لفترة طويلةلا يمكن لأي عالم في العالم مقارنته بإسحاق نيوتن من حيث التأثير الذي أحدثه على فهم الجنس البشري للطبيعة. ولد مثل هذا الشخص عام 1879 في مدينة أولم الألمانية ، واسمه ألبرت أينشتاين.

ولد أينشتاين في عائلة تاجر سلع كهربائية ، درس فيها صالة للألعاب الرياضية العاديةفي ميونيخ ، لم يختلف في الاجتهاد الخاص ، ثم لم يستطع اجتياز امتحانات القبول في زيورخ بوليتكنيك وتخرج من مدرسة كانتون في مدينة أراو. فقط في المحاولة الثانية دخل البوليتكنيك. لشابأعطيت اللغات والتاريخ بصعوبة ، لكنه أظهر في وقت مبكر قدرات كبيرة في الرياضيات والفيزياء والموسيقى ، وأصبح عازف كمان جيد.

في صيف عام 1900 ، حصل أينشتاين على شهادته كمدرس للفيزياء. بعد عامين فقط ، بناءً على توصية من الأصدقاء ، حصل على وظيفة وظيفة دائمةفاحص في المكتب الفدرالي للبراءات في برن. عمل أينشتاين هناك من 1902 إلى 1909. أتاحت له واجباته الرسمية وقتًا كافيًا للتفكير في المشكلات العلمية. كان عام 1905 أنجح عام لأينشتاين - حيث نشر الفيزيائي البالغ من العمر 26 عامًا خمس مقالات تم الاعتراف بها لاحقًا على أنها من روائع الفكر العلمي. احتوى العمل "في وجهة نظر إرشادية عن نشأة الضوء وتحويله" على فرضية حول الكميات الخفيفة - الجسيمات الأوليةالاشعاع الكهرومغناطيسي. جعلت فرضية أينشتاين من الممكن تفسير التأثير الكهروضوئي: ظهور تيار عندما تضيء مادة بإشعاع قصير الموجة. تم اكتشاف التأثير في عام 1886 من قبل هيرتز ولم يتناسب مع هيكل الثور نظرية جديدةسفيتا. حصل أينشتاين في وقت لاحق على جائزة نوبل لهذا العمل. خلق اكتشاف أينشتاين الأساس الأيديولوجي لنموذج رذرفورد-بور للذرة ، والذي وفقًا لانبعاث الضوء وامتصاصه في أجزاء (كوانتا) ، ومفهوم "موجات المادة" من قبل لويس دي برولي. قبل ذلك بوقت قصير ، أثبت ماكس بلانك أن الحرارة تشع أيضًا بواسطة الكميات. تم إجراء توليف من وجهتي نظر تبدو غير متوافقة حول طبيعة الضوء ، تم التعبير عنها في وقتهما بواسطة Huygens و Newton.

يمكن اعتبار مقال أينشتاين "حول الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة" المنشور في نفس عام 1905 كمقدمة لنظرية النسبية الخاصة ، التي أحدثت ثورة في الأفكار حول المكان والزمان.

قطعت مفاهيم العلوم الطبيعية للمكان والزمان شوطا طويلا في التنمية. لفترة طويلة ، كانت الأفكار الرئيسية عبارة عن أفكار عادية حول المكان والزمان ، وكذلك حول نوع ما الظروف الخارجيةالكائنات التي توضع فيها المادة والتي سيتم الحفاظ عليها حتى لو اختفت المادة. مكنت وجهة النظر هذه من صياغة مفهوم المكان والزمان المطلقين ، والذي حصل على صيغته الأكثر تميزًا في عمل نيوتن "المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية".

كانت النظرية النسبية الخاصة ، التي أنشأها أينشتاين عام 1905 ، نتيجة لتعميم وتوليف الميكانيكا الكلاسيكية لغاليليو - نيوتن والديناميكا الكهربائية لماكسويل - لورنتز. يصف قوانين جميع العمليات الفيزيائية بسرعات قريبة من سرعة الضوء ، ولكن دون مراعاة مجال الجاذبية. مع انخفاض سرعة الحركة ، يتم تقليلها إلى الميكانيكا الكلاسيكية ، والتي تبين أنها حالة خاصة بها. كانت نقطة البداية لهذه النظرية هي مبدأ النسبية ، والتي تتبع منها ما بين السكون والحركة - إذا كانت موحدة ومستقيمة - فلا يوجد فرق جوهري. تكتسب مفاهيم الراحة والحركة معنى فقط عند الإشارة إلى نقطة مرجعية. وفقًا للنظرية النسبية الخاصة ، التي تجمع بين المكان والزمان في سلسلة متصلة واحدة من الزمكان رباعية الأبعاد ، تعتمد خصائص الزمكان للأجسام على سرعة حركتها. يتم تقليل الأبعاد المكانية في اتجاه الحركة عندما تقترب سرعة الأجسام من سرعة الضوء في الفراغ (300 ألف كم / ثانية) ، وتتباطأ عمليات الوقت في الأنظمة سريعة الحركة ، وتزداد كتلة الجسم.

كونك في الإطار المرجعي المشترك ، أي التحرك بالتوازي وعلى نفس المسافة من الإطار المقاس ، لا يمكن ملاحظة هذه التأثيرات ، التي تسمى النسبية ، لأن جميع المقاييس والأجزاء المكانية المستخدمة في القياسات ستتغير بنفس الطريقة تمامًا. وفقًا لمبدأ النسبية ، تسير جميع العمليات في الأطر المرجعية بالقصور الذاتي بنفس الطريقة. ولكن إذا كان النظام لا يعمل بالقصور الذاتي ، فيمكن ملاحظة التأثيرات النسبية وتغييرها. لذلك ، إذا ذهبت سفينة نسبية خيالية إلى نجوم بعيدة ، فعند عودتها إلى الأرض ، سيمر وقت أقل في نظام السفينة مقارنة بالأرض ، وسيكون هذا الاختلاف أكبر ، وكلما زادت الرحلة ، وسرعة ستكون السفينة أقرب إلى سرعة الضوء. استخدمت نظرية أينشتاين كخط أساس أنه لا شيء في الكون يمكن أن يتحرك أسرع من الضوء في الفراغ ، وأن سرعة الضوء تظل ثابتة لجميع المراقبين ، بغض النظر عن سرعتهم في الفضاء.

المقال "هل القصور الذاتي للجسم يعتمد على محتوى الطاقة فيه؟" أكمل إنشاء نظرية النسبية (من لات. النسبية - "النسبية"). هنا ، ولأول مرة ، تم إثبات العلاقة بين الكتلة والطاقة ، بالتدوين الحديث - E = mc2. كتب أينشتاين: "... إذا أعطى الجسم الطاقة E في شكل إشعاع ، فإن كتلته تنخفض بمقدار E / c2 ... كتلة الجسم هي مقياس للطاقة الموجودة فيه." تجاوز هذا الاكتشاف حدود الفيزياء والتكنولوجيا والفلسفة ، وحتى يومنا هذا يحدد مصير البشرية بشكل غير مباشر. إذن ، الطاقة الذرية ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، تحولت الكتلة إلى طاقة.

لم يجلب ظهور مثل هذه الأعمال البارزة اعترافًا فوريًا بأينشتاين ، فقد كان لا يزال مضطرًا لمواصلة العمل في مكتب براءات الاختراع. فقط في ربيع عام 1909 ، انتُخب أينشتاين أستاذًا للفيزياء النظرية في معهد زيورخ للفنون التطبيقية ، وتمكن من مغادرة المكتب. في عام 1913 انتخب العالم عضوا في الأكاديمية البروسية للعلوم. في برلين ، تلقى أينشتاين ظروفًا مواتية لمواصلة عمله العلمي. في عام 1916 نشر كتاب "أساسيات النظرية العامة للنسبية". كانت أفكار أينشتاين في نظر العلماء النظريين ، والأكثر من ذلك في عينيه ، لم تكن عملية بشكل ضيق بقدر ما كانت المعنى الفلسفي. لقد خلق صورة متناغمة للكون.

في عام 1921 ، تلقى أينشتاين جائزة نوبلمن أجل "المزايا في مجال الفيزياء النظرية وعلى وجه الخصوص لاكتشاف قانون التأثير الكهروضوئي". أدى منح هذه الجائزة إلى يهودي إلى زيادة حادة في المشاعر المعادية للسامية في ألمانيا. تكثفت الهجمات على أينشتاين ، لكنه استمر بنشاط عمل علميوألقى العديد من المحاضرات العامة.

في عام 1932 ، ذهب الفيزيائي في رحلة أخرى إلى الولايات المتحدة ولم يعد إلى وطنه أبدًا - وصل هتلر إلى السلطة هناك ، ولم يتوقع العبقري المشهور عالميًا أي شيء جيد منه. منذ ذلك الحين ، عمل أينشتاين في أمريكا. في عام 1939 ، أرسل رسالة إلى الرئيس روزفلت يحثه فيها على بناء قنبلة ذرية في أسرع وقت ممكن من أجل القضاء على الاحتكار الألماني. آخر واحد لم يحصل عليها سلاح رهيب، لكن المشروع ، المدعوم من حكومة الولايات المتحدة ، كما تعلم ، انتهى "بنجاح" ، ولآينشتاين أيضًا ميزة كبيرة في ذلك. ومع ذلك ، فقد أدان بشدة قصف هيروشيما وناجازاكي. توفي العالم في برينستون في عام 1955. ولم يتذكره معاصروه فقط بسبب نظرية النسبية ، والتي ، في الحقيقة ، تُفهم على الأقل تقريبًا من قبل نسبة ضئيلة من سكان الأرض ، ولكن أيضًا بسبب غرابة الأطوار وروح الدعابة التي لا تُضاهى.

من لؤلؤة الفكر العلمي في تاج المعرفة البشرية الذي دخلنا به القرن الحادي والعشرين هي النظرية العامة للنسبية (المشار إليها فيما يلي بـ GR). تم تأكيد هذه النظرية من خلال تجارب لا حصر لها ، سأقول أكثر ، لا توجد تجربة واحدة حيث ستختلف ملاحظاتنا قليلاً ، حتى قليلاً ، عن تنبؤات النظرية العامة للنسبية. ضمن قابليته للتطبيق ، بالطبع.

اليوم أريد أن أخبركم ما هو نوع الوحش الذي تمثله النظرية العامة للنسبية. لماذا هو معقد للغاية ولماذا في الحقيقةانها بسيطة جدا. كما فهمت بالفعل ، سيذهب التفسير على الأصابع ™لذلك ، أطلب منك عدم الحكم بقسوة شديدة على التفسيرات الحرة للغاية وعدم صحة الرموز. أريد ذلك بعد قراءة هذا الشرح ، أي شخص إنساني، بدون معرفة حساب التفاضل والتكامل السطحي ، كان قادرًا على فهم أساسيات الموارد الوراثية. بعد كل شيء ، تاريخيا هذا هو الأول النظريات العلميةالبدء في الابتعاد عن التجربة الإنسانية اليومية المعتادة. مع ميكانيكا نيوتن ، كل شيء بسيط ، ثلاثة أصابع تكفي لتفسير ذلك - هنا القوة ، هنا الكتلة ، هنا التسارع. هنا تسقط تفاحة على رأسها (الجميع رأى كيف يسقط التفاح؟) ، ها هي تسارع سقوطها الحر ، ها هي القوى المؤثرة عليها.

ليس كل شيء بهذه البساطة مع النسبية العامة - انحناء الفضاء ، تمدد زمن الجاذبية ، الثقوب السوداء - كل هذا يجب أن يسبب (وأسبابه!) شخص غير مستعد أن يكون لديه الكثير من الشكوك الغامضة - لكن ألا تقودني إلى أذني ، يا صديقي؟ أي نوع من انحناء الفضاء؟ من رأى هذه التشوهات ، ومن أين أتت ، وكيف يمكن تخيل مثل هذا الشيء؟

دعنا نحاول معرفة ذلك.

كما يمكن فهمه من اسم النظرية النسبية العامة ، فإن جوهرها هو ذلك بشكل عام ، كل شيء في العالم نسبي.نكتة. وإن لم يكن جدا.

سرعة الضوء هي القيمة النسبية لكل الأشياء الأخرى في العالم. أي أطر مرجعية متساوية ، بغض النظر عن المكان الذي تتحرك فيه ، مهما فعلت ، حتى تدور في مكانها ، بل تتحرك مع التسارع (وهي ضربة خطيرة في المعدة لنيوتن وجاليليو ، اللذين اعتقدا أن الإطارات المتحركة بشكل منتظم ومستقيم من يمكن أن يكون المرجع نسبيًا ومتساويًا ، وحتى ذلك الحين ، فقط ضمن إطار عمل الميكانيكا الأولية) - على أي حال ، يمكنك دائمًا العثور على خدعة صعبة(تسمى علميا تنسيق التحول) ، وبمساعدة ذلك سيكون من الممكن الانتقال دون ألم من إطار مرجعي إلى آخر ، عمليا دون فقدان أي شيء على طول الطريق.

ساعدت الفرضية أينشتاين في التوصل إلى مثل هذا الاستنتاج (اسمحوا لي أن أذكركم - بيان منطقي يعتبر أمرًا مفروغًا منه بدون دليل بسبب وضوحه) "على المساواة في الجاذبية والتسارع". (الانتباه ، هناك تبسيط قوي للصياغة هنا ، ولكن بتنسيق بعبارات عامةهذا صحيح - تكافؤ تأثيرات الحركة المتسارعة والجاذبية المنتظمة يقع في صميم النسبية العامة).

لإثبات هذه الفرضية ، أو على الأقل عقليًا ليتذوقبكل بساطة. مرحبًا بكم في مصعد أينشتاين.

فكرة هذه التجربة الفكرية هي أنه إذا كنت محبوسًا في مصعد بدون نوافذ وأبواب ، فلا توجد أدنى طريقة ، ولا توجد طريقة واحدة لمعرفة الموقف الذي أنت فيه: إما أن يستمر المصعد في الوقوف كان في مستوى الطابق الأرضي ، وأنت (وبقية محتويات المصعد) القوة المعتادة لأفعال الجذب ، أي قوة جاذبية الأرض أو كوكب الأرض بأكمله أزيلت من تحت قدميك ، وبدأ المصعد في الارتفاع ، مع تسارع يساوي تسارع السقوط الحر. ز\ u003d 9.8 م / ث 2.

بغض النظر عما تفعله ، وبغض النظر عن التجارب التي تحددها ، وبغض النظر عن قياسات الكائنات والظواهر المحيطة التي تقوم بها ، فمن المستحيل التمييز بين هاتين الحالتين ، وفي الحالتين الأولى والثانية ، ستذهب جميع العمليات في المصعد بالضبط نفس الشيء.

من المحتمل أن يعرف القارئ ذو النجمة (*) طريقة واحدة صعبة للخروج من هذه الصعوبة. قوى المد والجزر. إذا كان المصعد كبيرًا جدًا (جدًا جدًا) ، بعرض 300 كيلومتر ، فمن الممكن نظريًا التمييز بين الجاذبية والتسارع عن طريق قياس قوة الجاذبية (أو مقدار التسارع ، ما زلنا لا نعرف أيهما) عند الاختلاف نهايات المصعد. سيتم ضغط هذا المصعد الضخم قليلاً بواسطة قوى المد والجزر في القطر ويتم تمديده قليلاً في المستوى الطولي. لكن هذه خدعة بالفعل. إذا كان المصعد صغيرًا بدرجة كافية ، فلن تتمكن من اكتشاف أي قوى مد وجذر. لذلك دعونا لا نتحدث عن الأشياء الحزينة.

لذلك ، في مصعد صغير بما فيه الكفاية ، يمكننا افتراض ذلك الجاذبية والتسارع هما نفس الشيء. يبدو أن الفكرة واضحة ، وحتى تافهة. ما الجديد أو المعقد هنا ، كما تقول ، يجب أن يكون واضحًا للطفل! نعم ، من حيث المبدأ ، لا شيء معقد. لم يخترع أينشتاين هذا على الإطلاق ، فهذه الأشياء كانت معروفة قبل ذلك بكثير.

قرر أينشتاين أن يكتشف كيف سيتصرف شعاع من الضوء في مثل هذا المصعد. لكن تبين أن هذه الفكرة لها عواقب بعيدة المدى ، لم يفكر فيها أحد بجدية حتى عام 1907. بمعنى ما ، لأكون صادقًا ، فكر الكثير ، لكن واحدًا فقط قرر أن يصاب بالارتباك.

تخيل أننا نضيء مصباحًا يدويًا في مصعد آينشتاين العقلي. طار شعاع من الضوء من أحد جدران المصعد ، من النقطة 0) وطار موازٍ للأرض باتجاه الجدار المقابل. طالما أن المصعد ثابتًا ، فمن المنطقي أن نفترض أن شعاع الضوء سيصطدم بالجدار المقابل تمامًا المقابل لنقطة البداية 0) ، أي يصل إلى النقطة 1). تنتشر أشعة الضوء في خط مستقيم ، ويذهب الجميع إلى المدرسة ، ويعلم الجميع هذا في المدرسة ، وكذلك الشاب ألبرتيك.

من السهل التخمين أنه إذا صعد المصعد ، فعندما كان الشعاع يطير عبر المقصورة ، سيكون لديه وقت للتحرك لأعلى قليلاً.
وإذا تحرك المصعد بتسارع منتظم ، فإن الشعاع يصطدم بالحائط عند النقطة 2) ، أي عندما ينظر إليها من الجانبيبدو أن الضوء يتحرك كما لو كان على طول القطع المكافئ.

حسنًا ، من المفهوم ذلك في الحقيقةلا يوجد قطع مكافئ. طار الشعاع بشكل مستقيم وهو يطير. إنه فقط بينما كان يطير في خطه المستقيم ، تمكن المصعد من الصعود قليلاً ، لذلك نحن هنا يبدوأن الشعاع يتحرك على طول القطع المكافئ.

كلها مبالغ فيها ومبالغ فيها طبعا. تجربة ذهنية ، ينطلق منها الضوء في بلادنا ببطء ، والمصاعد تسير بسرعة. لا يوجد شيء رائع هنا بشكل خاص ، يجب أن يكون هذا واضحًا أيضًا لأي طالب. يمكن إجراء تجربة مماثلة في المنزل. فقط بحاجة للعثور على "أشعة بطيئة للغاية" ومصاعد مناسبة وسريعة.

لكن أينشتاين كان عبقريًا حقيقيًا. اليوم ، يوبخه الكثيرون ، وكأنه لا أحد ولا شيء على الإطلاق ، فقد جلس في مكتب براءات الاختراع الخاص به ، ونسج مؤامراته اليهودية وسرق الأفكار من فيزيائيون حقيقيون. معظم الذين يدّعون هذا لا يفهمون على الإطلاق من هو أينشتاين وماذا فعله من أجل العلم والإنسانية.

قال أينشتاين - بما أن "الجاذبية والتسارع متكافئان" (مرة أخرى ، لم يقل ذلك تمامًا ، فأنا أبالغ وأبسط عمدًا) ، فهذا يعني أنه في وجود مجال جاذبية (على سبيل المثال ، بالقرب من كوكب الأرض) ، فإن الضوء لن يطير أيضًا في خط مستقيم ، ولكن على طول منحنى. سوف تثني الجاذبية شعاع الضوء.

كان ذلك بحد ذاته بدعة مطلقة في ذلك الوقت. يجب على أي فلاح أن يعرف أن الفوتونات هي جسيمات عديمة الكتلة. لذا فإن الضوء "لا يزن" شيئًا. لذلك ، يجب ألا يهتم الضوء بالجاذبية ، ولا "تجتذبه" الأرض ، حيث تنجذب الأحجار والكرات والجبال. إذا تذكر أي شخص معادلة نيوتن ، فإن الجاذبية تتناسب عكسًا مع مربع المسافة بين الأجسام وتتناسب طرديًا مع كتلها. إذا لم يكن لشعاع الضوء كتلة (والضوء ليس كذلك بالفعل) ، فلا ينبغي أن يكون هناك جاذبية! هنا بدأ المعاصرون ينظرون بريبة إلى أينشتاين.

وهو ، العدوى ، تفرقع أكثر. يقول - دعونا لا نحير الفلاحين. دعنا نصدق الإغريق القدماء (مرحبًا ، الإغريق القدماء!) ، دع الضوء ينتشر كما كان من قبل بدقة في خط مستقيم. لنفترض بشكل أفضل أن الفضاء المحيط بالأرض (وأي جسم له كتلة) ينحني. وليس مجرد فضاء ثلاثي الأبعاد ، بل فضاء-زمكان رباعي الأبعاد على الفور.

أولئك. الضوء لأنه يطير في خط مستقيم ، وهو يطير. فقط هذا الخط الآن ليس مرسومًا على متن طائرة ، ولكنه يقع على منشفة مجعدة نوعًا ما. نعم ، وبالأبعاد الثلاثية. ويتم تجعد هذه المنشفة بمجرد التواجد الوثيق للكتلة. حسنًا ، على وجه التحديد ، وجود زخم الطاقة ، على وجه الدقة.

كل ذلك بالنسبة له - "ألبرتيك ، أنت تقود ، اربطه بالأفيون في أسرع وقت ممكن! لأن LSD لم يتم اختراعه بعد ، وبالتأكيد لا يمكنك ابتكار شيء من هذا القبيل عندما تكون متيقظًا! يا له من عازمة الفضاء الذي تتحدث عنه؟ "

وكان آينشتاين مثل - "سأريك مرة أخرى!"

أغلقت نفسي في برجي الأبيض (بمعنى مكتب براءات الاختراع) ودعونا نعدل الرياضيات لتناسب الأفكار. قدتها لمدة 10 سنوات حتى أنجبت هذا:

بتعبير أدق ، هذا هو جوهر ما أنجبه. في إصدار أكثر تفصيلاً ، توجد 10 صيغ مستقلة ، وفي الصفحة الكاملة - صفحتان من الرموز الرياضية بخط صغير.

إذا قررت أن تأخذ دورة حقيقية في النسبية العامة ، فهذا هو المكان الذي ينتهي فيه الجزء التمهيدي ويجب أن يتبعه فصلان دراسيان من دراسة ماتان الصعبة. ومن أجل التحضير لدراسة هذا الرياضيات ، فأنت بحاجة إلى ثلاث سنوات أخرى على الأقل من الرياضيات المتقدمة ، بشرط أن تكون قد تخرجت المدرسة الثانويةوهم بالفعل على دراية بحساب التفاضل والتكامل.

اليد على القلب ، ماتان هناك ليس معقدًا بقدر ما هو ممل. حساب الموتر في الفضاء الريماني الزائف ليس موضوعًا مرتبكًا جدًا للإدراك. هذه ليست ديناميكا الكمومية ، أو لا سمح الله ، ليست نظرية الأوتار. كل شيء واضح ، كل شيء منطقي. ها هي مساحة Riemann ، وهنا المنوع بدون فجوات وثنيات ، ها هو الموتر المتري ، وهنا المصفوفة غير المتحللة ، اكتب الصيغ لنفسك ، وقم بموازنة المؤشرات ، مع التأكد من أن التمثيلات المتغايرة والمتناقضة لـ المتجهات على طرفي المعادلة تتوافق مع بعضها البعض. ليست صعبة. إنها طويلة ومملة.

لكننا لن نصعد إلى مثل هذه المسافات ونعود إليها أصابعنا ™. في رأينا ، بطريقة بسيطة ، تعني صيغة أينشتاين تقريبًا ما يلي. على يسار علامة المساواة في الصيغة يوجد موتر أينشتاين بالإضافة إلى موتر متري متغير وثابت كوني (Λ). هذا لامدا هو في الأساس الطاقة المظلمةالذي لا يزال لدينا اليوم لا نعرف شيئالكن الحب والاحترام. لا يعرف أينشتاين عنها حتى الآن. هنا بلدي قصة مثيرة للاهتمامتستحق منشورًا منفصلاً بالكامل.

باختصار ، يوضح كل شيء على يسار علامة التساوي كيف تتغير هندسة الفضاء ، أي كيف ينحني وينحني تحت تأثير قوة الجاذبية.

وعلى اليمين بالإضافة إلى الثوابت المعتادة مثل π ، سرعة الضوء ج وثابت الجاذبية جي هناك بريد إلكتروني تيهو موتر زخم الطاقة. بعبارات lammer ، يمكننا أن نفترض أن هذا هو تكوين لكيفية توزيع الكتلة في الفضاء (بتعبير أدق ، الطاقة ، لأن ما هي الكتلة ، ما هي الطاقة ، على أي حال ساحة emtse) من أجل خلق الجاذبية وثني الفضاء معها لتتوافق مع الجانب الأيسر من المعادلة.

هذه ، من حيث المبدأ ، هي النظرية العامة للنسبية بأكملها على الأصابع ™.

نظرية النسبية هي نظرية فيزيائية تأخذ في الاعتبار انتظامات الزمكان الصالحة لأي عمليات فيزيائية. تسمى النظرية العامة للزمكان بالنظرية النسبية العامة (GR) ، أو نظرية الجاذبية. في النظرية النسبية الخاصة (أو الخاصة) (SRT) ، تمت دراسة خصائص الزمكان ، والتي تكون صالحة مع الدقة التي يمكن بها إهمال عمل الجاذبية. (بدني قاموس موسوعي, 1995)

الوقت والكتلة يتقلص الجسم على طول محور حركته عندما يقترب من سرعة الضوء

الاضمحلال الذري الكتلة الذريةالذرات الجديدة وكمية الطاقة المولدة للحركة تعادل كتلة الذرة الأصلية

في نهاية القرن التاسع عشر قوانين الحركة والجاذبية ، اكتشفه نيوتن، على نطاق واسع للحسابات ووجدت المزيد والمزيد من التأكيدات التجريبية. لا يبدو أن أي شيء يبشر بثورة في هذا المجال. ومع ذلك ، فإن الأمر لم يقتصر على الميكانيكا لفترة طويلة: نتيجة لذلك الأنشطة التجريبيةظهر العديد من العلماء في مجال الكهرباء والمغناطيسية معادلات ماكسويل. هذا هو المكان الذي بدأت فيه مشاكل قوانين الفيزياء. تجمع معادلات ماكسويل الكهرباء والمغناطيسية والضوء معًا. ويترتب على ذلك أن سرعة الموجات الكهرومغناطيسية بما فيها موجات الضوء لا تعتمد على حركة الباعث وتساوي حوالي 300 ألف كم / ث في الفراغ. هذا لا يتفق بأي حال من الأحوال مع آليات نيوتن وجاليليو. يفترض بالونيطير بالنسبة إلى الأرض بسرعة 100 ألف كم / ثانية. دعونا نطلق النار إلى الأمام من بندقية خفيفة برصاصة خفيفة ، سرعتها 300 ألف كم / ثانية. بعد ذلك ، وفقًا لصيغ Galileo ، يجب ببساطة إضافة السرعات ، مما يعني أن الرصاصة ستطير بالنسبة إلى الأرض بسرعة 400 ألف كم / ثانية. لا يتم الحصول على ثبات في سرعة الضوء!

تم بذل الكثير من الجهد لاكتشاف التغيير في سرعة الضوء أثناء تحرك الباعث ، لكن لم تنجح أي من التجارب البارعة. حتى أكثرها دقة ، تجربة ميكلسون مورلي ، أعطت نتيجة سلبية. هل هناك خطأ ما في معادلات ماكسويل؟ لكنهم يصفون بشكل مثالي جميع الظواهر الكهربائية والمغناطيسية. ثم اقترح هنري بوانكاريه أن النقطة لا تزال غير موجودة في المعادلات ، ولكن في مبدأ النسبية: يجب أن تكون جميع القوانين الفيزيائية ، ليس فقط الميكانيكية ، مثل قوانين نيوتن ، ولكن أيضًا الكهربائية ، هي نفسها في الأنظمة التي تتحرك بالنسبة لبعضها البعض بشكل موحد و بشكل مستقيم. في عام 1904 ، حصل Dane Hendrik Anton Lorentz ، خصيصًا لمعادلات ماكسويل ، على صيغ جديدة لإعادة حساب إحداثيات نظام متحرك بالنسبة لنظام ثابت والعكس صحيح. لكن هذا ساعد جزئيًا فقط: فقد اتضح أنه بالنسبة لقوانين نيوتن يجب على المرء استخدام بعض التحولات ، وبالنسبة إلى معادلات ماكسويل أخرى. بقي السؤال مفتوحا.

النظرية النسبية الخاصة

كان للتحولات التي اقترحها لورنتز نتيجتان مهمتان. اتضح أنه أثناء الانتقال من نظام إلى آخر ، من الضروري إخضاع ليس فقط الإحداثيات ، ولكن أيضًا الوقت للتحولات. وإلى جانب ذلك ، تغير حجم الجسم المتحرك ، المحسوب وفقًا لصيغ لورنتز - أصبح أصغر على طول اتجاه الحركة! لذلك ، فإن السرعات التي تتجاوز سرعة الضوء تفقد كل معانيها المادية ، لأنه في هذه الحالة تم ضغط الأجسام إلى أبعاد صفرية. اعتبر العديد من الفيزيائيين ، بمن فيهم لورنتز نفسه ، هذه الاستنتاجات مجرد حادثة رياضية. حتى تولى أينشتاين زمام الأمور.

لماذا سميت نظرية النسبية على اسم أينشتاين ، إذا كان بوانكاريه هو من صاغ مبدأ النسبية ، فإن ماكسويل استنتج ثبات سرعة الضوء ، وقواعد تحويل الإحداثيات اخترعها لورنتز؟ بادئ ذي بدء ، دعنا نقول أن كل ما تحدثنا عنه حتى الآن يتعلق فقط بما يسمى "نظرية النسبية الخاصة" (SRT). خلافًا للاعتقاد الشائع ، فإن مساهمة أينشتاين في هذه النظرية لا تقتصر بأي حال من الأحوال على تعميم بسيط للنتائج. أولاً ، تمكن من الحصول على جميع المعادلات بناءً على افتراضين فقط - مبدأ النسبية ومبدأ ثبات سرعة الضوء. وثانيًا ، فهم ما هو التعديل الذي يجب إجراؤه على قانون نيوتن حتى لا يسقط لوحة جديدةالعالم ولم يتغير في ظل تحولات لورنتز. للقيام بذلك ، كان من الضروري معالجة اثنين من الأسس التي لم تتزعزع سابقًا للميكانيكا الكلاسيكية - المطلقة للوقت وثبات كتلة الجسم.

لا شيء مطلق

في ميكانيكا نيوتن الوقت الفلكيتم تعريفه ضمنيًا بالوقت المطلق ، وفي نظرية أينشتاين ، كل إطار مرجعي يتوافق مع الوقت "المحلي" الخاص به ، ولا توجد ساعات تقيس الوقت للكون بأكمله. لكن الاستنتاجات حول نسبية الزمن لم تكن كافية لإزالة التناقضات بين الديناميكا الكهربائية والميكانيكا الكلاسيكية. تم حل هذه المشكلة عندما سقط معقل كلاسيكي آخر - ثبات الكتلة. أدخل أينشتاين تغييرات على قانون نيوتن الأساسي لتناسب القوة مع التسارع ووجد أن الكتلة تزداد إلى أجل غير مسمى عند الاقتراب من سرعة الضوء. في الواقع ، يستنتج من افتراضات SRT أن السرعة الأكبر من سرعة الضوء ليس لها معنى فيزيائي ، مما يعني أنه لا توجد قوة يمكنها زيادة سرعة جسم يطير بالفعل بسرعة الضوء ، أي في ظل هذه الظروف ، القوة لم تعد تسبب التسارع! كلما زادت سرعة الجسم ، زادت صعوبة تسريع الجسم.

وبما أن معامل التناسب هو الكتلة (أو القصور الذاتي) ، فإن ذلك يعني أن كتلة الجسم تزداد مع زيادة السرعة.

من اللافت للنظر أن هذا الاستنتاج تم التوصل إليه في وقت لم تكن فيه تناقضات وتناقضات واضحة بين نتائج التجارب وقوانين نيوتن. في الظروف الطبيعيةالتغيير في الكتلة ضئيل ، ولا يمكن اكتشافه تجريبيًا إلا بسرعات عالية جدًا قريبة من سرعة الضوء. حتى بالنسبة للقمر الصناعي الذي يحلق بسرعة 8 كم / ث ، فإن التصحيح للكتلة لن يكون أكثر من واحد على ملياري. ولكن بالفعل في عام 1906 ، تم تأكيد استنتاجات SRT في دراسة الإلكترونات التي تتحرك بسرعات عالية: في تجارب كوفمان ، تم تسجيل تغيير في كتلة هذه الجسيمات. وفي المسرعات الحديثة ، لن يكون من الممكن ببساطة تشتيت الجسيمات إذا تم إجراء الحسابات بالطريقة الكلاسيكية دون مراعاة النظرية النسبية الخاصة.

ولكن بعد ذلك اتضح أن تقلب الكتلة يسمح لنا بالتوصل إلى نتيجة أكثر جوهرية. مع زيادة السرعة تزداد الكتلة وتزداد طاقة الحركة .. أليس الأمر نفسه؟ أكدت الحسابات الرياضية التخمين حول تكافؤ الكتلة والطاقة ، وفي عام 1907 تلقى أينشتاين صيغته الشهيرة E = mc2. هذا هو الاستنتاج الرئيسي لـ SRT. الكتلة والطاقة شيء واحد ويتحولان إلى بعضهما البعض! وإذا انكسر جسم ما (على سبيل المثال ، ذرة من اليورانيوم) فجأة إلى جزأين ، ولهما إجمالي كتلة أصغر ، فإن باقي الكتلة تنتقل إلى طاقة الحركة. افترض أينشتاين نفسه أنه سيكون من الممكن ملاحظة تغير في الكتلة فقط مع إطلاق طاقة ضخمة ، لأن المعامل c2 في الصيغة التي حصل عليها كبير جدًا جدًا. لكنه ، أيضًا ، ربما لم يكن يتوقع أن هذه الاعتبارات النظرية ستقود البشرية حتى الآن. خلق قنبلة ذريةأكد صحة النظرية النسبية الخاصة ، ولكن بثمن مرتفع للغاية.

يبدو أنه لا يوجد سبب للشك في صحة النظرية. ولكن حان الوقت لتذكر كلمات أينشتاين: "لن تقول التجربة أبدًا" نعم "لنظرية ما ، لكنها في أفضل الأحوال تقول" ربما "، وفي أغلب الأحيان تقول" لا ". تم إجراء آخر تجربة وأكثرها دقة لاختبار أحد افتراضات SRT ، وهي ثبات سرعة الضوء ، مؤخرًا ، في عام 2001 ، في جامعة كونستانز (ألمانيا). تم وضع موجة ليزر ثابتة في "صندوق" من الياقوت عالي النقاوة ، وتم تبريدها إلى درجة حرارة الهيليوم السائل ، وتمت مراقبة التغيير في تردد الضوء لمدة نصف عام. إذا كانت سرعة الضوء تعتمد على سرعة المختبر ، فإن تردد هذه الموجة سيتغير مع تحرك الأرض في المدار. لكن لم يلاحظ أي تغييرات حتى الآن.

النظرية العامة للنسبية

في عام 1905 ، عندما نشر أينشتاين عمله الشهير "On the Electrodynamics of Moving Bodies" ، المكرس لـ SRT ، واصل عمله. كان مقتنعا بأن STO كانت مجرد جزء من الرحلة. يجب أن يكون مبدأ النسبية صالحًا في أي إطار مرجعي ، وليس فقط في تلك التي تتحرك بشكل موحد ومستقيم. لم يكن هذا الاقتناع بأينشتاين مجرد تخمين ، بل كان قائمًا على حقيقة تجريبية ، احترام مبدأ التكافؤ. دعونا نشرح ما هو عليه. تتضمن قوانين الحركة ما يسمى بالكتلة "القصور الذاتي" ، والتي توضح مدى صعوبة تسارع الجسم ، وتشمل قوانين الجاذبية الكتلة "الثقيلة" التي تحدد قوة التجاذب بين الأجسام. يفترض مبدأ التكافؤ أن هذه الكتل متساوية تمامًا مع بعضها البعض ، لكن الخبرة فقط هي التي يمكنها تأكيد ما إذا كان هذا هو الحال بالفعل. ويترتب على مبدأ التكافؤ أن جميع الأجسام يجب أن تتحرك في مجال الجاذبية بنفس التسارع. حتى جاليليو فحص هذا الظرف ، حيث ألقى ، وفقًا للأسطورة ، جثثًا مختلفة برج بيزا المائل. ثم كانت دقة القياس 1٪ ، وجعلها نيوتن 0.1٪ ، ووفقًا لأحدث البيانات من عام 1995 ، يمكننا التأكد من تحقيق مبدأ التكافؤ بدقة 5 × 10 × 13.

مع الأخذ بمبدأ التكافؤ ومبدأ النسبية كأساس ، بعد عشر سنوات من العمل الشاق ، ابتكر أينشتاين نظريته في الجاذبية ، أو النظرية العامة للنسبية (GR) ، والتي حتى يومنا هذا لا تتوقف أبدًا عن إبهار المنظرين بنظريتها الرياضية. جمال. تبين أن المكان والزمان في نظرية أينشتاين للجاذبية يخضعان لتحولات مذهلة. ينحني مجال الجاذبية ، الذي يتم إنشاؤه حول أنفسهم بواسطة أجسام ذات كتلة ، في الفضاء المحيط. تخيل كرة ملقاة على الترامبولين. كلما كانت الكرة أثقل ، كلما تنحني شبكة الترامبولين. والوقت ، الذي تحول إلى البعد الرابع ، لا يقف جانبًا: فكلما زاد مجال الجاذبية ، كان تدفق الوقت أبطأ.

أول توقع مؤكد للنسبية العامة قدمه أينشتاين نفسه في عام 1915. يتعلق بحركة عطارد. يغير حضيض هذا الكوكب (أي نقطة أقرب اقترابه من الشمس) موقعه تدريجياً. على مدار مائة عام من الملاحظات من الأرض ، كان الإزاحة 43.1 ثانية قوسية. فقط النظرية العامة للنسبية يمكن أن تعطي فكرة مذهلة التنبؤ الدقيقهذه القيمة هي 43 ثانية قوسية. الخطوة التاليةبدأ بملاحظة انحراف أشعة الضوء في مجال الجاذبية للشمس أثناء فترة الامتلاء كسوف الشمس 1919. منذ ذلك الحين ، تم إجراء العديد من هذه التجارب ، وكلها تؤكد النسبية العامة - على الرغم من حقيقة أن الدقة تتزايد باستمرار. على سبيل المثال ، في عام 1984 كانت النسبة 0.3٪ ، وفي عام 1995 كانت أقل من 0.1٪.

مع ظهور الساعات الذرية ، حان الوقت نفسه. يكفي أن تضع ساعة واحدة على قمة الجبل ، والأخرى عند سفحه - ويمكنك معرفة الفرق بمرور الوقت! ومع ظهور أنظمة الأقمار الصناعية لتحديد المواقع العالمية ، انتقلت نظرية النسبية أخيرًا من فئة الترفيه العلمي إلى مجال عملي بحت. الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، على سبيل المثال ، تطير على ارتفاع حوالي 20000 كم بسرعة حوالي 4 كم / ثانية. نظرًا لأنهم بعيدون تمامًا عن الأرض ، فإن الساعات الموجودة عليها ، وفقًا للنسبية العامة ، تتقدم بنحو 45 ميكروثانية (µs) في اليوم ، ولكن نظرًا لأنها تطير بسرعة عالية ، بسبب STR ، فإن نفس الساعات تتخلف عن الركب بحوالي 7 µs يومياً. إذا لم تؤخذ هذه التعديلات في الاعتبار ، فسيصبح النظام بأكمله عديم الفائدة في غضون أيام قليلة! قبل إرسالها إلى المدار ، يتم ضبط الساعات الذرية على الأقمار الصناعية بحيث تسير أبطأ بنحو 38 ميكروثانية في اليوم. وحقيقة أنه بعد هذا التعديل ، يعرض مُستقبِل GPS البسيط الخاص بي بشكل صحيح إحداثياتي يومًا بعد يوم على نطاق واسع سطح الأرض، يقوي بشكل جدي ثقتي بنظرية النسبية.

كل هذه النجاحات تلهب فقط صائدي النسبية. اليوم ، لدى كل جامعة تحترم نفسها مختبرًا للبحث عن موجات الجاذبية ، والتي وفقًا لنظرية أينشتاين في الجاذبية ، يجب أن تنتشر بسرعة الضوء. لم أتمكن من العثور عليهم حتى الآن. حجر عثرة آخر هو العلاقة بين النسبية العامة وميكانيكا الكم. كلاهما يتفقان تمامًا مع التجربة ، لكنهما غير متوافقين تمامًا مع بعضهما البعض. ألا يذكرنا إلى حد ما بالميكانيكا الكلاسيكية والكهرومغناطيسية في أواخر القرن التاسع عشر؟ ربما يستحق الأمر انتظار التغيير.

حتى في نهاية القرن التاسع عشر ، كان معظم العلماء يميلون إلى وجهة نظر مفادها أن الصورة المادية للعالم قد بُنيت أساسًا وستظل ثابتة في المستقبل - فقط التفاصيل التي يجب توضيحها. لكن في العقود الأولى من القرن العشرين ، تغيرت الآراء المادية بشكل جذري. كان نتيجة "التسلسل" اكتشافات علميةصنع خلال فترة تاريخية قصيرة للغاية ، تغطي السنوات الاخيرةالقرن التاسع عشر والعقود الأولى من القرن العشرين ، كثير منها لا يتناسب مع فكرة التجربة البشرية العادية. مثال ممتازيمكن أن تكون بمثابة نظرية النسبية التي أنشأها ألبرت أينشتاين (1879-1955).

نظرية النسبية- النظرية الفيزيائية للزمكان ، أي النظرية التي تصف خصائص الزمكان العالمية للعمليات الفيزيائية. تم تقديم المصطلح في عام 1906 من قبل ماكس بلانك للتأكيد على دور مبدأ النسبية.
في النسبية الخاصة (وفيما بعد ، النسبية العامة).

بالمعنى الضيق ، تتضمن نظرية النسبية النسبية الخاصة والعامة. النظرية النسبية الخاصة(يشار إليها فيما يلي باسم SRT) تشير إلى العمليات التي يمكن إهمال مجالات الجاذبية فيها ؛ النظرية النسبية العامة(يشار إليها فيما يلي باسم GR) هي نظرية الجاذبية التي تعمم نيوتن.

خاص، أو النظرية النسبية الخاصة هي نظرية بنية الزمكان. تم تقديمه لأول مرة في عام 1905 من قبل ألبرت أينشتاين في عمله "في الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة". تصف النظرية الحركة ، وقوانين الميكانيكا ، وكذلك العلاقات بين الزمان والمكان التي تحددها ، في أي سرعة حركة ،
بما في ذلك تلك القريبة من سرعة الضوء. ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية
ضمن SRT هو تقريب للسرعات المنخفضة.

أحد أسباب نجاح ألبرت أينشتاين هو أنه وضع البيانات التجريبية قبل البيانات النظرية. عندما أظهر عدد من التجارب نتائج تتعارض مع النظرية المقبولة عمومًا ، قرر العديد من الفيزيائيين أن هذه التجارب كانت خاطئة.

كان ألبرت أينشتاين من أوائل الذين قرروا بناء نظرية جديدة مبنية على بيانات تجريبية جديدة.

في نهاية القرن التاسع عشر ، كان الفيزيائيون يبحثون عن أثير غامض - وسيط ، وفقًا للافتراضات المقبولة عمومًا ، يجب أن تنتشر موجات الضوء ، مثل الموجات الصوتية ، لانتشار الهواء المطلوب ، أو وسيط آخر - صلبة أو سائلة أو غازية. أدى الاعتقاد بوجود الأثير إلى الاعتقاد بأن سرعة الضوء يجب أن تتغير مع سرعة الراصد فيما يتعلق بالأثير. تخلى ألبرت أينشتاين عن مفهوم الأثير وافترض أن جميع القوانين الفيزيائية ، بما في ذلك سرعة الضوء ، تظل دون تغيير بغض النظر عن سرعة المراقب - كما أظهرت التجارب.

شرح SRT كيفية تفسير الحركات بين الأطر المرجعية بالقصور الذاتي المختلفة - ببساطة ، الأشياء التي تتحرك بسرعة ثابتة بالنسبة لبعضها البعض. أوضح أينشتاين أنه عندما يتحرك جسمان بسرعة ثابتة ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار حركتهما بالنسبة لبعضهما البعض ، بدلاً من أخذ أحدهما كإطار مرجعي مطلق. لذلك إذا كان رائدا فضاء يحلقان على مركبتين فضاء ويريدان مقارنة ملاحظاتهما ، فإن الشيء الوحيد الذي يحتاجان إلى معرفته هو سرعتهما بالنسبة لبعضهما البعض.

تعتبر النسبية الخاصة حالة خاصة واحدة فقط (ومن هنا جاءت تسميتها) ، عندما تكون الحركة مستقيمة وموحدة.

استنادًا إلى استحالة اكتشاف الحركة المطلقة ، خلص ألبرت أينشتاين إلى أن جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي متساوية. لقد صاغ افتراضين مهمين شكلا أساسًا لنظرية جديدة عن المكان والزمان ، تسمى النظرية النسبية الخاصة (SRT):

1. مبدأ النسبية لأينشتاين - كان هذا المبدأ بمثابة تعميم لمبدأ النسبية في جاليليو (ينص على نفس الشيء ، ولكن ليس لجميع قوانين الطبيعة ، ولكن فقط لقوانين الميكانيكا الكلاسيكية ، تاركًا مسألة قابلية تطبيق مبدأ النسبية على علم البصريات والديناميكا الكهربائية) أي جسدي. انها تقول: جميع العمليات الفيزيائية في ظل نفس الظروف في النظم المرجعية بالقصور الذاتي (ISF) تسير بنفس الطريقة. هذا يعني أنه لا توجد تجارب فيزيائية يتم إجراؤها داخل IRF مغلق يمكنها تحديد ما إذا كان في حالة راحة أو يتحرك بشكل موحد ومستقيم. وبالتالي ، فإن جميع IFRs متساوية تمامًا ، والقوانين الفيزيائية ثابتة فيما يتعلق باختيار IFR (أي أن المعادلات التي تعبر عن هذه القوانين لها نفس الشكل في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي).

2. مبدأ ثبات سرعة الضوء- سرعة الضوء في الفراغ ثابتة ولا تعتمد على حركة مصدر الضوء ومستقبله. إنه نفسه في جميع الاتجاهات وفي جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي. سرعة الضوء في الفراغ - السرعة المحدودة في الطبيعة -هذا هو أحد أهم الثوابت الفيزيائية ، ما يسمى بثوابت العالم.

كانت أهم نتائج SRT هي الشهيرة صيغة أينشتاين حول العلاقة بين الكتلة والطاقة E \ u003d mc 2 (حيث C هي سرعة الضوء) ، والتي أظهرت وحدة المكان والزمان ، معبرًا عنها في تغير مشترك في خصائصها اعتمادًا على تركيز الكتل وحركتها ، وأكدتها معطيات الفيزياء الحديثة. لم يعد يُنظر إلى الزمان والمكان بشكل مستقل عن بعضهما البعض ، ونشأت فكرة استمرارية الزمكان رباعية الأبعاد.

وفقًا لنظرية الفيزيائي العظيم ، عندما تزداد سرعة جسم مادي ، وتقترب من سرعة الضوء ، تزداد كتلته أيضًا. أولئك. كلما تحرك الجسم بشكل أسرع ، أصبح أثقل. في حالة الوصول إلى سرعة الضوء ، تصبح كتلة الجسم وطاقته غير محدودة. كلما زاد وزن الجسم ، زادت صعوبة زيادة سرعته ؛ هناك حاجة إلى كمية لا حصر لها من الطاقة لتسريع الجسم بكتلة لانهائية ، لذلك من المستحيل أن تصل الأجسام المادية إلى سرعة الضوء.

في نظرية النسبية ، "قانونان - قانون الحفاظ على الكتلة والحفاظ على الطاقة - فقدا صلاحيتهما بشكل مستقل عن بعضهما البعض وتحولوا إلى قانون واحد ، والذي يمكن أن يسمى قانون حفظ الطاقة أو كتلة." بسبب الارتباط الأساسي بين هذين المفهومين ، يمكن تحويل المادة إلى طاقة ، والعكس صحيح - الطاقة إلى مادة.

النظرية العامةالنسبية- نظرية الجاذبية التي نشرها أينشتاين عام 1916 والتي عمل عليها لمدة 10 سنوات. يكون مزيد من التطويرنظرية النسبية الخاصة. إذا تسارع الجسم المادي أو استدار إلى الجانب ، فإن قوانين SRT لم تعد سارية. ثم تدخل GR حيز التنفيذ ، وهو ما يفسر حركات الأجسام المادية في الحالة العامة.

في النظرية العامة للنسبية ، يُفترض أن تأثيرات الجاذبية لا تنتج عن تفاعل القوة بين الأجسام والحقول ، ولكن بسبب تشوه الزمكان ذاته الذي توجد فيه. يرتبط هذا التشوه ، على وجه الخصوص ، بوجود كتلة الطاقة.

تعتبر النسبية العامة حاليًا أكثر نظرية الجاذبية نجاحًا ، وتدعمها الملاحظات جيدًا. لقد عممت النسبية العامة SRT على المعجل ، أي أنظمة غير بالقصور الذاتي. المبادئ الأساسية للنسبية العامة هي كما يلي:

- تحديد قابلية تطبيق مبدأ ثبات سرعة الضوء على المناطق التي يمكن إهمال قوى الجاذبية فيها(حيث تكون الجاذبية قوية ، تتباطأ سرعة الضوء) ؛

- امتداد مبدأ النسبية إلى جميع الأنظمة المتحركة(وليس فقط القصور الذاتي).

في النسبية العامة ، أو نظرية الجاذبية ، ينطلق أيضًا من الحقيقة التجريبية لتكافؤ كتل القصور الذاتي والجاذبية ، أو تكافؤ مجالات القصور الذاتي والجاذبية.

يلعب مبدأ التكافؤ دور مهمفي العلم. يمكننا دائمًا أن نحسب بشكل مباشر تأثير قوى القصور الذاتي على أي نظام فيزيائي ، وهذا يمنحنا الفرصة لمعرفة عمل مجال الجاذبية ، والتخلص من عدم تجانسه ، والذي غالبًا ما يكون غير مهم للغاية.

تم استخلاص عدد من الاستنتاجات المهمة من الموارد الوراثية:

1. تعتمد خصائص الزمكان على المادة المتحركة.

2. يجب أن ينثني شعاع الضوء ، الذي يمتلك كتلة جاذبية خاملة ، في مجال الجاذبية.

3. يجب أن يتحول تردد الضوء تحت تأثير مجال الجاذبية إلى قيم أقل.

لفترة طويلة ، كان هناك عدد قليل من التأكيدات التجريبية للنسبية العامة. الاتفاق بين النظرية والتجربة جيد جدًا ، لكن نقاء التجارب ينتهكها العديد من الآثار الجانبية المعقدة. ومع ذلك ، يمكن الكشف عن تأثير انحناء الزمكان حتى في مجالات الجاذبية المعتدلة. يمكن للساعات شديدة الحساسية ، على سبيل المثال ، اكتشاف تمدد الوقت على سطح الأرض. من أجل توسيع القاعدة التجريبية للنسبية العامة ، أجريت تجارب جديدة في النصف الثاني من القرن العشرين: تم اختبار معادلة كتلة القصور الذاتي وكتلة الجاذبية (بما في ذلك عن طريق تحديد المدى بالليزر للقمر) ؛
بمساعدة الرادار ، تم توضيح حركة الحضيض الشمسي لعطارد ؛ تم قياس انحراف جاذبية موجات الراديو بواسطة الشمس ، وتم إجراء رادار كوكبي النظام الشمسي؛ تأثير مجال جاذبية الشمس على الاتصالات الراديوية مع سفن الفضاء، التي ذهبت إلى الكواكب البعيدة للنظام الشمسي ، إلخ. كلهم ، بطريقة أو بأخرى ، أكدوا التوقعات التي تم الحصول عليها على أساس النسبية العامة.

لذا ، فإن النظرية النسبية الخاصة مبنية على افتراضات ثبات سرعة الضوء وتماثل قوانين الطبيعة في جميع الأنظمة الفيزيائية ، والنتائج الرئيسية التي نتجت عنها هي كما يلي: نسبية الخصائص من الزمكان نسبية الكتلة والطاقة ؛ معادلة الكتل الثقيلة والقصور الذاتي.

إن أهم نتيجة للنظرية النسبية العامة من وجهة نظر فلسفية هي تأسيس اعتماد خصائص الزمكان للعالم المحيط على موقع وحركة الكتل الجاذبة. إنه بسبب تأثير الهيئات
مع كتل كبيرة هناك انحناء في مسارات حركة أشعة الضوء. وبالتالي ، فإن مجال الجاذبية الذي أنشأته مثل هذه الأجسام يحدد في النهاية خصائص العالم في الفضاء والزمان.

تستخلص النظرية النسبية الخاصة من عمل مجالات الجاذبية ، وبالتالي فإن استنتاجاتها قابلة للتطبيق فقط في مناطق صغيرة من الزمكان. يكمن الاختلاف الأساسي بين النظرية العامة للنسبية والنظريات الفيزيائية الأساسية التي سبقتها في رفض عدد من المفاهيم القديمة وصياغة مفاهيم جديدة. تجدر الإشارة إلى أن النظرية العامة للنسبية أحدثت ثورة حقيقية في علم الكونيات. على أساسها ، ظهرت نماذج مختلفة من الكون.

في خطاب ألقاه في 27 أبريل 1900 ، في المعهد الملكي لبريطانيا العظمى ، قال اللورد كلفن: "الفيزياء النظرية عبارة عن مبنى مكتمل جيد التناسب. على سماء صافيةفيزياء ، لا يوجد سوى سحابتين صغيرتين - هذا هو ثبات سرعة الضوء ومنحنى شدة الإشعاع اعتمادًا على طول الموجة. أعتقد أنه سيتم قريبًا حل هذين السؤالين المحددين ولن يكون لعلماء الفيزياء في القرن العشرين ما يفعلونه ". تبين أن اللورد كلفن كان محقًا تمامًا في الإشارة إلى المجالات الرئيسية للبحث في الفيزياء ، لكنه أخطأ في تقدير أهميتها: اتضح أن نظرية النسبية ونظرية الكم التي ولدت منهما كانت مساحات لا حصر لها من الأبحاث التي شغلت العقول العلمية لأكثر من مائة عام.

نظرًا لأنه لم يصف تفاعل الجاذبية ، بدأ أينشتاين ، بعد وقت قصير من اكتماله ، في تطوير نسخة عامة من هذه النظرية ، والتي أمضى 1907-1915 في تطويرها. كانت النظرية جميلة في بساطتها واتساقها مع ظاهرة طبيعيةباستثناء لحظة واحدة: في الوقت الذي تم فيه تجميع نظرية أينشتاين ، لم يكن معروفًا بعد عن توسع الكون وحتى عن وجود مجرات أخرى ، لذلك اعتقد العلماء في ذلك الوقت أن الكون كان موجودًا إلى أجل غير مسمى وكان ثابتًا. . ومع ذلك ، من القانون جاذبيةتبع نيوتن أن النجوم الثابتة يجب أن يتم سحبها في مرحلة ما إلى نقطة واحدة.

عدم إيجاد هذه الظاهرة شرح أفضل، أدخل أينشتاين في معادلاته ، والتي عوضت عدديًا وبالتالي سمحت للكون الثابت بالوجود دون انتهاك قوانين الفيزياء. بعد ذلك ، بدأ أينشتاين في النظر في إدخال الثابت الكوني في معادلاته خطأ فادح، لأنه لم يكن ضروريًا للنظرية ولم يتم تأكيده من قبل أي شيء آخر غير الكون الثابت الذي نظر في ذلك الوقت. وفي عام 1965 ، تم اكتشاف إشعاع بقايا ، مما يعني أن الكون له بداية والثابت في معادلات أينشتاين تبين أنه غير ضروري على الإطلاق. ومع ذلك ، تم العثور على الثابت الكوني في عام 1998: وفقًا للبيانات التي تم الحصول عليها بواسطة تلسكوب هابل ، لم تبطئ المجرات البعيدة توسعها بسبب الجذب عن طريق الجاذبية ، بل سرعت من تمددها.

أساسيات النظرية

بالإضافة إلى الافتراضات الأساسية للنظرية النسبية الخاصة ، تمت إضافة واحدة جديدة هنا: أعطت ميكانيكا نيوتن تقديرًا رقميًا للتفاعل الثقالي للأجسام المادية ، لكنها لم تشرح فيزياء هذه العملية. تمكن أينشتاين من وصف ذلك عن طريق انحناء الزمكان رباعي الأبعاد بواسطة جسم ضخم: يخلق الجسم اضطرابًا حول نفسه ، ونتيجة لذلك تبدأ الأجسام المحيطة بالتحرك على طول الخطوط الجيوديسية (أمثلة على هذه الخطوط هي خطوط الطول والعرض للأرض ، والتي تبدو بالنسبة للمراقب الداخلي خطوط مستقيمة ، لكنها في الواقع منحنية قليلاً). وبنفس الطريقة تنحرف أشعة الضوء مما يشوه الصورة المرئيةخلف جسم ضخم. مع المصادفة الناجحة لمواقع الأجسام وكتلها ، يؤدي ذلك إلى (عندما يعمل انحناء الزمكان كعدسة ضخمة تجعل مصدر الضوء البعيد أكثر إشراقًا). إذا لم تتطابق المعلمات تمامًا ، فقد يؤدي ذلك إلى تكوين "صليب أينشتاين" أو "دائرة أينشتاين" في الصور الفلكية للأجسام البعيدة.

من بين تنبؤات النظرية ، كان هناك أيضًا تمدد زمن الجاذبية (والذي ، عند الاقتراب من جسم ضخم ، يتصرف على الجسم بنفس طريقة تمدد الوقت بسبب التسارع) ، الجاذبية (عندما يذهب شعاع من الضوء المنبعث من جسم ضخم في الجزء الأحمر من الطيف بسبب فقدان الطاقة لوظيفة عمل "بئر الجاذبية") ، وكذلك موجات الجاذبية (اضطراب الزمكان ، الذي ينتج أي جسم له كتلة أثناء حركته).

مكانة النظرية

تم الحصول على أول تأكيد للنظرية النسبية العامة من قبل أينشتاين نفسه في نفس عام 1915 ، عندما تم نشرها: وصفت النظرية بدقة مطلقة إزاحة حضيض عطارد ، والتي لم يكن من الممكن تفسيرها قبل ذلك باستخدام ميكانيكا نيوتن. منذ ذلك الحين ، تم اكتشاف العديد من الظواهر الأخرى التي تنبأت بها النظرية ، ولكن في وقت نشرها كانت أضعف من أن يتم اكتشافها. آخر اكتشاف من هذا القبيل هذه اللحظةكان اكتشاف موجات الجاذبية في 14 سبتمبر 2015.