1905 წლის სექტემბერში გამოჩნდა ა.აინშტაინის ნაშრომი „მოძრავი სხეულების ელექტროდინამიკის შესახებ“, რომელშიც გამოიკვეთა ფარდობითობის სპეციალური თეორიის (STR) ძირითადი დებულებები. ეს თეორია გულისხმობდა ფიზიკის კლასიკური ცნებების გადახედვას სივრცისა და დროის თვისებების შესახებ. ამიტომ ამ თეორიას თავისი შინაარსით შეიძლება ეწოდოს ფიზიკური მოძღვრება სივრცისა და დროის შესახებ . ფიზიკურირადგან სივრცისა და დროის თვისებები ამ თეორიაში განიხილება მათში მომხდარი ფიზიკური ფენომენების კანონებთან მჭიდრო კავშირში. Ტერმინი " განსაკუთრებული”ხაზს უსვამს იმ ფაქტს, რომ ეს თეორია განიხილავს ფენომენებს მხოლოდ ინერციულ მიმართვის ჩარჩოებში.
ფარდობითობის სპეციალური თეორიის ამოსავალ წერტილად აინშტაინმა მიიღო ორი პოსტულატი, ანუ პრინციპი:
1) ფარდობითობის პრინციპი;
2) სინათლის სიჩქარის დამოუკიდებლობის პრინციპი სინათლის წყაროს სიჩქარისგან.
პირველი პოსტულატი არის გალილეოს ფარდობითობის პრინციპის განზოგადება ნებისმიერი ფიზიკური პროცესის მიმართ: ყველა ფიზიკური ფენომენი ერთნაირად მიმდინარეობს ყველა ინერციულ მიმართვის სისტემაში. ბუნების ყველა კანონი და განტოლებები, რომლებიც მათ აღწერს, უცვლელია, ე.ი. არ შეიცვალოს ერთი ინერციული საცნობარო სისტემიდან მეორეზე გადასვლისას.
Სხვა სიტყვებით, ყველა ინერციული მითითების სისტემა ექვივალენტურია (განუსხვავებელი) მათი ფიზიკური თვისებებით.არცერთი გამოცდილება არ გამოარჩევს რომელიმე მათგანს, როგორც სასურველი.
მეორე პოსტულატში ნათქვამია, რომ სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში არ არის დამოკიდებული სინათლის წყაროს მოძრაობაზე და ყველა მიმართულებით ერთნაირია.
Ეს ნიშნავს, რომ სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში ყველა ინერციულ საცნობარო სისტემაში ერთნაირია.ამრიგად, სინათლის სიჩქარე ბუნებაში განსაკუთრებულ ადგილს იკავებს.
აინშტაინის პოსტულატებიდან გამომდინარეობს, რომ სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში შეზღუდულია: არცერთი სიგნალი, არც ერთი სხეულის გავლენა მეორეზე არ შეიძლება გავრცელდეს სიჩქარით, რომელიც აღემატება სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში. ეს არის ამ სიჩქარის შემზღუდველი ბუნება, რომელიც ხსნის სინათლის იგივე სიჩქარეს ყველა საცნობარო სისტემაში. შეზღუდვის სიჩქარის არსებობა ავტომატურად გულისხმობს ნაწილაკების სიჩქარის შეზღუდვას "c" მნიშვნელობით. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ამ ნაწილაკებს შეუძლიათ გადასცენ სიგნალები (ან სხეულებს შორის ურთიერთქმედება) ლიმიტს აღემატება სიჩქარით. ამრიგად, აინშტაინის პოსტულატების მიხედვით, სხეულების მოძრაობის ყველა შესაძლო სიჩქარის მნიშვნელობა და ურთიერთქმედებების გავრცელება შემოიფარგლება "c" მნიშვნელობით. ეს უარყოფს ნიუტონის მექანიკის შორ მანძილზე მოქმედების პრინციპს.
საინტერესო დასკვნები გამოდის SRT-დან:
1) სიგრძის შემცირება:ნებისმიერი ობიექტის მოძრაობა გავლენას ახდენს მისი სიგრძის გაზომილ მნიშვნელობაზე.
2) დროის შენელება: SRT-ის მოსვლასთან ერთად გაჩნდა განცხადება, რომ აბსოლუტურ დროს არ აქვს აბსოლუტური მნიშვნელობა, ის მხოლოდ იდეალური მათემატიკური წარმოდგენაა, რადგან ბუნებაში არ არსებობს რეალური ფიზიკური პროცესი, რომელიც შესაფერისია აბსოლუტური დროის გასაზომად.
დროის მსვლელობა დამოკიდებულია საცნობარო ჩარჩოს მოძრაობის სიჩქარეზე. საკმარისად მაღალი სიჩქარით, სინათლის სიჩქარესთან ახლოს, დრო ნელდება, ე.ი. ხდება დროის რელატივისტური გაფართოება.
ამგვარად, სწრაფად მოძრავ სისტემაში დრო უფრო ნელა მიედინება, ვიდრე სტაციონარული დამკვირვებლის ლაბორატორიაში: თუ დედამიწაზე დამკვირვებელს შეეძლო საათს თვალყური ადევნოს მაღალი სიჩქარით მფრინავ რაკეტას, ის მივიდოდა დასკვნამდე, რომ ის მუშაობს. უფრო ნელი ვიდრე საკუთარი. დროის გაფართოების ეფექტი ნიშნავს, რომ კოსმოსური ხომალდის ბინადრები უფრო ნელა ბერდება. თუ ორი ტყუპებიდან ერთ-ერთი გაემგზავრა კოსმოსურ მოგზაურობაში, მაშინ დედამიწაზე დაბრუნების შემდეგ აღმოაჩენდა, რომ სახლში დარჩენილი მისი ტყუპი ძმა მასზე ბევრად უფროსი იყო.
ზოგიერთ სისტემაში მხოლოდ ადგილობრივ დროზე შეგვიძლია ვისაუბროთ. ამ მხრივ, დრო არ არის მატერიისგან დამოუკიდებელი ერთეული, ის სხვადასხვა ფიზიკურ პირობებში სხვადასხვა სიჩქარით მიედინება. დრო ყოველთვის შედარებითია.
3) წონის მატება:სხეულის მასა ასევე ფარდობითი სიდიდეა, რაც დამოკიდებულია მისი მოძრაობის სიჩქარეზე. რაც უფრო დიდია სხეულის სიჩქარე, მით უფრო დიდი ხდება მისი მასა.
აინშტაინმა ასევე აღმოაჩინა კავშირი მასასა და ენერგიას შორის. ის აყალიბებს შემდეგ კანონს: „სხეულის მასა არის მასში შემავალი ენერგიის საზომი: E=ms 2". თუ ამ ფორმულაში ჩავანაცვლებთ m=1 კგ და c=300000 კმ/წმ, მაშინ მივიღებთ უზარმაზარ ენერგიას 9·10 16 J, რაც საკმარისი იქნება ელექტრო ნათურის დასაწვავად 30 მილიონი წლის განმავლობაში. მაგრამ ნივთიერების მასაში ენერგიის რაოდენობა შემოიფარგლება სინათლის სიჩქარით და ნივთიერების მასის რაოდენობით.
ჩვენს ირგვლივ სამყაროს სამი განზომილება აქვს. SRT ამტკიცებს, რომ დრო არ შეიძლება ჩაითვალოს რაღაც ცალკეულ და უცვლელად. 1907 წელს გერმანელმა მათემატიკოსმა მინკოვსკიმ შეიმუშავა SRT-ის მათემატიკური აპარატი. მან თქვა, რომ სამი სივრცითი და ერთი დროითი განზომილება მჭიდრო კავშირშია. სამყაროში ყველა მოვლენა ხდება ოთხგანზომილებიან სივრცე-დროში. მათემატიკური თვალსაზრისით, SRT არის ოთხგანზომილებიანი მინკოვსკის სივრცე-დროის გეომეტრია.
SRT დადასტურებულია ვრცელ მასალაზე, მრავალი ფაქტითა და ექსპერიმენტებით (მაგალითად, დროის გაფართოება შეინიშნება ელემენტარული ნაწილაკების დაშლის დროს კოსმოსურ სხივებში ან მაღალი ენერგიის ამაჩქარებლებში) და ეფუძნება რელატივისტური სიჩქარით მიმდინარე ყველა პროცესის თეორიულ აღწერას.
ამრიგად, SRT-ში ფიზიკური პროცესების აღწერა არსებითად დაკავშირებულია კოორდინატთა სისტემასთან. ფიზიკური თეორია არ აღწერს თავად ფიზიკურ პროცესს, არამედ ფიზიკური პროცესის კვლევის საშუალებებთან ურთიერთქმედების შედეგს. მაშასადამე, პირველად ფიზიკის ისტორიაში უშუალოდ გამოვლინდა შემეცნების საგნის აქტიურობა, შემეცნების სუბიექტისა და ობიექტის განუყოფელი ურთიერთქმედება.
ფარდობითობის სპეციალური თეორია (SRT)- ფიზიკური თეორია, რომელიც ითვალისწინებს ფიზიკური პროცესების სივრცითი-დროით თვისებებს. SRT-ის კანონები ჩნდება მაღალი სიჩქარით (შედარებულია სინათლის სიჩქარესთან). კლასიკური მექანიკის კანონები ამ შემთხვევაში არ მუშაობს. ამის მიზეზი ის არის, რომ ურთიერთქმედებების გადაცემა ხდება არა მყისიერად, არამედ სასრული სიჩქარით (სინათლის სიჩქარე).
კლასიკური მექანიკა არის SRT-ის განსაკუთრებული შემთხვევა დაბალ სიჩქარეზე. SRT-ის მიერ აღწერილი და კლასიკური ფიზიკის კანონების საწინააღმდეგოდ მოვლენებს უწოდებენ რელატივისტური. SRT-ის მიხედვით, მოვლენათა ერთდროულობა, მანძილი და დროის ინტერვალები შედარებითია.
ნებისმიერ ინერციულ საცნობარო სისტემაში ერთსა და იმავე პირობებში, ყველა მექანიკური ფენომენი ერთნაირად მიმდინარეობს (გალილეოს ფარდობითობის პრინციპი). კლასიკურ მექანიკაში დროისა და მანძილის გაზომვა ორ საცნობარო სისტემაში და ამ რაოდენობების შედარება აშკარად ითვლება. სადგურზე ეს ასე არ არის.
მოვლენები არის ერთდროულითუ ისინი წარმოიქმნება საათის იგივე სინქრონიზებული ჩვენებით. ორი მოვლენა, რომლებიც ერთდროულია ერთ ინერციულ ჩარჩოში, არ არის ერთდროული მეორე ინერციულ ჩარჩოში.
1905 წელს აინშტაინმა შექმნა ფარდობითობის სპეციალური თეორია (STR). მის გულში ფარდობითობის თეორიაარსებობს ორი პოსტულატი:
- ნებისმიერი ფიზიკური ფენომენი ყველა ინერციულ საცნობარო სისტემაში ერთსა და იმავე პირობებში მიმდინარეობს (აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპი).
- სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში ყველა ინერციულ საცნობარო სისტემაში ერთნაირია და არ არის დამოკიდებული სინათლის წყაროსა და მიმღების სიჩქარეზე (შუქის სიჩქარის მუდმივობის პრინციპი).
პირველი პოსტულატი ფარდობითობის პრინციპს ავრცელებს ყველა ფენომენზე, მათ შორის ელექტრომაგნიტურზე. ფარდობითობის პრინციპის გამოყენების პრობლემა წარმოიშვა ელექტრომაგნიტური ტალღების და სინათლის ელექტრომაგნიტური ბუნების აღმოჩენით. სინათლის სიჩქარის მუდმივობა იწვევს შეუსაბამობას კლასიკური მექანიკის სიჩქარის დამატების კანონთან. აინშტაინის აზრით, საცნობარო სისტემის შეცვლისას არ უნდა მოხდეს ურთიერთქმედების ხასიათის ცვლილება. აინშტაინის პირველი პოსტულატი პირდაპირ გამომდინარეობს მიკელსონ-მორლის ექსპერიმენტიდან, რომელმაც დაადასტურა ბუნებაში აბსოლუტური მითითების ჩარჩოს არარსებობა. ამ ექსპერიმენტში სინათლის სიჩქარე გაზომეს სინათლის მიმღების სიჩქარის მიხედვით. ამ ექსპერიმენტის შედეგებიდან გამომდინარეობს აინშტაინის მეორე პოსტულატი ვაკუუმში სინათლის სიჩქარის მუდმივობის შესახებ, რომელიც ეწინააღმდეგება პირველ პოსტულატს, თუ ელექტრომაგნიტურ მოვლენებზე გავავრცელებთ არა მხოლოდ თავად გალილეის ფარდობითობის პრინციპს, არამედ დამატების წესსაც. სიჩქარეები. შესაბამისად, გალილეოს ტრანსფორმაციები კოორდინატებისა და დროის მიმართ, ისევე როგორც მისი წესი სიჩქარის დამატების შესახებ, არ გამოიყენება ელექტრომაგნიტურ ფენომენებზე.
დასკვნები SRT-ის პოსტულატებიდან
თუ შევადარებთ მანძილებს და საათებს სხვადასხვა საცნობარო სისტემაში სინათლის სიგნალების გამოყენებით, შეგვიძლია ვაჩვენოთ, რომ მანძილი ორ წერტილს შორის და ორ მოვლენას შორის დროის ინტერვალის ხანგრძლივობა დამოკიდებულია საცნობარო სისტემის არჩევაზე.
მანძილების ფარდობითობა:
სადაც \(I_0 \) არის სხეულის სიგრძე საცნობარო სისტემაში, რომლის მიმართაც სხეული მოსვენებულ მდგომარეობაშია, \(l\) არის სხეულის სიგრძე საცნობარო სისტემაში, რომლის მიმართაც სხეული მდებარეობს. მოძრაობა, \(v\) არის სხეულის სიჩქარე.
ეს ნიშნავს, რომ ინერციულ ჩარჩოსთან შედარებით მოძრავი ჩარჩოს წრფივი ზომა მცირდება მოძრაობის მიმართულებით.
დროის ინტერვალების ფარდობითობა:
სადაც (\tau_0 \) არის დროის ინტერვალი ორ მოვლენას შორის, რომელიც ხდება ინერციული საცნობარო სისტემის ერთ წერტილში, (\tau \) არის დროის ინტერვალი მოძრავში ერთსა და იმავე მოვლენებს შორის სიჩქარით. (v \) საცნობარო სისტემა.
ეს ნიშნავს, რომ საათები, რომლებიც მოძრაობენ ინერციულ საცნობარო ჩარჩოსთან შედარებით, უფრო ნელა მუშაობს ვიდრე სტაციონარული საათები და აჩვენებს ნაკლებ დროს მოვლენებს შორის (დროის გაფართოება).
ავტოგასამართ სადგურებში სიჩქარის დამატების კანონიწერია ასე:
სადაც (v \) – სხეულის სიჩქარე ფიქსირებულ საცნობარო ჩარჩოსთან მიმართებაში, (v’ \) – სხეულის სიჩქარე მოძრავი საცნობარო ჩარჩოს მიმართ, \(u\) – მოძრავი საცნობარო ჩარჩოს სიჩქარე ფიქსირებულთან შედარებით, \(c\) – სინათლის სიჩქარე.
სინათლის სიჩქარეზე გაცილებით დაბალი მოძრაობის სიჩქარით, სიჩქარის დამატების რელატივისტური კანონი იქცევა კლასიკურ კანონად, ხოლო სხეულის სიგრძე და დროის ინტერვალი იგივე ხდება სტაციონარული და მოძრავი საცნობარო სისტემებში (კორესპონდენციის პრინციპი).
მიკროსამყაროში პროცესების აღსაწერად შეკრების კლასიკური კანონი არ გამოიყენება, მაგრამ სიჩქარის დამატების რელატივისტური კანონი მოქმედებს.
მთლიანი ენერგია
სხეულის მთლიანი ენერგია \(E\).მოძრაობის მდგომარეობაში ეწოდება სხეულის რელატივისტური ენერგია:
სხეულის მთლიანი ენერგია, მასა და იმპულსი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული - ისინი დამოუკიდებლად ვერ იცვლებიან.
მასისა და ენერგიის პროპორციულობის კანონი SRT-ის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი დასკვნაა. მასა და ენერგია მატერიის სხვადასხვა თვისებაა. სხეულის მასა ახასიათებს მის ინერციას, ისევე როგორც სხეულის უნარს შევიდეს გრავიტაციულ ურთიერთქმედებაში სხვა სხეულებთან.
Მნიშვნელოვანი!
ენერგიის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებაა მისი უნარი გადაიზარდოს ერთი ფორმიდან მეორეში ექვივალენტური რაოდენობით სხვადასხვა ფიზიკური პროცესის დროს - ეს არის ენერგიის შენარჩუნების კანონის შინაარსი. მასისა და ენერგიის პროპორციულობა მატერიის შინაგანი არსის გამოხატულებაა.
დასვენების ენერგია
სხეულს აქვს ყველაზე ნაკლები ენერგია \(E_0\) ცნობის ჩარჩოში, რომლის მიმართაც ის მოსვენებულ მდგომარეობაშია. ამ ენერგიას ე.წ დასვენების ენერგია:
დასვენების ენერგია არის სხეულის შინაგანი ენერგია.
SRT-ში ურთიერთმოქმედი სხეულების სისტემის მასა არ არის სისტემაში შემავალი სხეულების მასების ჯამის ტოლი. განსხვავება თავისუფალი სხეულების მასების ჯამს და ურთიერთმოქმედ სხეულთა სისტემის მასებს შორის ე.წ. მასობრივი დეფექტი- \(\დელტა მ \) . მასობრივი დეფექტი დადებითია, თუ სხეულები იზიდავენ ერთმანეთს. სისტემის საკუთარი ენერგიის ცვლილება, ანუ მის შიგნით ამ სხეულების ნებისმიერი ურთიერთქმედების დროს, უდრის მასის დეფექტის ნამრავლს ვაკუუმში სინათლის სიჩქარის კვადრატზე:
მასასა და ენერგიას შორის კავშირის ექსპერიმენტული დადასტურება მიღებული იქნა რადიოაქტიური დაშლის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის საწყისი ბირთვისა და საბოლოო პროდუქტების მასების სხვაობასთან შედარებით.
ამ განცხადებას აქვს სხვადასხვა პრაქტიკული გამოყენება, მათ შორის ბირთვული ენერგიის გამოყენება. თუ ნაწილაკების ან ნაწილაკების სისტემის მასა შემცირდა \(\დელტა მ\), მაშინ ენერგია უნდა განთავისუფლდეს. \(\Delta E=\Delta m\cdot c^2 \).
სხეულის (ნაწილაკების) კინეტიკური ენერგია უდრის:
Მნიშვნელოვანი!
კლასიკურ მექანიკაში დასვენების ენერგია ნულის ტოლია.
რელატივისტური იმპულსი
რელატივისტური იმპულსისხეული არის ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც უდრის:
სადაც \(E\) არის სხეულის რელატივისტური ენერგია.
\(m\) მასის მქონე სხეულისთვის შეგიძლიათ გამოიყენოთ ფორმულა:
სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით მოძრავი ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედების შესწავლის ექსპერიმენტებში დადასტურდა ფარდობითობის თეორიის პროგნოზი რელატივისტური იმპულსის შენარჩუნების შესახებ ნებისმიერი ურთიერთქმედების დროს.
Მნიშვნელოვანი!
რელატივისტური იმპულსის შენარჩუნების კანონი ბუნების ფუნდამენტური კანონია.
იმპულსის შენარჩუნების კლასიკური კანონი არის რელატივისტური იმპულსის შენარჩუნების უნივერსალური კანონის განსაკუთრებული შემთხვევა.
რელატივისტური ნაწილაკის ჯამური ენერგია (E \), დანარჩენი ენერგია (E_0 \) და იმპულსი (p\) დაკავშირებულია მიმართებით:
აქედან გამომდინარეობს, რომ ნაწილაკებისთვის, რომელთა მასა ნულის ტოლია, (E_0 \) = 0 და \(E=pc \) .
თქვენ ზიხართ კოსმოსური ხომალდის მიმართულებით და უყურებთ ნათურას, რომელიც მდებარეობს მის მშვილდში. ნათურის შუქი, მისი მოძრაობის მიუხედავად, ვარსკვლავებთან შედარებით მოძრაობს C = 300 000 კმ/წმ სიჩქარით. სიჩქარით მიდიხარ სინათლისკენ, ამიტომ შენთან შედარებით სინათლეს უნდა ჰქონდეს სიჩქარე
თქვენ გაზომავთ ამ სიჩქარეს, ადარებთ მას C-ის ცნობილ მნიშვნელობას და მიდიხართ დასკვნამდე, რომ მოძრაობთ 50000 კმ/წმ სიჩქარით, ამდენად, ელექტრომაგნიტური ფენომენი საშუალებას გაძლევთ განასხვავოთ დასვენება ერთიანი სწორხაზოვანი მოძრაობისგან. ანუ ჩნდება პარადოქსი: ერთის მხრივ, სინათლის სიჩქარე 300000 კმ/წმ არ უნდა იყოს დამოკიდებული იმაზე, მოძრაობს სინათლის წყარო თუ ისვენებს, მეორე მხრივ, სიჩქარის დამატების კლასიკური კანონის მიხედვით, ეს უნდა იყოს დამოკიდებული საცნობარო სისტემის არჩევანზე.
შემოთავაზებული იყო სხვადასხვა გადაწყვეტილებები, ერთ-ერთ მოსაზრებაში, რომლის მხარდამჭერიც ლორენცი იყო, ნათქვამია: მექანიკური ფენომენების თანაბარი ინერციული ჩარჩოები არ არის თანაბარი ელექტროდინამიკის კანონებში.
ანუ ელექტროდინამიკაში არის გარკვეული პრივილეგირებული, მთავარი, აბსოლუტური მითითების სისტემა, რომელსაც მეცნიერები უკავშირებენ ე.წ.
ამერიკელი მეცნიერები მაიკლსონი და მორლი ცდილობდნენ გადაემოწმებინათ ეთერთან დაკავშირებული საცნობარო სისტემის არსებობისა და თავად ამ ეთერის არსებობა. მათ შეამოწმეს, არსებობდა თუ არა ეგრეთ წოდებული აბსოლუტური საცნობარო სისტემა, რომელიც დაკავშირებულია ეთერთან და მასთან შედარებით მოძრავი ყველა სხვა საცნობარო სისტემა, ანუ ეგრეთ წოდებული ეთერული ქარი, რომელსაც შეეძლო გავლენა მოახდინოს სინათლის სიჩქარეზე. და, როგორც ახლა ნახე, არ არის ეთერული ქარი. იმდროინდელი ფიზიკა დაუხსნელი პარადოქსის წინაშე აღმოჩნდა: რა არის სიმართლე - კლასიკური მექანიკა, მაქსველის ელექტროდინამიკა თუ სხვა რამ.
მისი ნაშრომის გამოქვეყნების დროს ალბერტ აინშტაინი არ იყო აღიარებული მსოფლიო მეცნიერი; მის მიერ გამოთქმული იდეები იმდენად რევოლუციური ჩანდა, რომ თავიდან მათ პრაქტიკულად არ ჰყავდათ მომხრეები. მიუხედავად ამისა, ამის შემდეგ ჩატარებულმა უამრავმა ექსპერიმენტმა და გაზომვამ აჩვენა ალბერტ აინშტაინის თვალსაზრისის მართებულობა.
მოდით, კიდევ ერთხელ ჩამოვაყალიბოთ პრობლემები, რომლებიც ფიზიკას შეექმნა იმ დროს და ვისაუბროთ აინშტაინის შემოთავაზებულ გადაწყვეტილებებზე.
შეუძლებელია პრივილეგირებული საცნობარო ჩარჩოს აღმოჩენა, რომელიც დაკავშირებულია უმოძრაო სამყაროს ეთერთან.
ნიშნავს თუ არა ეს, რომ ის საერთოდ არ არსებობს, ეს პრივილეგირებული აბსოლუტური მითითების სისტემა არ არსებობს? ალბერტ აინშტაინმა გააფართოვა გალილეოს პრინციპის მოქმედება მექანიკაში მთელ ფიზიკაზე და ასე გამოვიდა აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპი: ყველა ფიზიკური ფენომენი ერთსა და იმავე საწყის პირობებში ერთნაირად მიმდინარეობს ნებისმიერ ინერციულ მიმართვის სისტემაში.
ანუ არა რაიმე მექანიკური ფენომენი, არამედ რაიმე ფიზიკური მოვლენა.
შემდეგი სირთულე: ელექტროდინამიკა ეწინააღმდეგება მექანიკას, რადგან მაქსველის განტოლებები არ არის უცვლელი გალილეის გარდაქმნების პირობებში, ანუ ეს არის ზუსტად ის სირთულე, რომელიც დაკავშირებულია სინათლის სიჩქარესთან.
იქნებ მაქსველი ცდება? არაფერი მსგავსი, მაქსველის ელექტროდინამიკა საკმაოდ სამართლიანია. ნიშნავს თუ არა ეს, რომ ფიზიკის ყველა სხვა სფერო უსამართლოა, გალილეის გარდაქმნები, რომლებიც აკავშირებს ფიზიკის ამ ნაწილებს, არასწორია? ყოველივე ამის შემდეგ, მათგან მოდის სიჩქარის დამატების კლასიკური კანონი, რომელსაც ვიყენებთ პრობლემების გადაჭრისას, როგორიცაა: მატარებელი მოძრაობს 40 კმ/სთ სიჩქარით, ხოლო მგზავრი ვაგონის გასწვრივ დადის 5 კმ/სთ სიჩქარით. სთ და მიწაზე დამკვირვებელთან შედარებით, ეს მგზავრი იმოძრავებს 45 კმ/სთ სიჩქარით (ნახ. 2).
ბრინჯი. 2. სიჩქარის კლასიკური დამატების მაგალითი ()
აინშტაინი ფაქტობრივად აცხადებს: ვინაიდან გალილეოს გარდაქმნები უსამართლოა, მაშინ სიჩქარის დამატების ეს კანონიც უსამართლოა. საფუძვლების სრული ნგრევა, აბსოლუტურად აშკარა ცხოვრებისეული მაგალითი, აბსოლუტურად აშკარა ცხოვრების კანონი აღმოჩნდება უსამართლო, რა არის აქ პრობლემა? პრობლემა ღრმად არის კლასიკური მექანიკის საფუძვლებში, რომელიც ჩაეყარა ნიუტონს. გამოდის, რომ კლასიკური მექანიკის მთავარი პრობლემა ის არის, რომ მექანიკაში არსებული ყველა ურთიერთქმედება მყისიერად გავრცელდება. განვიხილოთ, მაგალითად, სხეულების გრავიტაციული მიზიდულობა.
თუ რომელიმე სხეულს გვერდზე გადაიტანთ, მაშინ, უნივერსალური მიზიდულობის კანონის თანახმად, მეორე სხეული მყისიერად იგრძნობს ამ ფაქტს, როგორც კი შეიცვლება მისგან დაშორება პირველ სხეულამდე, ანუ ურთიერთქმედება გადაეცემა უსასრულო სიჩქარე. სინამდვილეში, ურთიერთქმედების მექანიზმი ასეთია: პირველი სხეულის პოზიციის შეცვლა ცვლის მის ირგვლივ გრავიტაციულ ველს. ველში ეს ცვლილება გარკვეული სიჩქარით იწყებს მოძრაობას სივრცის ყველა წერტილში და როდესაც ის მიაღწევს იმ წერტილს, სადაც მეორე სხეული მდებარეობს, შესაბამისად იცვლება პირველი და მეორე სხეულების ურთიერთქმედება. ანუ, ურთიერთქმედების გავრცელების სიჩქარეს აქვს გარკვეული სასრული მნიშვნელობა. მაგრამ თუ ურთიერთქმედებები გადაიცემა გარკვეული სასრული სიჩქარით, მაშინ ბუნებაში უნდა არსებობდეს ამ ურთიერთქმედების გავრცელების გარკვეული მაქსიმალური დასაშვები სიჩქარე, მაქსიმალური სიჩქარე, რომლითაც შეიძლება ურთიერთქმედების გადაცემა. ეს ნათქვამია მეორე პოსტულატში, რომელიც ანიჭებს ექსკლუზიურ როლს სინათლის სიჩქარეს, სინათლის სიჩქარის უცვლელობის პრინციპს: ყოველი ინერციული მითითების სისტემაში სინათლე მოძრაობს ვაკუუმში იმავე სიჩქარით. ამ სიჩქარის სიდიდე არ არის დამოკიდებული იმაზე, არის თუ არა სინათლის წყარო მოსვენებულ მდგომარეობაში თუ მოძრაობს.
ამდენად, ჩვენ ვერ შევძლებთ ზემოთ აღწერილი მაგალითის განხორციელებას ნათურებით ვარსკვლავთმცენარეში, ეს ეწინააღმდეგება აინშტაინის თეორიის ამ პოსტულატს. სინათლის სიჩქარე კოსმოსურ ხომალდში დამკვირვებელთან შედარებით C-ის ტოლი იქნება და არა C+V-ის, როგორც უკვე ვთქვით და დამკვირვებელი ვერ შეამჩნევს კოსმოსური ხომალდის მოძრაობის ფაქტს. სინათლის სიჩქარესთან მიმართებაში სიჩქარის დამატების კლასიკური კანონი არ მუშაობს, რაც არ უნდა უცნაურად მოგეჩვენოთ, მაგრამ სინათლის სიჩქარე დედამიწაზე დამკვირვებლისთვის და ასტრონავტისთვის იქნება ზუსტად იგივე და უდრის 300000 კმ/ ს. სწორედ ეს პოზიცია უდევს საფუძვლად ფარდობითობის თეორიას და საკმაოდ წარმატებით დადასტურდა ექსპერიმენტების დიდი რაოდენობით.
მექანიკას, რომელიც აშენდა ამ ორი პოსტულატის საფუძველზე, ეწოდება რელატივისტურ მექანიკას (ინგლისური ფარდობითობიდან - "რელატიურობა"). შეიძლება ჩანდეს, რომ რელატივისტური მექანიკა აუქმებს კლასიკურ ნიუტონის მექანიკას, რადგან ის ემყარება სხვადასხვა პოსტულატებს, მაგრამ ფაქტია, რომ კლასიკური ნიუტონის მექანიკა არის აინშტაინის რელატივისტური მექანიკის განსაკუთრებული შემთხვევა, რომელიც ვლინდება სინათლის სიჩქარეზე გაცილებით დაბალი სიჩქარით. ჩვენს ირგვლივ ჩვენ ვცხოვრობთ ასეთი სიჩქარით; სიჩქარე, რომელსაც ჩვენ ვაწყდებით, გაცილებით ნაკლებია ვიდრე სინათლის სიჩქარე. ამიტომ, კლასიკური ნიუტონის მექანიკა საკმარისია ჩვენი ცხოვრების აღსაწერად.
მცირე სიჩქარისთვის, სინათლის სიჩქარეზე მნიშვნელოვნად ნაკლები, ჩვენ საკმაოდ წარმატებით ვიყენებთ კლასიკურ მექანიკას, მაგრამ თუ ვმუშაობთ სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით, ან გვინდა დიდი სიზუსტე ფენომენების აღწერისას, უნდა გამოვიყენოთ ფარდობითობის სპეციალური თეორია. არის რელატივისტური მექანიკა.
ბიბლიოგრაფია
- ტიხომიროვა S.A., Yavorsky B.M. ფიზიკა (საბაზო დონე) - მ.: მნემოსინე, 2012 წ.
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. ფიზიკა მე-10 კლასი. - M.: Mnemosyne, 2014 წ.
- Kikoin I.K., Kikoin A.K. ფიზიკა - 9, მოსკოვი, განათლება, 1990 წ.
- Pppa.ru ().
- Sfiz.ru ().
- Eduspb.com ().
Საშინაო დავალება
- განსაზღვრეთ აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპი.
- განსაზღვრეთ გალილეოს ფარდობითობის პრინციპი.
- განსაზღვრეთ აინშტაინის უცვლელობის პრინციპი.
ო Ძირითადი ცნებები
გალილეოს ფარდობითობის პრინციპი
ფარდობითობის პრინციპი (აინშტაინის პირველი პოსტულატი): ბუნების კანონები უცვლელია საცნობარო ჩარჩოს ცვლილებებთან მიმართებაში.
სინათლის სიჩქარის უცვლელობა (აინშტაინის მეორე პოსტულატი)
აინშტაინის პოსტულატები, როგორც სივრცისა და დროის სიმეტრიის გამოვლინება
ძირითადი რელატივისტური ეფექტები (აინშტაინის პოსტულატების შედეგები).
კორესპონდენცია SRT-სა და კლასიკურ მექანიკას შორის: მათი პროგნოზები ემთხვევა მოძრაობის დაბალი სიჩქარით (სინათლის სიჩქარეზე ბევრად ნაკლები)
& Შემაჯამებელი
ფარდობითობის პრინციპი- ფუნდამენტური ფიზიკური პრინციპი. Არიან, იმყოფებიან:
კლასიკური მექანიკის ფარდობითობის პრინციპი-გ.გალილეოს პოსტულატი, რომლის მიხედვითაც ნებისმიერ ინერციულ საცნობარო სისტემაში ყველა მექანიკური ფენომენი ერთნაირად მიმდინარეობს ერთსა და იმავე პირობებში. მექანიკის კანონები ყველა ინერციულ სისტემაში ერთნაირია.
რელატივისტური მექანიკის ფარდობითობის პრინციპი - ა.აინშტაინის პოსტულატი, რომლის მიხედვითაც ნებისმიერ ინერციულ სისტემაში ყველა ფიზიკური მოვლენა ერთნაირად მიმდინარეობს. იმათ. ბუნების ყველა კანონი ერთნაირია ყველა ინერციულ მიმართვის სისტემაში.
ინერციული საცნობარო ჩარჩო(ISO) - საცნობარო სისტემა, რომელშიც მოქმედებს ინერციის კანონი: სხეული, რომელზეც არ მოქმედებს გარე ძალები, იმყოფება დასვენების მდგომარეობაში ან ერთგვაროვან წრფივ მოძრაობაში.
ნებისმიერი საცნობარო სისტემა, რომელიც მოძრაობს ISO-სთან შედარებით ერთნაირად და სწორხაზოვნად, ასევე არის ISO. ფარდობითობის პრინციპის მიხედვით, ყველა ISO თანაბარია და მათში ფიზიკის ყველა კანონი თანაბრად მოქმედებს.
იზოტროპულ სივრცეში მინიმუმ ორი ISO-ს არსებობის ვარაუდი მივყავართ დასკვნამდე, რომ ასეთი სისტემების უსასრულო რაოდენობაა, რომლებიც ერთმანეთთან შედარებით მოძრაობენ მუდმივი სიჩქარით.
თუ ISO-ს ფარდობითი მოძრაობის სიჩქარეს შეუძლია მიიღოს რაიმე მნიშვნელობა, კავშირი სხვადასხვა ISO-ში ნებისმიერი „მოვლენის“ კოორდინატებსა და დროის მომენტებს შორის ხორციელდება გალილეის გარდაქმნებით.
თუ ISO-ს ფარდობითი მოძრაობის სიჩქარე არ შეიძლება აღემატებოდეს გარკვეულ საბოლოო სიჩქარეს "c", კავშირი სხვადასხვა ISO-ში ნებისმიერი "მოვლენის" კოორდინატებსა და დროის მომენტებს შორის ხორციელდება ლორენცის გარდაქმნებით. ამ გარდაქმნების წრფივობის პოსტულირებით, ჩვენ ვიღებთ "c" სიჩქარის მუდმივობას ყველა ინერციულ მიმართვის სისტემაში.
ფარდობითობის პრინციპის მამად ითვლება გალილეო გალილეი, რომელმაც ყურადღება გაამახვილა იმ ფაქტზე, რომ დახურულ ფიზიკურ სისტემაში ყოფნისას შეუძლებელია იმის დადგენა, ეს სისტემა მოსვენებულ მდგომარეობაშია თუ თანაბრად მოძრაობს. გალილეოს დროს ადამიანები ძირითადად წმინდა მექანიკურ მოვლენებს ეხებოდნენ. გალილეოს იდეები განვითარდა ნიუტონის მექანიკაში. თუმცა, ელექტროდინამიკის განვითარებასთან ერთად, აღმოჩნდა, რომ ელექტრომაგნიტიზმის და მექანიკის კანონები (კერძოდ, ფარდობითობის პრინციპის მექანიკური ფორმულირება) კარგად არ ეთანხმება ერთმანეთს. ამ წინააღმდეგობებმა განაპირობა აინშტაინის ფარდობითობის სპეციალური თეორიის შექმნა. ამის შემდეგ ფარდობითობის განზოგადებულ პრინციპს ეწოდა "აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპი", ხოლო მის მექანიკურ ფორმულირებას - "გალილეოს ფარდობითობის პრინციპი".
ა.აინშტაინიაჩვენა, რომ ფარდობითობის პრინციპი შეიძლება შენარჩუნდეს, თუ რადიკალურად გადაიხედება სივრცისა და დროის ფუნდამენტური ცნებები, რომლებიც საუკუნეების მანძილზე უდავოა. აინშტაინის ნამუშევარი გახდა ახალი თაობის ბრწყინვალე ფიზიკოსების განათლების ნაწილი, რომელიც გაიზარდა 1920-იან წლებში. შემდგომმა წლებმა არ გამოავლინა სუსტი მხარეები ფარდობითობის ნაწილობრივ თეორიაში.
თუმცა, აინშტაინს აწუხებდა ის ფაქტი, რომელიც მანამდე აღნიშნა ნიუტონმა, რომ მოძრაობის ფარდობითობის მთელი იდეა იშლება, თუ აჩქარება შემოვა; ამ შემთხვევაში მოქმედებს ინერციული ძალები, რომლებიც არ არის ერთგვაროვან და სწორხაზოვან მოძრაობაში. ფარდობითობის სპეციალური თეორიის შექმნიდან ათი წლის შემდეგ, აინშტაინმა შემოგვთავაზა ახალი, უაღრესად ორიგინალური თეორია, რომელშიც მრუდი სივრცის ჰიპოთეზა მთავარ როლს თამაშობს და რომელიც უზრუნველყოფს ინერციისა და გრავიტაციის ფენომენების ერთიან სურათს. ამ თეორიაში ფარდობითობის პრინციპი შენარჩუნდა, მაგრამ წარმოდგენილი იყო ბევრად უფრო ზოგადი ფორმით და აინშტაინმა შეძლო ეჩვენებინა, რომ მისი ფარდობითობის ზოგადი თეორია მცირე ცვლილებებით აერთიანებდა ნიუტონის გრავიტაციის თეორიის უმეტესობას, ერთ-ერთ ამ მოდიფიკაციას, რომელიც განმარტავს ცნობილს. ანომალია მერკურის მოძრაობაში.
ფიზიკაში ფარდობითობის ზოგადი თეორიის გამოჩენიდან 50 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში მას დიდი მნიშვნელობა არ ენიჭებოდა. ფაქტია, რომ ფარდობითობის ზოგადი თეორიის საფუძველზე გაკეთებული გამოთვლები თითქმის იგივე პასუხებს იძლევა, რასაც ნიუტონის თეორიის ფარგლებში გამოთვლები, ხოლო ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მათემატიკური აპარატი გაცილებით რთულია. ღირდა გრძელი და შრომატევადი გამოთვლების ჩატარება მხოლოდ გაუგონარი მაღალი ინტენსივობის გრავიტაციულ ველებში შესაძლო ფენომენების გასაგებად. მაგრამ 1960-იან წლებში, კოსმოსური ფრენების მოსვლასთან ერთად, ასტრონომებმა დაიწყეს იმის გაცნობიერება, რომ სამყარო ბევრად უფრო მრავალფეროვანია, ვიდრე თავდაპირველად ეგონათ, და რომ შესაძლოა არსებობდეს კომპაქტური, მაღალი სიმკვრივის ობიექტები, როგორიცაა ნეიტრონული ვარსკვლავები და შავი ხვრელები, რომლებშიც რეალურად გრავიტაციული ველია. აღწევს უჩვეულოდ მაღალ ინტენსივობას. ამავდროულად, კომპიუტერული ტექნოლოგიების განვითარებამ მეცნიერის მხრებიდან ნაწილობრივ მოხსნა დამღლელი გამოთვლების ტვირთი. შედეგად, ფარდობითობის ზოგადმა თეორიამ მრავალი მკვლევარის ყურადღება მიიპყრო და ამ სფეროში სწრაფი პროგრესი დაიწყო. მიიღეს აინშტაინის განტოლებების ახალი ზუსტი ამონახსნები და მოიძებნა ახალი გზები მათი უჩვეულო თვისებების ინტერპრეტაციისთვის. შავი ხვრელების თეორია უფრო დეტალურად განვითარდა. ფანტასტიკურს ესაზღვრება, ამ თეორიის გამოყენება მიუთითებს იმაზე, რომ ჩვენი სამყაროს ტოპოლოგია ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე შეიძლება ვიფიქროთ, და რომ შეიძლება არსებობდეს სხვა სამყაროები, რომლებიც მდებარეობს ჩვენგან უზარმაზარ მანძილზე და დაკავშირებულია მას ვიწრო მრუდი სივრცის ხიდებით. რა თქმა უნდა, შესაძლებელია, რომ ეს ვარაუდი არასწორი აღმოჩნდეს, მაგრამ ერთი რამ ცხადია: გრავიტაციის თეორია და ფენომენოლოგია არის მათემატიკური და ფიზიკური საოცრებათა ქვეყანა, რომლის შესწავლაც ჩვენ ძლივს დავიწყეთ.
SRT-ის ორი ფუნდამენტური პრინციპი:
აინშტაინის პირველი პოსტულატი(ფარდობითობის პრინციპი): ბუნების კანონები უცვლელია საცნობარო სისტემის ცვლილებასთან მიმართებაში (ბუნების ყველა კანონი ერთნაირია ყველა კოორდინატულ სისტემაში, რომლებიც მოძრაობენ სწორხაზოვნად და ერთნაირად ერთმანეთთან შედარებით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ვერცერთი ექსპერიმენტი ვერ განასხვავებს მოძრავი საცნობარო სისტემას. სტაციონარულიდან. მაგალითად, შეგრძნებები, რომელსაც ადამიანი განიცდის სტაციონარული მანქანაში გზაჯვარედინზე, როდესაც მასთან ყველაზე ახლოს მანქანა იწყებს ნელ-ნელა შორს, ადამიანს აქვს ილუზია, რომ მისი მანქანა უკან ბრუნავს.)
აინშტაინის მეორე პოსტულატი:სინათლის სიჩქარის უცვლელობა(შუქის მუდმივი სიჩქარის პრინციპი: სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში ერთნაირია ყველა საცნობარო სისტემაში, რომელიც მოძრაობს მართკუთხა და ერთნაირად ერთმანეთთან შედარებით (c=const=3 10 8 მ/წმ). სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში არ არის დამოკიდებული სინათლის წყაროს მოძრაობაზე ან დასვენებაზე. სინათლის სიჩქარე არის მატერიალური ობიექტების გავრცელების მაქსიმალური შესაძლო სიჩქარე).
მიმოწერა SRT-სა და კლასიკურ მექანიკას შორის: მათი პროგნოზები ემთხვევა დაბალ სიჩქარეზე (სინათლის სიჩქარეზე ბევრად ნაკლები).
აინშტაინმა მიატოვა ნიუტონის ცნებები სივრცისა და დროის შესახებ.
არ არსებობს სივრცე მატერიის გარეშე, როგორც სუფთა კონტეინერი და სამყაროს გეომეტრია (მრუდე) და დროის დინების შენელება განისაზღვრება მატერიის განაწილებითა და მოძრაობით.
ძირითადი რელატივისტური ეფექტები(აინშტაინის პოსტულატების შედეგები):
დროშედარებით, ე.ი. საათის სიჩქარე განისაზღვრება თავად საათის სიჩქარით დამკვირვებელთან შედარებით.
სივრცე შედარებითია, ე.ი. სივრცეში წერტილებს შორის მანძილი დამკვირვებლის სიჩქარეზეა დამოკიდებული.
ერთდროულობის ფარდობითობა (თუ სტაციონარული დამკვირვებლისთვის ორი მოვლენა ერთდროულია, მაშინ დამკვირვებლისთვის, რომელიც მოძრაობს, ეს ასე არ არის)
მანძილების ფარდობითობა ( სიგრძის რელატივისტური შეკუმშვა: მოძრავი საცნობარო ჩარჩოში სივრცითი მასშტაბები მცირდება მოძრაობის მიმართულებით)
დროის ინტერვალების ფარდობითობა ( დროის რელატივისტური გაფართოება: მოძრავ საცნობარო ჩარჩოში დრო უფრო ნელა მოძრაობს). ეს ეფექტი ვლინდება, მაგალითად, დედამიწის თანამგზავრებზე საათების რეგულირების აუცილებლობაში.
მოვლენებს შორის სივრცე-დროის ინტერვალის უცვლელობა (ორ მოვლენას შორის ინტერვალს აქვს იგივე მნიშვნელობა, როგორც მეორეში)
მიზეზ-შედეგობრივი კავშირების უცვლელობა
სივრცე-დროის ერთიანობა (სივრცე და დრო წარმოადგენენ ერთ ოთხგანზომილებიან რეალობას - ჩვენ ყოველთვის ვხედავთ სამყაროს, როგორც სივრცით-დროით.)
მასისა და ენერგიის ეკვივალენტობა
ამგვარად ,აინშტაინის თეორიაში სივრცე და დრო შედარებითია- სიგრძისა და დროის გაზომვის შედეგები დამოკიდებულია იმაზე, მოძრაობს თუ არა დამკვირვებელი.
შესავალი
2. აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორია
დასკვნა
გამოყენებული წყაროების სია
შესავალი
მე-19 საუკუნის ბოლოსაც კი, მეცნიერთა უმეტესობა მიდრეკილი იყო იმ აზრზე, რომ სამყაროს ფიზიკური სურათი ძირითადად აგებული იყო და მომავალში ურყევი დარჩებოდა - მხოლოდ დეტალების გარკვევა დარჩა. მაგრამ მეოცე საუკუნის პირველ ათწლეულებში ფიზიკური შეხედულებები რადიკალურად შეიცვალა. ეს იყო ძალიან მოკლე ისტორიული პერიოდის განმავლობაში ჩატარებული სამეცნიერო აღმოჩენების „კასკადის“ შედეგი, რომელიც მოიცავდა მე-19 საუკუნის ბოლო წლებს და მე-20-ის პირველ ათწლეულებს, რომელთაგან ბევრი სრულიად შეუსაბამო იყო ჩვეულებრივი ადამიანური გამოცდილების გაგებასთან. თვალსაჩინო მაგალითია ალბერტ აინშტაინის (1879-1955) მიერ შექმნილი ფარდობითობის თეორია.
ფარდობითობის პრინციპი პირველად დაადგინა გალილეომ, მაგრამ საბოლოო ფორმულირება მიიღო მხოლოდ ნიუტონის მექანიკაში.
ფარდობითობის პრინციპი ნიშნავს, რომ ყველა ინერციულ სისტემაში ყველა მექანიკური პროცესი ერთნაირად მიმდინარეობს.
როდესაც ბუნებისმეტყველებაში დომინირებდა სამყაროს მექანიკური სურათი, ფარდობითობის პრინციპი არანაირ ეჭვს არ ექვემდებარებოდა. სიტუაცია მკვეთრად შეიცვალა, როდესაც ფიზიკოსებმა დაიწყეს ელექტრული, მაგნიტური და ოპტიკური ფენომენების სერიოზულად შესწავლა. ფიზიკოსებისთვის აშკარა გახდა კლასიკური მექანიკის უკმარისობა ბუნებრივი მოვლენების აღწერისთვის. გაჩნდა კითხვა: ფარდობითობის პრინციპი ასევე ვრცელდება ელექტრომაგნიტურ მოვლენებზე?
თავისი მსჯელობის მიმდინარეობის აღწერისას, ალბერტ აინშტაინი მიუთითებს ორ არგუმენტზე, რომლებიც მოწმობენ ფარდობითობის პრინციპის უნივერსალურობის სასარგებლოდ:
ეს პრინციპი მექანიკაში დიდი სიზუსტით ხორციელდება და ამიტომ შეიძლება იმედი ვიქონიოთ, რომ ელექტროდინამიკაშიც სწორი იქნება.
თუ ინერციული სისტემები არ არის ეკვივალენტური ბუნებრივი მოვლენების აღწერისთვის, მაშინ გონივრულია ვივარაუდოთ, რომ ბუნების კანონები ყველაზე ადვილად აღწერილია მხოლოდ ერთ ინერციულ სისტემაში.
მაგალითად, განვიხილოთ დედამიწის მოძრაობა მზის გარშემო 30 კილომეტრი წამში სიჩქარით. ფარდობითობის პრინციპი რომ არ შესრულებულიყო ამ შემთხვევაში, მაშინ სხეულების მოძრაობის კანონები დამოკიდებული იქნებოდა დედამიწის მიმართულებასა და სივრცის ორიენტაციაზე. არაფერი ისეთი, ე.ი. არ გამოვლენილა სხვადასხვა მიმართულების ფიზიკური უთანასწორობა. თუმცა, აქ არის ფარდობითობის პრინციპის აშკარა შეუთავსებლობა ვაკუუმში სინათლის სიჩქარის მუდმივობის კარგად დამკვიდრებულ პრინციპთან (300000 კმ/წმ).
ჩნდება დილემა: უარყოფა ან სინათლის სიჩქარის მუდმივობის პრინციპზე, ან ფარდობითობის პრინციპზე. პირველი პრინციპი ისე ზუსტად და ცალსახად არის ჩამოყალიბებული, რომ მისი მიტოვება აშკარად გაუმართლებელი იქნებოდა; არანაკლებ სირთულეები წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტური პროცესების სფეროში ფარდობითობის პრინციპის უარყოფისას. სინამდვილეში, როგორც აინშტაინმა აჩვენა:
სინათლის გავრცელების კანონი და ფარდობითობის პრინციპი თავსებადია.
ფარდობითობის პრინციპის აშკარა წინააღმდეგობა სინათლის სიჩქარის მუდმივობის კანონთან წარმოიქმნება იმის გამო, რომ კლასიკური მექანიკა, აინშტაინის მიხედვით, ეფუძნებოდა „ორ გაუმართლებელ ჰიპოთეზას“: ორ მოვლენას შორის დროის ინტერვალი არ არის დამოკიდებული მოძრაობის მდგომარეობაზე. საანგარიშო სხეულისა და სივრცითი მანძილი ხისტი სხეულის ორ წერტილს შორის არ არის დამოკიდებული საანგარიშო სხეულის მოძრაობის მდგომარეობაზე. თავისი თეორიის შემუშავების პროცესში მას უნდა მიეტოვებინა: გალილეის გარდაქმნები და მიეღო ლორენცის გარდაქმნები; ნიუტონის აბსოლუტური სივრცის კონცეფციიდან და ამ აბსოლუტური სივრცის მიმართ სხეულის მოძრაობის განსაზღვრებიდან.
სხეულის თითოეული მოძრაობა ხდება კონკრეტულ საცნობარო სხეულთან მიმართებაში და, შესაბამისად, ყველა ფიზიკური პროცესი და კანონი უნდა იყოს ჩამოყალიბებული ზუსტად მითითებულ საცნობარო სისტემასთან ან კოორდინატებთან მიმართებაში. აქედან გამომდინარე, არ არსებობს აბსოლუტური მანძილი, სიგრძე ან გაფართოება, ისევე როგორც არ შეიძლება იყოს აბსოლუტური დრო.
ფარდობითობის თეორიის ახალმა ცნებებმა და პრინციპებმა მნიშვნელოვნად შეცვალა სივრცის, დროისა და მოძრაობის ფიზიკური და ზოგადი სამეცნიერო ცნებები, რომლებიც დომინირებდნენ მეცნიერებაში ორასზე მეტი წლის განმავლობაში.
ყოველივე ზემოთქმული ამართლებს არჩეული თემის აქტუალურობას.
ამ ნაშრომის მიზანია ალბერტ აინშტაინის მიერ ფარდობითობის სპეციალური და ზოგადი თეორიების შექმნის ყოვლისმომცველი შესწავლა და ანალიზი.
ნაშრომი შედგება შესავლის, ორი ნაწილისგან, დასკვნისა და ცნობარების ჩამონათვალისგან. სამუშაოს საერთო მოცულობა 16 გვერდია.
1. აინშტაინის ფარდობითობის სპეციალური თეორია
1905 წელს ალბერტ აინშტაინმა, აბსოლუტური მოძრაობის აღმოჩენის შეუძლებლობის საფუძველზე, დაასკვნა, რომ ყველა ინერციული საცნობარო სისტემა თანაბარია. მან ჩამოაყალიბა ორი ყველაზე მნიშვნელოვანი პოსტულატი, რომლებიც საფუძვლად დაედო სივრცისა და დროის ახალ თეორიას, რომელსაც ეწოდება ფარდობითობის სპეციალური თეორია (STR):
1. აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპი - ეს პრინციპი იყო გალილეოს ფარდობითობის პრინციპის განზოგადება ნებისმიერი ფიზიკური ფენომენის მიმართ. მასში ნათქვამია: ყველა ფიზიკური პროცესი ერთსა და იმავე პირობებში ინერციულ მიმართვის სისტემაში (IRS) ერთნაირად მიმდინარეობს. ეს ნიშნავს, რომ არცერთ ფიზიკურ ექსპერიმენტს, რომელიც ჩატარდა დახურულ ISO-ში, არ შეუძლია დაადგინოს, არის თუ არა ის მოსვენებულ მდგომარეობაში, თუ მოძრაობს ერთნაირად და სწორხაზოვნად. ამრიგად, ყველა IFR არის სრულიად თანაბარი და ფიზიკური კანონები უცვლელია IFR-ების არჩევასთან მიმართებაში (ანუ, ამ კანონების გამოხატულ განტოლებებს აქვთ იგივე ფორმა ყველა ინერციულ საცნობარო სისტემაში).
2. სინათლის სიჩქარის მუდმივობის პრინციპი - სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში მუდმივია და არ არის დამოკიდებული სინათლის წყაროსა და მიმღების მოძრაობაზე. იგივეა ყველა მიმართულებით და ყველა ინერციული მითითების სისტემაში. სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში - შემზღუდველი სიჩქარე ბუნებაში - არის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფიზიკური მუდმივი, ე.წ.
ამ პოსტულატების ღრმა ანალიზი აჩვენებს, რომ ისინი ეწინააღმდეგებიან ნიუტონის მექანიკაში მიღებულ და გალილეოს გარდაქმნებში ასახულ იდეებს სივრცისა და დროის შესახებ. მართლაც, 1 პრინციპის თანახმად, ბუნების ყველა კანონი, მათ შორის მექანიკის და ელექტროდინამიკის კანონები, უნდა იყოს უცვლელი კოორდინატების და დროის იგივე გარდაქმნების მიმართ, რომლებიც განხორციელდა ერთი საცნობარო სისტემიდან მეორეზე გადასვლისას. ნიუტონის განტოლებები აკმაყოფილებს ამ მოთხოვნას, მაგრამ მაქსველის ელექტროდინამიკის განტოლებები არა, ე.ი. აღმოჩნდება არაუცვლელი. ამ გარემოებამ მიიყვანა აინშტაინი დასკვნამდე, რომ ნიუტონის განტოლებებს სჭირდებოდა დაზუსტება, რის შედეგადაც როგორც მექანიკის, ასევე ელექტროდინამიკის განტოლებები უცვლელი აღმოჩნდებოდა ერთი და იგივე გარდაქმნების მიმართ. მექანიკის კანონების აუცილებელი მოდიფიკაცია განხორციელდა აინშტაინმა. შედეგად წარმოიშვა მექანიკა, რომელიც შეესაბამებოდა აინშტაინის ფარდობითობის პრინციპს - რელატივისტურ მექანიკას.
ფარდობითობის თეორიის შემქმნელმა ჩამოაყალიბა ფარდობითობის განზოგადებული პრინციპი, რომელიც ახლა ვრცელდება ელექტრომაგნიტურ მოვლენებზე, მათ შორის სინათლის მოძრაობაზე. ეს პრინციპი ამტკიცებს, რომ არცერთ ფიზიკურ ექსპერიმენტს (მექანიკური, ელექტრომაგნიტური და ა.შ.) მოცემული საცნობარო ჩარჩოში არ შეუძლია დაადგინოს განსხვავება მოსვენების მდგომარეობასა და ერთგვაროვან ხაზოვან მოძრაობას შორის. სიჩქარის კლასიკური დამატება არ გამოიყენება ელექტრომაგნიტური ტალღების და სინათლის გავრცელებისთვის. ყველა ფიზიკური პროცესისთვის სინათლის სიჩქარეს აქვს უსასრულო სიჩქარის თვისება. იმისთვის, რომ სხეულს მივცეთ სინათლის სიჩქარის ტოლი სიჩქარე, საჭიროა უსასრულო რაოდენობის ენერგია და ამიტომ ფიზიკურად შეუძლებელია რომელიმე სხეულმა ამ სიჩქარის მიღწევა. ეს შედეგი დადასტურდა ელექტრონებზე ჩატარებული გაზომვებით. წერტილის მასის კინეტიკური ენერგია იზრდება უფრო სწრაფად, ვიდრე მისი სიჩქარის კვადრატი და უსასრულო ხდება სინათლის სიჩქარის ტოლი სიჩქარისთვის.
სინათლის სიჩქარე არის მატერიალური გავლენის გავრცელების მაქსიმალური სიჩქარე. მას არ შეუძლია რაიმე სიჩქარით შეკრება და აღმოჩნდება მუდმივი ყველა ინერციული სისტემისთვის. დედამიწაზე ყველა მოძრავ სხეულს აქვს ნულის სიჩქარე სინათლის სიჩქარესთან შედარებით. მართლაც, ხმის სიჩქარე მხოლოდ 340 მ/წმ-ია. ეს არის უძრაობა სინათლის სიჩქარესთან შედარებით.
ამ ორი პრინციპიდან - სინათლის სიჩქარის მუდმივობა და გალილეოს ფარდობითობის გაფართოებული პრინციპი - მათემატიკურად გამომდინარეობს ფარდობითობის სპეციალური თეორიის ყველა დებულება. თუ სინათლის სიჩქარე მუდმივია ყველა ინერციული სისტემისთვის და ისინი ყველა თანაბარია, მაშინ სხეულის სიგრძის, დროის ინტერვალის, მასის ფიზიკური რაოდენობები განსხვავებული იქნება სხვადასხვა საცნობარო სისტემისთვის. ამრიგად, სხეულის სიგრძე მოძრავ სისტემაში ყველაზე მცირე იქნება სტაციონარული სისტემის მიმართ. ფორმულის მიხედვით:
სადაც /" არის სხეულის სიგრძე მოძრავ სისტემაში V სიჩქარით სტაციონარულ სისტემასთან მიმართებაში; / არის სხეულის სიგრძე სტაციონარულ სისტემაში.
გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, პროცესის ხანგრძლივობა, პირიქით. დრო, როგორც იქნა, გაიჭიმება, უფრო ნელა მიედინება მოძრავ სისტემაში, ვიდრე სტაციონარული, რომელშიც ეს პროცესი უფრო სწრაფი იქნება. ფორმულის მიხედვით:
შეგახსენებთ, რომ ფარდობითობის სპეციალური თეორიის ეფექტები გამოვლინდება სინათლესთან ახლოს სიჩქარით. სინათლის სიჩქარეზე მნიშვნელოვნად ნაკლები სიჩქარით, SRT ფორმულები გარდაიქმნება კლასიკური მექანიკის ფორმულებად.
ნახ.1. ექსპერიმენტი "აინშტაინის მატარებელი"
აინშტაინი ცდილობდა ნათლად ეჩვენებინა, თუ როგორ ნელდება დროის დინება მოძრავ სისტემაში სტაციონარული სისტემის მიმართ. წარმოვიდგინოთ სარკინიგზო პლატფორმა, რომლის გვერდით მატარებელი გადის სინათლის სიჩქარესთან ახლოს (ნახ. 1).
