Teoria specială sau parțială a relativității este o teorie a structurii spațiu-timpului. A fost introdus pentru prima dată în 1905 de Albert Einstein în lucrarea sa „Despre electrodinamica corpurilor în mișcare”. Teoria descrie mișcarea, legile mecanicii și relațiile spațiu-timp care le definesc, la viteze de mișcare apropiate de viteza luminii. Mecanica newtoniană clasică în cadrul relativității speciale este o aproximare pentru viteze mici.
Teoria generală a relativității
Relativitatea generală este o teorie a gravitației dezvoltată de Einstein în 1905-1917. Este o dezvoltare ulterioară a teoriei relativității speciale. Teoria generală a relativității postulează că efectele gravitaționale sunt cauzate nu de interacțiunea forțelor dintre corpuri și câmpuri, ci de deformarea spațiului-timp însuși în care sunt situate. Această deformare este legată, parțial, de prezența masei-energie.
Legături
- Teoria generală a relativității - continuum spațiu-timp (rusă) - Pur și simplu despre complex.
- Teoria specială a relativității (rusă) - Pur și simplu despre complex.
Fundația Wikimedia. 2010.
Vedeți ce înseamnă „fizica relativistă” în alte dicționare:
Fizica si realitate- „FIZICA ȘI REALITATEA” este o colecție de articole de A. Einstein, scrise în diferite perioade ale vieții sale creative. Rus. ediţia M., 1965. Cartea reflectă principalele concepţii epistemologice şi metodologice ale marelui fizician. Printre ei… … Enciclopedia Epistemologiei și Filosofia Științei
- Teoria gravitației (RTG), bazată pe reprezentarea câmpului gravitațional ca un câmp fizic tensor simetric de valență 2 în spațiul Minkowski. Dezvoltat de academicianul Academiei Ruse de Științe A. A. Logunov cu un grup... ... Wikipedia
- (greacă τὰ φυσικά - știința naturii, de la φύσις - natură) - un complex de științifice. discipline care studiază proprietățile generale ale structurii, interacțiunii și mișcării materiei. În conformitate cu aceste sarcini, modern F. poate fi împărțit în trei mari... ... Enciclopedie filosofică
Fizica hipernucleară este o ramură a fizicii aflată la intersecția dintre fizica nucleară și fizica particulelor elementare, în care subiectul cercetării îl reprezintă sistemele de tip nucleu care conțin, pe lângă protoni și neutroni, alte particule elementare, hiperoni. De asemenea... ... Wikipedia
O ramură a fizicii care studiază dinamica particulelor din acceleratoare, precum și numeroasele probleme tehnice asociate cu construcția și funcționarea acceleratoarelor de particule. Fizica acceleratorului include probleme legate de producerea și acumularea de particule... Wikipedia
FIZICĂ. 1. Subiectul și structura fizicii Fizica este o știință care studiază cel mai simplu și în același timp și cel mai important. proprietăţile generale şi legile de mişcare ale obiectelor lumii materiale din jurul nostru. Ca urmare a acestei comunități, nu există fenomene naturale care să nu aibă proprietăți fizice. proprietati... Enciclopedie fizică
Mecanica relativistă este o ramură a fizicii care ia în considerare legile mecanicii (legile mișcării corpurilor și particulelor) la viteze comparabile cu viteza luminii. La viteze semnificativ mai mici decât viteza luminii, se transformă în clasic (newtonian) ... ... Wikipedia
O ramură a fizicii dedicată studiului proceselor nucleare în care particulele care alcătuiesc materia nucleară se mișcă cu viteze apropiate de viteza luminii c. R. I. f. a fost format în 1970 72 în legătură cu experimentele pe grinzi de nuclee relativiste,... ... Enciclopedie fizică
I. Subiectul și structura fizicii Fizica este o știință care studiază cele mai simple și în același timp cele mai generale legi ale fenomenelor naturale, proprietățile și structura materiei și legile mișcării ei. Prin urmare, conceptele lui F. și alte legi stau la baza tuturor... ... Marea Enciclopedie Sovietică
Exemple de diferite fenomene fizice Fizica (din greaca veche φύσις ... Wikipedia
Cărți
- Fizica fasciculelor de electroni relativiste de curent înalt, A. A. Rukhadze, L. S. Bogdankevich, S. E. Rosinsky, V. G. Rukhlin. Fundamentele fizicii fasciculelor de electroni de curent înalt pulsați și interacțiunea lor cu plasma sunt prezentate sistematic. Diverse configurații de echilibru, formare și...
Teoria specială a relativității(SRT) ia în considerare relația dintre procesele fizice numai in inertie sisteme de referință (FR), adică în FR care se mișcă unul față de celălalt uniform în linie dreaptă.
Teoria generală a relativității(GR) ia în considerare interrelația dintre procesele fizice în non-inerţial CO, adică în CO care se mișcă într-un ritm accelerat unul față de celălalt.
Spaţiu
caracterizează poziția relativă a corpurilor;
spațiul este omogen, are trei dimensiuni;
toate direcțiile din spațiu sunt egale.
Timp
caracterizează succesiunea evenimentelor;
timpul are o singură dimensiune;
timpul este omogen și izotrop.
Postulatele teoriei relativității:
1. În toate cadrele de referință inerțiale, toate fenomenele fizice apar în același mod.
Acestea. toate referințele inerțiale drepturi egale. Niciun experiment din niciun domeniu al fizicii nu face posibilă izolarea CO inerțial absolut.
2. Viteza luminii în vid este aceeași în toate referințele inerțiale și nu depinde de viteza sursei de lumină și de observator (adică viteza luminii în vid este invariabilă).
Viteza de propagare a luminii în vid este maxim posibil viteza de propagare sau transmitere a oricărei interacțiuni:
s = 299792,5 km/s.
Relativitatea simultaneității
Eveniment este orice fenomen care are loc într-un anumit punct al spațiului la un anumit moment în timp.
A seta un eveniment înseamnă a seta un punct în spațiul cu patru dimensiuni „coordonate - timp”, adică. când și unde are loc evenimentul.
În mecanica clasică Timpul lui Newton este același în orice cadru de referință inerțial, adică are o valoare absolută și nu depinde de alegerea CO.
În mecanica relativistă timpul depinde de alegerea CO.
Evenimentele care au loc simultan într-un SO nu pot fi simultane într-un alt SO care se deplasează în raport cu primul.
În ceea ce privește două ceasuri, dintre care unul este situat la prova și celălalt la pupa navei, evenimentul (flare) nu are loc simultan. Ceasurile A și B sunt sincronizate și se află la aceeași distanță de sursa de lumină situată între ele. Lumina se deplasează cu aceeași viteză în toate direcțiile, dar ceasul detectează blițul în momente diferite.
Fie ca un observator să fie în interiorul navei (observator intern) în cadrul de referință K’, iar al doilea în afara navei (observator extern) în cadrul de referință K.
Sistemul de referință K’ este conectat la navăși se mișcă cu viteză v
relativ staționar sistemul de referință K, care asociat cu un observator extern.
Dacă în mijlocul unei nave care se mișcă cu o oarecare viteză v în raport cu observatorul extern, sursa de lumină va clipi, apoi pentru observatorul intern lumina ajunge la pupa și prova navei în același timp. Acestea. în cadrul de referinţă K' aceste două evenimente au loc simultan.
Pentru un observator extern, pupa se va „apropia” de sursa de lumină, iar prova navei se va îndepărta și lumina va ajunge la pupa înaintea prova navei. Acestea. în cadrul de referinţă K aceste două evenimente nu au loc simultan.
Legea relativistă a adunării vitezelor
Legea clasică a adunării vitezelor nu poate fi aplicată în mecanica relativistă (acest lucru contrazice al doilea postulat al SRT), prin urmare legea relativistă a adunării vitezelor este utilizată în SRT.
Este evident că la viteze care sunt mult mai mici decât viteza luminii, legea relativistă a adunării vitezelor ia forma legii clasice a adunării vitezelor.
Consecințele postulatelor teoriei relativității
1. Intervalele de timp cresc, timpul încetinește.
Dilatarea timpului a fost demonstrată experimental în timpul dezintegrarii radioactive a nucleelor: dezintegrarea radioactivă a nucleelor accelerate este încetinită în comparație cu dezintegrarea radioactivă a acelorași nuclee în repaus.
2. Mărimile corpurilor scad în direcția de mișcare.
Din formulă este clar că corpul are cea mai mare lungime într-un CO staționar. Se numește modificarea lungimii corpului în timpul mișcării Contracția lorentziană a lungimii .
Cum sunt legate masa și energia?
În literatură, celebra formulă a lui Einstein este scrisă în 4 versiuni, ceea ce indică faptul că nu este foarte profund înțeleasă.
Formula originală a apărut într-o scurtă notă a lui Einstein în 1905:
Această formulă are o semnificație fizică profundă. Ea spune asta Masa unui corp care se află în repaus în ansamblu determină conținutul energetic din acesta, indiferent de natura acestei energii.
De exemplu, energia cinetică internă a mișcării haotice a particulelor care alcătuiesc corpul este inclusă în energia de repaus a corpului, în contrast cu energia cinetică a mișcării de translație. Adică, prin încălzirea unui corp, îi creștem masa.
De asemenea, trebuie remarcat faptul că formula se citește de la dreapta la stângaOrice masă determină energia unui corp. Dar nu orice energie poate fi pusă în corespondență cu o anumită masă.
Din formula rezultă şi că
modificarea energiei unui corp este direct proporțională cu modificarea masei sale:
În cazul în care corpul începe să se miște, energia de repaus se transformă în energie totală în CO, care se deplasează înainte ca întreg la o anumită viteză. v .
Mecanica relativistă este mecanica în care se transformă mecanica newtoniană dacă un corp se mișcă cu o viteză apropiată de viteza luminii. La viteze atât de mari, lucruri pur și simplu magice și complet neașteptate încep să se întâmple lucrurilor, cum ar fi, de exemplu, contracția relativistă a lungimii sau dilatarea timpului.
Dar cum anume devine mecanica clasică relativistă? Despre totul în ordine în noul nostru articol.
Să începem de la bun început...
Principiul relativității lui Galileo
Principiul relativității al lui Galileo (1564-1642) afirmă:
În sistemele de referință inerțiale, toate procesele decurg în același mod dacă sistemul este staționar sau se mișcă uniform și rectiliniu.
În acest caz vorbim exclusiv despre procese mecanice. Ce înseamnă? Aceasta înseamnă că, dacă, de exemplu, navigăm pe un feribot care se mișcă uniform și rectiliniu prin ceață, nu vom putea determina dacă feribotul se mișcă sau este în repaus. Cu alte cuvinte, dacă efectuați un experiment în două laboratoare închise identice, dintre care unul se mișcă uniform și rectiliniu față de celălalt, rezultatul experimentului va fi același.
Transformări galileene
Transformările galileene din mecanica clasică sunt transformări ale coordonatelor și vitezei atunci când se trece de la un sistem de referință inerțial la altul. Nu vom prezenta aici toate calculele și concluziile, ci pur și simplu scriem formula de conversie a vitezei. Conform acestei formule, viteza unui corp în raport cu un cadru de referință staționar este egală cu suma vectorială a vitezei corpului într-un cadru de referință în mișcare și viteza cadrului de referință în mișcare în raport cu un cadru staționar.
Principiul de relativitate galileian pe care l-am citat mai sus este un caz special al principiului relativității lui Einstein.
Principiul relativității lui Einstein și postulatele SRT
La începutul secolului al XX-lea, după mai bine de două secole de dominație a mecanicii clasice, s-a pus problema extinderii principiului relativității la fenomenele nemecanice. Motivul pentru care a apărut această întrebare a fost dezvoltarea naturală a fizicii, în special a opticii și electrodinamicii. Rezultatele numeroaselor experimente fie au confirmat validitatea formulării principiului relativității lui Galileo pentru toate fenomenele fizice, fie au indicat, într-un număr de cazuri, eroarea transformărilor lui Galileo.
De exemplu, verificarea formulei de adăugare a vitezelor a arătat că aceasta este incorectă la viteze apropiate de viteza luminii. Mai mult, experimentul lui Fizeau din 1881 a arătat că viteza luminii nu depinde de viteza de mișcare a sursei și a observatorului, adică. rămâne constantă în orice cadru de referință. Acest rezultat experimental nu s-a încadrat în cadrul mecanicii clasice.
Albert Einstein a găsit o soluție la aceasta și la alte probleme. Pentru ca teoria să converge cu practica, Einstein a trebuit să abandoneze mai multe adevăruri aparent evidente ale mecanicii clasice. Și anume să presupunem că distanţele şi intervalele de timp în diferite sisteme de referinţă nu sunt constante . Mai jos sunt principalele postulate ale Teoriei Speciale a Relativității (STR) a lui Einstein:
Primul postulat:În toate cadrele de referință inerțiale, toate fenomenele fizice se desfășoară în același mod. La trecerea de la un sistem la altul, toate legile naturii și fenomenele care le descriu sunt invariante, adică niciun experiment nu poate da preferință unuia dintre sisteme, deoarece sunt invariante.
Al doilea postulat : Cu viteza luminii in vid este aceeasi in toate directiile si nu depinde de sursa si de observator, i.e. nu se modifică la trecerea de la un cadru inerțial la altul.
Viteza luminii este viteza maximă. Niciun semnal sau acțiune nu poate călători mai repede decât viteza luminii.
Transformările de coordonate și de timp în timpul tranziției de la un sistem de referință staționar la un sistem care se mișcă cu viteza luminii se numesc transformări Lorentz. De exemplu, să fie un sistem în repaus, iar al doilea să se miște de-a lungul axei absciselor.
După cum vedem, timpul se schimbă și el odată cu coordonatele, adică acționează ca un sfert de coordonată. Transformările Lorentz arată că în STR spațiul și timpul sunt inseparabile, spre deosebire de mecanica clasică.
Îți amintești paradoxul a doi gemeni, dintre care unul aștepta la pământ, iar al doilea zbura într-o navă spațială cu viteză foarte mare? După ce fratele astronaut s-a întors pe pământ, l-a găsit pe fratele său bătrân, deși el însuși era aproape la fel de tânăr ca atunci când a început călătoria. Un exemplu tipic al modului în care timpul se schimbă în funcție de sistemul de referință.
La viteze mult mai mici decât viteza luminii, transformările Lorentz se transformă în transformări galileene. Chiar și la viteza avioanelor și rachetelor moderne, abaterile de la legile mecanicii clasice sunt atât de mici încât sunt practic imposibil de măsurat.
Mecanica care ia în considerare transformările Lorentz se numește relativistă.
În cadrul mecanicii relativiste se modifică formulările unor mărimi fizice. De exemplu, impulsul unui corp în mecanica relativistă în conformitate cu transformările Lorentz poate fi scris după cum urmează:
În consecință, a doua lege a lui Newton în mecanica relativistă va avea forma:
Și energia relativistă totală a unui corp în mecanica relativistă este egală cu
Dacă corpul este în repaus și viteza este zero, această formulă se transformă în celebra
Această formulă, pe care toată lumea pare să o cunoască, arată că masa este o măsură a energiei totale a unui corp și ilustrează, de asemenea, posibilitatea fundamentală de a converti energia materiei în energie de radiație.
Dragi prieteni, cu această notă solemnă vom încheia astăzi revizuirea mecanicii relativiste. Ne-am uitat la principiul relativității lui Galileo și Einstein, precum și câteva formule de bază ale mecanicii relativiste. Le reamintim celor care sunt persistenti și au citit articolul până la sfârșit că nu există sarcini sau probleme „nerezolvabile” în lume care să nu poată fi rezolvate. Nu are rost să intrați în panică și să vă faceți griji pentru cursurile neterminate. Nu uitați decât amploarea Universului, inspirați adânc și încredințați sarcina unor adevărați profesioniști -
Folosit în fizică pentru fenomene cauzate de mișcarea la viteze apropiate de viteza luminii sau câmpuri gravitaționale puternice. Astfel de fenomene sunt descrise de teoria relativității.
Enciclopedie modernă. 2000 .
Sinonime:Vezi ce este „RELATIVISTIC” în alte dicționare:
Dicţionar relativist de sinonime ruse. relativistic adj., număr de sinonime: 1 relativistic (1) Dicţionar sinon ... Dicţionar de sinonime
RELATIVISTIC, relativist, relativist (filosofic, științific). adj. la relativist. Dicționarul explicativ al lui Ușakov. D.N. Uşakov. 1935 1940... Dicționarul explicativ al lui Ushakov
RELATIVISM, a, m. În filosofie: poziție metodologică, susținătorii roiului, absolutizând relativitatea și condiționalitatea tuturor cunoștințelor noastre, consideră imposibilă cunoașterea obiectivă a realității. Dicționarul explicativ al lui Ozhegov. SI. Ozhegov, N.Yu.... ... Dicționarul explicativ al lui Ozhegov
Adj. 1. raport cu substantiv relativism, relativist, asociat cu ei 2. Caracterizat prin relativism, asociat cu teoria relativității a lui A. Einstein. Dicționarul explicativ al lui Efraim. T. F. Efremova. 2000... Dicționar explicativ modern al limbii ruse de Efremova
Relativist, relativist, relativist, relativist, relativist, relativist, relativist, relativist, relativist, relativist, relativist, relativist, relativist, relativist, relativist,... ... Forme ale cuvintelor
- (lat. relativus relativ) fizic. termen referitor la fenomene considerate pe bază de special. (particulară) teoria relativității (teoria mișcării corpurilor cu viteze apropiate de viteza luminii) sau bazată pe teoria generală a relativității (teoria ... Dicționar de cuvinte străine ale limbii ruse
relativist- relativist... Dicționar de ortografie rusă
relativist - … Dicționar de ortografie al limbii ruse
Aya, oh. 1. la relativism și relativist. R opinii, convingeri. Teoria cunoașterii paradisului. 2. Fiz. Relativ la fenomene considerate pe baza teoriei relativității. Particulă de paradis. Viteză extremă (aproape de viteza luminii)... Dicţionar enciclopedic
relativist- o, o. 1) la relativism și relativist. R opinii, convingeri. Teoria cunoașterii paradisului. 2) fizic Relativ la fenomene considerate pe baza teoriei relativității. Particulă de paradis. Viteză extremă (aproape de viteza luminii)... Dicționar cu multe expresii
Cărți
- Structura spațiu-timpului, R. Penrose. Numele autorului este bine cunoscut de fizicienii teoreticieni și cosmologi. Penrose a fost cel care a demonstrat teorema importantă despre inevitabilitatea apariției unei singularități fizice a spațiu-timp...
Fizica și reducționismul. Fizica si vizibilitate. Teoria relativitatii.
Fizica și reducționismul
În acest subiect vom oferi un instantaneu al structurii moderne a lumii. Una dintre cele mai vechi și fundamentale științe - fizica - ne va ajuta. Fizica este cea mai importantă dintre științele naturii, deoarece tradus literal din greacă, cuvântul „fizică” înseamnă „natură”. Prin urmare, fizica este știința naturii. Fizica a fost întotdeauna considerată standardul cunoștințelor științifice. In ce sens? Nu că oferă cele mai importante și adevărate cunoștințe, ci că dezvăluie adevăruri care sunt valabile pentru întregul Univers despre relația mai multor variabile de bază. Versatilitatea sa este invers proporțională cu numărul de variabile pe care le introduce în formulele sale.
Așa cum atomii și quarcii sunt „blocurile de construcție” ale universului, tot așa legile fizicii sunt „blocurile de construcție” ale cunoașterii. Legile fizicii sunt „blocurile de bază” ale cunoașterii nu numai pentru că folosesc unele variabile și constante de bază și universale care operează în tot Universul, ci și pentru că în știință funcționează principiul reducționismului, care afirmă că legi din ce în ce mai complexe pentru dezvoltarea unor niveluri mai complexe de realitate trebuie să fie reductibilă la legile nivelurilor mai simple.
De exemplu, legile reproducerii vieții în genetică sunt relevate la nivel molecular ca legile interacțiunii dintre moleculele de ADN și ARN. Coordonarea legilor diferitelor zone ale lumii materiale este realizată de științe speciale de frontieră, precum biologia moleculară, biofizica, biochimia, geofizica, geochimia etc. Foarte des, științe noi se formează tocmai la joncțiunile disciplinelor mai vechi.
Există dezbateri aprinse cu privire la sfera de aplicabilitate a principiului reducționismului în metodologia științei, dar explicația în sine presupune întotdeauna reducerea explicatului la un nivel conceptual inferior. În acest sens, știința își confirmă pur și simplu raționalitatea.
Fizicienii susțin că nici un singur corp din Univers nu poate să nu se supună legii gravitației universale, iar dacă comportamentul său contrazice această lege, atunci intervin alte legi. Avionul nu cade la sol datorită designului și motorului său. O navă spațială învinge gravitația datorită combustibilului pentru avioane etc. Nici un avion, nici o navă spațială nu neagă legea gravitației, ci folosește factori care îi neutralizează efectul.
Puteți nega legile filozofiei, religiei, miracolele mistice, iar acest lucru este considerat normal. Dar se uită cu suspiciune la o persoană care neagă legile științei, să zicem legea gravitației universale. În acest sens, putem spune că legile fizicii stau la baza înțelegerii științifice a realității.
Fizica si vizualizare
Două circumstanțe fac dificilă înțelegerea fizicii moderne. În primul rând, utilizarea unui aparat matematic complex, care trebuie mai întâi studiat. A. Einstein a făcut o încercare reușită de a depăși această dificultate scriind un manual care nu conținea o singură formulă. Dar mai există o împrejurare care se dovedește a fi de netrecut - imposibilitatea creării unui model vizual al conceptelor fizice moderne: spațiu curbat; o particulă care este, de asemenea, un val etc. Ieșirea din situație este simplă - nu este nevoie nici măcar să încerci să o faci.
Progresul fizicii (și al științei în general) este asociat cu o abandonare treptată a vizibilității directe. Ca și cum o astfel de concluzie ar trebui să contrazică faptul că știința și fizica modernă se bazează în primul rând pe experiment, adică pe experiență empirică care are loc în condiții controlate de om și poate fi reprodusă în orice moment de orice număr de ori. Dar ideea este că unele aspecte ale realității sunt invizibile pentru observația superficială, iar claritatea poate induce în eroare. Mecanica lui Aristotel s-a bazat pe principiul: „Un corp în mișcare se oprește dacă forța care îl împinge încetează să acționeze”. S-a dovedit a corespunde realității pur și simplu pentru că nu s-a observat că motivul pentru care corpul se oprește este frecarea. Pentru a trage concluzia corectă a fost necesar un experiment, care nu a fost un experiment real, imposibil în acest caz, ci un experiment ideal.
Un astfel de experiment a fost realizat de marele om de știință italian Galileo Galilei, autorul „Dialogului asupra celor două sisteme principale ale lumii, ptolemaic și copernican” (1632). Pentru ca acest experiment de gândire să devină posibil, a fost necesar să ne imaginăm un corp ideal neted și o suprafață ideal netedă care elimină frecarea. Experimentul lui Galileo, care a condus la concluzia că, dacă nimic nu influențează mișcarea unui corp, acesta poate continua la infinit, a devenit baza mecanicii clasice a lui Newton (amintim cele trei legi ale mișcării din programa școlară de fizică). În 1686, Isaac Newton și-a prezentat „Principiile matematice ale filosofiei naturale” Societății Regale din Londra, în care a formulat legile de bază ale mișcării, legea gravitației universale, conceptele de masă, inerție și accelerație. Astfel, datorită experimentelor de gândire, a devenit posibilă o nouă imagine mecanicistă a lumii.
Poate că celebrele experimente de gândire ale lui Galileo au fost inspirate de crearea unui sistem heliocentric al lumii de către remarcabilul om de știință polonez Nicolaus Copernic (1473-1543), care a devenit un alt exemplu de respingere a vizibilității directe. Lucrarea majoră a lui Copernic, Despre conversia lumilor cerești, a rezumat observațiile și reflecțiile sale asupra acestor probleme timp de mai bine de 30 de ani. Astronomul danez Tycho Brahe (1546-1601), din motive de claritate, a formulat în 1588 o ipoteză conform căreia toate planetele se rotesc în jurul Soarelui, cu excepția Pământului, acesta din urmă este nemișcat și Soarele cu planetele. iar Luna se învârte în jurul ei. Și numai Johannes Kepler (1571-1630), după ce a stabilit trei legi ale mișcărilor planetare care îi poartă numele (primele două în 1609, a treia în 1618), a confirmat în cele din urmă validitatea învățăturilor lui Copernic.
Așadar, progresul științei moderne a fost determinat de idei idealizate care au rupt realitatea imediată. Cu toate acestea, fizica secolului al XX-lea ne obligă să abandonăm nu numai vizibilitatea directă, ci și vizibilitatea ca atare. Acest lucru împiedică reprezentarea realității fizice, dar ne permite să înțelegem mai bine adevărul cuvintelor lui Einstein că „conceptele fizice sunt creații libere ale minții umane și nu sunt determinate în mod unic de lumea exterioară” (Einstein A., Infeld L. Evolution of Fizica.- P. 30). „În încercarea noastră de a înțelege realitatea, suntem parțial ca o persoană care vrea să înțeleagă mecanismul unui ceas închis. Vede cadranul și mâinile în mișcare, chiar aude ticăitul, dar nu are niciun mijloc de a le deschide carcasa. Dacă este plin de duh, își poate face o anumită imagine a mecanismului care ar corespunde cu tot ceea ce observă, dar nu poate fi niciodată complet sigur că imaginea lui este singura care ar putea explica observațiile sale... treizeci).
Refuzul clarității ideilor științifice este un preț inevitabil de plătit pentru trecerea la studiul unor niveluri mai profunde ale realității care nu corespund mecanismelor dezvoltate evolutiv ale percepției umane.
Teoria relativitatii
Chiar și în mecanica clasică, principiul relativității lui Galileo era cunoscut: „Dacă legile mecanicii sunt valabile într-un sistem de coordonate, atunci ele sunt valabile în orice alt sistem care se mișcă rectiliniu și uniform în raport cu primul” (Einstein A., Infeld L. Evoluţia fizicii.- S. 130). Astfel de sisteme sunt numite inerțiale, deoarece mișcarea în ele este supusă legii inerției, care prevede: „Fiecare corp menține o stare de repaus sau o mișcare rectilinie uniformă, cu excepția cazului în care este forțat să o schimbe sub influența forțelor motrice” ( Ibid. - P. 126).
La începutul secolului XX, a devenit clar că principiul relativității este valabil și în optică și electrodinamică, adică în alte ramuri ale fizicii. Principiul relativității și-a extins sensul și acum suna astfel: orice proces se desfășoară în mod egal într-un sistem material izolat și în același sistem într-o stare de mișcare rectilinie uniformă. Sau: legile fizicii au aceeași formă în toate cadrele de referință inerțiale.
După ce fizicienii au abandonat ideea existenței eterului ca mediu universal, s-a prăbușit și ideea unui cadru de referință. Toate sistemele de referință au fost recunoscute ca echivalente, iar principiul relativității a devenit universal. Relativitatea în teoria relativității înseamnă că toate sistemele de referință sunt la fel și nu există niciunul care să aibă avantaje față de altele (față de care eterul ar fi nemișcat).
Trecerea de la un sistem inerțial la altul a fost efectuată în conformitate cu transformările Lorentz. Cu toate acestea, datele experimentale privind constanța vitezei luminii au condus la un paradox, a cărui rezoluție a necesitat introducerea unor concepte fundamental noi.
Următorul exemplu vă va ajuta să explicați acest lucru. Să presupunem că navigăm pe o navă care se deplasează rectiliniu și uniform față de țărm. Toate legile mișcării rămân aceleași aici ca pe țărm. Viteza totală de mișcare va fi determinată de suma mișcării pe navă și a mișcării navei în sine. La viteze departe de viteza luminii, acest lucru nu duce la o abatere de la legile mecanicii clasice. Dar dacă nava noastră atinge o viteză apropiată de viteza luminii, atunci suma vitezei de mișcare a navei și a navei poate depăși viteza luminii, ceea ce de fapt nu poate fi, deoarece conform experimentului Michelson-Morley , „viteza luminii este întotdeauna aceeași în toate coordonatele sistemelor, indiferent dacă sursa emitentă se mișcă sau nu și indiferent de modul în care se mișcă” (Einstein A., Infeld L. Cited. - P. 140).
Încercând să depășească dificultățile apărute, în 1904 H. Lorenz și-a propus să se considere că corpurile în mișcare se contractă în direcția mișcării lor (iar coeficientul de contracție depinde de viteza corpului) și că intervalele de timp aparente sunt măsurate în diferite sisteme de referință. . Dar în anul următor, A. Einstein a interpretat timpul aparent în transformările Lorentz ca fiind adevărat.
La fel ca Galileo, Einstein a folosit un experiment de gândire numit Trenul Einstein. „Să ne imaginăm un observator care se deplasează într-un tren și măsoară viteza luminii emise de luminile stradale de pe marginea drumului, adică se deplasează cu viteza C într-un cadru de referință în raport cu care trenul se deplasează cu viteza V. Conform teoremei clasice de adăugare a vitezelor, un observator care călătorește într-un tren ar trebui să atribuie viteza C - V luminii care se propagă în direcția de mișcare a trenului.” (Prigozhy I., Stengers I. Ordinea din haos. - P. 87). Cu toate acestea, viteza luminii acționează ca o constantă universală a naturii.
Având în vedere această contradicție, Einstein a propus abandonarea ideii de absolutitate și imuabilitate a proprietăților spațiului și timpului. Această concluzie contrazice bunul simț și ceea ce Kant a numit condițiile intuiției, deoarece nu ne putem imagina niciun spațiu în afară de tridimensional și nici un alt timp decât unidimensional. Dar știința nu trebuie neapărat să urmeze bunul simț și forme neschimbate de sensibilitate. Principalul criteriu pentru aceasta este corespondența dintre teorie și experiment. Teoria lui Einstein a îndeplinit acest criteriu și a fost acceptată. La un moment dat, ideea că Pământul este rotund și se mișcă în jurul Soarelui părea și ea contrară bunului simț și observației, dar s-au dovedit a fi adevărate.
Spațiul și timpul au fost considerate în mod tradițional în filosofie și știință ca principalele forme de existență a materiei, responsabile de amplasarea elementelor individuale ale materiei unele față de altele și de coordonarea naturală a fenomenelor succesive. Au fost luate în considerare caracteristicile spațiului uniformitate- proprietăți identice în toate direcțiile și izotropie- independența proprietăților față de direcție. De asemenea, timpul a fost considerat omogen, adică orice proces este, în principiu, repetabil după o anumită perioadă de timp. Cu aceste proprietăți este asociată simetria lumii, care este de mare importanță pentru cunoașterea ei. Spațiul era privit ca tridimensional, iar timpul ca unidimensional și se mișcă într-o singură direcție - din trecut în viitor. Timpul este ireversibil, dar în toate legile fizice nimic nu se schimbă de la schimbarea semnului timpului la cel opus și, prin urmare, din punct de vedere fizic, viitorul nu se poate distinge de trecut.
În istoria științei, sunt cunoscute două concepte de spațiu: spațiul neschimbător ca recipient al materiei (vederea lui Newton) și spațiul, ale căror proprietăți sunt asociate cu proprietățile corpurilor aflate în el (vederea lui Leibniz). Conform teoriei relativității, orice corp determină geometria spațiului.
Din teoria relativității speciale rezultă că lungimea unui corp (în general, distanța dintre două puncte materiale) și durata (precum și ritmul) proceselor care au loc în el nu sunt cantități absolute, ci relative. Când se apropie de viteza luminii, toate procesele din sistem încetinesc, dimensiunile longitudinale (de-a lungul mișcării) ale corpului sunt reduse, iar evenimentele care sunt simultane pentru un observator se dovedesc a fi diferite în timp pentru altul, mișcându-se în raport cu l. „Tija se va micșora la zero dacă viteza sa atinge viteza luminii... ceasul s-ar opri complet dacă s-ar putea mișca cu viteza luminii” (Einstein A., Infeld L. Cited. - P. 158).
S-a confirmat experimental că o particulă (de exemplu, un nucleon) se poate manifesta în relație cu o particulă care se mișcă lent în raport cu ea ca o particulă sferică și în legătură cu o particulă incidentă pe ea la o viteză foarte mare - ca un disc turtit în sensul de mișcare. În consecință, durata de viață a unui mezon pi încărcat cu mișcare lentă este de aproximativ 10 ~ 8 secunde, iar cea a unuia care se mișcă rapid (la viteza aproape de lumină) este de multe ori mai lungă. Deci, spațiul și timpul sunt forme generale de coordonare a fenomenelor materiale și nu există independent independent de materia începutului ființei.
Combinația dintre principiul relativității lui Galileo cu relativitatea simultaneității, găsită de Einstein, a fost numită principiul relativității lui Einstein. Conceptul de relativitate a devenit unul dintre principalele științe naturale moderne.
În teoria relativității speciale, proprietățile spațiului și timpului sunt luate în considerare fără a ține cont de câmpurile gravitaționale, care nu sunt inerțiale. Relativitatea generală extinde legile naturii la orice, inclusiv la sistemele non-inerțiale. Teoria generală a relativității a legat gravitația cu electromagnetismul și mecanica. Ea a înlocuit legea mecanicistă a gravitației universale a lui Newton cu legea câmpului gravitației. „Schematic, putem spune: trecerea de la legea gravitației lui Newton în relativitatea generală este într-o oarecare măsură analogă cu trecerea de la teoria fluidelor electrice și legea lui Coulomb la teoria lui Maxwell” (Einstein A., Infeld L. Cited. - P. . 196). Și aici fizica a trecut de la teoria materiei la teoria câmpului.
Timp de trei secole, fizica a fost mecanicistă și s-a ocupat doar de materie. Dar „ecuațiile lui Maxwell descriu structura câmpului electromagnetic. Arena acestor legi este întregul spațiu, și nu doar punctele în care se află materia sau sarcinile, așa cum este cazul legilor mecanice” (Ibid. - P. 120). Conceptul de mecanism de câmp înfrânt.
Ecuațiile lui Maxwell „nu leagă, așa cum fac legile lui Newton, două evenimente larg separate; ele nu leagă evenimentele de aici cu condițiile de acolo. Câmpul aici și acum depinde de câmpul din imediata vecinătate în momentul care tocmai a trecut” (Ibid. - P. 120). Acesta este un moment semnificativ nou în imaginea de teren a lumii. Undele electromagnetice se deplasează cu viteza luminii în spațiu, iar câmpul gravitațional acționează în mod similar.
Masele care creează un câmp gravitațional, conform teoriei generale a relativității, curbează spațiul și modifică curgerea timpului. Cu cât câmpul este mai puternic, cu atât timpul curge mai lent în comparație cu trecerea timpului în afara câmpului. Gravitația depinde nu numai de distribuția maselor în spațiu, ci și de mișcarea acestora, de presiunea și tensiunea prezente în corpuri, de câmpurile electromagnetice și de toate celelalte câmpuri fizice. Modificările câmpului gravitațional sunt distribuite în vid la viteza luminii. În teoria lui Einstein, materia influențează proprietățile spațiului și timpului.
La trecerea la scări cosmice, geometria spațiului încetează să mai fie euclidiană și se schimbă de la o regiune la alta în funcție de densitatea maselor din aceste regiuni și de mișcarea lor. La scara unei metagalaxii, geometria spațiului se modifică în timp datorită expansiunii metagalaxiei. La viteze care se apropie de viteza luminii, cu un câmp puternic, spațiul ajunge într-o stare singulară, adică este comprimat într-un punct. Prin această compresie, megalumea intră în interacțiune cu microlume și, în multe privințe, se dovedește a fi similară cu aceasta. Mecanica clasică rămâne valabilă ca caz limitativ la viteze mult mai mici decât viteza luminii și mase mult mai mici decât cele din megalume.
Teoria relativității a arătat unitatea spațiului și timpului, exprimată printr-o modificare comună a caracteristicilor acestora în funcție de concentrarea maselor și de mișcarea acestora. Timpul și spațiul au încetat să fie considerate independent unul de celălalt și a apărut ideea unui continuum cu patru dimensiuni spațiu-timp.
Teoria relativității a legat și masa și energia prin relația E=MC 2, unde C este viteza luminii. În teoria relativității, „două legi - legea conservării masei și a conservării energiei - și-au pierdut valabilitatea independent una de cealaltă și s-au dovedit a fi combinate într-o singură lege, care poate fi numită legea conservării energiei sau masa” (Heisenberg V. Fizica si Filosofia. Part and Whole.- M., 1989.- P. 69). Fenomenul anihilării, în care o particulă și o antiparticulă se distrug reciproc, și alte fenomene ale fizicii microlumilor confirmă această concluzie.
Deci, teoria relativității se bazează pe postulatele constantei vitezei luminii și pe aceleași legi ale naturii în toate sistemele fizice, iar principalele rezultate la care ajunge sunt următoarele: relativitatea proprietăților spațiului- timp; relativitatea masei și energiei; echivalența maselor grele și inerte (o consecință a ceea ce a observat Galileo că toate corpurile, indiferent de compoziția și masa lor, cad într-un câmp gravitațional cu aceeași accelerație).
Până în secolul al XX-lea au fost descoperite legile funcționării materiei (Newton) și a câmpurilor (Maxwell). În secolul al XX-lea, s-au făcut în mod repetat încercări de a crea o teorie unificată a câmpului care să combine conceptele de material și de câmp, care, totuși, s-au dovedit a fi nereușite.
În 1967, a fost înaintată o ipoteză despre prezența tahionilor, particule care se mișcă cu viteze mai mari decât viteza luminii. Dacă această ipoteză este vreodată confirmată, atunci este posibil ca din lumea relativității, care este foarte incomodă pentru o persoană obișnuită, în care doar viteza luminii este constantă, să ne întoarcem din nou într-o lume mai familiară, în care absolut spațiul seamănă cu o casă de încredere, cu pereți și acoperiș. Dar deocamdată acestea sunt doar vise, a căror fezabilitate reală poate fi discutată probabil abia în mileniul III.
Pentru a încheia această secțiune, vom cita cuvinte din cartea lui Heisenberg „Parte și întreg” despre ce înseamnă înțelegerea ca atare. „Înțelege” înseamnă aparent stăpânirea ideilor, concepte cu ajutorul cărora putem considera o mare varietate de fenomene diferite în legătura lor holistică, cu alte cuvinte, „îmbrățișarea” acestora. Gândurile noastre se liniștesc atunci când aflăm că orice situație specifică, aparent confuză, este doar o consecință particulară a ceva mai general, astfel susceptibilă la o formulare mai simplă. Reducerea varietății variate a fenomenelor la un prim principiu general și simplu sau, așa cum ar spune grecii, „mulți” la „unul”, este tocmai ceea ce numim „înțelegere”. Capacitatea de a prezice numeric un eveniment este adesea o consecință a înțelegerii, a deținerii unor concepte corecte, dar nu este direct identică cu înțelegerea” (Heisenberg V. Physics and Philosophy. Part and Whole. - M., 1989. - P. 165).
