Die Relativitätstheorie – was ist das? Die Postulate der Relativitätstheorie. Raum und Zeit in der Relativitätstheorie

Zurück in den Anfang des 20. Jahrhunderts wurde die Relativitätstheorie formuliert. Was es ist und wer ihr Schöpfer kennt heute jedes Schulkind. Es ist so faszinierend, dass es auch Interesse an Menschen, die weit von der Wissenschaft sind. In diesem Artikel in verständlicher Sprache beschreibt die Relativitätstheorie: Was ist es, was seine Postulate und Anwendungen.

Es wird gesagt, dass zu Albertu Eynshteynu, dem Schöpfer, die Einsicht in einem Augenblick kommt. Wissenschaftler ritten angeblich eine Straßenbahn in Bern, Schweiz. Er sah auf der Straße Uhr und erkannte, dass die Uhr stoppt, wenn eine Straßenbahn in die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. In diesem Fall wäre es nicht an der Zeit gewesen. in der Relativitätstheorie spielt es eine sehr wichtige Rolle. Eines der formulierten Postulate von Einstein – verschiedene Beobachter anders wahrnehmen Realität. Dies gilt insbesondere für die Zeit und Distanz.

Unter Berücksichtigung der Position des Beobachters

An diesem Tag erkannte Albert, dass die Sprache der Wissenschaft, eine Beschreibung des physikalischen Phänomens oder Ereignisses hängt davon ab, ob der Beobachter in einem Bezugsrahmen ist. Wenn zum Beispiel jeder Passagier Straßenbahn Punkte fallen wird, fallen sie in Bezug auf die es gerade nach unten. Wenn wir aus der Perspektive, die auf einer Fußgängerzone sehen, entspricht die Flugbahn des Sturzes eine Parabel, wie die Straßenbahn bewegt, während fallende Gläser. Somit wird das Referenzsystem bei jedem. Wir bieten einen genaueren Blick auf den grundlegenden Lehren der Relativitätstheorie.

Verteilen Verkehrsrecht und das Prinzip der Relativität

Trotz der Tatsache, dass, wenn Sie die Beschreibung der Ereignisse ändern Zählsysteme variieren, gibt es universelle Dinge, die die gleichen bleiben. Um dies zu verstehen, muss man sich fragen Punkte nicht fallen, und das Gesetz der Natur, die es fallen verursacht. Für jeden Beobachter, unabhängig von der Reihenfolge, in einem sich bewegenden oder festen Koordinatensystem ist, ist die Antwort unverändert. Dieses Gesetz ist das Gesetz der Verteilung des Verkehrs genannt. Es ist gleichermaßen gültig in der Straßenbahn, und auf der Straße. Mit anderen Worten, wenn die Beschreibung der Ereignisse kommt immer darauf an, die sie beobachtet, dann bedeutet dies nicht die Gesetze der Natur gelten. Sie sind, wie es in der wissenschaftlichen Sprache, invariant exprimiert wird. Dass dies ist das Prinzip der Relativität.

Zwei der Einsteinschen Theorie

Dieses Prinzip, sowie jede andere Hypothese, war es notwendig, zunächst zu überprüfen, es mit den Naturerscheinungen aktiv in unserer Realität zu korrelieren. Einstein abgeleitet 2 Relativitätstheorie. Obwohl sie sind verwandt, sind aber getrennt betrachtet.

Private oder spezielle Relativitätstheorie (SRT) auf der Prämisse, dass für alle Arten von Referenzsystemen, die eine konstante Geschwindigkeit sind, sind die Gesetze der Natur gleich. Die allgemeine Relativitätstheorie (GR) gilt dieses Prinzip in jeden Bezugsrahmen, einschließlich denen, die mit einer Beschleunigung zu bewegen. Im Jahr 1905 veröffentlichte Albert Einstein die erste Theorie. Die zweite, komplexere in Bezug auf dem mathematischen Apparat, im Jahr 1916 fertig gestellt. Schaffung der Relativitätstheorie, SRT und BRT, war ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Physik. Lassen Sie uns auf jeden von ihnen wohnen.

Spezielle Relativitätstheorie

Was ist das, was ist ihr Wesen? Lassen Sie sich diese Frage beantworten. Es ist diese Theorie viele paradoxe Wirkungen vorhersagt, die in unseren Intuitionen über entgegengesetzt sind, wie die Welt funktioniert. Dies sind die Effekte , die auftreten , wenn die Geschwindigkeit nähert sich die Lichtgeschwindigkeit. Der berühmteste unter ihnen ist die Zeitdilatation Wirkung (von der Uhr). Uhren, die relativ zum Beobachter bewegen, sind langsamer als jene, die für ihn in seinen Händen sind.

In dem Koordinatensystem mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt wird, wobei dem Betrachter relativ gestreckt, und die Länge der Gegenstände (räumliche Ausdehnung), im Gegensatz dazu entlang der Richtung der Achse dieser Bewegung zusammengedrückt. Dieser Effekt Wissenschaftler nennen-Fitzgerald Kontraktion Lorentz. Doch im Jahr 1889 beschrieb er Dzhordzh Fitsdzherald, einen italienischen Physiker. Und im Jahr 1892, Hendrik Lorentz, ein Holländer, fügte er hinzu. Dieser Effekt erklärt das negative Ergebnis, das das Michelson-Morley-Experiment gibt, in dem die Geschwindigkeit des Planeten im Weltraum wird durch Messung des „Ätherwindes“ bestimmt. Dies sind die grundlegenden Lehren der Relativitätstheorie (spezielle). Einstein ergänzt diese Gleichungen Formel Gewicht Umwandlung analog hergestellt. Nach ihr, denn als die Körpergeschwindigkeit nähert sie die Lichtgeschwindigkeit erhöht das Körpergewicht. Wenn beispielsweise Geschwindigkeit ist 260K. Km / s, das heißt 87% der Lichtgeschwindigkeit aus der Sicht eines Betrachters, der in den stationären Bezugsrahmen ist, die Masse des Objekts zu verdoppeln.

Bestätigung STO

All diese Bestimmungen, was sie dem gesunden Menschenverstand widersprechen, Einstein Zeit direkt und vollständig in zahlreichen Experimenten bestätigt. Einer von ihnen hielt eine University of Michigan Forscher. Dieses merkwürdige Experiment bestätigte die Relativitätstheorie in der Physik. Forscher platziert an Bord eines Flugzeugs, die regelmäßig Transatlantikflüge gemacht, ultrapräzise Atomuhren. Jedes Mal nach seiner Rückkehr auf das Zeugnis dieser Zeiten wurden mit der Flughafen Kontrolle überprüft. Es stellte sich heraus, dass die Uhr auf der Ebene jedes Mal mehr und mehr hinter den Kontrollen zurückblieb. Natürlich war es nur eine Frage der Nebenfiguren, Bruchteile einer Sekunde, aber die Tatsache ist sehr bedeutsam.

Die letzten halbes Jahrhundert Forscher untersuchen Elementarteilchenbeschleuniger – einen riesigen Hardware-Komplexe. In diesen Elektronenstrahlen oder Protonen, das heißt geladene subatomare Teilchen so lange beschleunigt , wenn sie die Geschwindigkeit nicht nähern Licht. Danach bombardieren sie das Kernziel. Bei diesen Tests müssen Sie die Tatsache berücksichtigen, dass die Masse der Partikel zunimmt, da sonst die Ergebnisse des Experiments nicht interpretiert werden kann. In dieser Hinsicht hat sich die SRT seit langem nicht nur eine hypothetische Theorie. Es ist eines der Werkzeuge wird, die in der angewandten Technik, zusammen mit Newtons Gesetzen der Mechanik verwendet werden. Die Prinzipien der Relativitätstheorie gefunden großen praktischen Einsatz heute.

STO und Newtons Gesetze

Apropos Newtons Gesetze (Porträt des Wissenschaftlers oben dargestellt), sei darauf hingewiesen, dass die spezielle Relativitätstheorie, die sie scheinbar widerspricht, tatsächlich die Gleichungen der Newtonschen Gesetze reproduziert fast genau, wenn es verwendet wird , einen Körper , deren Geschwindigkeit der Bewegung zu beschreiben , viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit. Mit anderen Worten, wenn Sie die spezielle Relativitätstheorie verwenden, ist Newtons Physik nicht abgebrochen. Diese Theorie hingegen ergänzt und erweitert es.

Die Lichtgeschwindigkeit – eine universelle Konstante

Mit dem Prinzip der Relativität kann man verstehen, warum es eine wichtige Rolle spielt, ist die Geschwindigkeit des Lichts, eher als alles andere auf dieser Welt Modell der Struktur. Diese Frage wird von denen erhoben, die gerade beginnen, die Vertrautheit mit der Physik. Die Lichtgeschwindigkeit ist eine universelle Konstante, weil sie als solche durch Naturgesetz definiert ist (mehr dazu kann durch das Studium der Maxwell-Gleichungen zu finden). Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, die aufgrund des Prinzips der Relativität in jedem Bezugssystem ist das gleiche. Sie können denken, dass es dem gesunden Menschenverstand widerspricht. Daraus folgt, daß als Licht zur gleichen Zeit für den Betrachter von einer festen Quelle stammt und von einer sich bewegenden (unabhängig davon, ob sie sich mit einer Geschwindigkeit bewegt). Allerdings ist es nicht. Die Lichtgeschwindigkeit durch seine besondere Rolle eines zentralen Platz nicht nur besondere gegeben, sondern auch in der allgemeinen Relativitätstheorie. Und erzählen.

Allgemeine Relativitätstheorie

Es wird verwendet, wie wir gesagt haben, für alle Referenzrahmen nicht notwendigerweise miteinander diejenigen, deren Bewegungsgeschwindigkeit bezüglich konstant ist. Mathematisch sieht diese Theorie viel schwieriger, als etwas Besonderes. Dies erklärt auch die Tatsache, dass unter ihren Veröffentlichungen 11 Jahre vergangen sind. GTR enthält eine spezielle als Sonderfall. Daher sind die Newtonschen Gesetze auch ein Teil davon. Allerdings geht die allgemeine Relativitätstheorie weit über seine Vorgänger. Zum Beispiel ist es in einer neuen Schwerkraft erklärt.

vierte Dimension

Dank der vierdimensionalen Welt wird GRT: Zeit hinzugefügt, um die drei räumlichen Dimensionen. Alle von ihnen sind untrennbar miteinander verbunden, daher ist es notwendig, nicht über die räumliche Distanz zu sprechen, die zwischen zwei Objekten in der dreidimensionalen Welt existiert. Es geht nun auf räumlich-zeitlichen Intervalle zwischen den verschiedenen Ereignissen, sowohl räumliche als auch zeitliche Abstand voneinander zu vereinen. Mit anderen Worten, Raum und Zeit in der Relativitätstheorie als ein vierdimensionalen Kontinuum betrachtet. Es kann als die Raum-Zeit definiert werden. Dieses Kontinuum jener Beobachter, die relativ zueinander bewegen, werden unterschiedliche Meinungen haben, auch über alle zwei Ereignisse oder einer von ihnen, wenn beide durch einen anderen voraus waren. Allerdings ist der kausale Zusammenhang nicht verletzt werden. Mit anderen Worten, die Existenz eines solchen Koordinatensystem, in dem zwei Ereignisse in verschiedenen Sequenzen und zur gleichen Zeit auftreten, lassen Sie nicht einmal einen GR.

Die Allgemeine Relativitätstheorie und das Gesetz der universellen Gravitation

Nach dem Gesetz der universellen Gravitation, entdeckt von Newton, besteht die Kraft der gegenseitigen Anziehung im Universum zwischen zwei Körpern. Erde aus dieser Position dreht sich um die Sonne, da Anziehungskräfte zwischen ihnen. Dennoch macht die allgemeine Relativitätstheorie den Blick auf der anderen Seite zu diesem Phänomen. Schwerkraft, nach dieser Theorie – eine Folge von „Krümmung“ (Verformung) der Raumzeit, die sich unter dem Einfluss der Masse zu beobachten ist. Der Körper ist schwerer (in unserem Beispiel die Sonne), desto mehr „flex“ unter ihm die Raum-Zeit. Entsprechend sein ist Gravitationsfeld so stark.

Um das Wesen der Relativitätstheorie besser zu verstehen, sollten Sie den Vergleich. Das Land, entsprechend dem allgemeinen Relativitätstheorie, dreht sich um die Sonne, wie eine kleine Kugel, die um den Krater des Kegelrolle, als Folge der „zwingen“, die Raum-Zeit-Sonne gebildet. Und die Tatsache , dass wir nehmen verwenden die Schwerkraft ist eigentlich die äußeree Manifestation der Krümmung und nicht durch Kraft, im Sinne von Newton. Bessere Erklärung für das Phänomen der Gravitation als in BRT vorgeschlagen, bisher nicht gefunden.

Methoden zur Prüfung der allgemeinen Relativitätstheorie

Beachten Sie, dass die GRT nicht leicht zu überprüfen, da es im Labor führt fast mit dem Gesetz der universellen Gravitation entspricht. Allerdings hatten die Wissenschaftler noch eine Reihe wichtiger Experimente. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass Einsteins Theorie bestätigt. GRT hilft auch, die verschiedene Phänomene im Raum beobachtet zu erklären. Dies ist zum Beispiel, kleine Abweichungen von Quecksilber aus seiner stationären Umlaufbahn. Aus der Sicht der Newtonschen klassischen Mechanik kann sie nicht erklären. Dies ist auch, warum die elektromagnetische Strahlung von fernen Sternen gebogen ist, wie es in der Nähe der Sonne geht.

Die Ergebnisse der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt, in der Tat unterscheiden sich wesentlich von denen, die die Gesetze von Newton geben nur (sein Bild ist oben dargestellt), wenn es superGravitationsFelder. Daher abzuschließen die Überprüfung der allgemeinen Relativitätstheorie entweder sehr genaue Messungen der großen Masse von Objekten erfordert, oder ein schwarzes Loch, weil unsere gewohnten Vorstellungen in Bezug auf sie nicht anwendbar. Daher ist die Entwicklung von experimentellen Methoden, um diese Theorie zu testen, eine der wichtigsten Aufgaben der modernen experimentellen Physik.

Die Köpfe vieler Wissenschaftler und Menschen, die weit von der Wissenschaft nehmen von Einstein Relativitätstheorie geschaffen. Was es ist, sprachen wir kurz. Diese Theorie stellt sich unsere vertrauten Vorstellungen über die Welt, so dass das Interesse an ihm noch nicht erloschen.