iš kai kurių elementų branduolių susidaro kitų elementų branduoliai.

Pavyzdžiui, kai ličio atomo branduolys susiduria su vandenilio atomo branduoliu, susidaro du helio atomo branduoliai. Šių dviejų branduolių masė jau gerokai – 1/4 dalimi – mažesnė už bendrą vandenilio ir ličio branduolių masę. Todėl 1 gramą ličio ir vandenilio mišinio paverčiant heliu, turėtų išsiskirti 1/400 gramo energijos, kuri bus kilovatvalandėmis:

25 000 000/400 = 62,5 tūkst. kilovatvalandžių.

Taigi, jei galėtume nesunkiai atlikti branduolines transformacijas, taptume turtingiausio energijos šaltinio savininkais: norint gauti Dneproges galią, pakaktų tik 4 gramus ličio ir vandenilio mišinio paversti į helio kas valandą.

Naujoji ir senoji fizika

Tai baigia mūsų paviršutinišką įvadą į reliatyvumo principą.

Matėme, kaip rimtai ir gilūs pokyčiaiįvedė reliatyvumo principą į ilgus šimtmečius žmonijoje susiformavusią pasaulėžiūrą. Ar tai nereiškia, kad senos idėjos visiškai sunaikintos? Kad jie turėtų būti visiškai atmesti? Kad visa fizika, sukurta iki reliatyvumo principo atradimo, turėtų būti išbraukta kaip neteisinga?

Ne, nes skirtumas tarp senosios fizikos (ji vadinama „klasikine“) ir fizikos, kurioje atsižvelgiama į reliatyvumo principą („reliatyvistinis“, iš lotyniško žodžio „relatio“, reiškiančio „referencija“), yra per daug. mažas beveik visose mūsų praktinės veiklos srityse.

Jei, pavyzdžiui, paprasto, net ir greičiausio traukinio (bet, žinoma, ne Einšteino) keleiviui į galvą imtų įvesti laiko pataisą pagal reliatyvumo principą, iš jo būtų išjuokta. Vienai dienai tokia pataisa būtų išreikšta dešimčia milijardų sekundės dalių. Traukinio drebėjimas ir netikslus geriausio laikrodžio mechanizmo veikimas nepalyginamai stipriau veikia laikrodžio rodmenis.

Inžinierius, kuris į skaičiavimus įtrauktų vandens masės padidėjimą jį kaitinant, būtų galima pavadinti beprotišku. Kita vertus, fizikas, tiriantis atomų branduolių susidūrimą, bet neatsižvelgiantis į galimus masės pokyčius, turėtų būti pašalintas iš laboratorijos dėl nežinojimo.

Dizaineriai mašinas visada kurs vadovaudamiesi klasikinės fizikos dėsniais: reliatyvumo principo pataisos mašinas paveiks mažiau nei ant smagračio nusileidęs mikrobas. Tačiau fizikas, stebintis greitus elektronus, turi atsižvelgti į jų masės kitimą priklausomai nuo greičio.

Taigi gamtos dėsniai, atrasti prieš atsirandant reliatyvumo principui, nėra panaikinti; Reliatyvumo teorija nepaneigia, o tik pagilina ir išgrynina senojo mokslo gautas žinias. Ji nustato ribas, per kurias šios žinios gali būti panaudotos neklystant.

Apibendrinant reikia pasakyti, kad reliatyvumo teorija neapsiriboja tais klausimais, kuriuos aptarėme šiame straipsnyje. Tęsdamas savo mokymų plėtrą, Einšteinas vėliau visiškai davė nauja nuotrauka toks svarbus reiškinys kaip visuotinė gravitacija. Šiuo atžvilgiu reliatyvumo doktrina buvo padalinta į dvi dalis. Pirmasis iš jų, nesusijęs su gravitacija, buvo vadinamas „privačiu“ arba „ypatingu“ „reliatyvumo principu“; antroji dalis, apimanti gravitacijos klausimus, yra „bendrasis reliatyvumo principas“. Taigi mes susitikome tik su tam tikru principu (svarstymas bendras principas nepateko į šio straipsnio taikymo sritį).

Belieka tik pastebėti, kad pakankamai giliai ištyrus fiziką, visi sudėtingo reliatyvumo teorijos pastato labirintai tampa visiškai aiškūs. Tačiau patekti į juos, kaip žinome, toli gražu nebuvo lengva. Tam reikėjo genialaus spėjimo: reikėjo sugebėti iš Mikaelsono eksperimento padaryti tinkamas išvadas – atrasti laiko reliatyvumą su visomis iš to išplaukiančiomis pasekmėmis.

Taigi žmonija, amžinai trokšdama pažinti pasaulį plačiau ir giliau, iškovojo vieną didžiausių savo pergalių.

Tai skolinga Alberto Einšteino genijui.

Didelė atvira paslaptis

Aleksandras Grišajevas, ištrauka iš straipsnio " Universalios gravitacijos spygliukai ir dagčiai»

„Britai nevalo savo ginklų plytomis: net jei jie nevalo mūsų, kitaip, neduok Dieve, jie netinkami šaudyti ...“ - N. Leskovas.

8 paraboliniai ADU-1000 priėmimo ir perdavimo antenų komplekso veidrodžiai - giliųjų kosminių ryšių centro Plutono priėmimo komplekso dalis ...

Pirmaisiais giliųjų kosmoso tyrimų formavimosi metais jis, deja, buvo prarastas visa linija Sovietų ir Amerikos tarpplanetinės stotys. Net jei paleidimas vyko be gedimų, kaip sako specialistai, „įprastu režimu“, visos sistemos veikė normaliai, visos iš anksto suplanuotos orbitos korekcijos vyko normaliai, staiga nutrūko ryšys su transporto priemonėmis.

Tai pasiekė tašką, kad kitame paleidimui palaniame „lange“ tie patys įrenginiai su ta pačia programa buvo paleisti partijomis, vienas po kito siekiant – tikintis, kad bent vieną pavyks nugalėti. galas. Bet kur tai! Buvo tam tikra Priežastis, kuri nutraukė ryšį artėjant prie planetų, o tai nedavė nuolaidų.

Žinoma, jie apie tai tylėjo. Kvaila visuomenė buvo informuota, kad stotis praėjo, tarkime, 120 tūkstančių kilometrų atstumu nuo planetos. Šių žinučių tonas buvo toks linksmas, kad nevalingai pagalvojo: „Vaikinai šaudo! Šimtas dvidešimt tūkstančių nėra blogai. Galų gale gali praeiti trys šimtai tūkstančių! Jūs suteikiate naujų, tikslesnių paleidimų! Niekas neturėjo supratimo apie dramos intensyvumą – kad ten kažkas yra žinovai nesupratau.

Galų gale nusprendėme tai išbandyti. Signalas, kuriuo užmezgamas ryšys, tebūnie jums žinomas, jau seniai buvo vaizduojamas bangų - radijo bangų pavidalu. Lengviausias būdas įsivaizduoti, kas yra šios bangos, gali būti „domino efektas“. Ryšio signalas sklinda erdvėje kaip krintančių domino kauliukų banga.

Bangos sklidimo greitis priklauso nuo kiekvieno snukio individo kritimo greičio, o kadangi visi snukiai yra vienodi ir krenta per tą patį laiką, bangos greitis yra pastovi reikšmė. Atstumas tarp fizikos kaulų vadinamas "bangos ilgis".

Bangos pavyzdys yra "domino efektas"

Dabar tarkime, kad turime dangaus kūną (vadinkime jį Venera), šioje figūroje pažymėtą raudonu papuošalu. Tarkime, jei pastumsime pradinį snukį, kiekvienas paskesnis snukis užkris ant kito per vieną sekundę. Jei nuo mūsų iki Veneros tilps lygiai 100 plytelių, banga ją pasieks po to, kai visos 100 plytelių nukris iš eilės, kiekviena sugaišdama po sekundę. Iš viso iš mūsų banga Venerą pasieks per 100 sekundžių.

Taip yra, jei Venera stovi vietoje. O jei Venera nestovi vietoje? Tarkime, kol krinta 100 snukių, mūsų Venera turi laiko „nušliaužti“ iki atstumo, lygaus atstumui tarp kelių snukių (kelių bangų ilgių), kas tada nutiks?

Akademikai nusprendė, ką daryti, jei banga aplenks Venerą pagal tą patį dėsnį, kurį naudoja moksleiviai žemesnės klasės galvosūkiuose, pavyzdžiui: „Iš esmės A dideliu greičiu išvažiuoja traukinys A km/val., o nuo taško B tuo pačiu greičiu išvažiuoja pėstysis b ta pačia kryptimi, kiek laiko užtruks, kol traukinys aplenks pėsčiąjį?

Tada akademikai suprato, kad reikia spręsti tokią paprastą jaunesniųjų studentų problemą, tada viskas klostėsi sklandžiai. Jei ne šis išradingumas, nepamatytume išskirtinių tarpplanetinės astronautikos laimėjimų.

Ir kas čia tokio gudraus, Dunno, nepatyręs moksluose, nuskleis rankas?! Ir priešingai, Znayka, patyręs mokslus, sušuks: saugok, laikyk nesąžiningą, tai pseudomokslas! Pagal tikrą, teisingą mokslą, teisingai, ši užduotis turėtų būti išspręsta visiškai kitaip! Juk turime reikalą ne su kažkokiais mažais sparčiai plaukiančiais lapių pėsčiųjų garlaiviais, o su po Veneros šviesos greičiu skubančiu signalu, kuris, kad ir kaip greitai tu, ar Venera bėgtum, vis tiek tave pasiveja. šviesos greičiu! Be to, jei skubėsite link jo, anksčiau jo nesutiksite!

Reliatyvumo principai

- Tai kaip, - sušuks Dunno, - pasirodo, kad jei iš pastraipos B aš, kuris taške esu žvaigždėlaivyje A pranešk jiems, kad laive prasidėjo pavojinga epidemija, nuo kurios turiu vaistų, man nenaudinga suktis jų pasitikti, nes vistiek anksčiau nesusitiksime, jei man atsiųstas erdvėlaivis juda šviesos greičiu? O tai reiškia – ramia sąžine galiu tęsti savo kelionę į tikslą C pristatyti sauskelnių krovinį beždžionėms, kurios gims lygiai kitą mėnesį?

- Teisingai, - atsakys tau Znayka, - jei tu važiuotum dviračiu, tai tau reiktų eiti kaip rodo taškinė rodyklė - link tave palikusio automobilio. Bet jei link jūsų juda lengvo greičio transporto priemonė, nesvarbu, ar judėsite link jos, ar tolsite nuo jos, ar liksite vietoje - susitikimo laikas negali būti keičiamas.

- Kaip taip yra, - Dunno grįš prie mūsų domino, - ar snukiai pradės kristi greičiau? Tai nepadės – tai bus tik galvosūkis, kaip Achilas pasivijo vėžlį, kad ir kaip greitai Achilas bėgtų, jam vis tiek prireiks šiek tiek laiko, kol jis nuvažiuos papildomą vėžlio nuvažiuotą atstumą.

Ne, čia viskas vėsiau – jei tave pasiveja šviesos spindulys, tai tu, judėdamas, ištempi erdvę. Uždėkite tuos pačius domino kauliukus ant guminio tvarsčio ir patraukite - ant jo esantis raudonas kryžius judės, bet judės ir snukiukai, didėja atstumas tarp pirštų, t.y. bangos ilgis didėja, taigi tarp jūsų ir bangos pradžios taško visada bus vienodas kaulų skaičius. Kaip!

Būtent aš populiariai nubrėžiau Einšteino pagrindus Reliatyvumo teorijos, vienintelis teisingas, mokslinė teorija, kuris turėjo būti naudojamas apskaičiuojant subluminalinio signalo praėjimą, įskaitant skaičiuojant ryšio su tarpplanetiniais zondais režimus.

Sutelkime dėmesį į vieną dalyką: reliatyvistinėse teorijose (ir jų yra dvi: ŠIMTAS– specialioji reliatyvumo teorija ir bendrasis reliatyvumas- bendroji reliatyvumo teorija) šviesos greitis yra absoliutus ir jokiu būdu negali būti viršytas. Ir vienas naudingas terminas, kuris reiškia atstumo tarp pirštų didėjimo poveikį, tai vadinama " Doplerio efektas» - bangos ilgio didinimo efektas, jei banga seka judantį objektą, ir bangos ilgio mažinimo efektas, jei objektas juda bangos link.

Taigi akademikai pagal vienintelę teisingą teoriją manė, kad liko tik zondai „pienui“. Tuo tarpu XX amžiaus šeštajame dešimtmetyje daugelis šalių gamino Veneros radaras. Su Veneros radaru galima patikrinti šį reliatyvistinio greičių pridėjimo postulatą.

Amerikos B. J. Wallace'as 1969 m. straipsnyje „Santykinio šviesos greičio kosmose radaro bandymas“ jis išanalizavo aštuonis 1961 m. paskelbtus Veneros radaro stebėjimus. Analizė jį įtikino, kad radijo pluošto greitis ( priešingai nei reliatyvumo teorija) algebriškai pridedama prie Žemės sukimosi greičio. Vėliau jis turėjo problemų skelbdamas medžiagą šia tema.

Pateikiame minėtiems eksperimentams skirtus straipsnius:

1. V.A. Kotelnikovas ir kt. „Radaro įrenginys, naudojamas Veneros radare 1961 m.“ Radijo inžinerija ir elektronika, 7, 11 (1962) 1851.

2. V.A. Kotelnikovas ir kt. „Veneros radaro rezultatai 1961 m. Ten pat, p.1860.

3. V.A. Morozovas, Z.G. Trunova „Silpno signalo analizatorius, naudojamas Veneros radare 1961 m. Ten pat, p.1880.

išvadas, kurie buvo suformuluoti trečiajame straipsnyje, yra suprantami net Dunno, supratusiam čia pradžioje išdėstytą krintančio domino teoriją.

Paskutiniame straipsnyje, toje dalyje, kurioje jie apibūdino iš Veneros atsispindėjusio signalo aptikimo sąlygas, buvo tokia frazė: „ Siaurajuostis komponentas suprantamas kaip aido signalo komponentas, atitinkantis atspindį nuo fiksuoto taško reflektoriaus ...»

Čia „siaurajuostis komponentas“ yra aptiktas signalo, grąžinto iš Veneros, komponentas, ir jis aptinkamas, jei Venera laikoma ... nejudėdamas! Tie. vaikinai to tiesiogiai neparašė Doplerio efektas neaptinkamas, jie vietoj to parašė, kad signalą imtuvas atpažįsta tik tuo atveju, jei neatsižvelgiama į Veneros judėjimą ta pačia kryptimi kaip ir signalas, t.y. kai pagal bet kurią teoriją Doplerio efektas lygus nuliui, bet kadangi Venera judėjo, vadinasi, bangos pailgėjimo efektas neįvyko, ką numatė reliatyvumo teorija.

Dideliam reliatyvumo teorijos liūdesiui Venera neištempė erdvės, o „domino kauliukų“ buvo daug daugiau, kai signalas pasiekė Venerą, nei paleidžiant iš Žemės. Venera, kaip ir Achilo vėžlys, sugebėjo nušliaužti nuo ją pasivijusių bangų žingsnių šviesos greičiu.

Akivaizdu, kad amerikiečių mokslininkai padarė tą patį, kaip rodo minėtas atvejis su Wallace'as, kuriam nebuvo leista publikuoti referato apie Veneros skenavimo metu gautų rezultatų interpretaciją. Taigi kovos su pseudomokslu komisijos tinkamai veikė ne tik totalitarinėje Sovietų Sąjungoje.

Beje, bangų pailgėjimas, kaip išsiaiškinome, pagal teoriją turėtų rodyti kosminio objekto pašalinimą iš stebėtojo ir jis vadinamas raudonasis poslinkis, ir šis raudonasis poslinkis, kurį Hablo atrado 1929 m., yra kosmogoninės Didžiojo sprogimo teorijos pagrindas.

Parodyta Veneros vieta nebuvimas tai tas pats šališkumas, o nuo to laiko, nuo sėkmingų Veneros vietos nustatymo rezultatų, ši teorija – Didžiojo sprogimo teorija – kaip ir „juodųjų skylių“ hipotezės ir kitos reliatyvistinės nesąmonės pereina į mokslinės fantastikos kategoriją. Grožinė literatūra, už kurią jie duoda Nobelio premijos ne literatūroje, o fizikoje!!! Nuostabūs tavo darbai, Viešpatie!

P.S. Iki SRT 100-mečio ir su ja sutapusio bendrojo reliatyvumo 90-mečio paaiškėjo, kad nei viena, nei kita teorija nebuvo eksperimentiškai patvirtinta! Jubiliejaus proga projektas „Gravitacijos zondas B (GP-B) “ vertė 760 milijonų dolerių, o tai turėjo duoti bent vieną šių juokingų teorijų patvirtinimą, tačiau viskas baigėsi labai gėdingai. Kitas straipsnis apie tai...

Einšteino OTO: "Bet karalius nuogas!"

„2004 m. birželį JT Generalinė Asamblėja nusprendė 2005-uosius paskelbti Tarptautiniais fizikos metais. Asamblėja pakvietė UNESCO (Jungtinių Tautų švietimo, mokslo ir kultūros organizaciją) organizuoti Metų minėjimo veiklą, bendradarbiaujant su viso pasaulio fizinėmis bendruomenėmis ir kitomis interesų grupėmis...“- Pranešimas iš „Jungtinių Tautų Biuletenio“

Vis tiek būtų! – Kitais metais bus minimas Specialiosios reliatyvumo teorijos 100-metis. ŠIMTAS), 90 metų Bendrajai reliatyvumo teorijai ( bendrasis reliatyvumas) – šimtas metų nenutrūkstamo naujosios fizikos triumfo, nuo pjedestalo nuvertusio archajišką Niutono fiziką, taip galvojo pareigūnai iš JT, laukdami kitų metų švenčių ir švenčių. didžiausias genijus visų laikų ir tautų, taip pat jo pasekėjų.

Tačiau pasekėjai geriau nei kiti žinojo, kad „sugalviosios“ teorijos niekaip nepasirodė beveik šimtą metų: jų pagrindu nebuvo prognozuojama naujų reiškinių ir nebuvo pateikti paaiškinimai, kurie jau buvo atrasti, bet nepaaiškinti. klasikinė Niutono fizika. Visai nieko, NIEKO!

GR neturėjo nei vieno eksperimentinio patvirtinimo!

Buvo žinoma tik tai, kad teorija buvo puiki, bet niekas nežinojo, kuo ji naudinga. Na, taip, ji reguliariai maitino pažadus ir pusryčius, už kuriuos buvo išleista nepamatuota tešla, o dėl to - mokslinės fantastikos romanai apie juodąsias skyles, už kuriuos jie skyrė Nobelio premijas ne literatūroje, o fizikoje, buvo pastatyti greitintuvai, vienas po kito, vienas už kitą, visame pasaulyje buvo veisiami gravitaciniai interferometrai, kuriuose, perfrazuojant Konfucijų, „tamsiojoje materijoje“ buvo ieškoma juoda katė, kurios, be to, nebuvo, o pačios „juodosios materijos“ taip pat niekas nematė.

Todėl 2004 m. balandžio mėn. buvo pradėtas ambicingas projektas, kuris buvo kruopščiai ruošiamas maždaug keturiasdešimt metų ir kurio paskutiniam etapui buvo išleista 760 mln. „Gravitacijos zondas B (GP-B)“. Gravitacijos testas B turėjo vingiuoti tiksliaisiais giroskopais (kitaip tariant – viršūnėmis), nei daugiau, nei mažiau, Einšteino erdvėlaikį, 6,6 lanko sekundės, maždaug per metus skrydžio – kaip tik per didžiąją sukaktį.

Iškart po paleidimo jų laukė pergalingi pranešimai „Jo Ekscelencijos adjutanto“ dvasia – „laiškas“ sekė N-tąjį kilometrą: „Sėkmingai suvyniota pirmoji erdvėlaikio lanko sekundė“. Tačiau pergalingos ataskaitos, už kurias tikintieji yra patys grandioziškiausi XX amžiaus sukčiai, kažkaip visko neturėjo būti.

Ir be pergalingų pranešimų, koks velnias per jubiliejus – minios pažangiausių mokymų priešų su pasiruošę rašikliais ir skaičiuotuvais laukia spjauti į didžiuosius Einšteino mokymus. Taigi jie nukrito „Tarptautiniai fizikos metai“ ant stabdžių – pralėkė tyliai ir nepastebimai.

Pergalingų pranešimų nebuvo net iškart po misijos pabaigos, jubiliejinių metų rugpjūtį: buvo tik žinutė, kad viskas eina į vėžes, išradinga teorija pasitvirtino, bet rezultatus apdorosime šiek tiek, tiksliai metais bus tikslus atsakymas. Po metų ar dvejų atsakymo nebuvo. Galiausiai jie pažadėjo galutinius rezultatus pateikti iki 2010 m. kovo mėn.

O kur rezultatas? Naršydamas internete, vieno tinklaraštininko „LiveJournal“ radau šį įdomų įrašą:

Gravitacijos zondas B (GP-B) – popėdsakų760 milijonų dolerių. $

Taigi – šiuolaikinė fizika neabejoja dėl bendrosios reliatyvumo teorijos, atrodytų, kam tada reikalingas 760 milijonų dolerių vertės eksperimentas, kuriuo siekiama patvirtinti bendrosios reliatyvumo teorijos poveikį?

Juk tai nesąmonė – tai tas pats, kas išleisti beveik milijardą, pavyzdžiui, patvirtinti Archimedo dėsnį. Nepaisant to, sprendžiant iš eksperimento rezultatų, šie pinigai eksperimentui visiškai nebuvo skirti, pinigai buvo panaudoti PR.

Eksperimentas buvo atliktas naudojant palydovą, paleistą 2004 m. balandžio 20 d., kuriame įrengta objektyvo-Thirringo efekto matavimo įranga (kaip tiesioginė bendrosios reliatyvumo teorijos pasekmė). Palydovas Gravitacijos zondas B iki šios dienos laive nešiojo tiksliausius pasaulyje giroskopus. Eksperimento schema gerai aprašyta Vikipedijoje.

Jau duomenų rinkimo laikotarpiu ėmė kilti klausimų dėl eksperimentinės konstrukcijos ir įrangos tikslumo. Juk, nepaisant didžiulio biudžeto, itin smulkiems efektams matuoti skirta įranga niekada nebuvo išbandyta kosmose. Duomenų rinkimo metu buvo atskleistos vibracijos dėl helio virimo Devare, buvo nenumatyti giroskopo sustojimai, o po to sukimas aukštyn dėl elektronikos gedimų, veikiant energetinėms kosminėms dalelėms; buvo kompiuterių gedimų ir „mokslo duomenų“ masyvų praradimo, o „polhode“ efektas pasirodė esąs didžiausia problema.

Koncepcija "polhode" Ištakos siekia XVIII amžių, kai puikus matematikas ir astronomas Leonhardas Euleris sukūrė laisvo standžiųjų kūnų judėjimo lygčių sistemą. Visų pirma, Euleris ir jo amžininkai (D'Alembert, Lagrange) tyrė Žemės platumos matavimų svyravimus (labai mažus), kurie įvyko, matyt, dėl Žemės svyravimų apie sukimosi ašį (poliarinę ašį) ...

GP-B giroskopai, kuriuos Guinness įvardijo kaip sferiškiausius kada nors žmogaus rankomis pagamintus objektus. Sfera pagaminta iš kvarcinio stiklo ir padengta plona superlaidžio niobio plėvele. Kvarciniai paviršiai nupoliruoti iki atominio lygio.

Po diskusijos apie ašinę precesiją, jūs teisingai užduodate tiesioginį klausimą: kodėl GP-B giroskopai, Gineso knygoje išvardyti kaip sferiškiausi objektai, taip pat turi ašinę precesiją? Iš tiesų, tobulai sferiniame ir vienalyčiame kūne, kuriame visos trys pagrindinės inercijos ašys yra identiškos, polhodo periodas aplink bet kurią iš šių ašių būtų be galo didelis ir visais praktiniais tikslais jo nebūtų.

Tačiau GP-B rotoriai nėra „tobulos“ sferos. Lydyto kvarco pagrindo sferiškumas ir homogeniškumas leidžia subalansuoti inercijos momentus ašių atžvilgiu iki milijonosios dalies - to jau pakanka, kad būtų atsižvelgta į rotoriaus polholde periodą ir užfiksuotų takelį, išilgai kurio galas. rotoriaus ašies dalis judės.

Viso to buvo tikimasi. Prieš paleidžiant palydovą, buvo imituojamas GP-B rotorių elgesys. Tačiau vyraujantis sutarimas buvo toks, kad, kadangi rotoriai buvo beveik tobuli ir beveik vienodi, jie duos labai mažą amplitudę polhode takelį ir tokį ilgą laikotarpį, kad ašies polhode sukimasis eksperimento metu reikšmingai nepasikeistų.

Tačiau, priešingai nei buvo prognozuojama, GP-B rotoriai realiame gyvenime leido pamatyti reikšmingą ašinę precesiją. Atsižvelgiant į beveik tobulą sferinę geometriją ir vienodą rotorių sudėtį, yra dvi galimybės:

– vidinis energijos skilimas;

– išorinis poveikis su pastoviu dažniu.

Paaiškėjo, kad jų derinys veikia. Nors rotorius yra simetriškas, tačiau, kaip ir aukščiau aprašyta Žemė, giroskopas vis dar yra elastingas ir išsikiša ties pusiauju apie 10 nm. Kadangi sukimosi ašis slenka, kūno paviršiaus išsipūtimas taip pat dreifuoja. Dėl nedidelių rotoriaus konstrukcijos defektų ir vietinių ribinių defektų tarp rotoriaus pagrindinės medžiagos ir jo niobio dangos sukimosi energija gali būti išsklaidyta viduje. Dėl to dreifo trasa pasikeičia nekeičiant bendro kampinio momento (kaip tai daroma sukant žalią kiaušinį).

Jei bendrosios reliatyvumo teorijos numatyti efektai tikrai pasireiškia, tai už kiekvienus radimo metus Gravitacijos zondas B orbitoje jo giroskopų sukimosi ašys turėtų nukrypti atitinkamai 6,6 lanko sekundės ir 42 lanko milisekundėmis

Dėl šio poveikio du giroskopai per 11 mėnesių apsisuko kelias dešimtis laipsnių, nes buvo nesusukti išilgai minimalios inercijos ašies.

Dėl to giroskopai, skirti matuoti milisekundės kampinio lanko, buvo veikiami neplanuotų padarinių ir klaidų iki kelių dešimčių laipsnių! Tiesą sakant, tai buvo misijos nesėkmė tačiau rezultatai buvo tiesiog nutildyti. Jei iš pradžių buvo planuota galutinius misijos rezultatus paskelbti 2007 m. pabaigoje, tai buvo atidėta iki 2008 m. rugsėjo mėn., o vėliau – iki 2010 m. kovo mėn.

Kaip linksmai pranešė Francis Everitt: „Dėl giroskopuose ir jų kamerų sienų „užšalusių“ elektros krūvių sąveikos (pleistro efektas), ir anksčiau neįskaitytas skaitymo rodmenų poveikis, kuris dar nebuvo visiškai pašalintas iš gautų duomenų, matavimo tikslumas šiame etape yra ribojamas iki 0,1 lanko sekundės, o tai leidžia patvirtinti efektą geresniu nei 1% tikslumu. geodezinės precesijos (6,606 lanko sekundės per metus), tačiau kol kas neleidžia išskirti ir patikrinti inercinės atskaitos sistemos įtraukimo reiškinio (0,039 lanko sekundės per metus). Vyksta intensyvus darbas skaičiuojant ir išimant matavimo trukdžius ... "

Tai yra, kaip komentuojama šiame pareiškime ZZCW : „iš dešimčių laipsnių atimama dešimtys laipsnių ir lieka kampinės milisekundės, vieno procento tikslumu (o tada deklaruojamas tikslumas bus dar didesnis, nes reikėtų patvirtinti objektyvo-Thirringo efektą visiškam komunizmui) pagrindinis efektas OTO…“

Nenuostabu, kad NASA atsisakė skirti papildomų milijonų dolerių dotacijų Stanfordui 18 mėnesių trukmės „išankstinės duomenų analizės“ programai, kuri buvo numatyta 2008 m. spalio mėn.–2010 m. kovo mėn.

Mokslininkai, norintys gauti RAW(neapdoroti duomenys) nepriklausomam patvirtinimui, nustebome, kad vietoj to RAW ir šaltiniai NSSDC jiems pateikiami tik „antrojo lygio duomenys“. „Antras lygis“ reiškia, kad „duomenys buvo šiek tiek apdoroti...“

Dėl to stanfordiečiai, netekę finansavimo, vasario 5 d. paskelbė galutinę ataskaitą, kurioje rašoma:

Atėmus saulės geodezinio efekto pataisymus (+7 m. s. per metus) ir tinkamą kreipiančiosios žvaigždės judėjimą (+28 ± 1 m. s. per metus), gaunamas –6,673 ± 97 m. palyginti su bendrosios reliatyvumo teorijos prognozuojamu –6 606 markių per metus

Tai man nežinomo tinklaraštininko nuomonė, kurios nuomone svarstysime berniuko balsą, kuris šaukė: „ O karalius nuogas!»

O dabar pacituosime labai kompetentingų specialistų, kurių kvalifikaciją sunku nuginčyti, teiginius.

Nikolajus Levašovas „Reliatyvumo teorija yra klaidingas fizikos pagrindas“

Nikolajus Levašovas „Einšteino teorija, astrofizikai, nutildė eksperimentus“

Išsamiau Ir įvairios informacijos apie įvykius, vykstančius Rusijoje, Ukrainoje ir kitose mūsų gražiosios planetos šalyse, galite sužinoti Interneto konferencijos, nuolat vykstama interneto svetainėje „Žinių raktai“. Visos konferencijos yra atviros ir visiškai Laisvas. Kviečiame visus pabudusius ir besidominčius...

Kas galėjo pagalvoti, kad pasikeis mažas pašto tarnautojassavo meto mokslo pagrindai? Bet tai atsitiko! Einšteino reliatyvumo teorija privertė persvarstyti įprastą Visatos sandaros vaizdą ir atvėrė naujas mokslo žinių sritis.

Dauguma mokslo atradimai atlikta eksperimentu: mokslininkai daug kartų kartojo savo eksperimentus, kad įsitikintų jų rezultatais. Darbai dažniausiai būdavo atliekami universitetuose arba didelių įmonių tyrimų laboratorijose.

Albertas Einšteinas visiškai pasikeitė mokslinis vaizdas pasaulį neatlikę nė vieno praktinio eksperimento. Vieninteliai jo įrankiai buvo popierius ir rašiklis, o visus eksperimentus jis atliko savo galva.

juda šviesa

(1879-1955) visas savo išvadas grindė „minčių eksperimento“ rezultatais. Šiuos eksperimentus galima atlikti tik vaizduotėje.

Visų judančių kūnų greičiai yra santykiniai. Tai reiškia, kad visi objektai juda arba lieka nejudantys tik kokio nors kito objekto atžvilgiu. Pavyzdžiui, žmogus, nejudantis Žemės atžvilgiu, tuo pačiu metu sukasi su Žeme aplink Saulę. Arba tarkime, kad žmogus eina palei važiuojančio traukinio vagoną judėjimo kryptimi 3 km/h greičiu. Traukinys važiuoja 60 km/h greičiu. Palyginti su stacionariu stebėtoju ant žemės, žmogaus greitis bus 63 km / h - žmogaus greitis plius traukinio greitis. Jei jis eitų prieš judėjimą, jo greitis, palyginti su nejudančiu stebėtoju, būtų lygus 57 km / h.

Einšteinas teigė, kad apie šviesos greitį taip kalbėti negalima. Šviesos greitis visada yra pastovus, neatsižvelgiant į tai, ar šviesos šaltinis artėja prie jūsų, tolsta nuo jūsų ar stovi vietoje.

Kuo greičiau tuo mažiau

Nuo pat pradžių Einšteinas padarė keletą netikėtų prielaidų. Jis teigė, kad jei objekto greitis artėja prie šviesos greičio, jo matmenys mažėja, o masė, atvirkščiai, didėja. Joks kūnas negali būti pagreitintas iki greičio, lygaus ar didesnio už šviesos greitį.

Kita jo išvada dar labiau nustebino ir atrodė prieštaraujanti sveikam protui. Įsivaizduokite, kad iš dviejų dvynių vienas liko Žemėje, o kitas skrido kosmosu artimu šviesos greičiui. Nuo paleidimo Žemėje praėjo 70 metų. Pagal Einšteino teoriją laikas laive teka lėčiau, o, pavyzdžiui, ten praėjo tik dešimt metų. Pasirodo, vienas iš Žemėje likusių dvynių tapo šešiasdešimt metų vyresnis už antrąjį. Šis efektas vadinamas " dvynių paradoksas“. Skamba neįtikėtinai, tačiau laboratoriniai eksperimentai patvirtino, kad laiko išsiplėtimas artimu šviesos greičiui tikrai egzistuoja.

Negailestinga išvada

Einšteino teorija apima ir garsiąją formulę E = mc 2, kur E yra energija, m yra masė, o c yra šviesos greitis. Einšteinas teigė, kad masę galima paversti gryna energija. Dėl šio atradimo taikymo praktinis gyvenimas atsirado atominė energija ir atominė bomba.

Einšteinas buvo teoretikas. Eksperimentus, kurie turėjo įrodyti jo teorijos teisingumą, jis paliko kitiems. Daugelis šių eksperimentų negalėjo būti atlikti tol, kol nebuvo pakankamai tikslių matavimo priemonių.

Faktai ir įvykiai

• Buvo atliktas toks eksperimentas: lėktuvas, kuriame buvo nustatytas labai tikslus laikrodis, pakilo ir, dideliu greičiu skridęs aplink Žemę, tame pačiame taške nuskendo. Orlaivyje esantis laikrodis buvo maža sekundės dalimi atsilikęs nuo laikrodžio, kuris liko Žemėje.
• Jei kamuoliukas nukrenta į liftą krentant su laisvo kritimo pagreičiu, tai kamuolys nenukris, o tarsi pakibs ore. Taip yra todėl, kad kamuolys ir liftas krenta tuo pačiu greičiu.
• Einšteinas įrodė, kad gravitacija turi įtakos geometrinėms erdvės ir laiko savybėms, o tai savo ruožtu turi įtakos kūnų judėjimui šioje erdvėje. Taigi du kūnai, kurie pradėjo judėti lygiagrečiai vienas kitam, galiausiai susitiks viename taške.

Laiko ir erdvės kreivumas

Po dešimties metų, 1915–1916 m., Einšteinas sukūrė naują gravitacijos teoriją, kurią pavadino bendrasis reliatyvumas. Jis teigė, kad pagreitis (greičio pokytis) veikia kūnus taip pat, kaip ir gravitacijos jėga. Astronautas savo pojūčiais negali nustatyti, ar jį traukia didelė planeta, ar raketa pradėjo lėtėti.

Jei erdvėlaivis įsibėgėja iki greičio, artimo šviesos greičiui, tada jame esantis laikrodis sulėtėja. Kuo greičiau juda laivas, tuo lėčiau veikia laikrodis.

Jos skirtumai nuo Niutono gravitacijos teorijos pasireiškia tyrinėjant didžiulę masę turinčius kosminius objektus, tokius kaip planetos ar žvaigždės. Eksperimentai patvirtino šviesos spindulių, praeinančių šalia didelės masės kūnų, kreivumą. Iš esmės galimas toks stiprus gravitacinis laukas, kad šviesa negali peržengti jo. Šis reiškinys vadinamas " Juodoji skylė“. Atrodo, kad kai kuriose žvaigždžių sistemose buvo aptiktos „juodosios skylės“.

Niutonas teigė, kad planetų orbitos aplink Saulę yra fiksuotos. Einšteino teorija numato lėtą papildomą planetų orbitų sukimąsi, susijusį su Saulės gravitacinio lauko buvimu. Prognozė pasitvirtino eksperimentiškai. Tai buvo tikrai svarbus atradimas. Sero Izaoko Niutono visuotinės gravitacijos dėsnis buvo pakeistas.

Ginklavimosi lenktynių pradžia

Einšteino darbai davė raktą į daugelį gamtos paslapčių. Jie turėjo įtakos daugelio fizikos šakų raidai – nuo ​​elementariųjų dalelių fizikos iki astronomijos – mokslo apie visatos sandarą.

Einšteinas savo gyvenime užsiėmė ne tik teorija. 1914 m. tapo Berlyno Fizikos instituto direktoriumi. 1933 m., kai Vokietijoje į valdžią atėjo naciai, jis, kaip žydas, turėjo palikti šią šalį. Jis persikėlė į JAV.

1939 m., nors ir nepritarė karui, Einšteinas parašė laišką prezidentui Ruzveltui, įspėdamas jį, kad įmanoma pagaminti bombą su milžiniška griaunamąja galia ir kad nacistinė Vokietija jau pradėjo kurti tokią bombą. Prezidentas davė įsakymą pradėti darbą. Tai pažymėjo ginklavimosi varžybų pradžią.

Bendroji reliatyvumo teorija kartu su specialiąja reliatyvumo teorija yra puikus Alberto Einšteino darbas, kuris XX amžiaus pradžioje pakeitė fizikų požiūrį į pasaulį. Po šimto metų bendrasis reliatyvumas yra pagrindinė ir svarbiausia fizikos teorija pasaulyje ir kartu su kvantine mechanika pretenduoja tapti vienu iš dviejų kertinių „visko teorijos“ akmenų. Bendroji reliatyvumo teorija gravitaciją apibūdina kaip erdvėlaikio kreivumo (bendrojoje reliatyvumo teorijoje sujungto į vieną visumą) pasekmę veikiant masei. Bendrosios reliatyvumo teorijos dėka mokslininkai išvedė daugybę konstantų, išbandė daugybę nepaaiškinamų reiškinių ir sugalvojo tokius dalykus kaip juodosios skylės, tamsioji medžiaga ir tamsioji energija, visatos plėtimasis, Didysis sprogimas ir daug daugiau. Be to, GTR vetavo šviesos greitį, taip pažodžiui įkalindama mus netoli (saulės sistemos), tačiau paliko spragą kirmgraužų pavidalu – trumpą. galimi būdai per erdvėlaikį.

RUDN universiteto darbuotojas ir jo kolegos iš Brazilijos suabejojo ​​idėja naudoti stabilias kirmgraužas kaip portalus į įvairius erdvės laiko taškus. Jų tyrimų rezultatai buvo paskelbti žurnale „Physical Review D.“ – gana išgalvota klišė mokslinė fantastika. Kirmgrauža arba „kirmgrauža“ yra tam tikras tunelis, jungiantis tolimus erdvės taškus ar net dvi visatas, lenkdamas erdvėlaikį.