Հարաբերականության հատուկ տեսությունը, որը հրապարակվել է 1905 թվականին Էյնշտեյնի կողմից և մի շարք ավելի վաղ վարկածների կարևոր ընդհանրացումն է, ֆիզիկայի մեջ ամենաազդեցիկներից և քննարկվածներից մեկն է:
Իրոք, դժվար է պատկերացնել, որ երբ օբյեկտը շարժվում է լույսի մոտ արագությամբ, նրա համար ֆիզիկական գործընթացները սկսում են ընթանալ բոլորովին անսովոր կերպով. նրա երկարությունը նվազում է, զանգվածը մեծանում է, իսկ ժամանակը դանդաղում է: Հրապարակումից անմիջապես հետո տեսությունը վարկաբեկելու փորձեր սկսվեցին, որոնք շարունակվում են այսօր, թեև անցել է ավելի քան հարյուր տարի։ Սա զարմանալի չէ, քանի որ այն հարցը, թե ինչ է ժամը, վաղուց անհանգստացրել է մարդկությանը և գրավել բոլորի ուշադրությունը։
Ի՞նչ է հարաբերականությունը
Ռելյատիվիստական մեխանիկայի էությունը (դա նաև հարաբերականության հատուկ տեսություն է, այսուհետ՝ SRT) և նրա տարբերությունը դասական մեխանիկայից վառ արտահայտված է նրա անվան ուղղակի թարգմանությամբ. լատիներեն relativus նշանակում է «հարաբերական»։ SRT-ն ենթադրում է ժամանակի ընդլայնման անխուսափելիությունը օբյեկտի համար, երբ այն շարժվում է դիտորդի համեմատ:
ՏարբերությունըԱյս տեսությունը, որն առաջարկել է Ալբերտ Էյնշտեյնը, Նյուտոնյան մեխանիկայից է և կայանում է նրանում, որ բոլոր ընթացիկ գործընթացները կարող են համեմատվել միայն միմյանց կամ արտաքին դիտորդի հետ: Մինչև նկարագրելը, թե ինչ է ժամանակի հարաբերական ընդլայնումը, անհրաժեշտ է մի փոքր խորանալ տեսության ձևավորման հարցի մեջ և պարզել, թե ինչու է դրա ձևակերպումը հնարավոր և նույնիսկ պարտադիր դարձել:
Հարաբերականության ակունքները
Մինչև 19-րդ դարի վերջը գիտնականները հասկացան, որ որոշ փորձարարական տվյալներ չեն համապատասխանում դասական մեխանիկայի վրա հիմնված աշխարհի պատկերին:
Հիմնական հակասությունները հանգեցրին փորձերի՝ միավորելու Նյուտոնի մեխանիկան Մաքսվելի հավասարումների հետ, որոնք նկարագրում էին էլեկտրամագնիսական ալիքների շարժումը վակուումում և շարունակական միջավայրում։ Արդեն հայտնի էր, որ լույսը հենց այդպիսի ալիք է, և այն պետք է դիտարկել էլեկտրոդինամիկայի շրջանակներում, բայց չափազանց խնդրահարույց էր վիճել տեսողական և, ամենակարևորը, ժամանակի փորձարկված մեխանիկայի հետ։
Հակասությունը, սակայն, ակնհայտ էր. Ենթադրենք, որ շարժվող գնացքի դիմաց լապտեր է ամրացված, որն առաջ է շողում։ Ըստ Նյուտոնի՝ գնացքի արագությունները և լապտերից եկող լույսը պետք է գումարվեն։ Մաքսվելի հավասարումները այս հիպոթետիկ իրավիճակում պարզապես «կոտրվեցին»։ Բոլորովին նոր մոտեցում էր պետք։
Հատուկ Հարաբերականություն
Սխալ կլինի ենթադրել, որ Էյնշտեյնը հորինել է հարաբերականության տեսությունը: Փաստորեն, նա դիմել է իրենից առաջ աշխատած գիտնականների աշխատանքներին ու վարկածներին։ Սակայն հեղինակը մոտեցավհարցը մյուս կողմից և Նյուտոնի մեխանիկայի փոխարեն Մաքսվելի հավասարումները ճանաչեց որպես «a priori ճիշտ»:
Ի լրումն հարաբերականության հայտնի սկզբունքի (իրականում, ձևակերպված Գալիլեոյի կողմից, սակայն, դասական մեխանիկայի շրջանակներում), այս մոտեցումը Էյնշտեյնին բերեց մի հետաքրքիր հայտարարության. լույսի արագությունը հաստատուն է բոլոր շրջանակներում. հղում. Եվ հենց այս եզրակացությունն է թույլ տալիս խոսել օբյեկտի շարժման ժամանակի չափորոշիչները փոխելու հնարավորության մասին։
Լույսի արագության կայունություն
Թվում է, որ «լույսի արագությունը հաստատուն է» պնդումը զարմանալի չէ։ Բայց փորձեք պատկերացնել, որ դուք կանգնած եք տեղում և դիտում եք, թե ինչպես է լույսը հեռանում ձեզանից ֆիքսված արագությամբ: Դու հետևում ես ճառագայթին, բայց այն շարունակում է հեռանալ քեզնից ճիշտ նույն արագությամբ։ Ավելին, շրջվելով և թռչելով ճառագայթից հակառակ ուղղությամբ, դուք ոչ մի կերպ չեք փոխի միմյանցից ձեր հեռավորության արագությունը:
Ինչպե՞ս է դա հնարավոր: Այստեղ սկսվում է խոսակցությունը ժամանակի լայնացման հարաբերական ազդեցության մասին։ Հետաքրքի՞ր է: Այնուհետև կարդացեք:
Ռելատիվիստական ժամանակի լայնացում ըստ Էյնշտեյնի
Երբ օբյեկտի արագությունը մոտենում է լույսի արագությանը, օբյեկտի ներքին ժամանակը հաշվարկվում է դանդաղելու համար: Եթե ենթադրենք, որ մարդը նույն արագությամբ շարժվում է արևի ճառագայթին զուգահեռ, նրա համար ժամանակն ընդհանրապես կդադարի վազել։ Գոյություն ունի ժամանակի հարաբերական ընդլայնման բանաձև, որն արտացոլում է դրա հարաբերությունը օբյեկտի արագության հետ:
Սակայն այս հարցն ուսումնասիրելիս պետք է հիշել, որ զանգվածով ոչ մի մարմին նույնիսկ տեսականորեն չի կարող հասնել լույսի արագությանը։
Պարադոքսներ՝ կապված տեսության հետ
Հատուկ հարաբերականությունը գիտական աշխատանք է և հեշտ չէ հասկանալ: Այնուամենայնիվ, հանրային հետաքրքրությունը այն հարցի նկատմամբ, թե ժամը քանիսն է, պարբերաբար գաղափարներ են ծնում, որոնք առօրյա մակարդակում անլուծելի պարադոքսներ են թվում: Օրինակ, հետևյալ օրինակը շփոթեցնում է մարդկանց մեծամասնությանը, ովքեր ծանոթացել են SRT-ին առանց ֆիզիկայի որևէ իմացության:
Կա երկու ինքնաթիռ, որոնցից մեկը թռչում է ուղիղ, իսկ երկրորդը թռչում է և, նկարագրելով լույսի արագությանը մոտ արագությամբ աղեղը, հասնում է առաջինին: Կանխատեսելիորեն, պարզվում է, որ երկրորդ ապարատի (որը թռչում էր լույսի մոտ արագությամբ) ժամանակն ավելի դանդաղ է անցել, քան առաջինի համար: Այնուամենայնիվ, SRT պոստուլատի համաձայն, երկու ինքնաթիռների համար էլ հղման շրջանակները հավասար են: Սա նշանակում է, որ ժամանակը կարող է ավելի դանդաղ անցնել և՛ մեկի, և՛ մյուս սարքի համար: Թվում է, թե սա փակուղի է։ Բայց…
Պարադոքսների լուծում
Իրականում նման պարադոքսների աղբյուրը տեսության մեխանիզմի թյուրիմացությունն է։ Այս հակասությունը կարելի է լուծել՝ օգտագործելով հայտնի սպեկուլյատիվ փորձը։
Մենք ունենք խցիկ՝ երկու դռներով, որոնք ձևավորում են միջանցիկ անցում և բևեռով մի փոքր ավելի երկար, քան սոխի երկարությունը: Եթե ձողը դռնից դուռ ձգենք, չեն կարողանա փակել կամ ուղղակի կջարդեն մեր ձողը։ Եթե բևեռը, թռչելով գոմ,կունենա լույսի արագությանը մոտ արագություն, նրա երկարությունը կնվազի (հիշեք. լույսի արագությամբ շարժվող առարկան կունենա զրոյի երկարություն), և այն պահին, երբ այն գտնվում է գոմի ներսում, մենք կարող ենք փակել և բացել դռներ՝ առանց մեր հենարանները կոտրելու։
Մյուս կողմից, ինչպես ինքնաթիռի օրինակում, հենց գոմը պետք է նվազի բևեռի համեմատ: Պարադոքսը կրկնվում է, և, թվում է, ելք չկա. երկու օբյեկտներն էլ սինխրոն երկարությամբ կրճատվում են: Այնուամենայնիվ, հիշեք, որ ամեն ինչ հարաբերական է, և խնդիրը լուծեք՝ փոխելով ժամանակը։
միաժամանակության հարաբերականություն
Երբ ձողի առջևի եզրը ներս է, մուտքի դռան դիմաց, մենք կարող ենք փակել և բացել այն, իսկ այն պահին, երբ ձողն ամբողջությամբ թռչում է խցիկի մեջ, մենք նույնը կանենք հետևի հետ: դուռ. Թվում է, թե մենք դա չենք անում միաժամանակ, և փորձը ձախողվեց, բայց այստեղ պարզվում է գլխավորը՝ հարաբերականության հատուկ տեսության համաձայն՝ երկու դռների փակման պահերը գտնվում են նույն կետում։ ժամանակի առանցք.
Սա տեղի է ունենում այն պատճառով, որ իրադարձությունները, որոնք տեղի են ունենում միաժամանակ մի հղման համակարգում, միաժամանակ չեն լինի մյուսում: Ժամանակի հարաբերական ընդլայնումը դրսևորվում է առարկաների փոխհարաբերություններում, և մենք վերադառնում ենք Էյնշտեյնի տեսության բացարձակ ամենօրյա ընդհանրացմանը՝ ամեն ինչ հարաբերական է։
Կա ևս մեկ մանրամասն. տեղեկատու համակարգերի հավասարությունը տեղին է SRT-ում, երբ երկու օբյեկտներն էլ շարժվում են միատեսակ և ուղղագիծ: Հենց որ մարմիններից մեկը սկսում է արագանալ կամ դանդաղել, նրա հղման շրջանակը դառնում է եզակիհնարավոր է։
Երկվորյակների պարադոքս
Ամենահայտնի պարադոքսը, որը բացատրում է ժամանակի հարաբերական ընդլայնումը «պարզ ձևով», մտքի փորձն է երկու երկվորյակ եղբայրների հետ: Նրանցից մեկը տիեզերանավով թռչում է լույսի արագությանը մոտ արագությամբ, իսկ մյուսը մնում է գետնին։ Վերադառնալուց հետո տիեզերագնաց եղբայրը հայտնաբերում է, որ ինքը 10 տարեկան է, իսկ եղբայրը, ով մնացել է տանը, արդեն 20 տարեկան է։
Ընդհանուր պատկերը պետք է արդեն պարզ լինի ընթերցողին նախորդ բացատրություններից. տիեզերանավի վրա գտնվող եղբոր համար ժամանակը դանդաղում է, քանի որ նրա արագությունը մոտ է լույսի արագությանը. մենք չենք կարող ընդունել հղման շրջանակը գետնի վրա գտնվող եղբոր նկատմամբ, քանի որ այն ոչ իներցիոն կլինի (միայն մեկ եղբայր է ծանրաբեռնվածություն զգում):
Ուզում եմ նշել մեկ այլ բան. անկախ նրանից, թե ինչ աստիճանի են հասնում հակառակորդները վեճում, փաստը մնում է փաստ. ժամանակը իր բացարձակ արժեքով մնում է անփոփոխ։ Անկախ նրանից, թե քանի տարի եղբայրը թռչում է տիեզերանավով, նա կշարունակի ծերանալ ճիշտ նույն արագությամբ, ինչքան ժամանակն անցնի իր ուղեցույցի շրջանակում, իսկ երկրորդ եղբայրը կծերանա ճիշտ նույն արագությամբ. տարբերությունը կբացահայտվի միայն այն ժամանակ, երբ նրանք հանդիպում են, և ոչ այլ դեպքում։
Ձգողականության ժամանակի լայնացում
Եզրափակելով, հարկ է նշել, որ կա ժամանակի ընդլայնման երկրորդ տեսակ, որն արդեն կապված է հարաբերականության ընդհանուր տեսության հետ:
Նույնիսկ 18-րդ դարում Միտչելը կանխատեսել էր կարմիրի գոյությունըտեղաշարժ, ինչը նշանակում է, որ երբ օբյեկտը շարժվում է ուժեղ և թույլ ձգողականությամբ տարածքների միջև, դրա ժամանակը կփոխվի: Չնայած Լապլասի և Զոլդների կողմից հարցն ուսումնասիրելու փորձերին, միայն Էյնշտեյնը ներկայացրեց այս թեմայով լիարժեք աշխատանք 1911 թվականին:
Այս էֆեկտը ոչ պակաս հետաքրքիր է, քան ժամանակի հարաբերական ընդլայնումը, սակայն այն պահանջում է առանձին ուսումնասիրություն: Իսկ դա, ինչպես ասում են, լրիվ այլ պատմություն է։
