Uzun zamandır dünyadaki hiçbir bilim adamı, insanlığın doğa hakkındaki fikirleri üzerindeki etkisi açısından Isaac Newton ile karşılaştırılamadı. Böyle bir kişi 1879'da Almanya'nın Ulm şehrinde doğdu ve adı Albert Einstein'dı.

Einstein, bir elektrikli eşya satıcısı ailesinde doğdu, Münih'teki sıradan bir spor salonunda okudu, özellikle titizlikten farklı değildi, daha sonra Zürih Politeknik'e giriş sınavlarını geçemedi ve Aarau kentindeki kanton okulundan mezun oldu. Sadece ikinci denemede Politeknik'e girdi. Diller ve tarih genç adam için zordu, ancak erken matematik, fizik ve müzikte büyük yetenekler göstererek iyi bir kemancı oldu.

1900 yazında Einstein, fizik öğretmeni olarak diplomasını aldı. Sadece iki yıl sonra, arkadaşlarının tavsiyesi üzerine, Bern'deki Federal Patent Ofisi'nin denetçisi olarak kalıcı bir iş buldu. Einstein 1902'den 1909'a kadar orada çalıştı. Resmi görevleri ona bilimsel problemler hakkında düşünmek için yeterli zaman bıraktı. Einstein için en başarılı yıl 1905'ti - 26 yaşındaki fizikçi, daha sonra bilimsel düşüncenin başyapıtları olarak kabul edilen beş makale yayınladı. "Işığın ortaya çıkışı ve dönüşümü üzerine bir sezgisel bakış açısı üzerine" çalışması, ışık kuantumları - elektromanyetik radyasyonun temel parçacıkları hakkında bir hipotez içeriyordu. Einstein'ın hipotezi, fotoelektrik etkiyi açıklamayı mümkün kıldı: Bir madde kısa dalga boylu radyasyonla aydınlatıldığında bir akımın ortaya çıkması. Etki 1886'da Hertz tarafından keşfedildi ve ışığın dalga teorisinin çerçevesine uymadı. Einstein daha sonra bu çalışması için Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Einstein'ın keşfi, ışığın bölümler halinde (kuanta) yayıldığı ve emildiği atomun Rutherford-Bohr modelinin ve Louis de Broglie'nin "madde dalgaları" kavramının ideolojik temelini oluşturdu. Bundan kısa bir süre önce Max Planck, ısının kuanta tarafından da yayıldığını belirlemişti. Huygens ve Newton tarafından kendi zamanlarında ifade edilen, ışığın doğasına ilişkin görünüşte birbiriyle uyumsuz iki bakış açısının bir sentezi gerçekleştirildi.

Einstein'ın aynı 1905'te yayınlanan "Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği Üzerine" makalesi, uzay ve zaman hakkındaki fikirlerde devrim yaratan özel görelilik teorisine bir giriş olarak kabul edilebilir.

Doğa biliminin uzay ve zaman kavramları gelişmede uzun bir yol kat etti. Uzun bir süre boyunca, uzay ve zaman hakkındaki sıradan fikirler, maddenin içinde bulunduğu ve madde ortadan kalksa bile korunacak olan bir tür dış varlık koşulları hakkında temeldi. Bu görüş, Newton'un "Doğal Felsefenin Matematiksel İlkeleri" adlı çalışmasında en belirgin formülasyonunu alan mutlak uzay ve zaman kavramını formüle etmeyi mümkün kıldı.

1905'te Einstein tarafından yaratılan özel görelilik kuramı, Galileo-Newton'un klasik mekaniği ile Maxwell-Lorentz'in elektrodinamiğinin genelleştirilmesi ve sentezinin sonucuydu. Işık hızına yakın hızlarda, ancak yerçekimi alanını hesaba katmadan tüm fiziksel süreçlerin yasalarını tanımlar. Hareket hızındaki bir azalma ile, özel durumu olduğu ortaya çıkan klasik mekaniğe indirgenir. Bu teorinin başlangıç ​​noktası, dinlenme ve hareket arasında - eğer düzgün ve doğrusal ise - temel bir fark olmadığı sonucunu çıkardığı görelilik ilkesiydi. Dinlenme ve hareket kavramları ancak bir referans noktası belirtildiğinde anlam kazanır. Uzay ve zamanı tek bir dört boyutlu uzay-zaman sürekliliğinde birleştiren özel görelilik kuramına göre, cisimlerin uzay-zaman özellikleri hareketlerinin hızına bağlıdır. Cisimlerin hızı boşlukta ışık hızına (300 bin km/s) yaklaştığında hareket yönünde uzaysal boyutlar küçülür, hızlı hareket eden sistemlerde zaman süreçleri yavaşlar, vücut kütlesi artar.

Birlikte hareket eden referans çerçevesinde, yani ölçülen çerçeveye paralel ve aynı uzaklıkta hareket eden, göreceli olarak adlandırılan bu etkiler, tüm uzamsal ölçekler ve ölçümlerde kullanılan parçalar tamamen aynı şekilde değişeceğinden fark edilemez. Görelilik ilkesine göre, eylemsiz referans çerçevelerindeki tüm süreçler aynı şekilde ilerler. Ancak sistem eylemsiz ise, göreli etkiler fark edilebilir ve değiştirilebilir. Dolayısıyla, hayali bir göreli gemi uzak yıldızlara giderse, o zaman Dünya'ya döndükten sonra, gemi sisteminde Dünya'dan daha az zaman geçecek ve bu fark daha büyük olacak, uçuş ne kadar uzaksa ve geminin hızı o kadar büyük olacaktır. gemi ışık hızına daha yakın olacak. Einstein'ın teorisi, evrendeki hiçbir şeyin boşlukta ışıktan daha hızlı hareket edemeyeceğini ve ışık hızının, uzaydaki kendi hızlarından bağımsız olarak tüm gözlemciler için sabit kaldığını bir temel olarak kullandı.

“Bir cismin eylemsizliği, içindeki enerji içeriğine bağlı mıdır?” Makalesi göreli (lat. relativus'tan - "göreceli") bir teorinin oluşturulmasını tamamladı. Burada, ilk kez, kütle ve enerji arasındaki bağlantı, modern gösterimde - E = mc2 kanıtlandı. Einstein şöyle yazdı: "... eğer bir cisim E enerjisini radyasyon şeklinde yayarsa, o zaman kütlesi E / c2 azalır... Bir cismin kütlesi, içerdiği enerjinin bir ölçüsüdür." Bu keşif fizik, teknoloji ve felsefenin sınırlarını aştı ve bugüne kadar dolaylı olarak insanlığın kaderini belirledi. Yani, atom enerjisi, kesinlikle konuşursak, kütlenin enerjiye dönüşmesidir.

Bu tür önemli eserlerin ortaya çıkması Einstein'ı hemen tanımadı, yine de patent ofisinde çalışmaya devam etmek zorunda kaldı. Sadece 1909 baharında Einstein, Zürih Politeknik'te teorik fizik profesörü seçildi ve bürodan ayrılmayı başardı. 1913'te bilim adamı, Prusya Bilimler Akademisi'ne üye seçildi. Berlin'de Einstein, bilimsel çalışmalarının devamı için uygun koşullar aldı. 1916'da Genel Görelilik Teorisinin Temelleri'ni yayınladı. Einstein'ın fikirleri teorik bilim adamlarının gözünde ve hatta kendi gözlerinde daha da çok, felsefi bir anlam olarak dar bir şekilde pratik değildi. Evrenin uyumlu bir resmini yarattı.

1921'de Einstein, "teorik fizik alanında ve özellikle fotoelektrik etki yasasının keşfi için" Nobel Ödülü'nü aldı. Bu ödülün bir Yahudi'ye verilmesi, Almanya'da Yahudi aleyhtarı düşüncede keskin bir artışa yol açtı. Einstein'a yönelik saldırılar yoğunlaştı, ancak aktif bilimsel çalışmaya devam etti, birçok halka açık konferans verdi.

1932'de fizikçi Amerika Birleşik Devletleri'ne başka bir geziye gitti ve asla eve dönmedi - Hitler orada iktidara geldi ve dünyaca ünlü deha ondan iyi bir şey beklemiyordu. O andan itibaren, Einstein Amerika'da çalıştı. 1939'da Başkan Roosevelt'e bir Alman tekelini ortadan kaldırmak için mümkün olan en kısa sürede bir atom bombası yapmaya çağıran bir mektup gönderdi. İkincisi bu korkunç silahı hiç almadı, ancak ABD hükümeti tarafından desteklenen proje, bildiğiniz gibi "başarıyla" sona erdi ve Einstein'ın da bu konuda önemli bir değeri var. Ancak, Hiroşima ve Nagazaki'nin bombalanmasını şiddetle kınadı. Bilim adamı 1955'te Princeton'da öldü. Çağdaşları tarafından yalnızca gerçekte, en azından Dünya nüfusunun önemsiz bir yüzdesi tarafından yaklaşık olarak anlaşılan görelilik teorisi için değil, aynı zamanda eksantrikliği ve taklit edilemez mizahı için de hatırlandı.

21. yüzyıla girdiğimiz insan bilgisi tacındaki bilimsel düşüncenin incilerinden biri, Genel Görelilik Teorisidir (bundan sonra GR olarak anılacaktır). Bu teori sayısız deneyle doğrulandı, daha fazlasını söyleyeceğim, gözlemlerimizin Genel Görelilik Teorisi'nin tahminlerinden biraz, hatta biraz farklı olacağı tek bir deney yok. Elbette uygulanabilirliği dahilinde.

Bugün size Genel Görelilik Kuramı'nın ne tür bir canavar olduğunu anlatmak istiyorum. Neden bu kadar karmaşık ve neden aslında o çok basit. Zaten anladığınız gibi, açıklama gidecek parmaklarda™ Bu nedenle, çok özgür yorumlar ve tam olarak doğru olmayan alegoriler için çok sert yargılamamanızı rica ediyorum. Bu açıklamayı okuduktan sonra kimsenin insancıl, diferansiyel hesap ve yüzey entegrasyonu bilgisi olmadan, GR'nin temellerini anlayabildi. Ne de olsa, tarihsel olarak, bu, olağan günlük insan deneyiminden uzaklaşmaya başlayan ilk bilimsel teorilerden biridir. Newton mekaniği ile her şey basittir, açıklamak için üç parmak yeterlidir - işte kuvvet, işte kütle, işte ivme. Burada kafasına bir elma düşüyor (herkes elmaların nasıl düştüğünü gördü?), işte serbest düşüşünün ivmesi, işte ona etki eden kuvvetler.

Genel görelilik ile her şey o kadar basit değil - uzay eğriliği, yerçekimi zaman genişlemesi, kara delikler - tüm bunlar hazırlıksız bir kişinin birçok belirsiz şüpheye sahip olmasına neden olmalı (ve neden olmalı!) kanka? Nasıl bir uzay eğriliği? Bu çarpıklıkları kim gördü, nereden geliyorlar, böyle bir şey nasıl hayal edilebilir?

Anlamaya çalışalım.

Genel Görelilik Kuramı adından da anlaşılacağı gibi özü şudur: Genel olarak, dünyadaki her şey görecelidir.Şaka. Çok olmasa da.

Işık hızı, dünyadaki diğer tüm şeylerin göreli olduğu değerdir. Herhangi bir referans çerçevesi eşittir, nerede hareket ederlerse etsinler, ne yaparlarsa yapsınlar, hatta yerinde dönerler, hatta hızlanma ile hareket ederler (bu, çerçevelerin yalnızca düzgün ve doğrusal olarak hareket ettiğini düşünen Newton ve Galileo için midede ciddi bir darbedir). referans göreceli ve eşit olabilir ve o zaman bile sadece temel mekanik çerçevesinde) - her neyse, her zaman bulabilirsin hileli numara(bilimsel olarak adlandırılan koordinat dönüşümü), yardımıyla, pratik olarak yol boyunca hiçbir şey kaybetmeden, bir referans çerçevesinden diğerine ağrısız bir şekilde geçmek mümkün olacaktır.

Bir varsayım, Einstein'ın böyle bir sonuca varmasına yardımcı oldu (hatırlatmama izin verin - açıklığı nedeniyle kanıt olmadan verilen mantıklı bir ifade) "yerçekimi ve ivmenin eşitliği üzerine". (Dikkat, burada formülasyonların güçlü bir basitleştirmesi vardır, ancak genel olarak her şey doğrudur - düzgün bir şekilde hızlandırılmış hareket ve yerçekiminin etkilerinin denkliği, genel göreliliğin tam kalbindedir).

Bu varsayımı kanıtlamak için veya en azından zihinsel olarak tatmak Oldukça basit. Einstein asansörüne hoş geldiniz.

Bu düşünce deneyinin fikri şudur: Pencereleri ve kapıları olmayan bir asansörde kilitliyseniz, o zaman hangi durumda olduğunuzu anlamanın en ufak, kesinlikle tek bir yolu yoktur: ya asansör olduğu gibi durmaya devam eder. zemin kattaydı ve siz (ve asansörün geri kalan tüm içeriği) olağan çekim kuvveti hareket ediyor, yani. Dünyanın yerçekimi kuvveti veya tüm Dünya gezegeni ayaklarınızın altından kaldırıldı ve asansör, serbest düşüşün ivmesine eşit bir ivme ile yükselmeye başladı. g\u003d 9.8m / s 2.

Ne yaparsanız yapın, hangi deneyleri yaparsanız yapın, çevredeki nesnelerin ve fenomenlerin hangi ölçümlerini yaparsanız yapın, bu iki durumu ayırt etmek imkansızdır ve birinci ve ikinci durumlarda asansördeki tüm işlemler gider. tam olarak aynı.

Yıldızlı (*) okuyucu muhtemelen bu zorluktan kurtulmanın zor bir yolunu biliyor. Gelgit kuvvetleri. Asansör çok (çok, çok) büyükse, 300 kilometre çapındaysa, teorik olarak yerçekimi kuvvetini (veya ivme miktarını, hangisinin hangisi olduğunu hala bilmiyoruz) ölçerek yerçekimini ivmeden ayırt etmek teorik olarak mümkündür. asansörün sonları. Böyle büyük bir asansör, çaptaki gelgit kuvvetleri tarafından hafifçe sıkıştırılacak ve boyuna düzlemde onlar tarafından hafifçe uzatılacaktır. Ama bu zaten bir hile. Asansör yeterince küçükse, gelgit kuvvetlerini tespit edemezsiniz. O yüzden üzücü şeyler hakkında konuşmayalım.

Yani, yeterince küçük bir asansörde, şunu varsayabiliriz: yerçekimi ve ivme aynıdır. Fikir açık ve hatta önemsiz görünüyor. Burada bu kadar yeni veya karmaşık olan şey, diyorsunuz ki, bu çocuk için açık olmalı! Evet, prensipte, karmaşık bir şey yok. Einstein bunu hiç icat etmedi, böyle şeyler çok daha önceden biliniyordu.

Einstein, böyle bir asansörde bir ışık huzmesinin nasıl davranacağını bulmaya karar verdi. Ancak bu fikrin, 1907'ye kadar kimsenin ciddi olarak düşünmediği çok geniş kapsamlı sonuçları olduğu ortaya çıktı. Bir anlamda, dürüst olmak gerekirse, birçok kişi düşündü, ancak yalnızca bir tanesi bu kadar kafa karıştırmaya karar verdi.

Zihinsel Einstein asansörümüzde bir el feneri tuttuğumuzu hayal edin. 0 noktasından asansörün bir duvarından bir ışık huzmesi uçtu ve zemine paralel olarak karşı duvara doğru uçtu. Asansör hareketsiz durduğu sürece, ışık huzmesinin başlangıç ​​noktası 0'ın tam karşısındaki duvara çarpacağını varsaymak mantıklıdır, yani. 1 noktasına gelir. Işık ışınları düz bir çizgide yayılır, herkes okula gitti, herkes okulda bunu öğretti ve genç Albertik de.

Asansör yukarı çıkarsa, kiriş kabinin içinden uçarken, biraz yukarı hareket etmek için zamanının olacağını tahmin etmek kolaydır.
Ve asansör düzgün bir ivme ile hareket ederse, kiriş duvara 2 noktasında çarpar, yani. yandan bakıldığındaışık bir parabol boyunca hareket ediyormuş gibi görünecek.

işte anlaşıldı ki aslında parabol yoktur. Işın uçarken dümdüz uçtu. Sadece düz çizgisinde uçarken asansör biraz yukarı çıkmayı başardı, işte buradayız öyle gibiışının bir parabol boyunca hareket ettiğini.

Hepsi abartılı ve abartılı tabii. Ülkemizdeki ışığın yavaş yavaş uçtuğu, asansörlerin hızlı gittiği zihinsel bir deney. Burada hala özellikle harika bir şey yok, bu da herhangi bir öğrenci için açık olmalıdır. Benzer bir deney evde yapılabilir. Sadece "çok yavaş kirişler" ve uygun, hızlı asansörler bulmanız gerekiyor.

Ama Einstein gerçek bir dahiydi. Bugün birçokları onu azarlıyor, sanki hiç kimse ve hiçbir şeymiş gibi, patent ofisinde oturdu, Yahudi komplolarını ördü ve fikirlerini çaldı. gerçek fizikçiler. Bunu iddia edenlerin çoğu, Einstein'ın kim olduğunu, bilim ve insanlık için neler yaptığını hiç anlamıyor.

Einstein dedi ki - "yerçekimi ve ivme eşdeğerdir" (bir kez daha tam olarak söylemedi, kasıtlı olarak abartıyorum ve basitleştiriyorum), bu, bir yerçekimi alanının varlığında (örneğin, Dünya gezegeninin yakınında), ışığın olduğu anlamına gelir. ayrıca düz bir çizgide değil, bir eğri boyunca uçacaktır. Yerçekimi ışık huzmesini bükecektir.

Bu başlı başına o zaman için mutlak bir sapkınlıktı. Herhangi bir köylü, fotonların kütlesiz parçacıklar olduğunu bilmelidir. Yani ışık hiçbir şeyi "ağırlaştırmıyor". Bu nedenle, ışık yerçekimini umursamamalı, taşlar, toplar ve dağlar çekildiği için Dünya tarafından "çekilmemelidir". Newton'un formülünü hatırlayan varsa, yerçekimi cisimler arasındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı ve kütleleriyle doğru orantılıdır. Bir ışık huzmesinin kütlesi yoksa (ve ışık gerçekten de yoktur), o zaman çekim olmamalıdır! Burada çağdaşlar Einstein'a şüpheyle bakmaya başladılar.

Ve o, enfeksiyon, daha da ileri gitti. Köylüleri şaşırtmayalım diyor. Eski Yunanlılara (merhaba, eski Yunanlılar!) inanalım, ışığın daha önce olduğu gibi kesinlikle düz bir çizgide yayılmasına izin verin. Dünyanın (ve kütlesi olan herhangi bir cismin) etrafındaki uzayın büküldüğünü varsayalım. Ve sadece üç boyutlu uzay değil, hemen dört boyutlu uzay-zaman.

Şunlar. düz bir çizgide uçarken hafiftir ve uçar. Sadece bu çizgi artık bir uçakta değil, bir tür buruşuk havlunun üzerinde yatıyor. Evet ve 3D olarak. Ve bu havlu sadece kütlenin yakın varlığıyla buruşuyor. Daha doğrusu, kesinlikle kesin olmak gerekirse, enerji-momentumun varlığı.

Hepsi ona - "Albertic, araba sürüyorsun, bir an önce afyonla bağla! Çünkü LSD henüz icat edilmedi ve ayıkken kesinlikle böyle bir şey icat edemezsin! bahsettiğin uzay?"

Ve Einstein gibiydi - "Sana tekrar göstereceğim!"

Kendimi beyaz kuleme kilitledim (patent ofisi anlamında) ve hadi matematiği fikirlere uyacak şekilde ayarlayalım. Bunu doğurana kadar 10 yıl sürdüm:

Daha doğrusu, doğurduğu şeyin özü budur. Daha ayrıntılı bir versiyonda, 10 bağımsız formül ve tam olarak bir - iki sayfa küçük harfli matematiksel semboller vardır.

Genel Relativite alanında gerçek bir ders almaya karar verirseniz, giriş bölümü burada biter ve iki yarıyıllık sıkı matan çalışması gerekir. Ve bu matanın çalışmasına hazırlanmak için, liseden mezun olduğunuza ve diferansiyel ve integral hesaplara zaten aşina olduğunuza göre, en az üç yıl daha ileri matematik gerekir.

Kalpten ele, oradaki matan sıkıcı kadar karmaşık değil. Sözde Riemann uzayında tensör hesabı, algı için çok karışık bir konu değildir. Bu, kuantum renk dinamiği veya Tanrı korusun, sicim teorisi değil. Her şey açık, her şey mantıklı. İşte Riemann uzayı, işte boşluksuz ve kıvrımsız manifold, işte metrik tensör, işte dejenere olmayan matris, formülleri kendiniz yazın ve indeksleri dengeleyin, denklemin her iki tarafındaki vektörler birbirine karşılık gelir. Bu zor değil. Uzun ve sıkıcı.

Ama böyle mesafelere tırmanıp geri dönmeyeceğiz. parmaklarımız™. Bize göre, basit bir şekilde, Einstein'ın formülü yaklaşık olarak şu anlama gelir. Formüldeki eşittir işaretinin solunda Einstein tensörü artı kovaryant metrik tensör ve kozmolojik sabit (Λ) bulunur. Bu lambda esasen karanlık enerji bugün hala sahip olduğumuz hiçbir şey bilmiyoruz ama sevgi ve saygı. Einstein'ın bundan haberi bile yok. Burada tamamen ayrı bir yazıya değer ilginç bir hikaye var.

Özetle, eşittir işaretinin solundaki her şey, uzay geometrisinin nasıl değiştiğini gösterir, yani. yerçekimi kuvveti altında nasıl bükülür ve bükülür.

Ve sağda, aşağıdaki gibi olağan sabitlere ek olarak π , ışık hızı c ve yerçekimi sabiti G bir mektup var T enerji-momentum tensörüdür. Lammer terimleriyle, bunun kütlenin uzayda nasıl dağıldığının bir konfigürasyonu olduğunu varsayabiliriz (daha kesin olarak, enerji, çünkü kütle nedir, enerji nedir? emtse kare) denklemin sol tarafına karşılık gelmek için yerçekimi yaratmak ve onunla uzayı bükmek için.

Prensipte, tüm Genel Görelilik Teorisi budur. parmaklarda™.

Görelilik teorisi, herhangi bir fiziksel süreç için geçerli olan uzay-zaman düzenliliklerini dikkate alan fiziksel bir teoridir. En genel uzay-zaman teorisine genel görelilik teorisi (GR) veya yerçekimi teorisi denir. Özel (veya özel) görelilik kuramında (SRT), yerçekimi eyleminin ihmal edilebileceği doğrulukla geçerli olan uzay-zamanın özellikleri incelenir. (Fiziksel Ansiklopedik Sözlük, 1995)

Zaman ve Kütle Bir cisim ışık hızına yaklaştıkça hareket ekseni boyunca büzülür

Atomik bozunma Yeni atomların atom kütlesi ve oluşan hareket enerjisi miktarı, orijinal atomun kütlesine eşittir.

19. yüzyılın sonunda, Newton tarafından keşfedilen hareket ve yerçekimi yasaları, hesaplamalar için yaygın olarak kullanıldı ve giderek daha fazla deneysel kanıt buldu. Hiçbir şey bu alanda bir devrimin habercisi gibi görünmüyordu. Ancak mesele artık sadece mekanikle sınırlı değildi: birçok bilim insanının elektrik ve manyetizma alanındaki deneysel faaliyetleri sonucunda Maxwell denklemleri ortaya çıktı. Fizik yasalarıyla ilgili sorunların başladığı yer burasıdır. Maxwell denklemleri elektrik, manyetizma ve ışığı bir araya getiriyor. Işık dalgaları da dahil olmak üzere elektromanyetik dalgaların hızının yayıcının hareketine bağlı olmadığı ve boşlukta yaklaşık 300 bin km / s'ye eşit olduğu onlardan kaynaklanmaktadır. Bu, Newton ve Galileo'nun mekaniği ile hiçbir şekilde tutarlı değildir. Bir balonun Dünya'ya göre 100.000 km/s hızla uçtuğunu varsayalım. Hızı 300 bin km/s olan hafif bir mermiyle hafif bir silahtan ileriye doğru ateş edelim. Ardından Galileo'nun formüllerine göre hızlar basitçe toplanmalıdır, bu da merminin Dünya'ya göre 400 bin km / s hızla uçacağı anlamına gelir. Işık hızının sabitliği elde edilemez!

Yayıcı hareket ettikçe ışık hızındaki değişimi tespit etmek için çok çaba sarf edildi, ancak dahiyane deneylerin hiçbiri başarılı olmadı. Bunların en doğrusu olan Michelson-Morley deneyi bile olumsuz sonuç verdi. Yani Maxwell denklemlerinde bir sorun mu var? Ancak tüm elektriksel ve manyetik olayları mükemmel bir şekilde tanımlarlar. Ve sonra Henri Poincaré, meselenin hala denklemlerde değil, görelilik ilkesinde olduğunu öne sürdü: Newton'unki gibi sadece mekanik değil, aynı zamanda elektriksel olan tüm fiziksel yasalar, birbirine göre düzgün hareket eden sistemlerde aynı olmalıdır ve doğrusal olarak. 1904'te Danimarkalı Hendrik Anton Lorentz, özellikle Maxwell denklemleri için, hareketli bir sistemin koordinatlarını durağan bir sisteme göre yeniden hesaplamak için yeni formüller elde etti. Ancak bu sadece kısmen yardımcı oldu: Newton yasaları için bazı dönüşümlerin ve Maxwell denklemleri için bazılarının kullanılması gerektiği ortaya çıktı. Soru açık kaldı.

Özel görelilik kuramı

Lorentz tarafından önerilen dönüşümlerin iki önemli sonucu vardı. Bir sistemden diğerine geçiş sırasında sadece koordinatları değil, zamanı da dönüşümlere tabi tutmanın gerekli olduğu ortaya çıktı. Ayrıca, Lorentz'in formüllerine göre hesaplanan hareketli cismin boyutu değişti - hareket yönü boyunca küçüldü! Bu nedenle, ışık hızını aşan hızlar tüm fiziksel anlamını yitirdi, çünkü bu durumda cisimler sıfır boyuta sıkıştırıldı. Lorentz'in kendisi de dahil olmak üzere birçok fizikçi, bu sonuçları sadece matematiksel bir olay olarak gördü. Einstein devralana kadar.

Görelilik ilkesi Poincare tarafından formüle edildiyse, ışık hızının sabitliği Maxwell tarafından çıkarıldıysa ve koordinatları dönüştürmek için kurallar Lorentz tarafından icat edildiyse, görelilik teorisi neden Einstein'ın adını almıştır? Her şeyden önce, şu ana kadar bahsettiğimiz her şeyin yalnızca sözde "özel görelilik teorisi" (SRT) ile ilgili olduğunu söyleyelim. Popüler inanışın aksine, Einstein'ın bu teoriye katkısı hiçbir şekilde sonuçların basit bir genellemesi ile sınırlı değildir. İlk olarak, tüm denklemleri sadece iki varsayıma dayalı olarak elde etmeyi başardı - görelilik ilkesi ve ışık hızının sabitliği ilkesi. İkinci olarak, Newton yasasında, dünyanın yeni resminin dışına çıkmaması ve Lorentz'in dönüşümleri altında değişmemesi için hangi değişikliğin yapılması gerektiğini anladı. Bunu yapmak için, klasik mekaniğin daha önce sarsılmaz iki temeline - zamanın mutlaklığı ve vücut kütlesinin sabitliği - eleştirel olarak ele alınması gerekiyordu.

mutlak hiçbir şey

Newton mekaniğinde yıldız zamanı zımnen mutlak zamanla tanımlandı ve Einstein'ın teorisinde her referans çerçevesi kendi "yerel" zamanına karşılık gelir ve tüm Evren için zamanı ölçecek saatler yoktur. Ancak zamanın göreliliği ile ilgili sonuçlar, elektrodinamik ile klasik mekanik arasındaki çelişkileri ortadan kaldırmaya yetmedi. Bu sorun, başka bir klasik kale düştüğünde çözüldü - kütlenin sabitliği. Einstein, Newton'un kuvvetin ivme ile orantılılığı temel yasasında değişiklikler yaptı ve ışık hızına yaklaşırken kütlenin süresiz olarak arttığını buldu. Gerçekten de, SRT'nin varsayımlarından, ışık hızından daha büyük bir hızın fiziksel bir anlamı olmadığı sonucu çıkar; bu, hiçbir kuvvetin zaten ışık hızında uçan bir cismin hızını artıramayacağı anlamına gelir, yani bu koşullar altında, kuvvet artık hızlanmaya neden olmuyor! Vücudun hızı ne kadar büyük olursa, onu hızlandırmak o kadar zor olur.

Ve orantılılık katsayısı kütle (veya atalet) olduğundan, vücut kütlesinin artan hızla arttığını takip eder.

Bu sonucun, deney sonuçları ile Newton yasaları arasında bariz çelişki ve tutarsızlıkların olmadığı bir zamanda yapılmış olması dikkat çekicidir. Normal şartlar altında kütledeki değişim önemsizdir ve deneysel olarak ancak ışık hızına yakın çok yüksek hızlarda tespit edilebilir. 8 km/s hızla uçan bir uydu için bile kütle düzeltmesi iki milyarda birden fazla olmayacaktır. Ancak zaten 1906'da, yüksek hızlarda hareket eden elektronların çalışmasında SRT'nin sonuçları doğrulandı: Kaufman'ın deneylerinde, bu parçacıkların kütlesinde bir değişiklik kaydedildi. Ve modern hızlandırıcılarda, özel görelilik teorisi dikkate alınmadan hesaplamalar klasik şekilde yapılırsa parçacıkları dağıtmak mümkün olmayacaktır.

Ama sonra kütlenin tutarsızlığının daha da temel bir sonuç çıkarmamıza izin verdiği ortaya çıktı. Hız arttıkça kütle artar, hareket enerjisi artar... Aynı şey değil mi? Matematiksel hesaplamalar kütle ve enerjinin denkliği hakkındaki varsayımı doğruladı ve 1907'de Einstein ünlü E = mc2 formülünü aldı. SRT'nin ana sonucu budur. Kütle ve enerji bir ve aynıdır ve birbirlerine dönüşürler! Ve eğer bir cisim (örneğin, bir uranyum atomu) birdenbire ikiye bölünür ve toplam kütlesi daha küçüktür, o zaman kütlenin geri kalanı hareket enerjisine geçer. Einstein'ın kendisi, aldığı formüldeki c2 katsayısı çok, çok büyük olduğundan, kütledeki bir değişikliğin ancak büyük enerji salınımları ile fark edilmesinin mümkün olacağını varsaymıştı. Ama o da muhtemelen bu teorik düşüncelerin insanlığı bu kadar ileri götüreceğini beklemiyordu. Atom bombasının yaratılması, özel görelilik teorisinin geçerliliğini doğruladı, ancak çok yüksek bir fiyata.

Teorinin doğruluğundan şüphe etmek için hiçbir neden yok gibi görünüyor. Ama burada Einstein'ın sözlerini hatırlamanın zamanı geldi: "Tecrübe asla bir teoriye "evet" demez, ama en iyi ihtimalle "belki" der, çoğunlukla sadece "hayır" der. SRT varsayımlarından birini, ışık hızının sabitliğini test etmek için son, en doğru deney, oldukça yakın bir zamanda, 2001 yılında Konstanz Üniversitesi'nde (Almanya) gerçekleştirildi. Ultra saf safir bir "kutu" içine sabit bir lazer dalgası yerleştirildi, sıvı helyum sıcaklığına soğutuldu ve ışık frekansındaki değişiklik yarım yıl boyunca izlendi. Eğer ışığın hızı laboratuvarın hızına bağlı olsaydı, bu dalganın frekansı Dünya yörüngede hareket ettikçe değişecekti. Ancak şu ana kadar herhangi bir değişiklik fark edilmedi.

Genel görelilik teorisi

1905'te Einstein, SRT'ye adanan ünlü eseri “On the Electrodynamics of Moving Bodys”i yayınladığında, yoluna devam etti. BH'nin yolculuğun sadece bir parçası olduğuna ikna olmuştu. Görelilik ilkesi, yalnızca düzgün ve doğrusal hareket edenlerde değil, herhangi bir referans çerçevesinde geçerli olmalıdır. Einstein'ın bu kanaati sadece bir tahmin değildi, deneysel bir gerçeğe, eşdeğerlik ilkesinin gözetilmesine dayanıyordu. Ne olduğunu açıklayalım. Hareket yasaları, bir cismin hızlanmasının ne kadar zor olduğunu gösteren "atalet" kütlesini içerir ve yerçekimi yasaları, cisimler arasındaki çekim kuvvetini belirleyen "ağır" bir kütleyi içerir. Eşdeğerlik ilkesi, bu kütlelerin birbirine tam olarak eşit olduğunu varsayar, ancak bunun gerçekten böyle olup olmadığını yalnızca deneyim doğrulayabilir. Denklik ilkesinden, tüm cisimlerin yerçekimi alanında aynı ivme ile hareket etmesi gerektiği sonucu çıkar. Galileo bile bu durumu kontrol etti ve efsaneye göre Eğik Pisa Kulesi'nden çeşitli cesetler attı. Daha sonra ölçüm doğruluğu %1 idi, Newton bunu %0,1'e getirdi ve 1995'teki en son verilere göre, eşdeğerlik ilkesinin 5 x 10−13 doğrulukla yerine getirildiğinden emin olabiliriz.

Einstein, denklik ilkesini ve görelilik ilkesini temel alarak, on yıllık sıkı çalışmanın ardından, matematiksel kuramıyla bugüne kadar kuramcıları şaşırtmaktan asla vazgeçmeyen yerçekimi kuramını ya da genel görelilik kuramını (GR) yarattı. güzellik. Einstein'ın yerçekimi teorisindeki uzay ve zamanın şaşırtıcı metamorfozlara maruz kaldığı ortaya çıktı. Kütlesi olan cisimlerin kendi etraflarında oluşturdukları yerçekimi alanı çevredeki boşluğu büker. Trambolin üzerinde yatan bir top hayal edin. Top ne kadar ağır olursa, trambolin ağı o kadar fazla bükülür. Ve dördüncü boyuta dönüşen zaman bir yana durmaz: yerçekimi alanı ne kadar büyükse, zaman o kadar yavaş akar.

Genel göreliliğin ilk doğrulanmış tahmini, Einstein tarafından 1915'te yapıldı. Merkür'ün hareketiyle ilgiliydi. Bu gezegenin günberi (yani Güneş'e en yakın olduğu nokta) yavaş yavaş konumunu değiştirir. Dünya'dan yüz yılı aşkın bir süredir yapılan gözlemlerde, yer değiştirme 43.1 ark saniyeydi. Yalnızca genel görelilik teorisi, bu değerin - 43 ark saniyesi - şaşırtıcı derecede doğru bir tahminde bulunabildi. Bir sonraki adım, 1919'daki tam güneş tutulması sırasında Güneş'in yerçekimi alanındaki ışık ışınlarının sapmasını gözlemlemekti. O zamandan beri, bu tür pek çok deney yapıldı ve hepsi genel göreliliği doğruladı - doğruluğun sürekli artmasına rağmen. Örneğin, 1984'te %0.3'tü ve 1995'te zaten %0.1'den azdı.

Atomik saatlerin ortaya çıkmasıyla, zamanın kendisi geldi. Bir saati dağın zirvesine, diğerini eteğine yerleştirmeniz yeterli - ve aradaki farkı siz de yakalayabilirsiniz! Ve küresel konumlandırma uydu sistemlerinin ortaya çıkmasıyla, görelilik teorisi nihayet bilimsel eğlence kategorisinden tamamen pratik bir alana geçti. Örneğin GPS uyduları, yaklaşık 4 km/s hızla yaklaşık 20.000 km yükseklikte uçarlar. Dünyadan oldukça uzak oldukları için, genel göreliliğe göre üzerlerindeki saatler günde yaklaşık 45 mikrosaniye (µs) ilerler, ancak STR nedeniyle yüksek hızda uçtukları için aynı saatler yaklaşık olarak geride kalır. 7 µs günlük. Bu değişiklikler dikkate alınmazsa, tüm sistem birkaç gün içinde kullanılamaz hale gelecektir! Yörüngeye gönderilmeden önce, uydulardaki atomik saatler, günde yaklaşık 38 mikrosaniye daha yavaş gidecek şekilde ayarlanır. Ve böyle bir ayardan sonra basit GPS alıcımın her gün uçsuz bucaksız dünya yüzeyinde koordinatlarımı doğru bir şekilde göstermesi, görelilik teorisine olan güvenimi ciddi şekilde güçlendiriyor.

Bütün bu başarılar, avcıları görelilik için alevlendirmekten başka bir işe yaramaz. Bugün, kendine saygılı her üniversitenin, Einstein'ın yerçekimi teorisine göre ışık hızında yayılması gereken yerçekimi dalgalarını aramak için bir laboratuvarı vardır. Henüz bulamadılar. Bir diğer engel ise genel görelilik ve kuantum mekaniği arasındaki bağlantıdır. Her ikisi de deneyle mükemmel bir uyum içindedir, ancak birbirleriyle tamamen uyumsuzdur. 19. yüzyılın sonlarındaki klasik mekaniği ve elektromanyetizmayı biraz anımsatmıyor mu? Belki de bir değişiklik için beklemeye değer.

19. yüzyılın sonunda bile, çoğu bilim adamı, dünyanın fiziksel resminin temelde inşa edildiği ve gelecekte sarsılmaz kalacağı görüşüne meyletti - sadece detayların açıklığa kavuşturulması gerekiyordu. Ancak yirminci yüzyılın ilk on yıllarında, fiziksel görüşler kökten değişti. Bu, 19. yüzyılın son yıllarını ve 20. yüzyılın ilk on yıllarını kapsayan, son derece kısa bir tarihsel dönemde yapılan ve çoğu sıradan insan temsiline hiç uymayan bilimsel keşiflerin bir "çağlayanının" sonucuydu. deneyim. Çarpıcı bir örnek, Albert Einstein (1879-1955) tarafından oluşturulan görelilik teorisidir.

Görecelilik teorisi- fiziksel uzay-zaman teorisi, yani fiziksel süreçlerin evrensel uzay-zaman özelliklerini tanımlayan bir teori. Terim, görelilik ilkesinin rolünü vurgulamak için 1906'da Max Planck tarafından tanıtıldı.
özel görelilik (ve daha sonra genel görelilik).

Dar anlamda, görelilik teorisi özel ve genel göreliliği içerir. Özel görelilik kuramı(bundan böyle SRT olarak anılacaktır), çalışmadaki yerçekimi alanlarının ihmal edilebileceği süreçleri ifade eder; genel görelilik kuramı(bundan böyle GR olarak anılacaktır), Newton'un teorisini genelleştiren bir yerçekimi teorisidir.

Özel, veya özel görelilik kuramı uzay-zamanın yapısının bir teorisidir. İlk olarak 1905 yılında Albert Einstein tarafından "Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği Üzerine" adlı çalışmasında tanıtıldı. Teori, herhangi bir hareket hızında hareketi, mekanik yasalarını ve bunları belirleyen uzay-zaman ilişkilerini tanımlar.
ışık hızına yakın olanlar dahil. Klasik Newton mekaniği
SRT içinde düşük hızlar için bir yaklaşımdır.

Albert Einstein'ın başarısının nedenlerinden biri, deneysel verileri teorik verilerin önüne koymasıdır. Bir dizi deney, genel kabul görmüş teoriyle çelişen sonuçlar gösterdiğinde, birçok fizikçi bu deneylerin hatalı olduğuna karar verdi.

Albert Einstein, yeni deneysel verilere dayalı yeni bir teori oluşturmaya karar veren ilk kişilerden biriydi.

19. yüzyılın sonunda, fizikçiler gizemli bir eter arıyorlardı - genel olarak kabul edilen varsayımlara göre, ışık dalgalarının, yayılması için havanın gerekli olduğu akustik dalgalar gibi yayılması gereken bir ortam veya başka bir ortam. - katı, sıvı veya gaz. Eterin varlığına olan inanç, ışığın hızının etere göre gözlemcinin hızıyla değişmesi gerektiği inancına yol açtı. Albert Einstein, eter kavramını terk etti ve deneylerin gösterdiği gibi, ışık hızı da dahil olmak üzere tüm fiziksel yasaların, gözlemcinin hızından bağımsız olarak değişmeden kaldığını varsaydı.

SRT, farklı eylemsiz referans çerçeveleri arasındaki hareketlerin nasıl yorumlanacağını açıkladı - basitçe söylemek gerekirse, birbirine göre sabit bir hızda hareket eden nesneler. Einstein, iki nesne sabit bir hızla hareket ettiğinde, birini mutlak bir referans çerçevesi olarak almak yerine, hareketlerini birbirine göreli olarak düşünmesi gerektiğini açıkladı. Yani iki astronot iki uzay gemisinde uçuyorsa ve gözlemlerini karşılaştırmak isterse, bilmeleri gereken tek şey birbirlerine göre hızlarıdır.

Özel görelilik, hareket düz ve düzgün olduğunda yalnızca bir özel durumu (dolayısıyla adı) dikkate alır.

Mutlak hareketi tespit etmenin imkansızlığına dayanarak, Albert Einstein tüm eylemsiz referans çerçevelerinin eşit olduğu sonucuna vardı. Özel Görelilik Teorisi (SRT) olarak adlandırılan yeni bir uzay ve zaman teorisinin temelini oluşturan iki önemli önermeyi formüle etti:

1. Einstein'ın görelilik ilkesi - bu ilke Galileo'nun görelilik ilkesinin bir genellemesiydi (aynı şeyi belirtir, ancak tüm doğa yasaları için değil, yalnızca klasik mekanik yasaları için, görelilik ilkesinin optik ve elektrodinamiğe uygulanabilirliği sorusunu açık bırakır). herhangi bir fiziksel Diyor ki: atalet referans sistemlerinde (ISF) aynı koşullar altında tüm fiziksel süreçler aynı şekilde ilerler. Bu, kapalı bir IRF içinde gerçekleştirilen hiçbir fiziksel deneyin, onun durağan olup olmadığını veya düzgün ve doğrusal hareket edip etmediğini belirleyemeyeceği anlamına gelir. Bu nedenle, tüm IFR'ler kesinlikle eşittir ve IFR seçimine göre fiziksel yasalar değişmezdir (yani, bu yasaları ifade eden denklemler, tüm eylemsiz referans çerçevelerinde aynı forma sahiptir).

2. Işık hızının sabitliği ilkesi- Işığın boşluktaki hızı sabittir ve ışık kaynağının ve alıcısının hareketine bağlı değildir.. Tüm yönlerde ve tüm eylemsiz referans çerçevelerinde aynıdır. Işığın boşluktaki hızı - doğadaki sınırlayıcı hız - bu, dünya sabitleri olarak adlandırılan en önemli fiziksel sabitlerden biridir.

SRT'nin en önemli sonucu ünlüydü. Einstein'ın formülü kütle ve enerji arasındaki ilişki hakkında E \u003d mc2 (burada C, ışık hızıdır), uzay ve zamanın birliğini gösteren, kütlelerin konsantrasyonuna ve hareketlerine bağlı olarak özelliklerinde ortak bir değişiklikle ifade edilen ve modern fiziğin verileriyle doğrulanan. Zaman ve uzay artık birbirinden bağımsız düşünülmüyordu ve uzay-zamanın dört boyutlu sürekliliği fikri ortaya çıktı.

Büyük fizikçinin teorisine göre, maddi bir cismin hızı arttığında, ışık hızına yaklaştıkça kütlesi de artar. Şunlar. bir nesne ne kadar hızlı hareket ederse, o kadar ağır olur. Işık hızına ulaşılması durumunda, vücudun kütlesi ve enerjisi sonsuz hale gelir. Vücut ne kadar ağırsa, hızını artırmak o kadar zor olur; Sonsuz kütleli bir cismi hızlandırmak için sonsuz miktarda enerji gerekir, bu nedenle maddi nesnelerin ışık hızına ulaşması imkansızdır.

Görelilik teorisinde, "iki yasa - kütlenin korunumu yasası ve enerjinin korunumu yasası - birbirinden bağımsız olarak geçerliliğini yitirdi ve enerjinin korunumu yasası veya enerjinin korunumu yasası olarak adlandırılabilecek tek bir yasada birleştirildiği ortaya çıktı. kitle." Bu iki kavram arasındaki temel bağlantı nedeniyle, madde enerjiye, tersi de enerji maddeye dönüştürülebilir.

Genel görelilik teorisi- Einstein'ın 1916'da yayınladığı ve 10 yıl boyunca üzerinde çalıştığı yerçekimi teorisi. Özel görelilik kuramının daha da geliştirilmesidir. Malzeme gövdesi hızlanırsa veya yana dönerse, SRT yasaları artık geçerli olmaz. Ardından, genel durumda maddi cisimlerin hareketlerini açıklayan GR yürürlüğe girer.

Genel görelilik kuramında, yerçekimi etkilerinin cisimlerin ve alanların kuvvet etkileşiminden değil, içinde bulundukları uzay-zamanın deformasyonundan kaynaklandığı varsayılır. Bu deformasyon özellikle kütle enerjisinin varlığı ile ilişkilidir.

Genel Görelilik, gözlemlerle iyi desteklenen şu anda en başarılı yerçekimi teorisidir. Genel görelilik, SRT'yi hızlandırılmış olanlara, yani. eylemsiz sistemler. Genel göreliliğin temel ilkeleri aşağıdaki gibidir:

- ışık hızının sabitliği ilkesinin uygulanabilirliğini yerçekimi kuvvetlerinin ihmal edilebileceği alanlara sınırlamak(yerçekiminin güçlü olduğu yerde, ışığın hızı yavaşlar);

- görelilik ilkesinin tüm hareketli sistemlere genişletilmesi(ve sadece eylemsiz olanlar değil).

Genel görelilik veya yerçekimi teorisinde, eylemsizlik ve yerçekimi kütlelerinin eşdeğerliği veya eylemsizlik ve yerçekimi alanlarının eşdeğerliği deneysel gerçeğinden de hareket eder.

Denklik ilkesi bilimde önemli bir rol oynar. Eylemsizlik kuvvetlerinin herhangi bir fiziksel sistem üzerindeki etkisini her zaman doğrudan hesaplayabiliriz ve bu bize yerçekimi alanının hareketini, genellikle çok önemsiz olan homojensizliğinden soyutlayarak bilme fırsatı verir.

GR'den bir dizi önemli sonuç çıkarılmıştır:

1. Uzay-zamanın özellikleri hareketli maddeye bağlıdır.

2. Eylemsiz ve dolayısıyla yerçekimi kütlesi olan bir ışık demeti, yerçekimi alanında bükülmelidir.

3. Yerçekimi alanının etkisi altındaki ışığın frekansı daha düşük değerlere doğru kaymalıdır.

Uzun bir süre boyunca, genel göreliliğin birkaç deneysel doğrulaması vardı. Teori ve deney arasındaki uyum oldukça iyidir, ancak deneylerin saflığı çeşitli karmaşık yan etkiler tarafından ihlal edilmektedir. Bununla birlikte, uzay-zaman eğriliğinin etkisi, orta dereceli yerçekimi alanlarında bile tespit edilebilir. Örneğin çok hassas saatler, Dünya yüzeyindeki zaman genişlemesini algılayabilir. Genel göreliliğin deneysel tabanını genişletmek için, 20. yüzyılın ikinci yarısında yeni deneyler yapıldı: eylemsizlik ve yerçekimi kütlelerinin denkliği test edildi (Ay'ın lazerle menzili dahil);
radar yardımıyla Merkür'ün günberisinin hareketi netleştirildi; radyo dalgalarının Güneş tarafından yerçekimsel sapması ölçüldü, güneş sisteminin gezegenleri radarla yerleştirildi; Güneş'in yerçekimi alanının, güneş sisteminin uzak gezegenlerine gönderilen uzay aracı ile radyo iletişimi üzerindeki etkisi değerlendirildi, vb. Hepsi, öyle ya da böyle, genel görelilik temelinde elde edilen tahminleri doğruladı.

Bu nedenle, özel görelilik teorisi, tüm fiziksel sistemlerde ışık hızının sabitliği ve doğa yasalarının aynılığı varsayımlarına dayanır ve geldiği ana sonuçlar aşağıdaki gibidir: özelliklerin göreliliği uzay-zamanın; kütle ve enerjinin göreliliği; ağır ve eylemsiz kütlelerin denkliği.

Genel görelilik teorisinin felsefi açıdan en önemli sonucu, çevreleyen dünyanın uzay-zaman özelliklerinin yerçekimi kütlelerinin yeri ve hareketine bağımlılığının kurulmasıdır. Bedenlerin etkisinden dolayıdır.
büyük kütlelerde, ışık ışınlarının hareket yollarında bir eğrilik vardır. Sonuç olarak, bu tür cisimler tarafından oluşturulan yerçekimi alanı nihayetinde dünyanın uzay-zaman özelliklerini belirler.

Özel görelilik kuramı, yerçekimi alanlarının eyleminden soyutlanır ve bu nedenle sonuçları yalnızca uzay-zamanın küçük alanları için geçerlidir. Genel görelilik kuramı ile ondan önceki temel fizik kuramları arasındaki temel fark, bir dizi eski kavramın reddedilmesi ve yenilerinin formüle edilmesidir. Genel görelilik teorisinin kozmolojide gerçek bir devrim yaptığını söylemeye değer. Temelinde, Evrenin çeşitli modelleri ortaya çıktı.

27 Nisan 1900'de Büyük Britanya Kraliyet Enstitüsü'nde yaptığı konuşmada Lord Kelvin şunları söyledi: “Teorik fizik, orantılı ve tamamlanmış bir yapıdır. Fiziğin berrak gökyüzünde sadece iki küçük bulut vardır - bu, dalga boyuna bağlı olarak ışık hızının ve radyasyon yoğunluğu eğrisinin sabitliğidir. Bu iki özel sorunun yakında çözüleceğini ve 20. yüzyılın fizikçilerinin yapacak hiçbir şeyi olmayacağını düşünüyorum.” Lord Kelvin, fizikteki temel araştırma alanlarına işaret ederken kesinlikle haklı çıktı, ancak bunların önemini yanlış değerlendirdi: onlardan doğan görelilik teorisi ve kuantum teorisi, bilimsel zihinleri meşgul eden sonsuz araştırma genişlikleri haline geldi. yüz yıldan fazla bir süredir.

Einstein, yerçekimi etkileşimini tanımlamadığından, tamamlanmasından kısa bir süre sonra, 1907-1915'i geliştirmek için harcadığı bu teorinin genel bir versiyonunu geliştirmeye başladı. Teori, tek bir nokta dışında, basitliği ve doğal fenomenlerle tutarlılığı bakımından güzeldi: Einstein'ın teorisi zamanında, Evrenin genişlemesi ve hatta diğer galaksilerin varlığı hakkında henüz bilinmiyordu, bu yüzden o zamanın bilim adamları, Evrenin süresiz olarak var olduğuna ve durağan olduğuna inanıyorlardı. Aynı zamanda, Newton'un evrensel yerçekimi yasasından, sabit yıldızların bir noktada basitçe bir noktaya çekilmesi gerektiği sonucu çıktı.

Bu fenomen için daha iyi bir açıklama bulamayan Einstein, sayısal olarak telafi eden ve böylece sabit Evrenin fizik yasalarını ihlal etmeden var olmasına izin veren denklemlerine girdi. Daha sonra Einstein, denklemlerine kozmolojik sabiti dahil etmeyi en büyük hatası olarak görmeye başladı, çünkü teori için gerekli değildi ve o sırada görünüşte durağan Evren dışında hiçbir şey tarafından doğrulanmadı. Ve 1965'te kalıntı radyasyonu keşfedildi, bu da Evrenin bir başlangıcı olduğu ve Einstein'ın denklemlerindeki sabitin tamamen gereksiz olduğu anlamına geliyordu. Bununla birlikte, kozmolojik sabit yine de 1998'de bulundu: Hubble teleskobu tarafından elde edilen verilere göre, uzak galaksiler yerçekimi nedeniyle genişlemelerini yavaşlatmadılar, hatta genişlemelerini hızlandırdılar.

Teorinin temelleri

Özel görelilik teorisinin temel varsayımlarına ek olarak, buraya bir yenisi eklendi: Newton mekaniği, maddi cisimlerin yerçekimi etkileşiminin sayısal bir tahminini verdi, ancak bu sürecin fiziğini açıklamadı. Einstein bunu büyük bir cisim tarafından 4 boyutlu uzay-zamanın eğriliği aracılığıyla tanımlamayı başardı: cisim kendi etrafında bir tedirginlik yaratır, bunun sonucunda çevredeki cisimler jeodezik çizgiler boyunca hareket etmeye başlar (bu tür çizgilere örnekler bir iç gözlemci için düz çizgiler gibi görünen, ancak gerçekte hafifçe eğri olan dünyanın enlem ve boylam çizgileri). Işık ışınları aynı şekilde sapar, bu da büyük bir nesnenin arkasındaki görünür resmi bozar. Nesnelerin konumlarının ve kütlelerinin başarılı bir şekilde çakışmasıyla, bu şuna yol açar (uzay-zamanın eğriliği, uzaktaki ışık kaynağını çok daha parlak hale getiren devasa bir mercek görevi gördüğünde). Parametreler tam olarak eşleşmezse, bu, uzaktaki nesnelerin astronomik görüntülerinde bir "Einstein haçı" veya bir "Einstein dairesi" oluşumuna yol açabilir.

Teorinin tahminleri arasında yerçekimi zaman genişlemesi (büyük bir nesneye yaklaşırken, ivme nedeniyle vücuda aynı şekilde etki eden) yerçekimi (büyük bir cisim tarafından yayılan bir ışık demeti gittiğinde) de vardı. "yerçekimi kuyusu"nun çalışma fonksiyonundaki enerji kaybı nedeniyle spektrumun kırmızı kısmına ve yerçekimi dalgalarına (hareket sırasında kütleye sahip herhangi bir cismi üreten uzay-zamanın bozulması).

Teorinin durumu

Genel görelilik teorisinin ilk teyidi, aynı 1915'te yayınlandığında Einstein tarafından elde edildi: teori, daha önce Newton mekaniği kullanılarak açıklanamayan Merkür'ün günberinin yer değiştirmesini mutlak doğrulukla tanımladı. O zamandan beri, teori tarafından tahmin edilen, ancak yayınlandığı sırada tespit edilemeyecek kadar zayıf olan birçok başka fenomen keşfedildi. Şimdiye kadarki en son keşif, 14 Eylül 2015'te yerçekimi dalgalarının keşfiydi.