Teoria relativitatii

Teoria relativității  este o teorie fizică a spațiu-timpului , adică o teorie care descrie proprietățile universale spațiu-timp ale proceselor fizice [1] . Termenul a fost introdus în 1906 de Max Planck pentru a sublinia rolul principiului relativității în relativitatea specială (și, mai târziu, relativitatea generală ). Folosit uneori ca echivalent al conceptului de „fizică relativistă” [aprox. 1] .

Într-un sens larg, teoria relativității include relativitatea specială și generală. Teoria specială a relativității (SRT) se referă la procese în studiul cărora câmpurile gravitaționale pot fi neglijate; teoria generală a relativității (GR) este o teorie a gravitației care generalizează lui Newton [1] . Într-un sens restrâns, teoria relativității se numește teoria specială a relativității.

În istoria fizicii , termenul de teorie a relativității este uneori folosit pentru a distinge opiniile lui Einstein , Minkowski și adepții lor, care resping conceptul de eter luminifer , de părerile unora dintre predecesorii lor, cum ar fi Lorentz și Poincaré . 2] .

Diferențele dintre SRT și mecanica newtoniană

Pentru prima dată, o nouă teorie a înlocuit mecanica veche de 200 de ani a lui Newton . A schimbat radical percepția asupra lumii. Mecanica newtoniană clasică s-a dovedit a fi corectă numai în condiții terestre și aproape terestre: la viteze mult mai mici decât viteza luminii și dimensiuni mult mai mari decât dimensiunile atomilor și moleculelor și la distanțe sau condiții când viteza de propagare a gravitației poate fi considerat infinit.

Conceptele newtoniene de mișcare au fost corectate radical printr-o aplicare nouă, destul de profundă, a principiului relativității mișcării . Timpul nu mai era absolut (și, începând de la GR  , chiar uniform).

Mai mult, Einstein a schimbat viziunile fundamentale asupra timpului și spațiului. Conform teoriei relativității, timpul trebuie perceput ca o componentă (coordonată) aproape egală a spațiului-timp , care poate participa la transformările de coordonate atunci când sistemul de referință se schimbă împreună cu coordonatele spațiale obișnuite, la fel cum toate cele trei coordonate spațiale sunt transformate atunci când axele unui sistem de coordonate tridimensional convențional sunt rotite.

Domeniul de aplicare

Domeniul de aplicare al SRT

Teoria specială a relativității este aplicabilă pentru a studia mișcarea corpurilor cu orice viteză (inclusiv cele apropiate sau egale cu viteza luminii) în absența câmpurilor gravitaționale foarte puternice.

Domeniul de aplicare al GR

Teoria generală a relativității este aplicabilă studiului mișcării corpurilor cu orice viteză în câmpuri gravitaționale de orice intensitate, dacă efectele cuantice pot fi neglijate.

Aplicație

Aplicație SRT

Teoria specială a relativității a fost folosită în fizică și astronomie încă din secolul al XX-lea. Teoria relativității a extins în mod semnificativ înțelegerea fizicii în ansamblu și, de asemenea, a aprofundat semnificativ cunoștințele în domeniul fizicii particulelor elementare , dând un impuls puternic și noi instrumente teoretice serioase pentru dezvoltarea fizicii, a căror importanță poate fi cu greu. supraestimat.

Aplicații ale relativității generale

Cu ajutorul acestei teorii, cosmologia și astrofizica au putut prezice fenomene atât de neobișnuite, cum ar fi stelele neutronice , găurile negre și undele gravitaționale .

Acceptarea de către comunitatea științifică

Adoptarea STO

În prezent, teoria specială a relativității este general acceptată în comunitatea științifică și stă la baza fizicii moderne [3] . Unii dintre principalii fizicieni au acceptat imediat noua teorie, inclusiv Max Planck , Hendrik Lorentz , Hermann Minkowski , Richard Tolman , Erwin Schrödinger și alții. În Rusia, sub conducerea lui Orest Danilovici Khvolson , a fost publicat un curs celebru de fizică generală, care a prezentat în detaliu teoria relativității speciale și o descriere a fundamentelor experimentale ale teoriei. În același timp, laureații Nobel Philip Lenard [4] , J. Stark , J. J. Thomson și-au exprimat o atitudine critică față de prevederile teoriei relativității , o discuție cu Max Abraham și alți oameni de știință s-a dovedit a fi utilă.

Adoptarea GR

Discuția constructivă a întrebărilor fundamentale ale teoriei generale a relativității ( Schrödinger și alții) a fost deosebit de productivă; de fapt, această discuție continuă și astăzi.

Teoria generală a relativității (GR), într-o măsură mai mică decât SRT, a fost verificată experimental, conține mai multe probleme fundamentale și se știe că, până acum, unele dintre teoriile alternative ale gravitației sunt admisibile în principiu , dintre care majoritatea, totuși , poate fi considerat într-o oarecare măsură pur și simplu o modificare GR. Cu toate acestea, spre deosebire de multe dintre teoriile alternative, conform comunității științifice, relativitatea generală în domeniul său de aplicabilitate corespunde până acum tuturor faptelor experimentale cunoscute, inclusiv celor descoperite relativ recent (de exemplu, o altă posibilă confirmare a existenței undelor gravitaționale a fost găsit recent [ 5] [6] ). În general, relativitatea generală este în domeniul său de aplicabilitate o „teorie standard”, adică recunoscută de comunitatea științifică drept principală [3] .

relativitate specială

Teoria specială a relativității [7] (SRT) este teoria structurii locale a spațiu-timpului . A fost introdus pentru prima dată în 1905 de Albert Einstein în lucrarea sa „Despre electrodinamica corpurilor în mișcare”. Teoria descrie mișcarea, legile mecanicii , precum și relațiile spațiu-timp care le determină, la orice viteză de mișcare, inclusiv cele apropiate de viteza luminii . Mecanica newtoniană clasică în cadrul teoriei speciale a relativității este o aproximare pentru viteze mici. SRT poate fi aplicat acolo unde este posibil să se introducă cadre de referință inerțiale (cel puțin local); este inaplicabil pentru cazurile de câmpuri gravitaționale puternice, în esență cadre de referință non-inerțiale și pentru descrierea geometriei globale a Universului (cu excepția cazului particular al unui Univers staționar plat gol).

Relativitatea specială a apărut ca o rezoluție a unei contradicții între electrodinamica clasică (inclusiv optică) și principiul clasic galileian al relativității . Acesta din urmă susține că toate procesele din cadrele de referință inerțiale decurg în același mod, indiferent dacă sistemul este staționar sau este într-o stare de mișcare uniformă și rectilinie. Aceasta înseamnă, în special, că orice experimente mecanice într-un sistem închis nu vor face posibilă determinarea, fără a observa corpurile exterioare acestuia, cum se mișcă, dacă mișcarea sa este uniformă și rectilinie. Cu toate acestea, experimentele optice (cum ar fi măsurarea vitezei luminii în diferite direcții ) în interiorul sistemului ar trebui, în principiu, să detecteze o astfel de mișcare. Einstein a extins principiul relativității la fenomenele electrodinamice, ceea ce, în primul rând, a făcut posibilă descrierea aproape a întregii game de fenomene fizice dintr-un punct de vedere unificat și, în al doilea rând, a făcut posibilă explicarea rezultatelor experimentului Michelson-Morley (în care nu s-a constatat nicio influenţă a mişcării cvasi-inerţiale a Pământului).asupra vitezei luminii). Principiul relativității a devenit primul postulat al noii teorii. Cu toate acestea, o descriere consecventă a fenomenelor fizice în cadrul principiului extins al relativității a devenit posibilă doar cu prețul abandonării spațiului euclidian absolut newtonian și al timpului absolut și combinării lor într-un nou construct geometric - spațiu-timp pseudo-euclidian , în care distante si intervale de timp dintre evenimente sunt transformate intr-un anumit mod (prin transformari Lorentz ) in functie de cadrul de referinta din care sunt observate. Aceasta a necesitat introducerea unui principiu suplimentar - postulatul invarianței vitezei luminii . Astfel, teoria relativității speciale se bazează pe două postulate:

1. Toate procesele fizice din cadrele de referință inerțiale decurg în același mod, indiferent dacă sistemul este staționar sau este într-o stare de mișcare uniformă și rectilinie.

2. Viteza luminii în vid, măsurată în orice cadru inerțial de referință, este aceeași și nu depinde de mișcarea emițătorului.

O consecință a celui de-al doilea principiu (și a principiului științific general al cauzalității ) este imposibilitatea mișcării corpurilor fizice și a transferului de informații cu o viteză care depășește viteza luminii în vid.

Când se deplasează la viteze mici în comparație cu viteza luminii, cinematica SRT nu se distinge de cinematica newtoniană, iar transformările Lorentz se transformă în transformările galileene clasice . Formal, în limita vitezei infinite a luminii, formulele teoriei speciale a relativității se transformă în formulele mecanicii clasice.

Relativitatea generală

Relativitatea generală este o teorie a gravitației publicată de Einstein în 1915-1916 . Este o dezvoltare ulterioară a teoriei relativității speciale . În teoria generală a relativității, se postulează că efectele gravitaționale nu se datorează interacțiunii de forță a corpurilor și câmpurilor , ci deformării spațiului-timp însuși în care sunt situate. Această deformare este asociată, în special, cu prezența masei-energie.

Relativitatea generală diferă de alte teorii metrice ale gravitației prin utilizarea ecuațiilor lui Einstein pentru a raporta curbura spațiu-timpului cu materia prezentă în el .

Relativitatea generală este în prezent cea mai de succes teorie a gravitației, bine susținută de observații.

Note

Comentarii
  1. ↑ Fizica relativistă este o ramură a fizicii care studiază fenomenele care apar atunci când se deplasează la viteze comparabile cu viteza luminii. În aceste condiții, mișcarea este descrisă conform teoriei relativității.
Surse
  1. ↑ 1 2 Teoria relativității // Enciclopedie fizică (în 5 volume) / Editat de acad. A. M. Prokhorova . - M .: Enciclopedia Sovietică , 1992. - T. 3. - S. 493-494. — ISBN 5-85270-034-7 .
  2. ↑ Suvorov S. G. Einstein: formarea teoriei relativității și câteva lecții epistemologice // Uspekhi fizicheskikh nauk. - M., 1979. - T. 128 (iulie). - Numărul 3.
  3. ↑ 1 2 Clifford M. Will. The Confrontation between General Relativity and Experiment Arhivat 10 decembrie 2019 la Wayback Machine Living Rev. Relativitatea 9, (2006), 3.
  4. ↑ Philip Lenard. DESPRE PRINCIPIUL RELATIVITĂȚII, ETERUL, GRAVITATEA . Preluat la 7 aprilie 2021. Arhivat din original la 19 ianuarie 2021.
  5. ^ Space-Warping White Dwarfs produce unde gravitaționale . Consultat la 16 septembrie 2012. Arhivat din original la 25 septembrie 2012.
  6. ↑ Comunicat de presă pe site-ul RosInvest. (link indisponibil) . Consultat la 16 septembrie 2012. Arhivat din original pe 27 septembrie 2007. 
  7. ↑ Uneori se folosește denumirea de relativitate privată .

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii