SRT, TOE - κάτω από αυτές τις συντομογραφίες βρίσκεται ο όρος "θεωρία της σχετικότητας", γνωστός σχεδόν σε όλους. Όλα μπορούν να εξηγηθούν με απλή γλώσσα, ακόμα και η δήλωση μιας ιδιοφυΐας, οπότε μην απελπίζεστε αν δεν θυμάστε το μάθημα της σχολικής φυσικής, γιατί στην πραγματικότητα όλα είναι πολύ πιο απλά από ό,τι φαίνονται.
Η Γέννηση της Θεωρίας
Λοιπόν, ας ξεκινήσουμε το μάθημα "Η Θεωρία της Σχετικότητας για τα ανδρείκελα". Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δημοσίευσε το έργο του το 1905 και προκάλεσε σάλο στους επιστήμονες. Αυτή η θεωρία κάλυψε σχεδόν πλήρως πολλά κενά και ασυνέπειες στη φυσική του περασμένου αιώνα, αλλά, επιπλέον, ανέτρεψε την ιδέα του χώρου και του χρόνου. Ήταν δύσκολο για τους σύγχρονους να πιστέψουν πολλές από τις δηλώσεις του Αϊνστάιν, αλλά τα πειράματα και οι μελέτες επιβεβαίωσαν μόνο τα λόγια του μεγάλου επιστήμονα.
Η Θεωρία της Σχετικότητας του Αϊνστάιν εξήγησε με απλά λόγια τι αντιμετώπιζαν οι άνθρωποι για αιώνες. Μπορεί να ονομαστεί η βάση όλης της σύγχρονης φυσικής. Ωστόσο, πριν συνεχίσουμε να μιλάμε για τη θεωρία της σχετικότητας, θα πρέπειδιευκρινίσει το θέμα των όρων. Σίγουρα πολλοί, διαβάζοντας άρθρα δημοφιλούς επιστήμης, έχουν συναντήσει δύο συντομογραφίες: SRT και GRT. Στην πραγματικότητα, σημαίνουν κάπως διαφορετικές έννοιες. Η πρώτη είναι η ειδική θεωρία της σχετικότητας και η δεύτερη σημαίνει "γενική σχετικότητα".
Απλά σύνθετο
Το
SRT είναι μια παλαιότερη θεωρία που αργότερα έγινε μέρος του GR. Μπορεί να εξετάσει μόνο φυσικές διεργασίες για αντικείμενα που κινούνται με ομοιόμορφη ταχύτητα. Η γενική θεωρία μπορεί να περιγράψει τι συμβαίνει με τα επιταχυνόμενα αντικείμενα και επίσης να εξηγήσει γιατί υπάρχουν τα σωματίδια βαρυτονίου και η βαρύτητα.
Αν χρειάζεται να περιγράψετε την κίνηση και τους νόμους της μηχανικής, καθώς και τη σχέση χώρου και χρόνου όταν πλησιάζετε την ταχύτητα του φωτός - αυτό μπορεί να γίνει από την ειδική θεωρία της σχετικότητας. Με απλά λόγια, μπορεί να εξηγηθεί ως εξής: για παράδειγμα, φίλοι από το μέλλον σας έδωσαν ένα διαστημόπλοιο που μπορεί να πετάξει με μεγάλη ταχύτητα. Στη μύτη του διαστημικού σκάφους υπάρχει ένα κανόνι ικανό να πυροβολεί τα πάντα μπροστά με φωτόνια.
Όταν πυροβολείται, σε σχέση με το πλοίο, αυτά τα σωματίδια πετούν με την ταχύτητα του φωτός, αλλά, λογικά, ένας ακίνητος παρατηρητής θα πρέπει να δει το άθροισμα δύο ταχυτήτων (τα ίδια τα φωτόνια και το πλοίο). Αλλά τίποτα τέτοιο. Ο παρατηρητής θα δει φωτόνια να κινούνται με 300.000 m/s, σαν η ταχύτητα του πλοίου να ήταν μηδέν.
Το θέμα είναι ότι ανεξάρτητα από το πόσο γρήγορα κινείται ένα αντικείμενο, η ταχύτητα του φωτός για αυτό είναι μια σταθερή τιμή.
Αυτόη δήλωση είναι η βάση εκπληκτικών λογικών συμπερασμάτων όπως η επιβράδυνση και η χρονική παραμόρφωση, ανάλογα με τη μάζα και την ταχύτητα του αντικειμένου. Πολλές ταινίες και σειρές επιστημονικής φαντασίας βασίζονται σε αυτό.
Γενική Σχετικότητα
Μια πιο ογκώδης γενική σχετικότητα μπορεί να εξηγηθεί με απλά λόγια. Αρχικά, θα πρέπει να λάβουμε υπόψη το γεγονός ότι ο χώρος μας είναι τετραδιάστατος. Ο χρόνος και ο χώρος ενώνονται σε ένα τέτοιο «θέμα» όπως το «χωροχρονικό συνεχές». Υπάρχουν τέσσερις άξονες συντεταγμένων στο χώρο μας: x, y, z και t.
Αλλά οι άνθρωποι δεν μπορούν να αντιληφθούν άμεσα τέσσερις διαστάσεις, όπως ένα υποθετικό επίπεδο άτομο που ζει σε έναν δισδιάστατο κόσμο δεν μπορεί να κοιτάξει ψηλά. Στην πραγματικότητα, ο κόσμος μας είναι μόνο μια προβολή του τετραδιάστατου χώρου σε τρισδιάστατο χώρο.
Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι, σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, τα σώματα δεν αλλάζουν όταν κινούνται. Τα αντικείμενα του τετραδιάστατου κόσμου είναι στην πραγματικότητα πάντα αμετάβλητα και μόνο οι προβολές τους αλλάζουν όταν κινούνται, κάτι που το αντιλαμβανόμαστε ως παραμόρφωση του χρόνου, μείωση ή αύξηση του μεγέθους κ.ο.κ.
Πείραμα ανελκυστήρα
Η θεωρία της σχετικότητας μπορεί να εξηγηθεί με απλά λόγια με τη βοήθεια ενός μικρού πειράματος σκέψης. Φανταστείτε ότι βρίσκεστε σε ένα ασανσέρ. Η καμπίνα άρχισε να κινείται και εσύ ήσουν σε κατάσταση έλλειψης βαρύτητας. Τι συνέβη? Μπορεί να υπάρχουν δύο λόγοι: είτε το ασανσέρ είναι μέσαδιάστημα, ή βρίσκεται σε ελεύθερη πτώση υπό την επίδραση της βαρύτητας του πλανήτη. Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι είναι αδύνατο να μάθετε την αιτία της έλλειψης βαρύτητας εάν δεν υπάρχει τρόπος να κοιτάξετε έξω από την καμπίνα του ανελκυστήρα, δηλαδή και οι δύο διαδικασίες φαίνονται το ίδιο.
Ίσως, μετά από ένα παρόμοιο σκεπτικό πείραμα, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν κατέληξε στο συμπέρασμα ότι αν αυτές οι δύο καταστάσεις δεν διακρίνονται μεταξύ τους, τότε στην πραγματικότητα το σώμα υπό την επίδραση της βαρύτητας δεν επιταχύνεται, είναι μια ομοιόμορφη κίνηση που είναι κυρτό υπό την επίδραση ενός τεράστιου σώματος (στην προκειμένη περίπτωση πλανητών). Έτσι, η επιταχυνόμενη κίνηση είναι μόνο μια προβολή ομοιόμορφης κίνησης στον τρισδιάστατο χώρο.
Ενδεικτικό παράδειγμα
Ένα άλλο καλό παράδειγμα σχετικά με τη "Σχετικότητα για ανδρείκελα". Δεν είναι απόλυτα σωστό, αλλά είναι πολύ απλό και ξεκάθαρο. Αν κάποιο αντικείμενο τοποθετηθεί πάνω σε τεντωμένο ύφασμα, σχηματίζει μια «εκτροπή», ένα «χωνί» κάτω από αυτό. Όλα τα μικρότερα σώματα θα αναγκαστούν να παραμορφώσουν την τροχιά τους σύμφωνα με τη νέα καμπυλότητα του χώρου και αν το σώμα έχει λίγη ενέργεια, μπορεί να μην ξεπεράσει καθόλου αυτή τη χοάνη. Ωστόσο, από την άποψη του ίδιου του κινούμενου αντικειμένου, η τροχιά παραμένει ευθεία, δεν θα αισθάνονται την καμπυλότητα του χώρου.
Η βαρύτητα "υποβαθμίστηκε"
Με την έλευση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, η βαρύτητα έπαψε να είναι δύναμη και αρκείται πλέον στη θέση μιας απλής συνέπειας της καμπυλότητας του χρόνου και του χώρου. Η γενική σχετικότητα μπορεί να φαίνεται φανταστική, αλλά λειτουργείέκδοση και επιβεβαιώθηκε από πειράματα.
Πολλά φαινομενικά απίστευτα πράγματα στον κόσμο μας μπορούν να εξηγηθούν από τη θεωρία της σχετικότητας. Με απλά λόγια, τέτοια πράγματα ονομάζονται συνέπειες της γενικής σχετικότητας. Για παράδειγμα, οι ακτίνες φωτός που πετούν σε κοντινή απόσταση από ογκώδη σώματα κάμπτονται. Επιπλέον, πολλά αντικείμενα από το μακρινό διάστημα κρύβονται το ένα πίσω από το άλλο, αλλά λόγω του γεγονότος ότι οι ακτίνες του φωτός περιστρέφονται γύρω από άλλα σώματα, φαινομενικά αόρατα αντικείμενα είναι διαθέσιμα στο βλέμμα μας (πιο συγκεκριμένα, στο βλέμμα του τηλεσκοπίου). Είναι σαν να κοιτάς μέσα από τοίχους.
Όσο μεγαλύτερη είναι η βαρύτητα, τόσο πιο αργός ο χρόνος κυλά στην επιφάνεια ενός αντικειμένου. Αυτό δεν ισχύει μόνο για μεγάλα σώματα όπως αστέρια νετρονίων ή μαύρες τρύπες. Η επίδραση της διαστολής του χρόνου μπορεί να παρατηρηθεί ακόμη και στη Γη. Για παράδειγμα, οι συσκευές δορυφορικής πλοήγησης είναι εξοπλισμένες με τα πιο ακριβή ατομικά ρολόγια. Βρίσκονται στην τροχιά του πλανήτη μας και ο χρόνος κυλά λίγο πιο γρήγορα εκεί. Εκατοντάδες του δευτερολέπτου σε μια μέρα θα αθροιστούν σε ένα νούμερο που θα δώσει έως και 10 χιλιόμετρα σφάλματος στους υπολογισμούς της διαδρομής στη Γη. Είναι η θεωρία της σχετικότητας που μας επιτρέπει να υπολογίσουμε αυτό το σφάλμα.
Με απλά λόγια, μπορούμε να πούμε το εξής: Η Γενική Σχετικότητα βασίζεται σε πολλές σύγχρονες τεχνολογίες και χάρη στον Αϊνστάιν, μπορούμε εύκολα να βρούμε μια πιτσαρία και μια βιβλιοθήκη στο μια άγνωστη περιοχή.
