Apakah teori umum relativiti. Teori relativiti Einstein ternyata salah

Mereka mengatakan bahawa Albert Einstein mempunyai epiphany dalam sekelip mata. Saintis itu didakwa menaiki trem di Bern (Switzerland), melihat jam jalan dan tiba-tiba menyedari bahawa jika trem kini dipercepatkan ke kelajuan cahaya, maka pada persepsinya jam ini akan berhenti - dan tidak akan ada masa. Ini membawa beliau untuk merumuskan salah satu postulat pusat relativiti - bahawa pemerhati yang berbeza melihat realiti secara berbeza, termasuk kuantiti asas seperti jarak dan masa.

Secara saintifik, pada hari itu Einstein menyedari bahawa penerangan tentang sebarang peristiwa atau fenomena fizikal bergantung kepada sistem rujukan, di mana pemerhati berada. Jika penumpang trem, sebagai contoh, menjatuhkan cermin matanya, maka baginya ia akan jatuh menegak, dan bagi pejalan kaki yang berdiri di jalan, cermin mata akan jatuh dalam parabola, kerana trem bergerak semasa cermin mata jatuh. Setiap orang mempunyai kerangka rujukan mereka sendiri.

Tetapi walaupun perihalan peristiwa berubah apabila berpindah dari satu kerangka rujukan kepada yang lain, terdapat juga perkara universal yang kekal tidak berubah. Jika, daripada menerangkan kejatuhan cermin mata, kita bertanya soalan tentang hukum alam yang menyebabkannya jatuh, maka jawapannya akan sama untuk pemerhati dalam sistem koordinat pegun dan untuk pemerhati dalam koordinat bergerak. sistem. Undang-undang pergerakan teragih terpakai sama rata di jalan dan di trem. Dalam erti kata lain, sementara penerangan tentang peristiwa bergantung kepada pemerhati, undang-undang alam tidak bergantung kepadanya, iaitu, seperti yang biasa dikatakan dalam bahasa saintifik, ia adalah invarian. Ini adalah apa yang ia semua tentang prinsip relativiti.

Seperti mana-mana hipotesis, prinsip relativiti perlu diuji dengan mengaitkannya dengan sebenar fenomena alam. Daripada prinsip relativiti, Einstein memperoleh dua teori berasingan (walaupun berkaitan). Teori relativiti khusus atau khusus berasal dari kedudukan bahawa undang-undang alam adalah sama untuk semua sistem rujukan yang bergerak pada kelajuan malar. Teori umum relativiti melanjutkan prinsip ini kepada mana-mana rangka rujukan, termasuk yang bergerak dengan pecutan. Teori relativiti khas telah diterbitkan pada tahun 1905, dan teori umum relativiti yang lebih kompleks secara matematik telah disiapkan oleh Einstein pada tahun 1916.

Teori relativiti khas

Kebanyakan kesan paradoks dan berlawanan intuitif yang berlaku apabila bergerak pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya diramalkan oleh teori relativiti khas. Yang paling terkenal ialah kesan memperlahankan jam, atau kesan pelebaran masa. Jam yang bergerak relatif kepada pemerhati berjalan lebih perlahan baginya daripada jam yang sama di tangannya.

Masa dalam sistem koordinat yang bergerak pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya berbanding dengan pemerhati diregangkan, dan takat ruang (panjang) objek di sepanjang paksi arah pergerakan, sebaliknya, dimampatkan. Kesan ini, dikenali sebagai Penguncupan Lorentz-Fitzgerald, telah diterangkan pada tahun 1889 oleh ahli fizik Ireland George Fitzgerald (1851-1901) dan dikembangkan pada tahun 1892 oleh orang Belanda Hendrick Lorentz (1853-1928). Penguncupan Lorentz-Fitzgerald menerangkan mengapa eksperimen Michelson-Morley untuk menentukan kelajuan pergerakan Bumi dalam angkasa lepas melalui pengukuran "angin halus" memberikan hasil negatif. Einstein kemudiannya memasukkan persamaan ini dalam teori relativiti khas dan menambahnya dengan formula penukaran yang serupa untuk jisim, mengikut mana jisim badan juga meningkat apabila kelajuan badan menghampiri kelajuan cahaya. Oleh itu, pada kelajuan 260,000 km/s (87% daripada kelajuan cahaya), jisim objek dari sudut pandangan pemerhati yang terletak dalam kerangka rujukan rehat akan berganda.

Sejak zaman Einstein, semua ramalan ini, tidak kira betapa bercanggah akal fikiran Mereka nampaknya menemui pengesahan percubaan yang lengkap dan langsung. Dalam salah satu eksperimen yang paling mendedahkan, saintis di Universiti Michigan meletakkan jam atom ultra-tepat di atas kapal terbang yang membuat penerbangan transatlantik biasa, dan selepas setiap kembali ke lapangan terbang asalnya, mereka membandingkan bacaan mereka dengan jam kawalan. Ternyata jam di pesawat secara beransur-ansur ketinggalan di belakang jam kawalan lebih dan lebih (sehingga bercakap, apabila kita bercakap tentang pecahan sesaat). Selama setengah abad yang lalu, saintis telah mengkaji zarah asas menggunakan kompleks perkakasan besar yang dipanggil pemecut. Di dalamnya, pancaran zarah subatom bercas (seperti proton dan elektron) dipercepatkan kepada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya, kemudian ditembak pada pelbagai sasaran nuklear. Dalam eksperimen sedemikian pada pemecut, adalah perlu untuk mengambil kira peningkatan jisim zarah dipercepat - jika tidak, keputusan eksperimen itu tidak akan memberikan tafsiran yang munasabah. Dan dalam pengertian ini, teori relativiti khas telah lama berpindah dari kategori teori hipotesis kepada bidang alat kejuruteraan gunaan, di mana ia digunakan setanding dengan undang-undang mekanik Newton.

Berbalik kepada undang-undang Newton, saya ingin ambil perhatian terutamanya bahawa teori relativiti khas, walaupun secara zahirnya bercanggah dengan undang-undang mekanik Newton klasik, sebenarnya hampir betul-betul menghasilkan semula semua persamaan biasa undang-undang Newton, jika ia digunakan untuk menggambarkan jasad yang bergerak. pada kelajuan yang jauh lebih rendah daripada kelajuan cahaya. Iaitu, teori relativiti khas tidak membatalkan fizik Newton, tetapi mengembang dan melengkapkannya.

Prinsip relativiti juga membantu memahami mengapa kelajuan cahaya, dan bukan yang lain, yang memainkan peranan sedemikian. peranan penting dalam model struktur dunia ini - soalan ini ditanya oleh ramai daripada mereka yang pertama kali menemui teori relativiti. Kelajuan cahaya menonjol dan memainkan peranan khas sebagai pemalar sejagat, kerana ia ditentukan oleh undang-undang sains semula jadi. Disebabkan oleh prinsip relativiti, kelajuan cahaya dalam vakum c adalah sama dalam mana-mana sistem rujukan. Ini nampaknya bercanggah dengan akal fikiran, kerana ternyata cahaya dari sumber yang bergerak (tidak kira berapa cepat ia bergerak) dan dari sumber yang tidak bergerak sampai kepada pemerhati pada masa yang sama. Walau bagaimanapun, ini adalah benar.

Oleh kerana peranannya yang istimewa dalam undang-undang alam, kelajuan cahaya menduduki tempat utama dalam teori relativiti umum.

Teori umum relativiti

Teori umum relativiti terpakai kepada semua sistem rujukan (dan bukan hanya kepada mereka yang bergerak pada kelajuan malar berbanding satu sama lain) dan secara matematik kelihatan jauh lebih kompleks daripada yang istimewa (yang menerangkan jurang sebelas tahun antara penerbitan mereka). Ia termasuk sebagai kes khas teori relativiti khas (dan oleh itu undang-undang Newton). Pada masa yang sama, teori relativiti am pergi lebih jauh daripada semua pendahulunya. Khususnya, ia memberikan tafsiran baharu tentang graviti.

Teori umum relativiti menjadikan dunia empat dimensi: masa ditambah kepada tiga dimensi ruang. Keempat-empat dimensi tidak dapat dipisahkan, jadi kita tidak lagi bercakap tentang jarak ruang antara dua objek, seperti yang berlaku dalam dunia tiga dimensi, tetapi tentang selang ruang-masa antara peristiwa, yang menggabungkan jarak antara satu sama lain - kedua-duanya. dalam masa dan ruang. Iaitu, ruang dan masa dianggap sebagai kontinum ruang-masa empat dimensi atau, secara ringkasnya, ruang masa. Dalam kontinum ini, pemerhati yang bergerak relatif antara satu sama lain mungkin tidak bersetuju sama ada dua peristiwa berlaku serentak—atau sama ada satu mendahului yang lain. Nasib baik untuk minda kita yang lemah, ia tidak sampai ke tahap melanggar hubungan sebab-akibat - iaitu, kewujudan sistem koordinat di mana dua peristiwa tidak berlaku serentak dan dalam urutan yang berbeza tidak dibenarkan walaupun oleh teori umum. kerelatifan.

Undang-undang graviti sejagat Newton memberitahu kita bahawa antara mana-mana dua badan di Alam Semesta terdapat daya tarikan bersama. Dari sudut pandangan ini, Bumi berputar mengelilingi Matahari, kerana daya tarikan saling bertindak antara mereka. Relativiti am, bagaimanapun, memaksa kita untuk melihat fenomena ini secara berbeza. Menurut teori ini, graviti adalah akibat daripada ubah bentuk ("kelengkungan") fabrik elastik ruang-masa di bawah pengaruh jisim (semakin berat badan, contohnya Matahari, semakin banyak ruang-masa "bengkok" di bawah. ia dan, oleh itu, semakin kuat medan daya gravitinya). Bayangkan kanvas yang diregangkan ketat (sejenis trampolin) di mana bola besar diletakkan. Kanvas berubah bentuk di bawah berat bola, dan lekukan berbentuk corong terbentuk di sekelilingnya. Menurut teori relativiti umum, Bumi beredar mengelilingi Matahari seperti bola kecil yang dilancarkan untuk bergolek mengelilingi kon corong yang terbentuk akibat "menolak" ruang-masa oleh bola berat - Matahari. Dan apa yang kelihatan kepada kita sebagai daya graviti, sebenarnya, pada dasarnya adalah manifestasi luaran semata-mata kelengkungan ruang-masa, dan bukan sama sekali daya dalam pemahaman Newtonian. Sehingga kini, tiada penjelasan yang lebih baik tentang sifat graviti daripada teori relativiti umum yang diberikan kepada kita.

Menguji kerelatifan am adalah sukar kerana, dalam keadaan makmal biasa, keputusannya hampir sama seperti yang diramalkan oleh undang-undang graviti Newton. Walau bagaimanapun, beberapa eksperimen penting telah dijalankan, dan keputusannya membolehkan kami mempertimbangkan teori yang disahkan. Di samping itu, relativiti am membantu menjelaskan fenomena yang kita perhatikan di angkasa, seperti sisihan kecil Utarid dari orbit pegunnya yang tidak dapat diterangkan dari sudut pandangan mekanik Newtonian klasik, atau lenturan sinaran elektromagnet dari bintang jauh apabila ia melalui berdekatan dengan Matahari.

Malah, keputusan yang diramalkan oleh relativiti am berbeza dengan ketara daripada yang diramalkan oleh undang-undang Newton hanya dengan kehadiran medan graviti super kuat. Ini bermakna untuk menguji sepenuhnya teori umum relativiti, kita memerlukan sama ada ukuran ultra-tepat bagi objek yang sangat besar, atau lubang hitam, yang tidak ada idea intuitif biasa kita yang boleh digunakan. Jadi pembangunan kaedah eksperimen baru untuk menguji teori relativiti kekal sebagai salah satu daripada tugas paling penting fizik eksperimen.

GTO dan RTG: beberapa aksen

1. Dalam banyak buku - monograf, buku teks dan penerbitan sains popular, serta dalam pelbagai jenis artikel - pembaca terbiasa melihat rujukan kepada teori relativiti umum (GTR) sebagai salah satu pencapaian terhebat abad kita, tentang teori yang hebat, tentang alat fizik dan astronomi moden yang sangat diperlukan. Sementara itu, dari artikel A. A. Logunov mereka belajar bahawa, pada pendapatnya, GTR harus ditinggalkan, bahawa ia adalah buruk, tidak konsisten dan bercanggah. Oleh itu, GTR memerlukan penggantian oleh beberapa teori lain dan, khususnya, oleh teori relativistik graviti (RTG) yang dibina oleh A. A. Logunov dan rakan-rakannya.

Adakah keadaan sedemikian mungkin apabila ramai orang tersilap dalam penilaian mereka terhadap GTR, yang telah wujud dan dikaji selama lebih daripada 70 tahun, dan hanya beberapa orang, yang diketuai oleh A. A. Logunov, benar-benar mengetahui bahawa GTR perlu dibuang? Kebanyakan pembaca mungkin mengharapkan jawapannya: ini adalah mustahil. Sebenarnya, saya hanya boleh menjawab dengan cara yang bertentangan: "ini" pada dasarnya mungkin, kerana kita bukan bercakap tentang agama, tetapi tentang sains.

Pengasas dan nabi dari pelbagai agama dan kepercayaan mencipta dan mencipta "kitab suci" mereka sendiri, yang kandungannya diisytiharkan sebagai kebenaran utama. Jika seseorang meragui, lebih buruk lagi baginya, dia menjadi seorang bidaah dengan akibat yang seterusnya, bahkan sering berdarah. Adalah lebih baik untuk tidak berfikir sama sekali, tetapi percaya, mengikut formula terkenal salah seorang pemimpin gereja: "Saya percaya, kerana ia tidak masuk akal." Pandangan dunia saintifik pada asasnya bertentangan: ia menuntut untuk tidak mengambil apa-apa begitu sahaja, membenarkan seseorang meragui segala-galanya, dan tidak mengiktiraf dogma. Di bawah pengaruh fakta dan pertimbangan baru, ia bukan sahaja mungkin, tetapi juga perlu, jika wajar, untuk mengubah pandangan anda, menggantikan teori yang tidak sempurna dengan yang lebih sempurna, atau, katakan, entah bagaimana menggeneralisasikan teori lama. Situasinya sama dengan individu. Pengasas doktrin agama dianggap maksum, dan, sebagai contoh, di kalangan umat Katolik, bahkan orang yang hidup - Paus yang "memerintah" - diisytiharkan tidak boleh salah. Ilmu tidak mengenal manusia yang maksum. Penghormatan yang hebat, kadang-kadang bahkan luar biasa, yang dihormati oleh ahli fizik (untuk lebih jelasnya, saya akan bercakap tentang ahli fizik) terhadap wakil-wakil hebat profesion mereka, terutamanya untuk raksasa seperti Isaac Newton dan Albert Einstein, tidak ada kaitan dengan kanonisasi orang-orang kudus , dengan pendewaan. Dan ahli fizik yang hebat adalah manusia, dan semua orang mempunyai kelemahan mereka. Jika kita bercakap tentang sains, yang hanya menarik minat kita di sini, maka ahli fizik terhebat tidak selalunya betul dalam segala-galanya dan pengiktirafan terhadap kebaikan mereka bukan berdasarkan kemaksuman, tetapi pada fakta bahawa mereka berjaya memperkayakan sains dengan pencapaian yang luar biasa; , untuk melihat lebih jauh dan lebih mendalam daripada sezaman mereka.

2. Sekarang adalah perlu untuk memikirkan keperluan untuk teori fizikal asas.

Pertama, teori sedemikian mesti lengkap dalam bidang kebolehgunaannya, atau, seperti yang saya akan katakan secara ringkas, ia mesti konsisten. Kedua, teori fizikal mesti memadai dengan realiti fizikal, atau, lebih mudah dikatakan, konsisten dengan eksperimen dan pemerhatian. Keperluan lain boleh disebut, terutamanya pematuhan kepada undang-undang dan peraturan matematik, tetapi semua ini tersirat. Mari kita terangkan apa yang telah diperkatakan menggunakan contoh mekanik klasik, bukan relativistik - Mekanik Newtonian seperti yang digunakan pada masalah prinsip yang paling mudah bagi pergerakan beberapa zarah "titik". Seperti yang diketahui, peranan zarah sedemikian dalam masalah mekanik cakerawala boleh dimainkan oleh seluruh planet atau satelitnya. Biarkan dalam masa ini t 0 zarah berada pada satu titik A dengan koordinat(Mari kita terangkan apa yang telah diperkatakan menggunakan contoh mekanik klasik, bukan relativistik - Mekanik Newtonian seperti yang digunakan pada masalah prinsip yang paling mudah bagi pergerakan beberapa zarah "titik". Seperti yang diketahui, peranan zarah sedemikian dalam masalah mekanik cakerawala boleh dimainkan oleh seluruh planet atau satelitnya. Biarkan dalam masa ini xiA iA(Mari kita terangkan apa yang telah diperkatakan menggunakan contoh mekanik klasik, bukan relativistik - Mekanik Newtonian seperti yang digunakan pada masalah prinsip yang paling mudah bagi pergerakan beberapa zarah "titik". Seperti yang diketahui, peranan zarah sedemikian dalam masalah mekanik cakerawala boleh dimainkan oleh seluruh planet atau satelitnya. Biarkan dalam masa ini) (Di sini i= l, 2, 3, kerana kedudukan titik dalam ruang dicirikan oleh tiga koordinat, dan kelajuan adalah vektor). Kemudian, jika semua daya yang bertindak pada zarah itu diketahui, undang-undang mekanik membolehkan kita menentukan kedudukan B dan halaju zarah v i pada bila-bila masa berikutnya t, iaitu, cari nilai yang jelas xiB(t) dan v iB(t). Apa yang akan berlaku jika undang-undang mekanik yang digunakan tidak memberikan jawapan yang jelas dan, katakan, dalam contoh kami, mereka meramalkan bahawa zarah pada masa ini t boleh terletak sama ada pada titik B, atau pada titik yang sama sekali berbeza C? Jelas sekali bahawa teori klasik (bukan kuantum) seperti itu tidak lengkap, atau, dalam istilah yang disebutkan, tidak konsisten. Ia sama ada perlu ditambah, menjadikannya tidak jelas, atau dibuang sama sekali. Mekanik Newton, seperti yang dinyatakan, adalah konsisten - ia memberikan jawapan yang tidak jelas dan jelas kepada soalan dalam bidang kecekapan dan kebolehgunaannya. Mekanik Newtonian juga memenuhi keperluan kedua yang disebut - keputusan yang diperolehi berdasarkannya (dan, khususnya, nilai koordinat x i(t) dan kelajuan v i (t)) adalah konsisten dengan pemerhatian dan eksperimen. Itulah sebabnya semua mekanik cakerawala - perihalan pergerakan planet dan satelitnya - buat masa ini sepenuhnya berasaskan, dan dengan kejayaan sepenuhnya, pada mekanik Newtonian.

3. Tetapi pada tahun 1859, Le Verrier mendapati bahawa pergerakan planet yang paling hampir dengan Matahari, Mercury, agak berbeza daripada yang diramalkan oleh mekanik Newtonian. Secara khusus, ternyata perihelion - titik orbit elips planet yang paling hampir dengan Matahari - berputar dengan halaju sudut 43 saat arka setiap abad, berbeza daripada apa yang dijangkakan apabila mengambil kira semua gangguan yang diketahui dari planet lain dan satelit mereka. Malah lebih awal, Le Verrier dan Adams menghadapi situasi yang hampir sama apabila menganalisis gerakan Uranus, planet paling jauh dari Matahari yang diketahui pada masa itu. Dan mereka menemui penjelasan tentang percanggahan antara pengiraan dan pemerhatian, menunjukkan bahawa pergerakan Uranus dipengaruhi oleh planet yang lebih jauh, dipanggil Neptun. Pada tahun 1846, Neptun sebenarnya telah ditemui di lokasi yang diramalkan, dan peristiwa ini betul-betul dianggap sebagai kejayaan mekanik Newton. Secara semulajadi, Le Verrier cuba menjelaskan anomali yang disebutkan dalam pergerakan Mercury dengan kewujudan yang lain. planet yang tidak diketahui- dalam kes ini, planet Vulcan tertentu, bergerak lebih dekat dengan Matahari. Tetapi kali kedua "helah itu gagal" - tiada Vulcan wujud. Kemudian mereka mula cuba mengubah undang-undang graviti sejagat Newton, mengikut mana daya graviti, apabila digunakan pada sistem planet Matahari, berubah mengikut undang-undang

di mana ε ialah beberapa nilai yang kecil. Ngomong-ngomong, teknik yang sama digunakan (walaupun tidak berjaya) pada zaman kita untuk menjelaskan beberapa soalan astronomi yang tidak jelas (kita bercakap tentang masalah jisim tersembunyi; lihat, sebagai contoh, buku pengarang "Pada Fizik dan Astrofizik", dipetik di bawah, ms 148). Tetapi agar hipotesis berkembang menjadi teori, perlu meneruskan beberapa prinsip, menunjukkan nilai parameter ε, dan membina skema teori yang konsisten. Tiada siapa yang berjaya, dan persoalan putaran perihelion Mercury tetap terbuka sehingga 1915. Pada masa itu, di tengah-tengah Perang Dunia Pertama, apabila begitu sedikit yang berminat dengan masalah abstrak fizik dan astronomi, Einstein menyelesaikan (selepas kira-kira 8 tahun usaha yang gigih) penciptaan teori relativiti umum. Peringkat terakhir dalam membina asas GTR ini diliputi dalam tiga artikel pendek yang dilaporkan dan ditulis pada November 1915. Dalam yang kedua, yang dilaporkan pada 11 November, Einstein, berdasarkan relativiti am, mengira putaran tambahan perihelion Mercury berbanding dengan Newtonian, yang ternyata sama (dalam radian per revolusi planet sekeliling. Matahari)

Dan c= 3·10 10 cm s –1 – kelajuan cahaya. Apabila beralih ke ungkapan terakhir (1), undang-undang ketiga Kepler digunakan

a 3 =	GM ☼	T 2
	4π 2

di mana T– tempoh revolusi planet. Jika kita menggantikan nilai yang paling diketahui pada masa ini bagi semua kuantiti ke dalam formula (1), dan juga membuat penukaran asas daripada radian setiap revolusi kepada putaran dalam saat arka (tanda ″) setiap abad, maka kita sampai pada nilai Ψ = 42 ″.98 / abad. Pemerhatian bersetuju dengan keputusan ini dengan ketepatan yang dicapai pada masa ini kira-kira ± 0″.1 / abad (Einstein dalam kerja pertamanya menggunakan data yang kurang tepat, tetapi dalam had kesilapan dia memperoleh persetujuan lengkap antara teori dan pemerhatian). Formula (1) diberikan di atas, pertama sekali, untuk menjelaskan kesederhanaannya, yang sering tiada dalam teori fizik yang kompleks secara matematik, termasuk dalam banyak kes dalam Relativiti Am.

Kedua, dan ini adalah perkara utama, jelas daripada (1) bahawa putaran perihelion mengikuti dari relativiti am tanpa perlu melibatkan sebarang pemalar atau parameter baru yang tidak diketahui. Oleh itu, keputusan yang diperoleh oleh Einstein menjadi kejayaan sebenar relativiti am. Dalam keadaan terbaik saya Einstein menyatakan dan menyokong pendapat bahawa penjelasan untuk putaran perihelion Mercury adalah "peristiwa emosi yang paling berkuasa dalam semua kehidupan saintifik Einstein, dan mungkin sepanjang hidupnya." Ya, ia adalah " jam terbaik» Einstein. Tetapi hanya untuk dirinya sendiri. Untuk beberapa sebab (cukup untuk menyebut perang) untuk GR sendiri, untuk kedua-dua teori ini dan penciptanya untuk memasuki peringkat dunia, "jam terbaik" adalah satu lagi peristiwa yang berlaku 4 tahun kemudian - pada tahun 1919. Hakikatnya bahawa dalam kerja yang sama di mana formula (1) diperoleh, Einstein membuat ramalan penting: sinaran cahaya yang melalui dekat Matahari mesti bengkok, dan sisihan mereka harus

α = 4GM ☼ = 1″.75 r ☼ , c 2 r r

(2)

di mana r ialah jarak terdekat antara sinar dengan pusat Matahari, dan r☼ = 6.96·10 10 cm – jejari Matahari (lebih tepat, jejari fotosfera suria); maka sisihan maksimum yang boleh diperhatikan ialah 1.75 saat lengkok. Tidak kira betapa kecil sudut sedemikian (kira-kira pada sudut ini orang dewasa kelihatan dari jarak 200 km), ia sudah boleh diukur pada masa itu dengan kaedah optik dengan mengambil gambar bintang di langit di sekitar Matahari. Pemerhatian inilah yang dibuat oleh dua ekspedisi Inggeris semasa gerhana matahari penuh pada 29 Mei 1919. Kesan pesongan sinar di medan Matahari telah ditetapkan dengan pasti dan sesuai dengan formula (2), walaupun ketepatan pengukuran kerana kekecilan kesannya adalah rendah. Walau bagaimanapun, sisihan separuh besar seperti mengikut (2), iaitu, 0″.87, telah dikecualikan. Yang terakhir ini sangat penting, kerana sisihan ialah 0″.87 (dengan r = r☼) sudah boleh didapati daripada teori Newton (kemungkinan besar pesongan cahaya dalam medan graviti telah diperhatikan oleh Newton, dan ungkapan untuk sudut pesongan, separuh daripada mengikut formula (2), diperoleh pada tahun 1801; perkara lain ialah bahawa ramalan ini telah dilupakan dan Einstein tidak mengetahuinya). Pada 6 November 1919, hasil ekspedisi telah dilaporkan di London pada mesyuarat bersama Royal Society dan Royal Astronomical Society. Tanggapan yang mereka buat adalah jelas daripada apa yang dikatakan oleh pengerusi, J. J. Thomson pada mesyuarat ini: “Ini adalah keputusan paling penting yang diperoleh berkaitan dengan teori graviti sejak Newton ... Ia mewakili salah satu pencapaian terbesar pemikiran manusia. .”

Kesan relativiti am dalam sistem suria, seperti yang telah kita lihat, adalah sangat kecil. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa medan graviti Matahari (belum lagi planet) adalah lemah. Yang terakhir ini bermaksud bahawa potensi graviti Newtonian Matahari

Sekarang mari kita ingat keputusan yang diketahui daripada kursus fizik sekolah: untuk orbit bulatan planet |φ ☼ | = v 2, dengan v ialah kelajuan planet. Oleh itu, kelemahan medan graviti boleh dicirikan oleh parameter yang lebih visual v 2 / c 2, iaitu untuk sistem suria, seperti yang telah kita lihat, tidak melebihi nilai 2.12·10 – 6. Dalam orbit Bumi v = 3 10 6 cm s – 1 dan v 2 / c 2 = 10 – 8, untuk satelit dekat Bumi v ~ 8 10 5 cm s – 1 dan v 2 / c 2 ~ 7 ·10 – 10 . Akibatnya, menguji kesan relativiti am yang disebut walaupun dengan ketepatan yang dicapai pada masa ini sebanyak 0.1%, iaitu, dengan ralat tidak melebihi 10 – 3 daripada nilai yang diukur (katakan, pesongan sinar cahaya dalam medan Matahari), belum lagi membenarkan kami untuk menguji kerelatifan am secara menyeluruh dengan ketepatan terma susunan itu

Kita hanya boleh bermimpi untuk mengukur, katakan, pesongan sinar dalam Sistem Suria dengan ketepatan yang diperlukan. Walau bagaimanapun, projek untuk eksperimen yang berkaitan sedang dibincangkan. Sehubungan dengan perkara di atas, ahli fizik mengatakan bahawa relativiti am telah diuji terutamanya hanya untuk medan graviti yang lemah. Tetapi kami (saya, dalam apa jua keadaan) entah bagaimana tidak menyedari satu keadaan penting untuk masa yang agak lama. Selepas pelancaran satelit Bumi pertama pada 4 Oktober 1957, navigasi angkasa lepas mula berkembang pesat. Untuk instrumen pendaratan di Marikh dan Zuhrah, apabila terbang berhampiran Phobos, dsb., pengiraan dengan ketepatan sehingga meter diperlukan (pada jarak dari Bumi dalam urutan seratus bilion meter), apabila kesan relativiti am agak ketara. Oleh itu, pengiraan kini dijalankan berdasarkan skema pengiraan yang secara organik mengambil kira relativiti am. Saya masih ingat bagaimana beberapa tahun lalu seorang penceramah - pakar dalam navigasi angkasa - tidak memahami soalan saya tentang ketepatan ujian relativiti am. Dia menjawab: kami mengambil kira relativiti am dalam pengiraan kejuruteraan kami, kami tidak boleh berfungsi sebaliknya, semuanya ternyata betul, apa lagi yang anda mahukan? Sudah tentu, anda boleh berharap banyak, tetapi anda jangan lupa bahawa GTR bukan lagi teori abstrak, tetapi digunakan dalam "pengiraan kejuruteraan."

4. Memandangkan semua perkara di atas, kritikan A. A. Logunov terhadap GTR nampaknya sangat mengejutkan. Tetapi sesuai dengan apa yang dikatakan pada awal artikel ini, adalah mustahil untuk menolak kritikan ini tanpa analisis. Pada tahap yang lebih besar, adalah mustahil tanpa analisis terperinci untuk membuat pertimbangan tentang RTG yang dicadangkan oleh A. A. Logunov - teori relativistik graviti.

Malangnya, adalah mustahil untuk menjalankan analisis sedemikian pada halaman penerbitan sains popular. Dalam artikelnya, A. A. Logunov, sebenarnya, hanya mengisytiharkan dan mengulas mengenai kedudukannya. Saya tidak boleh melakukan apa-apa lagi di sini.

Jadi, kami percaya bahawa GTR adalah teori fizikal yang konsisten - kepada semua soalan yang dikemukakan dengan betul dan jelas yang dibenarkan dalam bidang kebolehgunaannya, GTR memberikan jawapan yang tidak jelas (yang terakhir terpakai, khususnya, untuk masa penangguhan isyarat apabila mencari planet). Ia tidak mengalami relativiti am atau sebarang kecacatan yang bersifat matematik atau logik. Walau bagaimanapun, adalah perlu untuk menjelaskan apa yang dimaksudkan di atas apabila menggunakan kata ganti "kami". "Kami", sudah tentu, saya sendiri, tetapi juga semua ahli fizik Soviet dan asing yang dengannya saya perlu membincangkan relativiti umum, dan dalam beberapa kes, kritikannya oleh A. A. Logunov. Galileo yang hebat berkata empat abad yang lalu: dalam soal sains, pendapat seorang lebih berharga daripada pendapat seribu. Dalam erti kata lain, pertikaian saintifik tidak diputuskan oleh undi majoriti. Tetapi, sebaliknya, agak jelas bahawa pendapat ramai ahli fizik, secara amnya, jauh lebih meyakinkan, atau, lebih baik dikatakan, lebih dipercayai dan berat, daripada pendapat seorang ahli fizik. Oleh itu, peralihan daripada "Saya" kepada "kita" adalah penting di sini.

Ia akan berguna dan sesuai, saya harap, untuk membuat beberapa ulasan lagi.

Mengapa A. A. Logunov tidak begitu menyukai GTR? Sebab utama adalah bahawa dalam Relativiti Am, secara amnya, tidak ada konsep tenaga dan momentum dalam bentuk yang biasa kepada kita dari elektrodinamik dan, dalam kata-katanya, terdapat penolakan "untuk mewakili medan graviti sebagai medan klasik Faraday-Maxwell jenis, mempunyai ketumpatan tenaga yang jelas -impuls." Ya, yang terakhir adalah benar dalam erti kata tertentu, tetapi ia dijelaskan oleh fakta bahawa "dalam geometri Riemannian, dalam kes umum, tidak ada simetri yang diperlukan berkenaan dengan anjakan dan putaran, iaitu, tidak ada ... kumpulan pergerakan ruang-masa.” Geometri ruang-masa mengikut relativiti am ialah geometri Riemannian. Inilah sebabnya, khususnya, sinaran cahaya menyimpang dari garis lurus apabila melintas berhampiran Matahari.

Salah satu pencapaian terbesar matematik abad yang lalu ialah penciptaan dan pembangunan geometri bukan Euclidean oleh Lobachevsky, Bolyai, Gauss, Riemann dan pengikut mereka. Kemudian timbul persoalan: apakah sebenarnya geometri ruang-masa fizikal di mana kita hidup? Seperti yang dinyatakan, menurut GTR, geometri ini bukan Euclidean, Riemannian, dan bukan geometri pseudo-Euclidean Minkowski (geometri ini diterangkan dengan lebih terperinci dalam artikel oleh A. A. Logunov). Geometri Minkowski ini, boleh dikatakan, hasil darab daripada teori khas relativiti (SRT) dan menggantikan masa mutlak dan ruang mutlak Newton. Sejurus sebelum penciptaan SRT pada tahun 1905, mereka cuba mengenal pasti yang terakhir dengan eter Lorentz yang tidak bergerak. Tetapi eter Lorentz, sebagai medium mekanikal yang tidak bergerak sama sekali, telah ditinggalkan kerana semua percubaan untuk melihat kehadiran medium ini tidak berjaya (maksud saya eksperimen Michelson dan beberapa eksperimen lain). Hipotesis bahawa ruang-masa fizikal semestinya betul-betul ruang Minkowski, yang diterima oleh A. A. Logunov sebagai asas, adalah sangat luas. Ia dalam erti kata tertentu serupa dengan hipotesis tentang ruang mutlak dan eter mekanikal dan, seperti yang kita nampak, kekal dan akan kekal tidak berasas sama sekali sehingga sebarang hujah berdasarkan pemerhatian dan eksperimen ditunjukkan memihak kepadanya. Dan hujah sedemikian, sekurang-kurangnya pada masa ini, tidak ada sama sekali. Rujukan kepada analogi dengan elektrodinamik dan cita-cita ahli fizik yang luar biasa pada abad yang lalu, Faraday dan Maxwell, tidak mempunyai apa-apa yang meyakinkan dalam hal ini.

5. Jika kita bercakap tentang perbezaan antara medan elektromagnet dan, oleh itu, elektrodinamik dan medan graviti (GTR adalah tepat teori medan sedemikian), maka perkara berikut harus diperhatikan. Dengan memilih sistem rujukan, adalah mustahil untuk memusnahkan (mengurangkan kepada sifar) walaupun secara tempatan (dalam kawasan kecil) seluruh medan elektromagnet. Oleh itu, jika ketumpatan tenaga medan elektromagnet

W =	E 2 + H 2
	8π

(E Dan H– kekuatan medan elektrik dan magnet, masing-masing) berbeza daripada sifar dalam sesetengah sistem rujukan, maka ia akan berbeza daripada sifar dalam mana-mana sistem rujukan lain. Medan graviti, secara kasarnya, bergantung lebih kuat pada pilihan sistem rujukan. Oleh itu, medan graviti seragam dan malar (iaitu, medan graviti menyebabkan pecutan g zarah yang diletakkan di dalamnya, bebas daripada koordinat dan masa) boleh "dimusnahkan" sepenuhnya (dikurangkan kepada sifar) dengan peralihan kepada sistem rujukan dipercepatkan secara seragam. Keadaan ini, yang membentuk kandungan fizikal utama "prinsip kesetaraan," pertama kali diperhatikan oleh Einstein dalam artikel yang diterbitkan pada tahun 1907 dan merupakan yang pertama dalam laluan ke penciptaan Relativiti Am.

Jika tiada medan graviti (khususnya, pecutan yang ditimbulkannya g adalah sama dengan sifar), maka ketumpatan tenaga yang sepadan dengannya juga sama dengan sifar. Dari sini jelas bahawa dalam soal ketumpatan tenaga (dan momentum), teori medan graviti mesti berbeza secara radikal daripada teori medan elektromagnet. Pernyataan ini tidak berubah kerana fakta bahawa dalam kes umum medan graviti tidak boleh "dimusnahkan" oleh pilihan bingkai rujukan.

Einstein memahami perkara ini sebelum 1915, apabila dia menyelesaikan penciptaan Relativiti Am. Oleh itu, pada tahun 1911 dia menulis: “Sudah tentu, adalah mustahil untuk menggantikan mana-mana medan graviti dengan keadaan pergerakan sistem tanpa medan graviti, sama seperti mustahil untuk mengubah semua titik medium yang bergerak sewenang-wenangnya untuk berehat melalui transformasi relativistik." Dan berikut adalah petikan daripada artikel dari 1914: “Pertama, mari kita buat satu kenyataan lagi untuk menghapuskan salah faham yang timbul. Penyokong biasa teori moden relativiti (kita bercakap tentang STR - V.L.G.) dengan hak tertentu memanggil kelajuan titik material "jelas". Iaitu, dia boleh memilih sistem rujukan supaya titik material pada masa yang sedang dipertimbangkan mempunyai kelajuan yang sama dengan sifar. Sekiranya terdapat sistem titik bahan yang mempunyai halaju yang berbeza, maka dia tidak boleh lagi memperkenalkan sistem rujukan sedemikian sehingga halaju semua titik bahan berbanding sistem ini menjadi sifar. Dengan cara yang sama, seorang ahli fizik yang mengambil sudut pandangan kita boleh memanggil medan graviti "jelas", kerana dengan pilihan pecutan yang sesuai bagi kerangka rujukan dia boleh mencapai bahawa pada titik tertentu dalam ruang-masa medan graviti menjadi sifar. Walau bagaimanapun, perlu diperhatikan bahawa lenyapnya medan graviti melalui transformasi dalam kes umum tidak boleh dicapai untuk medan graviti lanjutan. Sebagai contoh, medan graviti Bumi tidak boleh dijadikan sama dengan sifar dengan memilih bingkai rujukan yang sesuai." Akhirnya, sudah pada tahun 1916, menjawab kritikan kerelatifan am, Einstein sekali lagi menekankan perkara yang sama: "Tidak mungkin untuk menegaskan bahawa medan graviti pada tahap apa pun dijelaskan secara kinematik semata-mata: "pemahaman kinematik, bukan dinamik. graviti” adalah mustahil. Kita tidak boleh mendapatkan sebarang medan graviti dengan hanya mempercepatkan satu sistem koordinat Galilea berbanding yang lain, kerana dengan cara ini adalah mungkin untuk mendapatkan medan hanya dari struktur tertentu, yang, bagaimanapun, mesti mematuhi undang-undang yang sama seperti semua medan graviti lain. Ini adalah satu lagi rumusan prinsip kesetaraan (khusus untuk menggunakan prinsip ini kepada graviti)."

Kemustahilan "pemahaman kinematik" graviti, digabungkan dengan prinsip kesetaraan, menentukan peralihan dalam relativiti umum daripada geometri pseudo-Euclidean Minkowski kepada geometri Riemannian (dalam geometri ini, ruang-masa mempunyai, secara amnya, bukan- kelengkungan sifar; kehadiran kelengkungan tersebut adalah yang membezakan medan graviti "sebenar" daripada "kinematik"). Ciri-ciri fizikal medan graviti menentukan, mari kita ulangi ini, perubahan radikal dalam peranan tenaga dan momentum dalam relativiti umum berbanding dengan elektrodinamik. Pada masa yang sama, kedua-dua penggunaan geometri Riemannian dan ketidakupayaan untuk menggunakan konsep tenaga yang biasa dari elektrodinamik tidak menghalang, seperti yang telah ditekankan di atas, hakikat bahawa dari relativiti am ia mengikuti dan boleh dikira nilai yang agak jelas untuk semua yang boleh diperhatikan. kuantiti (sudut pesongan sinar cahaya, perubahan dalam unsur orbit untuk planet dan pulsar berganda, dsb., dsb.).

Mungkin berguna untuk mengambil perhatian fakta bahawa relativiti am juga boleh dirumuskan dalam bentuk yang biasa daripada elektrodinamik menggunakan konsep ketumpatan momentum tenaga (untuk ini lihat artikel yang dipetik oleh Ya. B. Zeldovich dan L. P. Grishchuk. Walau bagaimanapun, apakah diperkenalkan di Dalam kes ini, ruang Minkowski adalah rekaan semata-mata (tidak boleh diperhatikan), dan kita hanya bercakap tentang kerelatifan am yang sama, ditulis dalam bentuk bukan standard Sementara itu, mari kita ulangi ini, A. A. Logunov menganggap ruang Minkowski dia menggunakan dalam teori relativistik graviti (RTG) untuk menjadi fizikal sebenar, dan oleh itu ruang yang boleh diperhatikan.

6. Dalam hal ini, soalan kedua yang terdapat dalam tajuk artikel ini amat penting: adakah GTR sepadan dengan realiti fizikal? Dalam erti kata lain, apakah pengalaman, hakim tertinggi, katakan apabila memutuskan nasib mana-mana teori fizikal? Banyak artikel dan buku dikhaskan untuk masalah ini - pengesahan eksperimen relativiti am. Kesimpulannya agak pasti - semua data eksperimen atau pemerhatian yang ada sama ada mengesahkan relativiti am atau tidak bercanggah dengannya. Walau bagaimanapun, seperti yang telah kami nyatakan, pengesahan relativiti am telah dijalankan dan berlaku terutamanya dalam medan graviti yang lemah. Di samping itu, sebarang eksperimen mempunyai ketepatan yang terhad. Dalam medan graviti yang kuat (secara kasarnya, dalam kes apabila nisbah |φ| / c 2 tidak mencukupi; lihat di atas) Relativiti Am masih belum cukup disahkan. Untuk tujuan ini, kini boleh digunakan secara praktikal hanya kaedah astronomi yang berkaitan dengan ruang yang sangat jauh: kajian bintang neutron, pulsar berganda, "lubang hitam", pengembangan dan struktur Alam Semesta, seperti yang mereka katakan, "dalam ruang besar. ” - dalam keluasan yang luas diukur dalam berjuta-juta dan berbilion tahun cahaya. Banyak yang telah dilakukan dan sedang dilakukan ke arah ini. Ia cukup untuk menyebut kajian pulsar berganda PSR 1913+16, yang mana (seperti secara umum untuk bintang neutron) parameter |φ| / c 2 sudah kira-kira 0.1. Di samping itu, dalam kes ini adalah mungkin untuk mengenal pasti kesan pesanan (v / c) 5 dikaitkan dengan pelepasan gelombang graviti. Dalam dekad yang akan datang, lebih banyak peluang akan dibuka untuk mengkaji proses dalam medan graviti yang kuat.

Bintang penuntun dalam penyelidikan yang menakjubkan ini adalah terutamanya relativiti am. Pada masa yang sama, secara semula jadi, beberapa kemungkinan lain juga dibincangkan - lain, seperti yang kadang-kadang mereka katakan, teori graviti alternatif. Sebagai contoh, dalam relativiti am, seperti dalam teori graviti universal Newton, pemalar graviti G sememangnya dianggap sebagai nilai tetap. Salah satu teori graviti yang paling terkenal, menggeneralisasikan (atau, lebih tepat lagi, mengembangkan) Relativiti Am, adalah teori di mana "pemalar" graviti dianggap sebagai fungsi skalar baharu - kuantiti bergantung pada koordinat dan masa. Pemerhatian dan pengukuran menunjukkan, walau bagaimanapun, kemungkinan perubahan relatif G dari masa ke masa, sangat kecil - nampaknya berjumlah tidak lebih daripada seratus bilion setahun, iaitu | dG / dt| / G < 10 – 11 год – 1 . Но когда-то в прошлом изменения G boleh memainkan peranan. Perhatikan bahawa walaupun tanpa mengira persoalan ketidaktekalan G andaian kewujudan dalam ruang-masa sebenar, sebagai tambahan kepada medan graviti g ik, juga beberapa medan skalar ψ ialah arah utama dalam fizik dan kosmologi moden. Dalam teori graviti alternatif lain (mengenainya, lihat buku oleh K. Will yang disebutkan di atas dalam nota 8), GTR diubah atau digeneralisasikan dengan cara yang berbeza. Sudah tentu, seseorang tidak boleh membantah analisis yang sepadan, kerana GTR bukanlah dogma, tetapi teori fizikal. Lebih-lebih lagi, kita tahu bahawa Relativiti Am, yang merupakan teori bukan kuantum, jelas perlu digeneralisasikan kepada rantau kuantum, yang belum boleh diakses oleh eksperimen graviti yang diketahui. Sememangnya, anda tidak boleh memberitahu kami lebih lanjut tentang semua ini di sini.

7. A. A. Logunov, bermula dari kritikan terhadap GTR, telah membina beberapa teori graviti alternatif selama lebih daripada 10 tahun, berbeza daripada GTR. Pada masa yang sama, banyak yang berubah semasa menjalankan kerja, dan versi teori yang diterima sekarang (ini ialah RTG) dibentangkan secara terperinci dalam artikel yang menduduki kira-kira 150 muka surat dan mengandungi kira-kira 700 formula bernombor sahaja. Jelas sekali, analisis terperinci RTG hanya boleh dilakukan pada halaman jurnal saintifik. Hanya selepas analisis sedemikian akan mungkin untuk mengatakan sama ada RTG adalah konsisten, sama ada ia tidak mengandungi percanggahan matematik, dll. Setakat yang saya faham, RTG berbeza daripada GTR dalam pemilihan hanya sebahagian daripada penyelesaian GTR - semua penyelesaian persamaan pembezaan RTG memenuhi persamaan GTR, tetapi bagaimana kata pengarang RTG, bukan sebaliknya. Pada masa yang sama, kesimpulan dibuat bahawa berkenaan dengan isu global (penyelesaian untuk seluruh ruang-masa atau kawasan yang luas, topologi, dsb.) perbezaan antara RTG dan relativiti am, secara amnya, radikal. Bagi semua eksperimen dan pemerhatian yang dijalankan dalam Sistem Suria, setakat yang saya faham, RTG tidak boleh bercanggah dengan Relativiti Am. Jika ini benar, maka adalah mustahil untuk memilih RTG (berbanding dengan GTR) berdasarkan eksperimen yang diketahui dalam Sistem Suria. Bagi "lubang hitam" dan Alam Semesta, pengarang RTG mendakwa bahawa kesimpulan mereka berbeza dengan ketara daripada kesimpulan Relativiti Am, tetapi kami tidak mengetahui sebarang data pemerhatian khusus yang memberi keterangan memihak kepada RTG. Dalam keadaan sedemikian, RTG oleh A. A. Logunov (jika RTG benar-benar berbeza daripada GTR pada dasarnya, dan bukan hanya dalam cara persembahan dan pilihan salah satu kelas keadaan koordinat yang mungkin; lihat artikel oleh Ya. B. Zeldovich dan L. P. Grishchuk) boleh dianggap hanya sebagai salah satu daripada teori graviti alternatif yang boleh diterima, pada dasarnya.

Sesetengah pembaca mungkin berhati-hati dengan klausa seperti: "jika demikian", "jika RTG benar-benar berbeza daripada GTR". Adakah saya cuba melindungi diri saya daripada kesilapan dengan cara ini? Tidak, saya tidak takut melakukan kesilapan semata-mata kerana keyakinan bahawa hanya ada satu jaminan ketidakselesaan - tidak berfungsi sama sekali, dan dalam kes ini tidak membincangkan isu saintifik. Perkara lain ialah penghormatan terhadap sains, kebiasaan dengan watak dan sejarahnya menggalakkan sikap berhati-hati. Kenyataan kategori tidak selalu menunjukkan adanya kejelasan yang tulen dan, secara umum, tidak menyumbang kepada penetapan kebenaran. RTG A. A. Logunova dalam dirinya bentuk moden dirumuskan agak baru-baru ini dan belum lagi dibincangkan secara terperinci dalam kesusasteraan saintifik. Oleh itu, secara semulajadi, saya tidak mempunyai pendapat muktamad mengenainya. Di samping itu, adalah mustahil, malah tidak sesuai, untuk membincangkan beberapa isu yang muncul dalam majalah sains popular. Pada masa yang sama, sudah tentu, kerana minat yang besar pembaca dalam teori graviti, liputan pada tahap yang boleh diakses bagi julat isu ini, termasuk yang kontroversial, di halaman Sains dan Kehidupan nampaknya wajar.

Oleh itu, berpandukan "prinsip negara yang paling digemari" yang bijak, RTG kini harus dianggap sebagai teori graviti alternatif yang memerlukan analisis dan perbincangan yang sesuai. Bagi mereka yang menyukai teori ini (RTG), yang berminat dengannya, tiada siapa yang mengganggu (dan, sudah tentu, tidak boleh campur tangan) dengan membangunkannya, mencadangkan kemungkinan cara pengesahan eksperimen.

Pada masa yang sama, tiada sebab untuk mengatakan bahawa GTR pada masa ini dalam apa-apa cara digoncang. Selain itu, julat kebolehgunaan relativiti am nampaknya sangat luas, dan ketepatannya sangat tinggi. Ini, pada pendapat kami, adalah penilaian objektif terhadap keadaan semasa. Jika kita bercakap tentang rasa dan sikap intuitif, dan rasa dan gerak hati memainkan peranan penting dalam sains, walaupun ia tidak boleh dikemukakan sebagai bukti, maka di sini kita perlu beralih dari "kita" kepada "Saya". Jadi, semakin banyak saya mempunyai dan masih perlu berurusan dengan teori relativiti umum dan kritikannya, semakin kuat tanggapan saya tentang kedalaman dan keindahannya yang luar biasa.

Sesungguhnya, seperti yang ditunjukkan dalam cetakan, peredaran jurnal "Sains dan Kehidupan" No. 4, 1987 adalah 3 juta 475 ribu salinan. DALAM tahun kebelakangan ini edaran hanya beberapa puluh ribu salinan, melebihi 40 ribu hanya pada tahun 2002. (nota – A. M. Krainev).

By the way, 1987 menandakan ulang tahun ke-300 penerbitan pertama buku hebat Newton "Prinsip Matematik Falsafah Semula Jadi." Berkenalan dengan sejarah penciptaan karya ini, apatah lagi karya itu sendiri, sangat memberi pengajaran. Walau bagaimanapun, perkara yang sama berlaku untuk semua aktiviti Newton, yang tidak begitu mudah untuk mereka yang bukan pakar untuk berkenalan. Saya boleh mengesyorkan untuk tujuan ini buku yang sangat bagus oleh S.I. Vavilov "Isaac Newton" itu harus diterbitkan semula. Izinkan saya juga menyebut artikel saya yang ditulis sempena ulang tahun Newton, yang diterbitkan dalam jurnal "Uspekhi Fizicheskikh Nauk", v. 151, no 1, 1987, hlm. 119.

Magnitud pusingan diberikan mengikut ukuran moden (Le Verrier mempunyai pusingan 38 saat). Mari kita ingat untuk kejelasan bahawa Matahari dan Bulan boleh dilihat dari Bumi pada sudut kira-kira 0.5 darjah arka - 1800 saat arka.

A. Sahabat “Halus adalah Tuhan...” Sains dan Kehidupan Albert Einstein. Oxford Univ. Press, 1982. Adalah dinasihatkan untuk menerbitkan terjemahan Rusia buku ini.

Yang terakhir adalah mungkin semasa gerhana matahari penuh; Dengan memotret bahagian langit yang sama, katakan, enam bulan kemudian, apabila Matahari telah bergerak di atas sfera cakerawala, kita memperoleh perbandingan gambar yang tidak diherotkan akibat pesongan sinar di bawah pengaruh medan graviti daripada Matahari.

Untuk perincian, saya mesti merujuk kepada artikel oleh Ya. B. Zeldovich dan L. P. Grishchuk, baru-baru ini diterbitkan dalam Uspekhi Fizicheskikh Nauk (jilid 149, ms. 695, 1986), serta kesusasteraan yang dipetik di sana, khususnya untuk artikel oleh L. D. Faddeev ("Kemajuan dalam Sains Fizikal", jld. 136, hlm. 435, 1982).

Lihat nota kaki 5.

Lihat K. Will. "Teori dan eksperimen dalam fizik graviti." M., Energoiedat, 1985; lihat juga V. L. Ginzburg. Mengenai fizik dan astrofizik. M., Nauka, 1985, dan kesusasteraan yang ditunjukkan di sana.

A. A. Logunov dan M. A. Mestvirishvili. "Asas-asas teori relativistik graviti." Jurnal "Fizik Zarah Asas dan nukleus atom", jld. 17, keluaran 1, 1986

Dalam karya A. A. Logunov terdapat kenyataan lain dan secara khusus dipercayai bahawa untuk masa kelewatan isyarat apabila mencari, katakan, Mercury dari Bumi, nilai yang diperoleh daripada RTG adalah berbeza daripada yang berikut dari GTR. Lebih tepat lagi, dihujahkan bahawa relativiti am tidak memberikan ramalan yang jelas tentang masa kelewatan isyarat sama sekali, iaitu, relativiti am tidak konsisten (lihat di atas). Walau bagaimanapun, kesimpulan sedemikian nampaknya kepada kita sebagai hasil daripada salah faham (ini ditunjukkan, sebagai contoh, dalam artikel yang dipetik oleh Ya. B. Zeldovich dan L. P. Grishchuk, lihat nota kaki 5): hasil yang berbeza dalam kerelatifan am, apabila menggunakan sistem koordinat yang berbeza, ia diperoleh hanya kerana planet yang terletak di orbit yang berbeza dibandingkan, dan oleh itu mempunyai tempoh revolusi yang berbeza mengelilingi Matahari. Masa kelewatan isyarat yang diperhatikan dari Bumi apabila mengesan planet tertentu, mengikut relativiti am dan RTG, bertepatan.

Lihat nota kaki 5.

Butiran untuk yang ingin tahu

Pesongan cahaya dan gelombang radio dalam medan graviti Matahari. Biasanya, bola jejari sfera simetri statik diambil sebagai model ideal Matahari. R☼ ~ 6.96·10 10 cm, jisim suria M☼ ~ 1.99·10 30 kg (332958 kali jisim Bumi). Pesongan cahaya adalah maksimum untuk sinaran yang hampir tidak menyentuh Matahari, iaitu apabila R ~ R☼ , dan sama dengan: φ ≈ 1″.75 (saat lengkok). Sudut ini sangat kecil - kira-kira pada sudut ini orang dewasa kelihatan dari jarak 200 km, dan oleh itu ketepatan mengukur kelengkungan graviti sinar adalah rendah sehingga baru-baru ini. Pengukuran optik terkini yang diambil semasa gerhana matahari pada 30 Jun 1973 mempunyai ralat kira-kira 10%. Hari ini, terima kasih kepada kemunculan interferometer radio "dengan tapak ultra-panjang" (lebih daripada 1000 km), ketepatan pengukuran sudut telah meningkat dengan mendadak. Interferometer radio memungkinkan untuk mengukur jarak sudut dan perubahan sudut dengan pasti pada urutan 10 – 4 saat lengkok (~ 1 nanoradian).

Rajah menunjukkan pesongan hanya satu daripada sinar yang datang dari sumber yang jauh. Pada hakikatnya, kedua-dua sinar bengkok.

POTENSI GRAVITI

Pada tahun 1687, karya asas Newton "Prinsip Matematik Falsafah Alam" muncul (lihat "Sains dan Kehidupan" No. 1, 1987), di mana undang-undang graviti sejagat telah dirumuskan. Undang-undang ini menyatakan bahawa daya tarikan antara mana-mana dua zarah bahan adalah berkadar terus dengan jisimnya M Dan m dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak r antara mereka:

F = G	mm	.
	r 2

Faktor perkadaran G mula dipanggil pemalar graviti, adalah perlu untuk mendamaikan dimensi di sebelah kanan dan kiri formula Newtonian. Newton sendiri menunjukkan dengan ketepatan yang sangat tinggi untuk masanya itu G– kuantiti adalah tetap dan, oleh itu, hukum graviti yang ditemui olehnya adalah universal.

Dua jisim titik menarik M Dan m muncul sama dalam formula Newton. Dalam erti kata lain, kita boleh menganggap bahawa kedua-duanya berfungsi sebagai sumber medan graviti. Walau bagaimanapun, dalam masalah tertentu, khususnya dalam mekanik cakerawala, salah satu daripada dua jisim selalunya sangat kecil berbanding yang lain. Contohnya, jisim Bumi M 3 ≈ 6 · 10 24 kg jauh lebih kecil daripada jisim Matahari M☼ ≈ 2 · 10 30 kg atau, katakan, jisim satelit m≈ 10 3 kg tidak boleh dibandingkan dengan jisim Bumi dan oleh itu boleh dikatakan tidak mempunyai kesan ke atas pergerakan Bumi. Jisim sedemikian, yang dengan sendirinya tidak mengganggu medan graviti, tetapi berfungsi sebagai sejenis siasatan di mana medan ini bertindak, dipanggil jisim ujian. (Dengan cara yang sama, dalam elektrodinamik terdapat konsep "cas ujian," iaitu, yang membantu mengesan medan elektromagnet.) Oleh kerana jisim ujian (atau cas ujian) memberikan sumbangan yang sangat kecil kepada medan, untuk jisim sedemikian medan menjadi "luaran" dan boleh dicirikan oleh kuantiti yang dipanggil ketegangan. Pada asasnya, pecutan akibat graviti g ialah keamatan medan graviti bumi. Hukum kedua mekanik Newton kemudian memberikan persamaan gerakan jisim ujian titik m. Sebagai contoh, ini adalah bagaimana masalah dalam balistik dan mekanik cakerawala diselesaikan. Perhatikan bahawa untuk kebanyakan masalah ini, teori graviti Newton pada hari ini mempunyai ketepatan yang cukup mencukupi.

Ketegangan, seperti daya, adalah kuantiti vektor, iaitu, dalam ruang tiga dimensi ia ditentukan oleh tiga nombor - komponen di sepanjang paksi Cartesan yang saling berserenjang X, di, z. Apabila menukar sistem koordinat - dan operasi sedemikian tidak jarang berlaku dalam masalah fizikal dan astronomi - koordinat Cartesian vektor diubah dalam beberapa, walaupun tidak rumit, tetapi sering menyusahkan. Oleh itu, bukannya kekuatan medan vektor, lebih mudah untuk menggunakan kuantiti skalar yang sepadan, dari mana ciri kuasa medan - ketegangan - akan diperolehi dengan bantuan beberapa orang resepi ringkas. Dan kuantiti skalar sedemikian wujud - ia dipanggil potensi, dan peralihan kepada ketegangan dilakukan dengan pembezaan mudah. Ia berikutan bahawa potensi graviti Newtonian yang dicipta oleh jisim M, adalah sama

maka persamaan |φ| = v 2 .

Dalam matematik, teori graviti Newton kadangkala dipanggil "teori potensi". Pada satu masa, teori potensi Newtonian berfungsi sebagai model untuk teori elektrik, dan kemudian idea tentang medan fizikal, yang terbentuk dalam elektrodinamik Maxwell, seterusnya, merangsang kemunculan teori relativiti umum Einstein. Peralihan daripada teori relativistik graviti Einstein kepada kes khas teori graviti Newton sepadan dengan tepat dengan kawasan nilai kecil parameter tak berdimensi |φ| / c 2 .

Salah satu mutiara pemikiran saintifik dalam tiara pengetahuan manusia yang kita memasuki abad ke-21 adalah Teori Relativiti Umum (selepas ini dirujuk sebagai GTR). Teori ini telah disahkan oleh eksperimen yang tidak terkira banyaknya, saya akan katakan lagi, tidak ada satu pun eksperimen di mana pemerhatian kita akan berbeza walaupun sedikit, walaupun sedikit, daripada ramalan Teori Relativiti Umum. Dalam had kebolehgunaannya, sudah tentu.

Hari ini saya ingin memberitahu anda jenis binatang apakah Teori Relativiti Umum ini. Mengapa ia begitu sukar dan mengapa Sebenarnya dia sangat mudah. Seperti yang anda sudah faham, penjelasan akan diteruskan pada jari anda™, oleh itu, saya meminta anda untuk tidak menilai terlalu keras untuk tafsiran yang sangat bebas dan kiasan yang tidak betul sepenuhnya. Saya mahu sesiapa sahaja membaca penjelasan ini kemanusiaan, tanpa sebarang pengetahuan tentang kalkulus pembezaan dan penyepaduan permukaan, dapat memahami asas relativiti am. Lagipun, dari segi sejarah, ini adalah salah satu teori saintifik pertama yang mula beralih daripada pengalaman biasa manusia sehari-hari. Dengan mekanik Newton, semuanya mudah, tiga jari sudah cukup untuk menerangkannya - inilah daya, inilah jisim, inilah pecutan. Berikut ialah epal jatuh di atas kepala anda (adakah semua orang melihat bagaimana epal jatuh?), berikut adalah pecutan jatuh bebasnya, berikut adalah daya yang bertindak ke atasnya.

Dengan relativiti am, tidak semuanya begitu mudah - kelengkungan ruang, pelebaran masa graviti, lubang hitam - semua ini sepatutnya menyebabkan (dan tidak!) banyak syak wasangka yang tidak jelas pada orang yang tidak bersedia - adakah anda mengacaukan telinga saya, kawan? Apakah kelengkungan ruang? Siapa yang melihat herotan ini, dari mana datangnya, bagaimana sesuatu seperti ini boleh dibayangkan?

Mari kita cuba memikirkannya.

Seperti yang boleh difahami dari nama Teori Umum Relativiti, intipatinya ialah itu secara umum, segala-galanya di dunia adalah relatif. bergurau. Tidak begitu.

Kelajuan cahaya ialah kuantiti relatif kepada semua benda lain di dunia adalah relatif. Mana-mana bingkai rujukan adalah sama, tidak kira di mana ia bergerak, tidak kira apa yang mereka lakukan, malah berputar di tempatnya, malah bergerak dengan pecutan (yang merupakan tamparan serius kepada keberanian Newton dan Galileo, yang menganggap bahawa hanya bingkai bergerak secara seragam dan lurus. rujukan boleh menjadi relatif dan sama, dan walaupun begitu, hanya dalam rangka kerja mekanik asas) - semuanya sama, anda sentiasa boleh mencari tipu pandai(secara saintifik ini dipanggil transformasi koordinat), dengan bantuan yang mungkin untuk bergerak tanpa rasa sakit dari satu kerangka rujukan ke yang lain, secara praktikal tanpa kehilangan apa-apa di sepanjang jalan.

Postulat membantu Einstein mencapai kesimpulan sedemikian (biar saya ingatkan anda - pernyataan logik yang diambil atas iman tanpa bukti kerana jelasnya) "mengenai kesamaan graviti dan pecutan". (perhatian, ini sedang berlaku penyederhanaan yang kuat rumusan, tetapi secara umum semuanya betul - kesetaraan kesan gerakan dan graviti dipercepat secara seragam adalah di tengah-tengah Relativiti Am).

Buktikan postulat ini, atau sekurang-kurangnya secara mental rasainya cukup mudah. Selamat datang ke Lif Einstein.

Idea eksperimen pemikiran ini ialah jika anda terkunci di dalam lif tanpa tingkap dan pintu, maka tidak ada sedikit pun, sama sekali tidak ada satu cara untuk mengetahui keadaan anda berada: sama ada lif itu terus berdiri seperti itu. berdiri di aras tingkat bawah, dan anda (dan semua kandungan lain dalam lif) daya tarikan biasa bertindak, i.e. daya graviti Bumi, atau seluruh planet Bumi telah dikeluarkan dari bawah kaki anda, dan lif mula naik ke atas, dengan pecutan yang sama dengan pecutan jatuh bebas g=9.8m/s 2 .

Tidak kira apa yang anda lakukan, tidak kira apa eksperimen yang anda lakukan, tidak kira apa ukuran objek dan fenomena sekeliling yang anda buat, adalah mustahil untuk membezakan antara kedua-dua situasi ini, dan dalam kes pertama dan kedua, semua proses dalam lif akan berlaku betul-betul sama.

Pembaca dengan asterisk (*) mungkin tahu satu jalan keluar dari kesukaran ini. Daya pasang surut. Jika lif itu sangat (sangat, sangat) besar, 300 kilometer melintang, secara teorinya adalah mungkin untuk membezakan graviti daripada pecutan dengan mengukur daya graviti (atau magnitud pecutan, kita belum tahu yang mana) pada berbeza. hujung lif. Lif yang begitu besar akan dimampatkan sedikit oleh daya pasang surut dalam keratan rentas dan diregangkan sedikit olehnya dalam satah membujur. Tetapi ini sudah menjadi helah. Jika lif cukup kecil, anda tidak akan dapat mengesan sebarang daya pasang surut. Oleh itu, janganlah kita bercakap tentang perkara yang menyedihkan.

Secara keseluruhan, dalam lif yang agak kecil kita boleh menganggapnya graviti dan pecutan adalah perkara yang sama. Nampaknya idea itu jelas, malah remeh. Apa yang baru atau rumit di sini, anda mungkin berkata, walaupun kanak-kanak harus memahaminya! Ya, pada dasarnya, tidak ada yang rumit. Bukan Einstein yang mencipta perkara seperti ini lebih awal lagi.

Einstein memutuskan untuk mengetahui bagaimana pancaran cahaya akan berkelakuan dalam lif sedemikian. Tetapi idea ini mempunyai akibat yang sangat luas, yang tidak difikirkan secara serius oleh sesiapa sehingga tahun 1907. Maksud saya, sejujurnya, ramai orang memikirkannya, tetapi hanya seorang yang memutuskan untuk terlibat secara mendalam.

Mari kita bayangkan bahawa kita menyuluh lampu suluh pada Einstein dalam lif mental kita. Sinar cahaya keluar dari satu dinding lif, dari titik 0) dan terbang selari dengan lantai ke arah dinding bertentangan. Semasa lif berdiri diam, adalah logik untuk mengandaikan bahawa pancaran cahaya akan mengenai dinding bertentangan betul-betul bertentangan dengan titik permulaan 0), i.e. akan tiba di titik 1). Sinaran cahaya bergerak dalam garis lurus, semua orang pergi ke sekolah, mereka semua belajar ini di sekolah, dan begitu juga Albertik muda.

Adalah mudah untuk meneka bahawa jika lif naik, maka semasa rasuk itu terbang melintasi kabin, ia akan mempunyai masa untuk bergerak sedikit ke atas.
Dan jika lif bergerak dengan pecutan seragam, maka rasuk akan terkena dinding pada titik 2), iaitu apabila dilihat dari sisi ia akan kelihatan bahawa cahaya bergerak seolah-olah dalam parabola.

Nah, itu jelas Sebenarnya tiada parabola. Rasuk itu terbang lurus dan masih terbang. Cuma semasa ia terbang dalam garis lurusnya, lif berjaya naik sedikit, jadi di sini kita nampaknya bahawa rasuk itu bergerak dalam parabola.

Semuanya dibesar-besarkan dan dibesar-besarkan, sudah tentu. Percubaan pemikiran, mengapa cahaya kita terbang perlahan, dan lif berjalan laju. Masih tiada apa-apa yang menarik di sini, semua ini juga harus difahami oleh mana-mana pelajar sekolah. Anda boleh menjalankan eksperimen serupa di rumah. Anda hanya perlu mencari "rasuk yang sangat perlahan" dan lif yang baik dan laju.

Tetapi Einstein benar-benar seorang genius. Hari ini ramai orang memarahinya, seperti dia bukan siapa-siapa dan bukan siapa-siapa, dia duduk di pejabat patennya, menganyam konspirasi Yahudinya dan mencuri idea daripada ahli fizik sebenar. Kebanyakan mereka yang mengatakan ini tidak faham sama sekali siapa Einstein dan apa yang dia lakukan untuk sains dan kemanusiaan.

Einstein berkata - kerana "graviti dan pecutan adalah setara" (saya ulangi sekali lagi, dia tidak mengatakan dengan tepat, saya sengaja membesar-besarkan dan memudahkan), ini bermakna bahawa dengan adanya medan graviti (contohnya, berhampiran planet Bumi), cahaya juga akan terbang bukan dalam garis lurus, tetapi sepanjang lengkung . Graviti akan membengkokkan pancaran cahaya.

Yang dengan sendirinya adalah bidaah mutlak pada masa itu. Mana-mana petani harus tahu bahawa foton adalah zarah tidak berjisim. Ini bermakna bahawa cahaya "tidak menimbang" apa-apa. Oleh itu, cahaya tidak sepatutnya mengambil berat tentang graviti; ia tidak sepatutnya "ditarik" oleh Bumi, kerana batu, bola dan gunung tertarik. Jika sesiapa masih ingat formula Newton, graviti adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara jasad dan berkadar terus dengan jisimnya. Jika sinar cahaya tidak mempunyai jisim (dan cahaya benar-benar tidak mempunyai jisim), maka tidak sepatutnya ada tarikan! Di sini orang sezaman mula memandang serong kepada Einstein dengan syak wasangka.

Dan dia, jangkitan, pergi lebih jauh. Dia berkata kita tidak akan memecahkan kepala petani. Mari kita percaya orang Yunani purba (hello, orang Yunani purba!), biarkan cahaya menyebar seperti sebelumnya dengan ketat dalam garis lurus. Lebih baik kita anggap bahawa ruang itu sendiri di sekeliling Bumi (dan mana-mana badan berjisim) membengkok. Dan bukan hanya ruang tiga dimensi, tetapi ruang masa empat dimensi.

Itu. Cahaya itu terbang dalam garis lurus dan masih menyala. Hanya garis lurus ini kini dilukis bukan pada satah, tetapi terletak pada sejenis tuala yang renyuk. Dan dalam 3D juga. Dan kehadiran rapat jisim yang meremukkan tuala ini. Nah, lebih tepat lagi kehadiran momentum tenaga, untuk menjadi tepat sekali.

Semua kepada dia - "Albertik, anda memandu, berhenti dengan candu secepat mungkin Kerana LSD belum lagi dicipta, dan anda pasti tidak akan memikirkan perkara seperti itu di atas kepala yang tenang, apa! awak cakapkan?”

Dan Einstein seperti, "Saya akan tunjukkan kepada anda sekali lagi!"

Kunci diri anda di menara putih anda (di pejabat paten, iaitu) dan mari sesuaikan matematik dengan idea. Saya menolak selama 10 tahun sehingga saya melahirkan ini:

Lebih tepat lagi, ini adalah intipati apa yang dia lahirkan. Dalam versi yang lebih terperinci terdapat 10 formula bebas, dan dalam versi penuh terdapat dua halaman simbol matematik dalam cetakan kecil.

Jika anda memutuskan untuk mengambil kursus sebenar dalam Relativiti Am, bahagian pengenalan berakhir di sini dan kemudian dua semester mempelajari bahasa kasar mesti diikuti. Dan untuk bersedia untuk mempelajari matematik ini, anda memerlukan sekurang-kurangnya tiga tahun lagi matematik yang lebih tinggi, memandangkan anda telah menyelesaikan sekolah menengah dan sudah biasa dengan kalkulus pembezaan dan kamiran.

Tangan di hati, matan di sana tidak begitu rumit seperti membosankan. Kalkulus tensor dalam ruang pseudo-Riemannian bukanlah topik yang sangat mengelirukan untuk difahami. Ini bukan kromodinamik kuantum, atau, Allah melarang, bukan teori rentetan. Semuanya jelas di sini, semuanya logik. Berikut ialah ruang Riemann, berikut ialah manifold tanpa pecah atau lipatan, berikut ialah tensor metrik, berikut ialah matriks tidak merosot, tuliskan formula untuk diri sendiri dan mengimbangi indeks, memastikan bahawa perwakilan kovarian dan kontravarian bagi vektor pada kedua-dua belah persamaan sepadan antara satu sama lain. Tak susah pun. Ia panjang dan membosankan.

Tetapi janganlah kita berlarutan dan kembali ke ke jari kita™. Pada pendapat kami, dengan cara yang mudah, formula Einstein bermaksud kira-kira berikut. Di sebelah kiri tanda sama dalam formula ialah tensor Einstein ditambah tensor metrik kovarian dan pemalar kosmologi (Λ). Lambda ini pada asasnya tenaga gelap yang masih kita miliki hari ini kami tidak tahu apa-apa, tetapi kami sayang dan hormati. Dan Einstein tidak tahu mengenainya lagi. Ada satu di sini cerita yang menarik layak untuk jawatan yang berasingan.

Secara ringkas, segala-galanya di sebelah kiri tanda sama menunjukkan bagaimana geometri ruang berubah, i.e. bagaimana ia membengkok dan berpusing di bawah pengaruh graviti.

Dan di sebelah kanan, sebagai tambahan kepada pemalar biasa seperti π , kelajuan cahaya c dan pemalar graviti G ada surat T- tensor momentum tenaga. Dalam istilah Lammer, kita boleh menganggap bahawa ini ialah konfigurasi bagaimana jisim diagihkan dalam ruang (lebih tepat, tenaga, kerana jisim atau tenaga yang sama segi empat sama emtse) untuk mencipta graviti dan membengkokkan ruang dengannya agar sepadan dengan sebelah kiri persamaan.

Itu, pada dasarnya, adalah keseluruhan Teori Relativiti Umum pada jari anda™.

Teori umum relativiti(GTR) ialah teori geometri graviti yang diterbitkan oleh Albert Einstein pada 1915–1916. Dalam kerangka teori ini, iaitu perkembangan selanjutnya Teori relativiti khas menyatakan bahawa kesan graviti bukan disebabkan oleh interaksi daya jasad dan medan yang terletak dalam ruang-masa, tetapi oleh ubah bentuk ruang-masa itu sendiri, yang dikaitkan, khususnya, dengan kehadiran tenaga-jisim. . Oleh itu, dalam relativiti am, seperti dalam teori metrik lain, graviti bukanlah interaksi daya. Relativiti am berbeza daripada teori metrik graviti lain dengan menggunakan persamaan Einstein untuk mengaitkan kelengkungan ruang masa dengan jirim yang terdapat di angkasa.

Relativiti am kini merupakan teori graviti yang paling berjaya, disokong dengan baik oleh pemerhatian. Kejayaan pertama relativiti am adalah untuk menerangkan presesi anomali perihelion Mercury. Kemudian, pada tahun 1919, Arthur Eddington melaporkan pemerhatian cahaya lentur berhampiran Matahari semasa gerhana penuh, mengesahkan ramalan relativiti am.

Sejak itu, banyak pemerhatian dan eksperimen lain telah mengesahkan jumlah yang ketara ramalan teori, termasuk pelebaran masa graviti, anjakan merah graviti, kelewatan isyarat dalam medan graviti dan, setakat ini secara tidak langsung, sinaran graviti. Di samping itu, banyak pemerhatian ditafsirkan sebagai pengesahan salah satu ramalan yang paling misteri dan eksotik mengenai teori relativiti umum - kewujudan lubang hitam.

Walaupun kejayaan luar biasa relativiti am, terdapat ketidakselesaan dalam komuniti saintifik kerana fakta bahawa ia tidak boleh dirumuskan semula sebagai had klasik teori kuantum disebabkan oleh kemunculan perbezaan matematik yang tidak boleh ditanggalkan apabila mempertimbangkan lubang hitam dan singulariti ruang-masa secara umum. Beberapa teori alternatif telah dicadangkan untuk menyelesaikan masalah ini. Data eksperimen moden menunjukkan bahawa apa-apa jenis sisihan daripada relativiti am harus sangat kecil, jika ia wujud sama sekali.

Prinsip asas relativiti am

Teori graviti Newton adalah berdasarkan konsep graviti, iaitu daya jarak jauh: ia bertindak serta-merta pada sebarang jarak. Sifat serta-merta tindakan ini tidak serasi dengan paradigma bidang fizik moden dan, khususnya, dengan teori relativiti khas, yang dicipta pada tahun 1905 oleh Einstein, yang diilhamkan oleh karya Poincaré dan Lorentz. Dalam teori Einstein, tiada maklumat boleh bergerak lebih laju daripada kelajuan cahaya dalam vakum.

Secara matematik, daya graviti Newton diperoleh daripada tenaga keupayaan jasad dalam medan graviti. Keupayaan graviti yang sepadan dengan tenaga keupayaan ini mematuhi persamaan Poisson, yang tidak invarian di bawah transformasi Lorentz. Sebab bukan invarian ialah tenaga dalam teori relativiti khas bukanlah kuantiti skalar, tetapi masuk ke dalam komponen masa bagi 4-vektor. Teori vektor graviti ternyata serupa dengan teori Maxwell tentang medan elektromagnet dan membawa kepada tenaga negatif gelombang graviti, yang dikaitkan dengan sifat interaksi: seperti cas (jisim) dalam graviti menarik dan tidak menolak, kerana dalam elektromagnetisme. Oleh itu, teori graviti Newton tidak serasi dengan prinsip asas teori relativiti khas - invarian undang-undang alam dalam mana-mana kerangka rujukan inersia, dan generalisasi vektor langsung teori Newton, pertama kali dicadangkan oleh Poincaré pada tahun 1905 dalam bukunya. kerja "On the Dynamics of the Electron," membawa kepada hasil yang tidak memuaskan secara fizikal .

Einstein mula mencari teori graviti yang serasi dengan prinsip invarian undang-undang alam berbanding mana-mana kerangka rujukan. Hasil carian ini ialah teori relativiti umum, berdasarkan prinsip identiti jisim graviti dan inersia.

Prinsip kesamaan jisim graviti dan inersia

Dalam mekanik Newton klasik, terdapat dua konsep jisim: yang pertama merujuk kepada undang-undang kedua Newton, dan yang kedua kepada undang-undang graviti universal. Jisim pertama - inersia (atau inersia) - ialah nisbah daya bukan graviti yang bertindak ke atas jasad kepada pecutannya. Jisim kedua - graviti (atau, seperti yang kadang-kadang dipanggil, berat) - menentukan daya tarikan jasad oleh jasad lain dan daya tarikannya sendiri. Secara amnya, kedua-dua jisim ini diukur, seperti yang dapat dilihat dari huraian, dalam pelbagai eksperimen, dan oleh itu tidak perlu berkadar antara satu sama lain sama sekali. Perkadaran ketat mereka membolehkan kita bercakap tentang jisim badan tunggal dalam interaksi bukan graviti dan graviti. Dengan pilihan unit yang sesuai, jisim ini boleh dibuat sama antara satu sama lain. Prinsip itu sendiri dikemukakan oleh Isaac Newton, dan kesamaan jisim telah disahkan olehnya secara eksperimen dengan ketepatan relatif 10?3. Pada penghujung abad ke-19, Eötvös menjalankan eksperimen yang lebih halus, menjadikan ketepatan ujian prinsip kepada 10?9. Semasa abad ke-20, teknologi eksperimen memungkinkan untuk mengesahkan kesamaan jisim dengan ketepatan relatif 10?12-10?13 (Braginsky, Dicke, dll.). Kadang-kadang prinsip kesamaan jisim graviti dan inersia dipanggil prinsip lemah kesetaraan. Albert Einstein mengasaskannya pada teori umum relativiti.

Prinsip pergerakan sepanjang garis geodetik

Jika jisim graviti betul-betul sama dengan jisim inersia, maka dalam ungkapan untuk pecutan jasad di mana hanya daya graviti bertindak, kedua-dua jisim membatalkan. Oleh itu, pecutan badan, dan oleh itu trajektorinya, tidak bergantung pada jisim dan struktur dalaman badan. Jika semua jasad pada titik yang sama dalam ruang menerima pecutan yang sama, maka pecutan ini boleh dikaitkan bukan dengan sifat jasad, tetapi dengan sifat ruang itu sendiri pada ketika ini.

Oleh itu, perihalan interaksi graviti antara jasad boleh dikurangkan kepada penerangan ruang-masa di mana jasad itu bergerak. Adalah wajar untuk mengandaikan, seperti yang dilakukan oleh Einstein, bahawa jasad bergerak secara inersia, iaitu, dengan cara yang pecutan mereka dalam kerangka rujukannya sendiri adalah sifar. Trajektori badan kemudiannya akan menjadi garis geodesik, yang teorinya telah dibangunkan oleh ahli matematik pada abad ke-19.

Garis geodesik itu sendiri boleh didapati dengan menyatakan dalam ruang-masa analog jarak antara dua peristiwa, secara tradisinya dipanggil selang atau fungsi dunia. Selang dalam ruang tiga dimensi dan masa satu dimensi (dengan kata lain, dalam ruang-masa empat dimensi) diberikan oleh 10 komponen bebas tensor metrik. 10 nombor ini membentuk metrik ruang. Ia mentakrifkan "jarak" antara dua titik rapat tak terhingga dalam ruang-masa dalam arah yang berbeza. Garis geodesik sepadan dengan garis dunia badan fizikal, yang kelajuannya kurang daripada kelajuan cahaya, ternyata menjadi garisan masa yang paling sesuai, iaitu, masa yang diukur dengan jam yang dilekatkan tegar pada badan mengikut trajektori ini. Eksperimen moden mengesahkan pergerakan jasad di sepanjang garis geodetik dengan ketepatan yang sama seperti kesamaan jisim graviti dan inersia.

Kelengkungan ruang masa

Jika anda melancarkan dua jasad selari antara satu sama lain dari dua titik rapat, maka dalam medan graviti mereka secara beransur-ansur akan mula mendekati atau menjauhi satu sama lain. Kesan ini dipanggil sisihan garis geodetik. Kesan yang sama boleh diperhatikan secara langsung jika dua bola dilancarkan selari antara satu sama lain di sepanjang membran getah di mana objek besar diletakkan di tengah. Bola akan tersebar: bola yang lebih dekat dengan objek yang menolak melalui membran akan cenderung ke tengah dengan lebih kuat daripada bola yang lebih jauh. Percanggahan (penyimpangan) ini disebabkan oleh kelengkungan membran. Begitu juga, dalam ruang-masa, sisihan geodesik (perbezaan trajektori jasad) dikaitkan dengan kelengkungannya. Kelengkungan ruang-masa secara unik ditentukan oleh metriknya - tensor metrik. Perbezaan antara teori umum relativiti dan teori graviti alternatif ditentukan dalam kebanyakan kes dengan tepat dalam kaedah hubungan antara jirim (jasad dan medan sifat bukan graviti yang mencipta medan graviti) dan sifat metrik ruang-masa.

Relativiti am ruang-masa dan prinsip kesetaraan yang kuat

Ia sering salah percaya bahawa asas teori umum relativiti adalah prinsip kesetaraan medan graviti dan inersia, yang boleh dirumuskan seperti berikut:
Sistem fizikal tempatan, bersaiz cukup kecil, terletak dalam medan graviti, tidak dapat dibezakan dalam tingkah laku daripada sistem yang sama terletak dalam sistem rujukan dipercepatkan (berbanding dengan kerangka rujukan inersia), tenggelam dalam ruang-masa rata teori khas kerelatifan.

Kadangkala prinsip yang sama didalilkan sebagai "kesahan tempatan kerelatifan khas" atau dipanggil "prinsip kesetaraan kuat".

Dari segi sejarah, prinsip ini benar-benar memainkan peranan yang besar dalam perkembangan teori relativiti umum dan digunakan oleh Einstein dalam perkembangannya. Walau bagaimanapun, dalam bentuk teori yang paling akhir, ia sebenarnya, tidak terkandung, kerana ruang-masa, kedua-duanya dalam dipercepatkan dan dalam kerangka rujukan asal dalam teori relativiti khas, tidak melengkung - rata, dan dalam teori umum relativiti ia melengkung oleh mana-mana jasad dan tepatnya kelengkungannya menyebabkan tarikan graviti jasad.

Adalah penting untuk diperhatikan bahawa perbezaan utama antara ruang-masa teori umum relativiti dan ruang-masa teori relativiti khas ialah kelengkungannya, yang dinyatakan oleh kuantiti tensor - tensor kelengkungan. Dalam ruang-masa relativiti khas, tensor ini sama dengan sifar dan ruang-masa adalah rata.

Atas sebab ini, nama "teori relativiti umum" tidak sepenuhnya betul. Teori ini hanyalah satu daripada beberapa teori graviti yang sedang dipertimbangkan oleh ahli fizik, manakala teori relativiti khas (lebih tepat, prinsip metrik ruang-masa) diterima umum. komuniti saintifik dan membentuk asas asas fizik moden. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa tidak ada teori graviti lain yang dibangunkan, kecuali Relativiti Am, telah bertahan dalam ujian masa dan eksperimen.

Akibat utama relativiti am

Menurut prinsip korespondensi, dalam medan graviti lemah ramalan kerelatifan am bertepatan dengan keputusan penerapan hukum graviti universal Newton dengan pembetulan kecil yang meningkat apabila kekuatan medan meningkat.

Akibat relativiti am yang diramalkan dan disahkan secara eksperimen adalah tiga kesan klasik yang disenaraikan di bawah susunan kronologi cek pertama mereka:
1. Peralihan tambahan dalam perihelion orbit Mercury berbanding ramalan mekanik Newtonian.
2. Pesongan pancaran cahaya dalam medan graviti Matahari.
3. Anjakan merah graviti, atau pelebaran masa dalam medan graviti.

Terdapat beberapa kesan lain yang boleh disahkan secara eksperimen. Antaranya kita boleh menyebut pesongan dan keterlambatan (kesan Shapiro) gelombang elektromagnet dalam medan graviti Matahari dan Musytari, kesan Lensa-Thirring (kedahuluan giroskop berhampiran badan berputar), bukti astrofizik kewujudan lubang hitam , bukti pancaran gelombang graviti oleh sistem rapat bintang berkembar dan pengembangan Alam Semesta.

Setakat ini, tiada bukti eksperimen yang boleh dipercayai yang menyangkal relativiti am telah ditemui. Penyimpangan saiz kesan yang diukur daripada yang diramalkan oleh relativiti am tidak melebihi 0.1% (untuk tiga fenomena klasik di atas). Walaupun demikian, disebabkan oleh atas pelbagai alasan ahli teori telah membangunkan sekurang-kurangnya 30 teori graviti alternatif, dan sebahagian daripadanya memungkinkan untuk mendapatkan keputusan sewenang-wenangnya dekat dengan relativiti umum dengan nilai parameter yang sesuai termasuk dalam teori.

SRT, TOE - singkatan ini menyembunyikan istilah biasa "teori relativiti", yang biasa kepada hampir semua orang. Secara ringkasnya segala-galanya boleh dijelaskan, walaupun kenyataan seorang genius, jadi jangan putus asa jika anda tidak mengingati kursus fizik sekolah anda, kerana sebenarnya semuanya lebih mudah daripada yang kelihatan.

Asal usul teori

Jadi, mari kita mulakan kursus "The Theory of Relativity for Dummies". Albert Einstein menerbitkan karyanya pada tahun 1905, dan ia menyebabkan kekecohan di kalangan saintis. Teori ini hampir sepenuhnya merangkumi banyak jurang dan ketidakkonsistenan dalam fizik abad yang lalu, tetapi, di atas segala-galanya, ia merevolusikan idea ruang dan masa. Banyak kenyataan Einstein sukar dipercayai oleh orang sezamannya, tetapi eksperimen dan penyelidikan hanya mengesahkan kata-kata ahli sains yang hebat itu.

Teori relativiti Einstein menjelaskan secara ringkas apa yang orang telah perjuangkan selama berabad-abad. Ia boleh dipanggil asas semua fizik moden. Walau bagaimanapun, sebelum meneruskan perbualan tentang teori relativiti, isu istilah perlu dijelaskan. Pasti ramai, semasa membaca artikel sains popular, telah menemui dua singkatan: SRT dan GTO. Malah, mereka membayangkan konsep yang sedikit berbeza. Yang pertama ialah teori relativiti khas, dan yang kedua bermaksud "relativiti am."

Hanya sesuatu yang rumit

STR ialah teori lama, yang kemudiannya menjadi sebahagian daripada GTR. Ia hanya boleh mempertimbangkan proses fizikal untuk objek yang bergerak dengan kelajuan seragam. Teori umum boleh menerangkan apa yang berlaku kepada objek yang memecut, dan juga menerangkan mengapa zarah graviti dan graviti wujud.

Jika anda perlu menerangkan pergerakan dan juga hubungan ruang dan masa apabila menghampiri kelajuan cahaya, teori relativiti khas boleh melakukan ini. Dengan kata mudah boleh dijelaskan dengan cara ini: sebagai contoh, rakan-rakan dari masa depan memberi anda kapal angkasa yang boleh terbang kelajuan tinggi. Pada hidung kapal angkasa terdapat meriam yang mampu menembak foton pada semua yang datang di hadapan.

Apabila tembakan dilepaskan, berbanding dengan kapal zarah-zarah ini terbang pada kelajuan cahaya, tetapi, secara logiknya, pemerhati pegun harus melihat jumlah dua kelajuan (foton itu sendiri dan kapal). Tetapi tiada seperti itu. Pemerhati akan melihat foton bergerak pada kelajuan 300,000 m/s, seolah-olah kelajuan kapal adalah sifar.

Masalahnya ialah tidak kira berapa cepat objek bergerak, kelajuan cahaya untuknya adalah nilai tetap.

Pernyataan ini adalah asas kepada kesimpulan logik yang menakjubkan seperti memperlahankan dan memesongkan masa, bergantung kepada jisim dan kelajuan objek. Plot banyak filem fiksyen sains dan siri TV adalah berdasarkan perkara ini.

Teori umum relativiti

Dalam bahasa mudah seseorang boleh menerangkan relativiti am yang lebih besar. Sebagai permulaan, kita harus mengambil kira hakikat bahawa ruang kita adalah empat dimensi. Masa dan ruang disatukan dalam "subjek" seperti "kontinuum ruang-masa." Dalam ruang kita terdapat empat paksi koordinat: x, y, z dan t.

Tetapi manusia tidak dapat melihat secara langsung empat dimensi, sama seperti orang rata hipotesis yang hidup dalam dunia dua dimensi tidak boleh melihat ke atas. Sebenarnya, dunia kita hanyalah unjuran ruang empat dimensi kepada ruang tiga dimensi.

Fakta yang menarik ialah, menurut teori umum relativiti, jasad tidak berubah apabila mereka bergerak. Objek dunia empat dimensi sebenarnya sentiasa tidak berubah, dan apabila ia bergerak, hanya unjuran mereka berubah, yang kita anggap sebagai herotan masa, pengurangan atau peningkatan saiz, dan sebagainya.

Eksperimen lif

Teori relativiti boleh dijelaskan secara ringkas menggunakan eksperimen pemikiran kecil. Bayangkan anda berada di dalam lif. Kabin mula bergerak, dan anda mendapati diri anda dalam keadaan tanpa berat. Apa yang berlaku? Terdapat dua sebab: sama ada lif berada di angkasa, atau ia jatuh bebas di bawah pengaruh graviti planet. Perkara yang paling menarik ialah mustahil untuk mengetahui punca tanpa berat jika tidak mungkin untuk melihat keluar dari kereta lif, iaitu, kedua-dua proses kelihatan sama.

Mungkin selepas melakukan eksperimen pemikiran yang sama, Albert Einstein membuat kesimpulan bahawa jika kedua-dua situasi ini tidak dapat dibezakan antara satu sama lain, maka sebenarnya badan di bawah pengaruh graviti tidak dipercepatkan, ia adalah gerakan seragam yang melengkung di bawah pengaruh badan besar (dalam kes ini planet ). Oleh itu, gerakan dipercepatkan hanyalah unjuran gerakan seragam ke dalam ruang tiga dimensi.

Contoh yang baik

Satu lagi contoh yang baik mengenai topik "Teori Relativiti untuk Dummies." Ia tidak sepenuhnya betul, tetapi ia sangat mudah dan jelas. Jika anda meletakkan sebarang objek pada kain yang diregangkan, ia membentuk "pesongan" atau "corong" di bawahnya. Semua badan yang lebih kecil akan dipaksa untuk memesongkan trajektori mereka mengikut selekoh ruang yang baru, dan jika badan mempunyai sedikit tenaga, ia mungkin tidak dapat mengatasi corong ini sama sekali. Walau bagaimanapun, dari sudut pandangan objek bergerak itu sendiri, trajektori tetap lurus;

Graviti "diturunkan"

Dengan kemunculan teori relativiti umum, graviti telah tidak lagi menjadi daya dan kini berpuas hati sebagai akibat mudah daripada kelengkungan masa dan ruang. Relativiti am mungkin kelihatan hebat, tetapi ia adalah versi yang berfungsi dan disahkan oleh eksperimen.

Teori relativiti boleh menerangkan banyak perkara yang kelihatan luar biasa di dunia kita. Dalam istilah mudah, perkara sedemikian dipanggil akibat relativiti am. Contohnya, pancaran cahaya yang terbang dekat dengan jasad besar dibengkokkan. Lebih-lebih lagi, banyak objek dari angkasa lepas tersembunyi di belakang satu sama lain, tetapi disebabkan oleh fakta bahawa sinar cahaya membengkok di sekeliling badan lain, objek yang kelihatan tidak kelihatan boleh diakses oleh mata kita (lebih tepat lagi, kepada mata teleskop). Ia seperti melihat melalui dinding.

Semakin besar graviti, semakin perlahan masa mengalir pada permukaan objek. Ini bukan sahaja terpakai kepada badan besar seperti bintang neutron atau lubang hitam. Kesan pelebaran masa boleh diperhatikan walaupun di Bumi. Sebagai contoh, peranti navigasi satelit dilengkapi dengan jam atom yang sangat tepat. Mereka berada di orbit planet kita, dan masa berdetik sedikit lebih cepat di sana. Seratus saat dalam sehari akan menambah sehingga angka yang akan memberikan sehingga 10 km ralat dalam pengiraan laluan di Bumi. Teori relativiti inilah yang membolehkan kita mengira ralat ini.

Secara ringkas, kita boleh menyatakannya begini: relativiti umum mendasari banyak teknologi moden, dan terima kasih kepada Einstein, kita boleh mencari restoran pizza dan perpustakaan dengan mudah di kawasan yang tidak dikenali.

Malah pada penghujung abad ke-19, kebanyakan saintis cenderung kepada sudut pandangan bahawa gambaran fizikal dunia pada dasarnya dibina dan akan kekal tidak tergoyahkan pada masa hadapan - hanya butirannya yang perlu dijelaskan. Tetapi dalam dekad pertama abad kedua puluh, pandangan fizikal berubah secara radikal. Ini adalah akibat daripada "lata" penemuan saintifik yang dibuat dalam tempoh sejarah yang sangat singkat, meliputi tahun-tahun terakhir abad ke-19 dan dekad pertama abad ke-20, yang kebanyakannya tidak konsisten dengan pemahaman pengalaman manusia biasa. Contoh yang menarik perhatian boleh berfungsi sebagai teori relativiti, dicipta oleh Albert Einstein (1879-1955).

Teori relativiti- teori fizikal ruang-masa, iaitu teori yang menerangkan sifat ruang-masa sejagat proses fizikal. Istilah ini diperkenalkan pada tahun 1906 oleh Max Planck untuk menekankan peranan prinsip relativiti
dalam relativiti khas (dan, kemudian, relativiti am).

Dalam erti kata yang sempit, teori relativiti merangkumi relativiti khas dan am. Teori relativiti khas(selepas ini - SRT) merujuk kepada proses dalam kajian yang mana medan graviti boleh diabaikan; teori relativiti umum(selepas ini dirujuk sebagai GTR) ialah teori graviti yang menyamaratakan Newton.

Istimewa, atau teori relativiti khas adalah teori struktur ruang-masa. Ia pertama kali diperkenalkan pada tahun 1905 oleh Albert Einstein dalam karyanya "On the Electrodynamics of Moving Bodies." Teori ini menerangkan pergerakan, undang-undang mekanik, serta hubungan ruang-masa yang menentukannya, pada sebarang kelajuan pergerakan,
termasuk yang hampir dengan kelajuan cahaya. Mekanik Newton klasik
dalam rangka kerja SRT, ia adalah anggaran untuk kelajuan rendah.

Salah satu sebab kejayaan Albert Einstein ialah beliau menghargai data eksperimen berbanding data teori. Apabila beberapa eksperimen mendedahkan keputusan yang bercanggah dengan teori yang diterima umum, ramai ahli fizik memutuskan bahawa eksperimen ini adalah salah.

Albert Einstein adalah salah seorang yang pertama memutuskan untuk membina teori baharu berdasarkan data eksperimen baharu.

Pada akhir abad ke-19, ahli fizik sedang mencari eter misterius - medium di mana, mengikut andaian yang diterima umum, gelombang cahaya harus merambat, seperti gelombang akustik, penyebarannya memerlukan udara, atau medium lain - pepejal, cecair atau gas. Kepercayaan terhadap kewujudan eter membawa kepada kepercayaan bahawa kelajuan cahaya harus berbeza-beza bergantung pada kelajuan pemerhati berhubung dengan eter. Albert Einstein meninggalkan konsep eter dan menganggap bahawa semua undang-undang fizik, termasuk kelajuan cahaya, kekal tidak berubah tanpa mengira kelajuan pemerhati - seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen.

SRT menerangkan cara mentafsir gerakan antara bingkai rujukan inersia yang berbeza—secara ringkasnya, objek yang bergerak pada kelajuan malar berbanding satu sama lain. Einstein menjelaskan bahawa apabila dua objek bergerak pada kelajuan malar, seseorang harus mempertimbangkan pergerakannya secara relatif antara satu sama lain, dan bukannya mengambil salah satu daripadanya sebagai kerangka rujukan mutlak. Jadi jika dua angkasawan terbang dengan dua kapal angkasa dan ingin membandingkan pemerhatian mereka, satu-satunya perkara yang mereka perlu tahu ialah kelajuan relatif antara satu sama lain.

Teori relativiti khas hanya mempertimbangkan satu kes khas (oleh itu namanya), apabila gerakannya adalah rectilinear dan seragam.

Berdasarkan kemustahilan untuk mengesan gerakan mutlak, Albert Einstein membuat kesimpulan bahawa semua sistem rujukan inersia adalah sama. Beliau merumuskan dua postulat terpenting yang membentuk asas kepada teori ruang dan masa baharu, yang dipanggil Teori Relativiti Khas (STR):

1. Prinsip relativiti Einstein - prinsip ini adalah generalisasi prinsip relativiti Galileo (menyatakan perkara yang sama, tetapi bukan untuk semua undang-undang alam, tetapi hanya untuk undang-undang mekanik klasik, meninggalkan soalan terbuka mengenai kebolehgunaan prinsip relativiti kepada optik dan elektrodinamik) kepada mana-mana fizikal. Ia berbunyi: semua proses fizikal di bawah keadaan yang sama dalam sistem rujukan inersia (IRS) berjalan dengan cara yang sama. Ini bermakna tiada eksperimen fizikal yang dijalankan di dalam ISO tertutup boleh menentukan sama ada ia dalam keadaan rehat atau bergerak secara seragam dan dalam garis lurus. Oleh itu, semua IFR adalah sama sepenuhnya, dan undang-undang fizikal adalah invarian berkenaan dengan pilihan IFR (iaitu, persamaan yang menyatakan undang-undang ini mempunyai bentuk yang sama dalam semua sistem rujukan inersia).

2. Prinsip ketekalan kelajuan cahaya- kelajuan cahaya dalam vakum adalah malar dan tidak bergantung pada pergerakan sumber dan penerima cahaya. Ia adalah sama dalam semua arah dan dalam semua kerangka rujukan inersia. Kelajuan cahaya dalam vakum ialah kelajuan mengehadkan dalam alam semula jadi - ini adalah salah satu pemalar fizikal yang paling penting, yang dipanggil pemalar dunia.

Akibat yang paling penting dari SRT adalah yang terkenal Formula Einstein tentang hubungan antara jisim dan tenaga E=mc 2 (di mana C ialah kelajuan cahaya), yang menunjukkan kesatuan ruang dan masa, dinyatakan dalam perubahan bersama dalam ciri-cirinya bergantung pada kepekatan jisim dan pergerakannya dan disahkan oleh data fizik moden. Masa dan ruang tidak lagi dipertimbangkan secara bebas antara satu sama lain dan idea tentang kontinum empat dimensi ruang-masa timbul.

Menurut teori ahli fizik yang hebat, apabila kelajuan badan bahan meningkat, menghampiri kelajuan cahaya, jisimnya juga meningkat. Itu. Semakin laju sesuatu objek bergerak, semakin berat objek tersebut. Jika kelajuan cahaya dicapai, jisim badan, serta tenaganya, menjadi tidak terhingga. Semakin berat badan, semakin sukar untuk meningkatkan kelajuannya; Mempercepatkan badan dengan jisim tak terhingga memerlukan jumlah tenaga yang tidak terhingga, jadi mustahil untuk objek material mencapai kelajuan cahaya.

Dalam teori relativiti, "dua undang-undang - undang-undang pemuliharaan jisim dan pemuliharaan tenaga - kehilangan kesahihannya bebas antara satu sama lain dan ternyata digabungkan menjadi satu undang-undang, yang boleh dipanggil undang-undang pemuliharaan tenaga atau jisim." Terima kasih kepada hubungan asas antara kedua-dua konsep ini, jirim boleh ditukar menjadi tenaga, dan sebaliknya - tenaga menjadi jirim.

Teori umum relativiti- teori graviti yang diterbitkan oleh Einstein pada tahun 1916, yang diusahakannya selama 10 tahun. Ia adalah perkembangan lanjut teori relativiti khas. Jika badan material memecut atau berpusing ke tepi, undang-undang STR tidak lagi terpakai. Kemudian GTR mula berkuat kuasa, yang menerangkan pergerakan badan material dalam kes umum.

Teori umum relativiti menyatakan bahawa kesan graviti bukan disebabkan oleh interaksi daya jasad dan medan, tetapi oleh ubah bentuk ruang-masa itu sendiri di mana ia berada. Ubah bentuk ini sebahagiannya berkaitan dengan kehadiran tenaga-jisim.

Relativiti am kini merupakan teori graviti yang paling berjaya, disokong dengan baik oleh pemerhatian. GR umumkan SR kepada yang dipercepatkan, i.e. sistem bukan inersia. Prinsip asas kerelatifan am berpecah kepada yang berikut:

- had kebolehgunaan prinsip ketekalan kelajuan cahaya kepada kawasan di mana daya graviti boleh diabaikan(di mana graviti tinggi, kelajuan cahaya menjadi perlahan);

- lanjutan prinsip relativiti kepada semua sistem yang bergerak(dan bukan hanya inersia).

Dalam GTR, atau teori graviti, ia juga berpunca daripada fakta eksperimen kesetaraan jisim inersia dan graviti, atau kesetaraan medan inersia dan graviti.

Prinsip kesetaraan memainkan peranan penting dalam sains. Kita sentiasa boleh mengira secara langsung kesan daya inersia pada mana-mana sistem fizikal, dan ini memberi kita peluang untuk mengetahui kesan medan graviti, mengabstraksi daripada heterogenitinya, yang selalunya sangat tidak penting.

Beberapa kesimpulan penting diperoleh daripada relativiti am:

1. Sifat-sifat ruang-masa bergantung kepada jirim yang bergerak.

2. Sinar cahaya, yang mempunyai lengai dan, oleh itu, jisim graviti, mesti dibengkokkan dalam medan graviti.

3. Kekerapan cahaya di bawah pengaruh medan graviti harus beralih ke nilai yang lebih rendah.

Untuk masa yang lama terdapat sedikit bukti eksperimen tentang relativiti am. Perjanjian antara teori dan eksperimen agak baik, tetapi kesucian eksperimen dilanggar oleh pelbagai kompleks kesan sampingan. Walau bagaimanapun, kesan kelengkungan ruang masa boleh dikesan walaupun dalam medan graviti sederhana. Jam yang sangat sensitif, contohnya, boleh mengesan pelebaran masa di permukaan Bumi. Untuk mengembangkan asas eksperimen GTR, pada separuh kedua abad ke-20, eksperimen baharu telah dijalankan: kesetaraan jisim inersia dan graviti telah diuji (termasuk dengan julat laser Bulan);
menggunakan radar, pergerakan perihelion Mercury telah dijelaskan; pesongan graviti gelombang radio oleh Matahari diukur, dan radar dijalankan pada planet-planet Sistem Suria; pengaruh medan graviti Matahari pada komunikasi radio dengan kapal angkasa yang dihantar ke planet jauh sistem suria telah dinilai, dsb. Kesemua mereka, satu cara atau yang lain, mengesahkan ramalan yang diperoleh berdasarkan relativiti am.

Jadi, teori relativiti khas adalah berdasarkan postulat ketekalan kelajuan cahaya dan undang-undang alam yang sama dalam semua sistem fizikal, dan hasil utama yang datang adalah seperti berikut: kerelatifan sifat-sifat ruang. -masa; kerelatifan jisim dan tenaga; kesetaraan jisim berat dan jisim lengai.

Hasil yang paling ketara dari teori relativiti umum dari sudut pandangan falsafah ialah penubuhan pergantungan sifat ruang-masa dunia sekeliling pada lokasi dan pergerakan jisim graviti. Ia adalah terima kasih kepada pengaruh badan
Dengan jisim yang besar, laluan sinaran cahaya dibengkokkan. Akibatnya, medan graviti yang dicipta oleh badan sedemikian akhirnya menentukan sifat ruang-masa dunia.

Teori relativiti khas mengabstrak daripada tindakan medan graviti dan oleh itu kesimpulannya hanya terpakai untuk kawasan kecil ruang-masa. Perbezaan utama antara teori umum relativiti dan teori fizikal asas yang mendahuluinya ialah penolakan beberapa konsep lama dan perumusan yang baru. Patut dikatakan bahawa teori relativiti umum telah membuat revolusi sebenar dalam kosmologi. Atas dasarnya, pelbagai model Alam Semesta muncul.