Špeciálna alebo čiastočná teória relativity je teória štruktúry časopriestoru. Prvýkrát ho predstavil v roku 1905 Albert Einstein vo svojom diele „O elektrodynamike pohybujúcich sa telies“. Teória popisuje pohyb, zákony mechaniky a časopriestorové vzťahy, ktoré ich definujú, pri rýchlostiach pohybu blízkych rýchlosti svetla. Klasická newtonovská mechanika v rámci špeciálnej teórie relativity je aproximáciou pre nízke rýchlosti.
Všeobecná teória relativity
Všeobecná relativita je teória gravitácie vyvinutá Einsteinom v rokoch 1905-1917. Ide o ďalší vývoj špeciálnej teórie relativity. Všeobecná teória relativity predpokladá, že gravitačné účinky nie sú spôsobené silovou interakciou telies a polí, ale deformáciou samotného časopriestoru, v ktorom sa nachádzajú. Táto deformácia čiastočne súvisí s prítomnosťou masovej energie.
Odkazy
- Všeobecná teória relativity – časopriestorové kontinuum (rus.) – Jednoducho o komplexe.
- Špeciálna teória relativity (ruština) - Jednoducho o komplexe.
Nadácia Wikimedia. 2010.
Pozrite sa, čo je „relativistická fyzika“ v iných slovníkoch:
Fyzika a realita- „FYZIKA A REALITA“ je zbierka článkov A. Einsteina, ktoré napísal v rôznych obdobiach jeho tvorivého života. Rus. vydanie M., 1965. Kniha odráža hlavné epistemologické a metodologické názory veľkého fyzika. Medzi nimi… … Encyklopédia epistemológie a filozofie vedy
- (RTG) teória gravitácie, založená na reprezentácii gravitačného poľa ako symetrického tenzorového fyzikálneho poľa valencie 2 v Minkowského priestore. Vyvinutý akademikom Ruskej akadémie vied A. A. Logunovom so skupinou... ... Wikipedia
- (grécky τὰ φυσικά - veda o prírode, z φύσις - príroda) - komplex prírodovedných. disciplíny, ktoré študujú všeobecné vlastnosti štruktúry, interakcie a pohybu hmoty. V súlade s týmito úlohami moderné F. možno veľmi zhruba rozdeliť na tri veľké... ... Filozofická encyklopédia
Hyperjadrová fyzika je odvetvie fyziky na priesečníku jadrovej fyziky a fyziky elementárnych častíc, v ktorom sú predmetom skúmania systémy podobné jadru obsahujúce okrem protónov a neutrónov aj ďalšie elementárne častice, hyperóny. Tiež... ... Wikipedia
Oblasť fyziky, ktorá študuje dynamiku častíc v urýchľovačoch, ako aj početné technické problémy spojené s konštrukciou a prevádzkou urýchľovačov častíc. Fyzika urýchľovača zahŕňa otázky súvisiace s produkciou a akumuláciou častíc... Wikipedia
FYZIKA. 1. Predmet a štruktúra fyziky Fyzika je veda, ktorá študuje to najjednoduchšie a zároveň najdôležitejšie. všeobecné vlastnosti a zákony pohybu objektov hmotného sveta okolo nás. V dôsledku tejto zhody neexistujú žiadne prírodné javy, ktoré by nemali fyzikálne vlastnosti. vlastnosti... Fyzická encyklopédia
Relativistická mechanika je oblasť fyziky, ktorá zohľadňuje zákony mechaniky (zákony pohybu telies a častíc) pri rýchlostiach porovnateľných s rýchlosťou svetla. Pri rýchlostiach výrazne nižších ako je rýchlosť svetla sa transformuje na klasickú (newtonovskú) ... ... Wikipedia
Fyzikálny odbor venovaný štúdiu jadrových procesov, pri ktorých sa častice, ktoré tvoria jadrovú hmotu, pohybujú rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla c. RI. f. vznikla v roku 1970 72 v súvislosti s experimentmi na zväzkoch relativistických jadier,... ... Fyzická encyklopédia
I. Predmet a štruktúra fyziky Fyzika je veda, ktorá študuje najjednoduchšie a zároveň najvšeobecnejšie zákonitosti prírodných javov, vlastnosti a štruktúru hmoty a zákonitosti jej pohybu. Preto pojmy F. a iné zákony sú základom všetkého... ... Veľká sovietska encyklopédia
Príklady rôznych fyzikálnych javov Fyzika (zo starogréčtiny φύσις ... Wikipedia
knihy
- Fyzika vysokoprúdových relativistických elektrónových lúčov, A. A. Rukhadze, L. S. Bogdankevich, S. E. Rosinsky, V. G. Rukhlin. Systematicky sú prezentované základy fyziky pulzných vysokoprúdových elektrónových lúčov a ich interakcie s plazmou. Rôzne rovnovážne konfigurácie, formovanie a...
Špeciálna teória relativity(SRT) uvažuje o vzťahu fyzikálnych procesov iba v inerciálnom referenčné systémy (FR), to znamená v FR, ktoré sa voči sebe pohybujú rovnomerne v priamke.
Všeobecná teória relativity(GR) uvažuje o vzájomnej súvislosti fyzikálnych procesov v neinerciálnom CO, to znamená v CO, ktoré sa voči sebe pohybujú zrýchleným tempom.
Priestor
charakterizuje vzájomnú polohu telies;
priestor je homogénny, má tri rozmery;
všetky smery v priestore sú rovnaké.
Čas
charakterizuje sled udalostí;
čas má jeden rozmer;
čas je homogénny a izotropný.
Postuláty teórie relativity:
1. Vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách sa všetky fyzikálne javy vyskytujú rovnako.
Tie. všetky inerciálne referencie Rovnaké práva. Žiadne experimenty v žiadnej oblasti fyziky neumožňujú izolovať absolútny inerciálny CO.
2. Rýchlosť svetla vo vákuu je rovnaká vo všetkých inerciálnych referenciách a nezávisí od rýchlosti svetelného zdroja a pozorovateľa (t.j. rýchlosť svetla vo vákuu je invariantná).
Rýchlosť šírenia svetla vo vákuu je maximálne možné rýchlosť šírenia alebo prenosu akejkoľvek interakcie:
s = 299792,5 km/s.
Relativita simultánnosti
Udalosť je akýkoľvek jav vyskytujúci sa v danom bode priestoru v určitom časovom bode.
Stanoviť udalosť znamená nastaviť bod v štvorrozmernom priestore „súradnice – čas“, t.j. kedy a kde k udalosti dôjde.
V klasickej mechanike Newtonov čas je rovnaký v akejkoľvek inerciálnej referenčnej sústave, to znamená, že má absolútnu hodnotu a nezávisí od výberu CO.
V relativistickej mechanike čas závisí od výberu CO.
Udalosti vyskytujúce sa súčasne v jednom SO nemusia byť súčasné v inom SO, ktorý sa pohybuje relatívne k prvému.
Čo sa týka dvoch hodín, z ktorých jedny sú umiestnené na prove a druhé na korme lode, udalosť (svetlica) nenastáva súčasne. Hodiny A a B sú synchronizované a sú v rovnakej vzdialenosti od svetelného zdroja umiestneného medzi nimi. Svetlo sa šíri rovnakou rýchlosťou vo všetkých smeroch, ale hodinky detekujú záblesk v rôznych časoch.
Nech je jeden pozorovateľ vo vnútri lode (vnútorný pozorovateľ) v referenčnom rámci K‘ a druhý mimo lode (vonkajší pozorovateľ) v referenčnom rámci K.
Referenčný systém K' je spojený s loďou a pohybuje sa rýchlosťou v
relatívne stacionárne referenčný systém K, ktorý spojený s vonkajším pozorovateľom.
Ak je uprostred lode, ktorá sa pohybuje nejakou rýchlosťou v vzhľadom na vonkajšieho pozorovateľa bude svetelný zdroj blikať, potom pre vnútorného pozorovateľa svetlo dopadá na kormu a provu lode súčasne. Tie. v referenčnom rámci K' sa tieto dve udalosti vyskytujú súčasne.
Pre vonkajšieho pozorovateľa sa korma „priblíži“ k svetelnému zdroju a prova lode sa vzdiali a svetlo sa dostane na kormu pred provu lode. Tie. v referenčnom rámci K tieto dve udalosti nenastávajú súčasne.
Relativistický zákon sčítania rýchlostí
Klasický zákon sčítania rýchlostí nie je možné aplikovať v relativistickej mechanike (to je v rozpore s druhým postulátom SRT), preto sa v STR používa relativistický zákon sčítania rýchlostí.
Je zrejmé, že pri rýchlostiach, ktoré sú oveľa menšie ako rýchlosť svetla, má relativistický zákon sčítania rýchlostí podobu klasického zákona sčítania rýchlostí.
Dôsledky postulátov teórie relativity
1. Časové intervaly sa zvyšujú, čas sa spomaľuje.
Počas rádioaktívneho rozpadu jadier bola experimentálne preukázaná dilatácia času: rádioaktívny rozpad zrýchlených jadier je spomalený v porovnaní s rádioaktívnym rozpadom tých istých jadier v pokoji.
2. Veľkosti telies sa v smere pohybu zmenšujú.
Zo vzorca je zrejmé, že teleso má najväčšiu dĺžku v stacionárnom CO. Zmena dĺžky tela počas pohybu je tzv Lorentzova kontrakcia dĺžky .
Ako súvisí hmotnosť a energia?
V literatúre je známy Einsteinov vzorec napísaný v 4 verziách, čo naznačuje, že nie je veľmi hlboko pochopený.
Pôvodný vzorec sa objavil v krátkej poznámke Einsteina v roku 1905:
Tento vzorec má hlboký fyzikálny význam. Ona to hovorí Hmotnosť telesa, ktoré je ako celok v pokoji, určuje energetický obsah v ňom bez ohľadu na povahu tejto energie.
Napríklad, vnútorná kinetická energia chaotického pohybu častíc tvoriacich teleso je zahrnutá do pokojovej energie telesa, na rozdiel od kinetickej energie translačného pohybu. To znamená, že zahrievaním telesa zväčšujeme jeho hmotnosť.
Treba tiež poznamenať, že vzorec sa číta sprava doľavaAkákoľvek hmotnosť určuje energiu telesa. Ale nie každá energia môže byť v súlade s nejakou hmotnosťou.
Zo vzorca vyplýva aj to, že
zmena energie telesa je priamo úmerná zmene jeho hmotnosti:
V prípade, že sa telo začne hýbať, zvyšná energia sa premení na celkovú energiu v CO, ktorý sa ako celok pohybuje dopredu určitou rýchlosťou. v .
Relativistická mechanika je mechanika, na ktorú sa zmení newtonovská mechanika, ak sa teleso pohybuje rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla. Pri takýchto vysokých rýchlostiach sa začnú diať jednoducho magické a úplne neočakávané veci, ako napríklad relativistická kontrakcia dĺžky alebo dilatácia času.
Ale ako presne sa klasická mechanika stáva relativistickou? O všetkom v poriadku v našom novom článku.
Začnime od úplného začiatku...
Galileov princíp relativity
Galileov princíp relativity (1564-1642) hovorí:
V inerciálnych referenčných systémoch prebiehajú všetky procesy rovnakým spôsobom, ak je systém stacionárny alebo sa pohybuje rovnomerne a priamočiaro.
V tomto prípade hovoríme výlučne o mechanických procesoch. Čo to znamená? To znamená, že ak sa napríklad plavíme na rovnomerne a priamočiaro sa pohybujúcom trajekte cez hmlu, nedokážeme určiť, či sa trajekt pohybuje alebo je v pokoji. Inými slovami, ak vykonáte experiment v dvoch identických uzavretých laboratóriách, z ktorých jedno sa voči druhému pohybuje rovnomerne a priamočiaro, výsledok experimentu bude rovnaký.
Galileovské premeny
Galileove transformácie v klasickej mechanike sú transformácie súradníc a rýchlosti pri pohybe z jedného inerciálneho referenčného systému do druhého. Nebudeme tu uvádzať všetky výpočty a závery, ale jednoducho si zapíšte vzorec na prevod rýchlosti. Podľa tohto vzorca sa rýchlosť telesa vzhľadom na stacionárnu referenčnú sústavu rovná vektorovému súčtu rýchlosti telesa v pohybujúcej sa referenčnej sústave a rýchlosti pohybujúcej sa referenčnej sústavy voči stacionárnej sústave.
Galileovský princíp relativity, ktorý sme citovali vyššie, je špeciálnym prípadom Einsteinovho princípu relativity.
Einsteinov princíp relativity a postuláty SRT
Začiatkom dvadsiateho storočia, po viac ako dvoch storočiach dominancie klasickej mechaniky, vyvstala otázka rozšírenia princípu relativity aj na nemechanické javy. Dôvodom tejto otázky bol prirodzený vývoj fyziky, najmä optiky a elektrodynamiky. Výsledky početných experimentov buď potvrdili platnosť formulácie Galileovho princípu relativity pre všetky fyzikálne javy, alebo v mnohých prípadoch naznačili omyl Galileových transformácií.
Napríklad kontrola vzorca na sčítanie rýchlostí ukázala, že pri rýchlostiach blízkych rýchlosti svetla je nesprávny. Navyše, Fizeauov experiment v roku 1881 ukázal, že rýchlosť svetla nezávisí od rýchlosti pohybu zdroja a pozorovateľa, t.j. zostáva konštantná v akomkoľvek referenčnom rámci. Tento experimentálny výsledok nezapadal do rámca klasickej mechaniky.
Albert Einstein našiel riešenie tohto a ďalších problémov. Aby sa teória zblížila s praxou, musel Einstein opustiť niekoľko zdanlivo zrejmých právd klasickej mechaniky. Totiž predpokladať, že vzdialenosti a časové intervaly v rôznych referenčných systémoch nie sú konštantné . Nižšie sú uvedené hlavné postuláty Einsteinovej špeciálnej teórie relativity (STR):
Prvý postulát:Vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách prebiehajú všetky fyzikálne javy rovnako. Pri prechode z jedného systému do druhého sú všetky prírodné zákony a javy, ktoré ich opisujú, nemenné, to znamená, že žiadne experimenty nemôžu uprednostniť jeden zo systémov, pretože sú nemenné.
Druhý postulát : S rýchlosť svetla vo vákuu je vo všetkých smeroch rovnaká a nezávisí od zdroja a pozorovateľa, t.j. nemení pri prechode z jedného inerciálneho rámca do druhého.
Rýchlosť svetla je maximálna rýchlosť. Žiadny signál alebo akcia nemôže cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla.
Transformácie súradníc a času pri prechode zo stacionárneho referenčného systému do systému pohybujúceho sa rýchlosťou svetla sa nazývajú Lorentzove transformácie. Napríklad nechajte jeden systém v pokoji a druhý sa pohybuje pozdĺž osi x.
Ako vidíme, spolu so súradnicami sa mení aj čas, to znamená, že funguje ako štvrtinová súradnica. Lorentzove transformácie ukazujú, že v STR sú priestor a čas neoddeliteľné, na rozdiel od klasickej mechaniky.
Pamätáte si na paradox dvoch dvojčiat, z ktorých jedno čakalo na zemi a druhé letelo vo vesmírnej lodi veľmi vysokou rýchlosťou? Keď sa brat astronaut vrátil na zem, našiel svojho brata starého muža, hoci on sám bol takmer taký mladý, ako keď sa cesta začala. Typický príklad toho, ako sa mení čas v závislosti od referenčného systému.
Pri rýchlostiach oveľa nižších ako je rýchlosť svetla sa Lorentzove transformácie menia na Galileove transformácie. Aj pri rýchlosti moderných prúdových lietadiel a rakiet sú odchýlky od zákonov klasickej mechaniky také malé, že sa prakticky nedajú zmerať.
Mechanika, ktorá berie do úvahy Lorentzove transformácie, sa nazýva relativistická.
V rámci relativistickej mechaniky sa menia formulácie niektorých fyzikálnych veličín. Napríklad hybnosť telesa v relativistickej mechanike v súlade s Lorentzovými transformáciami možno zapísať takto:
Podľa toho bude mať druhý Newtonov zákon v relativistickej mechanike tvar:
A celková relativistická energia telesa v relativistickej mechanike sa rovná
Ak je telo v pokoji a rýchlosť je nulová, tento vzorec sa premení na povestný
Tento vzorec, ktorý zrejme každý pozná, ukazuje, že hmotnosť je mierou celkovej energie telesa a tiež ilustruje základnú možnosť premeny energie hmoty na energiu žiarenia.
Vážení priatelia, touto slávnostnou poznámkou dnes ukončíme našu recenziu relativistickej mechaniky. Pozreli sme sa na princíp relativity Galilea a Einsteina, ako aj na niektoré základné vzorce relativistickej mechaniky. Tým, ktorí sú vytrvalí a dočítali článok až do konca, pripomíname, že na svete neexistujú „neriešiteľné“ úlohy alebo problémy, ktoré by sa nedali vyriešiť. Nemá zmysel panikáriť a trápiť sa nad nedokončenými ročníkovými prácami. Len si spomeňte na rozsah vesmíru, zhlboka sa nadýchnite a zverte túto úlohu skutočným profesionálom -
Používa sa vo fyzike pri javoch spôsobených pohybom rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla alebo silných gravitačných polí. Takéto javy popisuje teória relativity.
Moderná encyklopédia. 2000 .
Synonymá:Pozrite sa, čo je „RELATIVISTIC“ v iných slovníkoch:
Relativistický slovník ruských synoným. relativistický adj., počet synoným: 1 relativistický (1) Slovník sinon ... Slovník synonym
RELATIVISTICKÝ, relativistic, relativistic (filozofický, vedecký). adj. na relativistu. Ushakovov vysvetľujúci slovník. D.N. Ušakov. 1935 1940 ... Ušakovov vysvetľujúci slovník
RELATIVISMUS, a, m.Vo filozofii: metodologické stanovisko, zástancovia roja, absolutizujúci relativitu a podmienenosť všetkých našich vedomostí, považujú objektívne poznanie skutočnosti za nemožné. Ozhegovov výkladový slovník. S.I. Ozhegov, N.Yu...... Ozhegovov výkladový slovník
Adj. 1. pomer s podstatným menom relativizmus, relativizmus, spájaný s nimi 2. Charakterizovaný relativizmom, spájaný s teóriou relativity A. Einsteina. Efraimov výkladový slovník. T. F. Efremová. 2000... Moderný výkladový slovník ruského jazyka od Efremovej
Relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický, relativistický,... ... Podoby slov
- (lat. relativus relatívny) fyzický. pojem týkajúci sa javov posudzovaných na základe zv. (konkrétna) teória relativity (teória pohybu telies s rýchlosťami blízkymi rýchlosti svetla) alebo založená na všeobecnej teórii relativity (teória ... Slovník cudzích slov ruského jazyka
relativistický-relativistický... ruský pravopisný slovník
relativistický - … Pravopisný slovník ruského jazyka
Aya, oh. 1. k relativizmu a relativizmu. R názory, presvedčenia. Rajská teória poznania. 2. fyz. Týka sa javov uvažovaných na základe teórie relativity. Rajská častica. Extrémna rýchlosť (blízka rýchlosti svetla) ... encyklopedický slovník
relativistický- oh, oh. 1) k relativizmu a relativizmu. R názory, presvedčenia. Rajská teória poznania. 2) fyzické Týka sa javov uvažovaných na základe teórie relativity. Rajská častica. Extrémna rýchlosť (blízka rýchlosti svetla) ... Slovník mnohých výrazov
knihy
- Štruktúra časopriestoru, R. Penrose. Meno autora je dobre známe teoretickým fyzikom a kozmológom. Bol to Penrose, kto dokázal dôležitú vetu o nevyhnutnosti vzniku fyzikálnej singularity časopriestoru...
Fyzika a redukcionizmus. Fyzika a viditeľnosť. Teória relativity.
Fyzika a redukcionizmus
V tejto téme poskytneme prehľad o modernej štruktúre sveta. Pomôže nám jedna z najstarších a najzákladnejších vied – fyzika. Fyzika je najdôležitejšia z prírodných vied, pretože slovo „fyzika“ v doslovnom preklade z gréčtiny znamená „príroda“. Preto je fyzika vedou o prírode. Fyzika bola vždy považovaná za štandard vedeckého poznania. V akom zmysle? Nie, že poskytuje najdôležitejšie a pravdivé poznatky, ale že odhaľuje pravdy platné pre celý Vesmír o vzťahu niekoľkých základných premenných. Jeho všestrannosť je nepriamo úmerná počtu premenných, ktoré zavádza do svojich vzorcov.
Tak ako sú atómy a kvarky „stavebnými kameňmi“ vesmíru, tak aj fyzikálne zákony sú „stavebnými kameňmi“ poznania. Fyzikálne zákony sú „stavebnými kameňmi“ poznania nielen preto, že využívajú niektoré základné a univerzálne premenné a konštanty, ktoré pôsobia v celom vesmíre, ale aj preto, že vo vede funguje princíp redukcionizmu, ktorý tvrdí, že čoraz zložitejšie zákony pre vývoj zložitejších úrovní reality musí byť redukovateľný na zákony jednoduchších úrovní.
Napríklad zákony reprodukcie života v genetike sa odhaľujú na molekulárnej úrovni ako zákony interakcie medzi molekulami DNA a RNA. Koordináciu zákonitostí rôznych oblastí hmotného sveta vykonávajú špeciálne hraničné vedy, akými sú molekulárna biológia, biofyzika, biochémia, geofyzika, geochémia atď. Veľmi často sa nové vedy formujú práve na miestach, kde sa spájajú staršie disciplíny.
O rozsahu aplikovateľnosti princípu redukcionizmu v metodológii vedy sa vedú búrlivé debaty, no samotné vysvetlenie vždy predpokladá redukciu vysvetľovaného na nižšiu koncepčnú úroveň. V tomto zmysle veda jednoducho potvrdzuje svoju racionalitu.
Fyzici tvrdia, že ani jedno teleso vo vesmíre nemôže porušiť zákon univerzálnej gravitácie a ak je jeho správanie v rozpore s týmto zákonom, zasiahnu iné zákony. Lietadlo vďaka svojej konštrukcii a motoru nespadne na zem. Vesmírna loď prekonáva gravitáciu vďaka leteckému palivu atď. Ani lietadlo, ani vesmírna loď nepopierajú zákon gravitácie, ale využívajú faktory, ktoré neutralizujú jeho účinok.
Môžete poprieť zákony filozofie, náboženstva, mystické zázraky a to sa považuje za normálne. Ale s nedôverou sa pozerajú na človeka, ktorý popiera zákony vedy, povedzme, zákon univerzálnej gravitácie. V tomto zmysle môžeme povedať, že fyzikálne zákony sú základom vedeckého chápania reality.
Fyzika a vizualizácia
Dve okolnosti sťažujú pochopenie modernej fyziky. Po prvé, použitie zložitého matematického aparátu, ktorý treba najskôr naštudovať. A. Einstein sa úspešne pokúsil prekonať túto ťažkosť napísaním učebnice, ktorá neobsahovala jediný vzorec. Ale je tu ešte jedna okolnosť, ktorá sa ukazuje ako neprekonateľná – nemožnosť vytvorenia vizuálneho modelu moderných fyzikálnych konceptov: zakrivený priestor; častica, ktorá je zároveň vlnou atď. Východisko zo situácie je jednoduché - netreba sa o to ani pokúšať.
Pokrok fyziky (a vedy vôbec) je spojený s postupným opúšťaním priamej viditeľnosti. Akoby takýto záver mal protirečiť skutočnosti, že moderná veda a fyzika sú primárne založené na experimente, teda na empirickej skúsenosti, ktorá sa odohráva v podmienkach ovládaných človekom a môže byť kedykoľvek a koľkokrát reprodukovaná. Ale podstatou je, že niektoré aspekty reality sú neviditeľné pre povrchné pozorovanie a jasnosť môže byť zavádzajúca. Aristotelova mechanika bola založená na princípe: „Pohybujúce sa teleso sa zastaví, ak sila, ktorá ho tlačí, prestane pôsobiť. Ukázalo sa, že zodpovedá realite jednoducho preto, že si nevšimli, že dôvodom, prečo sa telo zastaví, je trenie. Na vyvodenie správneho záveru bol potrebný experiment, ktorý nebol skutočným, v tomto prípade nemožným, ale ideálnym experimentom.
Takýto experiment uskutočnil veľký taliansky vedec Galileo Galilei, autor „Dialógu o dvoch hlavných systémoch sveta, Ptolemaiovom a Koperníkovom“ (1632). Aby sa tento myšlienkový experiment stal možným, bolo potrebné predstaviť si ideálne hladké telo a ideálne hladký povrch, ktorý eliminuje trenie. Galileov experiment, ktorý viedol k záveru, že ak nič neovplyvňuje pohyb telesa, môže pokračovať donekonečna, sa stal základom Newtonovej klasickej mechaniky (spomeňte si na tri pohybové zákony zo školského učiva fyziky). V roku 1686 Isaac Newton predložil Kráľovskej spoločnosti v Londýne svoje „Matematické princípy prírodnej filozofie“, v ktorých formuloval základné zákony pohybu, zákon univerzálnej gravitácie, pojmy hmotnosti, zotrvačnosti a zrýchlenia. Tak sa vďaka myšlienkovým experimentom stal možný nový mechanistický obraz sveta.
Možno, že slávne myšlienkové experimenty Galilea boli inšpirované vytvorením heliocentrického systému sveta vynikajúcim poľským vedcom Mikulášom Kopernikom (1473-1543), ktorý sa stal ďalším príkladom odmietnutia priamej viditeľnosti. Hlavné Kopernikovo dielo O premene nebeských svetov zhrnulo jeho pozorovania a úvahy o týchto otázkach za viac ako 30 rokov. Dánsky astronóm Tycho Brahe (1546-1601) pre jasnosť predložil v roku 1588 hypotézu, podľa ktorej sa všetky planéty otáčajú okolo Slnka s výnimkou Zeme, ktorá je nehybná a Slnko s planétami a Mesiac sa točí okolo neho. A iba Johannes Kepler (1571-1630), ktorý stanovil tri zákony pohybu planét nesúce jeho meno (prvé dva v roku 1609, tretí v roku 1618), nakoniec potvrdil platnosť Kopernikovho učenia.
Pokrok modernej vedy teda určovali idealizované predstavy, ktoré sa rozchádzali s bezprostrednou realitou. Fyzika 20. storočia nás však núti opustiť nielen priamu viditeľnosť, ale aj viditeľnosť ako takú. To bráni reprezentácii fyzickej reality, ale umožňuje nám to lepšie pochopiť pravdivosť Einsteinových slov, že „fyzické koncepty sú slobodné výtvory ľudskej mysle a nie sú jednoznačne určené vonkajším svetom“ (Einstein A., Infeld L. Evolution of Fyzika - str. 30). „V našej snahe pochopiť realitu sme čiastočne ako ľudia, ktorí chcú pochopiť mechanizmus zatvorených hodín. Vidí ciferník a pohybujúce sa ručičky, dokonca počuje tikanie, ale nemá prostriedky na otvorenie puzdra. Ak je vtipný, dokáže si nakresliť určitý obraz mechanizmu, ktorý by zodpovedal všetkému, čo pozoruje, ale nikdy si nemôže byť úplne istý, že jeho obraz je jediný, ktorý by mohol vysvetliť jeho pozorovania... tridsať).
Odmietnutie jasnosti vedeckých myšlienok je nevyhnutnou cenou za prechod k štúdiu hlbších úrovní reality, ktoré nezodpovedajú evolučne vyvinutým mechanizmom ľudského vnímania.
Teória relativity
Dokonca aj v klasickej mechanike bol známy Galileov princíp relativity: „Ak zákony mechaniky platia v jednom súradnicovom systéme, potom platia aj v akomkoľvek inom systéme, ktorý sa pohybuje priamočiaro a rovnomerne vzhľadom na prvý“ (Einstein A., Infeld L. Evolúcia fyziky.- S. 130). Takéto systémy sa nazývajú inerciálne, pretože pohyb v nich podlieha zákonu zotrvačnosti, ktorý hovorí: „Každé teleso si udržiava stav pokoja alebo rovnomerného priamočiareho pohybu, pokiaľ nie je nútené ho meniť pod vplyvom hnacích síl“ ( Tamže - str. 126).
Začiatkom 20. storočia sa ukázalo, že princíp relativity platí aj v optike a elektrodynamike, teda v iných odvetviach fyziky. Princíp relativity rozšíril svoj význam a teraz znel takto: každý proces prebieha rovnako v izolovanom hmotnom systéme a v tom istom systéme v stave rovnomerného priamočiareho pohybu. Alebo: fyzikálne zákony majú rovnakú formu vo všetkých inerciálnych vzťažných sústavách.
Keď fyzici opustili myšlienku existencie éteru ako univerzálneho média, zrútila sa aj myšlienka referenčného rámca. Všetky referenčné systémy boli uznané ako ekvivalentné a princíp relativity sa stal univerzálnym. Relativita v teórii relativity znamená, že všetky referenčné systémy sú rovnaké a neexistuje žiadna, ktorá by mala výhody oproti ostatným (voči ktorým by bol éter nehybný).
Prechod z jedného inerciálneho systému do druhého sa uskutočnil v súlade s Lorentzovými transformáciami. Experimentálne údaje o stálosti rýchlosti svetla však viedli k paradoxu, ktorého riešenie si vyžiadalo zavedenie zásadne nových konceptov.
Nasledujúci príklad vám to pomôže vysvetliť. Predpokladajme, že sa plavíme na lodi, ktorá sa pohybuje priamočiaro a rovnomerne voči brehu. Všetky zákony pohybu tu zostávajú rovnaké ako na brehu. Celková rýchlosť pohybu bude určená súčtom pohybu na lodi a pohybu samotnej lode. Pri rýchlostiach ďaleko od rýchlosti svetla to nevedie k odchýlke od zákonov klasickej mechaniky. Ale ak naša loď dosiahne rýchlosť blízku rýchlosti svetla, potom súčet rýchlosti pohybu lode a na lodi môže prekročiť rýchlosť svetla, čo v skutočnosti nemôže byť, keďže podľa Michelson-Morleyho experimentu „Rýchlosť svetla je vždy rovnaká vo všetkých systémových súradniciach, bez ohľadu na to, či sa zdroj vyžarovania pohybuje alebo nie, a bez ohľadu na to, ako sa pohybuje“ (Einstein A., Infeld L. Cited. - P. 140).
V snahe prekonať ťažkosti, ktoré sa vyskytli, v roku 1904 H. Lorenz navrhol zvážiť, že pohybujúce sa telesá sa sťahujú v smere svojho pohybu (a koeficient kontrakcie závisí od rýchlosti telesa) a že zdanlivé časové intervaly sa merajú v rôznych referenčných systémoch. . Ale nasledujúci rok A. Einstein interpretoval zdanlivý čas v Lorentzových transformáciách ako pravdivý.
Podobne ako Galileo, aj Einstein použil myšlienkový experiment s názvom Einsteinov vlak. „Predstavme si pozorovateľa, ktorý jazdí vo vlaku a meria rýchlosť svetla vyžarovaného pouličnými svetlami na strane cesty, to znamená, že sa pohybuje rýchlosťou C v referenčnom rámci, voči ktorému sa vlak pohybuje rýchlosťou V. Podľa klasickej vety o sčítaní rýchlostí by pozorovateľ cestujúci vo vlaku musel prisúdiť rýchlosť C - V svetlu šíriacemu sa v smere pohybu vlaku.“ (Prigozhy I., Stengers I. Poriadok z chaosu. - S. 87). Rýchlosť svetla však pôsobí ako univerzálna konštanta prírody.
Vzhľadom na tento rozpor Einstein navrhol opustiť myšlienku absolútnosti a nemennosti vlastností priestoru a času. Tento záver je v rozpore so zdravým rozumom a tým, čo Kant nazval podmienkami intuície, keďže si nedokážeme predstaviť iný priestor ako trojrozmerný a žiaden čas iný ako jednorozmerný. Ale veda sa nemusí nutne riadiť zdravým rozumom a nemennými formami vnímavosti. Hlavným kritériom je súlad medzi teóriou a experimentom. Einsteinova teória splnila toto kritérium a bola prijatá. Kedysi sa zdala byť v rozpore so zdravým rozumom a pozorovaním aj predstava, že Zem je guľatá a pohybuje sa okolo Slnka, ale ukázalo sa, že je pravdivá.
Priestor a čas sú vo filozofii a vede tradične považované za hlavné formy existencie hmoty, zodpovedné za umiestnenie jednotlivých prvkov hmoty voči sebe navzájom a za prirodzenú koordináciu po sebe nasledujúcich javov. Zohľadnili sa vlastnosti priestoru jednotnosť- rovnaké vlastnosti vo všetkých smeroch, a izotropia- nezávislosť vlastností od smeru. Čas bol tiež považovaný za homogénny, t. j. každý proces je v zásade po určitom čase opakovateľný. S týmito vlastnosťami je spojená symetria sveta, ktorá má veľký význam pre jeho poznanie. Priestor bol vnímaný ako trojrozmerný a čas ako jednorozmerný a pohybujúci sa jedným smerom – z minulosti do budúcnosti. Čas je nezvratný, ale vo všetkých fyzikálnych zákonoch sa nič nemení od zmeny znamenia času na opačné, a preto je fyzikálne budúcnosť na nerozoznanie od minulosti.
V dejinách vedy sú známe dva koncepty priestoru: nemenný priestor ako nádoba hmoty (Newtonov pohľad) a priestor, ktorého vlastnosti sú spojené s vlastnosťami telies v ňom nachádzajúcich sa (Leibnizov pohľad). Podľa teórie relativity každé teleso určuje geometriu priestoru.
Zo špeciálnej teórie relativity vyplýva, že dĺžka telesa (vo všeobecnosti vzdialenosť medzi dvoma hmotnými bodmi) a trvanie (ako aj rytmus) procesov v ňom prebiehajúcich nie sú absolútne, ale relatívne veličiny. Pri približovaní sa k rýchlosti svetla sa všetky procesy v systéme spomaľujú, zmenšujú sa pozdĺžne (pri pohybe) rozmery tela a udalosti, ktoré sú súčasné pre jedného pozorovateľa, sa ukážu ako iné v čase pre druhého, pohybujúce sa vzhľadom k ho. „Tyč sa zmrští na nulu, ak jej rýchlosť dosiahne rýchlosť svetla... hodiny by sa úplne zastavili, ak by sa mohli pohybovať rýchlosťou svetla“ (Einstein A., Infeld L. Cited. - S. 158).
Experimentálne bolo potvrdené, že častica (napríklad nukleón) sa môže prejaviť vo vzťahu k častici, ktorá sa voči nej pohybuje pomaly ako sférická častica, a vo vzťahu k častici, ktorá na ňu dopadá veľmi vysokou rýchlosťou - ako disk sploštený v smere pohybu. V súlade s tým je životnosť pomaly sa pohybujúceho nabitého mezónu pí približne 10 ~ 8 sekúnd a životnosť rýchlo sa pohybujúceho (pri rýchlosti blízkej svetlu) je mnohonásobne dlhšia. Priestor a čas sú teda všeobecnými formami koordinácie materiálnych javov a neexistujú nezávisle od hmoty počiatku bytia.
Kombinácia Galileovho princípu relativity s relativitou simultánnosti, ktorú našiel Einstein, sa nazývala Einsteinovým princípom relativity. Pojem relativity sa stal jedným z hlavných v modernej prírodnej vede.
V špeciálnej teórii relativity sa vlastnosti priestoru a času berú do úvahy bez zohľadnenia gravitačných polí, ktoré nie sú inerciálne. Všeobecná relativita rozširuje zákony prírody na všetko, vrátane neinerciálnych systémov. Všeobecná teória relativity spájala gravitáciu s elektromagnetizmom a mechanikou. Newtonov mechanický zákon univerzálnej gravitácie nahradila zákonom gravitačného poľa. „Schechaticky môžeme povedať: prechod od Newtonovho gravitačného zákona vo všeobecnej teórii relativity je do určitej miery analogický prechodu od teórie elektrických tekutín a Coulombovho zákona k Maxwellovej teórii“ (Einstein A., Infeld L. cit. - P. 196). A tu sa fyzika posunula od teórie hmoty k teórii poľa.
Tri storočia bola fyzika mechanistická a zaoberala sa iba hmotou. Ale „Maxwellove rovnice opisujú štruktúru elektromagnetického poľa. Arénou týchto zákonov je celý priestor a nielen body, v ktorých sa nachádza hmota alebo náboje, ako je to v prípade mechanických zákonov“ (Ibid. - S. 120). Koncept mechanizmu porazeného poľa.
Maxwellove rovnice „nesúvisia, ako to robia Newtonove zákony, s dvoma široko oddelenými udalosťami; nesúvisia tu udalosti s podmienkami. Pole tu a teraz závisí od poľa v bezprostrednom susedstve v momente, ktorý práve prešiel“ (Ibid. - S. 120). Toto je výrazne nový moment v terénnom obraze sveta. Elektromagnetické vlny sa vo vesmíre šíria rýchlosťou svetla a podobne pôsobí aj gravitačné pole.
Hmoty, ktoré vytvárajú gravitačné pole, podľa všeobecnej teórie relativity ohýbajú priestor a menia tok času. Čím silnejšie pole, tým pomalšie plynie čas v porovnaní s časom mimo poľa. Gravitácia závisí nielen od rozloženia hmôt v priestore, ale aj od ich pohybu, od tlaku a napätia prítomného v telesách, od elektromagnetických a všetkých ostatných fyzikálnych polí. Zmeny v gravitačnom poli sú rozložené vo vákuu rýchlosťou svetla. V Einsteinovej teórii hmota ovplyvňuje vlastnosti priestoru a času.
Pri prechode do kozmických mierok geometria priestoru prestáva byť euklidovská a mení sa z jednej oblasti do druhej v závislosti od hustoty hmôt v týchto oblastiach a ich pohybu. Na stupnici metagalaxie sa geometria priestoru časom mení v dôsledku expanzie metagalaxie. Pri rýchlostiach blížiacich sa rýchlosti svetla pri silnom poli sa priestor dostáva do singulárneho stavu, čiže je stlačený do bodu. Prostredníctvom tejto kompresie sa megasvet dostáva do interakcie s mikrosvetom a v mnohom sa mu podobá. Klasická mechanika zostáva v platnosti ako obmedzujúci prípad pri rýchlostiach oveľa nižších ako je rýchlosť svetla a oveľa nižších hmotnostiach ako v megasvete.
Teória relativity ukázala jednotu priestoru a času, vyjadrenú v spoločnej zmene ich charakteristík v závislosti od koncentrácie hmôt a ich pohybu. Čas a priestor prestali byť posudzované nezávisle od seba a vznikla myšlienka časopriestorového štvorrozmerného kontinua.
Teória relativity dala do súvisu aj hmotnosť a energiu vzťahom E=MC 2, kde C je rýchlosť svetla. V teórii relativity „dva zákony – zákon zachovania hmoty a zákona zachovania energie – stratili svoju platnosť nezávisle na sebe a ukázalo sa, že sa spojili do jediného zákona, ktorý možno nazvať zákonom zachovania energie resp. omša“ (Heisenberg V. Fyzika a filozofia. Časť a celok.- M., 1989.- S. 69). Fenomén anihilácie, pri ktorom sa častica a antičastica vzájomne ničia, a ďalšie javy fyziky mikrosveta tento záver potvrdzujú.
Takže teória relativity je založená na postulátoch nemennosti rýchlosti svetla a rovnakých prírodných zákonov vo všetkých fyzikálnych systémoch a hlavné výsledky, ku ktorým prichádza, sú nasledovné: relativita vlastností priestoru- čas; relativita hmoty a energie; ekvivalencia ťažkých a inertných hmôt (dôsledok toho, čo poznamenal Galileo, že všetky telesá bez ohľadu na ich zloženie a hmotnosť padajú v gravitačnom poli s rovnakým zrýchlením).
Až do 20. storočia boli objavené zákony fungovania hmoty (Newton) a polí (Maxwell). V 20. storočí sa opakovane objavovali pokusy o vytvorenie jednotnej teórie poľa, ktorá by spájala materiálové a poľné koncepty, ktoré sa však ukázali ako neúspešné.
V roku 1967 bola predložená hypotéza o prítomnosti tachyónov, častíc, ktoré sa pohybujú rýchlosťou vyššou ako rýchlosť svetla. Ak sa táto hypotéza niekedy potvrdí, potom je možné, že zo sveta relativity, ktorý je pre bežného človeka veľmi nepohodlný, v ktorom je konštantná iba rýchlosť svetla, sa opäť vrátime do známejšieho sveta, v ktorom je absolútne priestor pripomína spoľahlivý dom so stenami a strechou. Ale to sú zatiaľ len sny, o ktorých skutočnej realizovateľnosti sa dá diskutovať zrejme až v 3. tisícročí.
Na záver tejto časti budeme citovať slová z Heisenbergovej knihy „Časť a celok“ o tom, čo znamená chápanie ako také. „Pochopiť“ zrejme znamená osvojiť si myšlienky, koncepty, pomocou ktorých môžeme uvažovať o obrovskom množstve rôznych javov v ich holistickom spojení, inými slovami, „objímať“ ich. Naše myšlienky sa upokoja, keď sa dozvieme, že každá konkrétna, zdanlivo mätúca situácia je len konkrétnym dôsledkom niečoho všeobecnejšieho, a preto je možné ju formulovať jednoduchšie. Zredukovanie pestrej rozmanitosti javov na všeobecný a jednoduchý prvý princíp, alebo, ako by povedali Gréci, „veľa“ na „jeden“, je presne to, čo nazývame „porozumenie“. Schopnosť numericky predpovedať udalosť je často dôsledkom porozumenia, vlastnenia správnych pojmov, ale nie je priamo totožná s porozumením“ (Heisenberg V. Physics and Philosophy. Part and Whole. - M., 1989. - P. 165).
