Opća i specijalna teorija relativnosti. Specijalna teorija relativnosti

Specijalna teorija relativnosti (STR) ili parcijalna teorija relativnosti je teorija Alberta Einsteina, objavljena 1905. godine u djelu “O elektrodinamici pokretnih tijela” (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891-921, juni 1905.).

To je objasnilo kretanje između različitih inercijalnih referentnih okvira ili kretanje tijela koja se kreću u odnosu jedno na drugo s konstantnom brzinom. U ovom slučaju, nijedan od objekata ne treba uzeti kao referentni sistem, već ih treba posmatrati relativno jedan prema drugom. SRT pruža samo 1 slučaj kada 2 tijela ne mijenjaju smjer kretanja i kreću se ravnomjerno.

Zakoni SRT-a prestaju da važe kada jedno od tijela promijeni svoju putanju ili poveća brzinu. Ovdje se odvija opća teorija relativnosti (GTR), koja daje opštu interpretaciju kretanja objekata.

Dva postulata na kojima se zasniva teorija relativnosti:

1. Princip relativnosti- Prema njegovim riječima, u svim postojećim referentnim sistemima, koji se kreću u odnosu jedan prema drugom konstantnom brzinom i ne mijenjaju smjer, vrijede isti zakoni.
2. Princip brzine svetlosti- Brzina svetlosti je ista za sve posmatrače i ne zavisi od brzine njihovog kretanja. Ovo je najveća brzina, a ništa u prirodi nema veću brzinu. Brzina svjetlosti je 3*10^8 m/s.

Albert Einstein je koristio eksperimentalne, a ne teorijske podatke kao osnovu. To je bila jedna od komponenti njegovog uspjeha. Novi eksperimentalni podaci poslužili su kao osnova za stvaranje nove teorije.

Od sredine 19. veka, fizičari su tragali za novim misterioznim medijumom zvanim etar. Vjerovalo se da eter može proći kroz sve objekte, ali ne učestvuje u njihovom kretanju. Prema vjerovanjima o eteru, promjenom brzine gledatelja u odnosu na eter mijenja se i brzina svjetlosti.

Einstein je, vjerujući eksperimentima, odbacio koncept novog etarskog medija i pretpostavio da je brzina svjetlosti uvijek konstantna i da ne ovisi ni o kakvim okolnostima, kao što je brzina same osobe.

Vremenski intervali, udaljenosti i njihova uniformnost

Specijalna teorija relativnosti povezuje vrijeme i prostor. U materijalnom univerzumu postoje 3 poznata u svemiru: desno i lijevo, naprijed i nazad, gore i dolje. Ako im dodamo još jednu dimenziju, nazvanu vrijeme, to će činiti osnovu prostorno-vremenskog kontinuuma.

Ako se krećete malom brzinom, vaša zapažanja se neće uskladiti s ljudima koji se kreću brže.

Kasniji eksperimenti su potvrdili da se prostor, kao i vrijeme, ne može percipirati na isti način: naša percepcija ovisi o brzini kretanja objekata.

Povezivanje energije sa masom

Ajnštajn je smislio formulu koja kombinuje energiju i masu. Ova formula se široko koristi u fizici, a poznata je svakom studentu: E=m*c², pri čemu E-energija; m - masa tijela, c - brzinaširenje svetlosti.

Masa tijela raste srazmjerno porastu brzine svjetlosti. Ako dostignete brzinu svjetlosti, masa i energija tijela postaju bezdimenzionalne.

Povećanjem mase objekta postaje teže postići povećanje njegove brzine, odnosno za tijelo s beskonačno ogromnom materijalnom masom potrebna je beskonačna energija. Ali u stvarnosti je to nemoguće postići.

Ajnštajnova teorija je spojila dve odvojene odredbe: položaj mase i položaj energije u jedan opšti zakon. To je omogućilo pretvaranje energije u materijalnu masu i obrnuto.

Newtonov rad je primjer velike naučne revolucije, radikalne promjene u gotovo svim naučnim idejama u prirodnim naukama. Od vremena Njutna, paradigma klasične fizike je nastala i postala glavni i određujući sistem gledišta u nauci skoro 250 godina.

Njutnovi sledbenici počeli su da značajno usavršavaju konstante koje je otkrio. Postepeno su počele da se formiraju naučne škole, uspostavljene su metode posmatranja i analize i klasifikacija različitih prirodnih pojava. Instrumenti i naučna oprema počeli su da se proizvode na fabrički način. Počele su izlaziti periodične publikacije u mnogim granama prirodnih nauka. Nauka je postala najvažnija grana ljudske djelatnosti.

Dakle, Njutnova mehanika i kosmologija uspostavile su se kao osnova novog pogleda na svet, zamenjujući Aristotelova učenja i srednjovekovne sholastičke konstrukcije koje su dominirale više od hiljadu godina.

Međutim, do kraja 19. stoljeća počele su se pojavljivati ​​činjenice koje su bile u suprotnosti s dominantnom paradigmom. A glavne nedosljednosti ponovo su uočene u fizici, najdinamičnijoj nauci u to vrijeme.

Klasičan primjer ove situacije je izjava Lorda Kelvina (William Thomson), koji je na samom kraju 19. stoljeća primijetio da su „na vedrom i blistavom nebu klasične fizike tih godina postojala samo dva mala oblaka“. Jedan od njih je povezan s negativnim rezultatom Michelsonovog eksperimenta za određivanje apsolutne brzine Zemlje, drugi je s kontradikcijom između teorijskih i eksperimentalnih podataka o raspodjeli energije u spektru apsolutnog crnog tijela.

Kelvin je pokazao izuzetan uvid. Ovi neriješeni problemi doveli su do pojave i Einsteinove teorije relativnosti i kvantne teorije, koje su činile osnovu nove paradigme prirodnih znanosti.

Također se može primijetiti da korištenje klasične Newtonove fizike nije omogućilo da se orbita Merkura precizno izračuna, a Maxwellove jednačine elektrodinamike nisu odgovarale klasičnim zakonima kretanja.

Preduslov za stvaranje teorije relativnosti bile su upravo pomenute kontradikcije. Njihovo rješavanje postalo je moguće uvođenjem novog relativističkog pristupa u prirodne nauke.

Ono što se obično ne razume jasno je činjenica da se opšta želja za relativnim (ili relativističkim) pristupom fizičkim zakonima počela javljati u vrlo ranoj fazi razvoja moderne nauke. Počevši od Aristotela, naučnici su Zemlju smatrali centralnom tačkom svemira, a početni trenutak vremena uzet je kao početni poticaj koji je pokrenuo prvobitnu materiju. Aristotelove ideje su bile prihvaćene kao apsolut u srednjovekovnoj svesti, ali su već krajem 15. veka došle u sukob sa posmatranim prirodnim pojavama. Posebno se mnogo nedosljednosti nakupilo u astronomiji.

Prvi ozbiljniji pokušaj da se razriješe kontradiktornosti učinio je Kopernik, jednostavno prihvativši da se planete kreću oko Sunca, a ne oko Zemlje. Odnosno, po prvi put je uklonio Zemlju iz centra Univerzuma i lišio prostor njegove početne tačke. Ovo je, zapravo, bio početak odlučnog restrukturiranja cjelokupnog ljudskog mišljenja. Iako je Kopernik postavio Sunce u ovo središte, ipak je napravio veliki korak ka tome da kasnije ljudi shvate da čak i Sunce može biti samo jedna od mnogih zvezda i da se centar uopšte ne može naći. Tada se, prirodno, pojavila slična misao o vremenu, i Univerzum se počeo posmatrati kao beskonačan i vječan, bez ikakvog trenutka stvaranja i bez ikakvog „kraja“ prema kojem se kreće.

Upravo ta tranzicija dovodi do nastanka teorije relativnosti. Budući da nema povlaštenih položaja u prostoru i povlaštenih trenutaka u vremenu, onda se fizički zakoni mogu podjednako primijeniti na bilo koju tačku uzetu kao centar, a iz njih će proizaći isti zaključci. U tom pogledu situacija je suštinski drugačija od one koja se dešava u Aristotelovoj teoriji, gde je, na primer, centru Zemlje dodeljena posebna uloga kao tačka ka kojoj teži sva materija. Težnja ka relativizaciji kasnije se odrazila u zakonima Galilea i Newtona

Galileo je izrazio ideju da je kretanje relativno po prirodi. To jest, jednoliko i pravolinijsko kretanje tijela može se odrediti samo u odnosu na objekt koji ne učestvuje u takvom kretanju.

Zamislimo mentalno da jedan voz prolazi pored drugog konstantnom brzinom i bez trzaja. Štaviše, zavjese su zatvorene i ništa se ne vidi. Mogu li putnici reći koji se voz kreće, a koji miruje? Oni mogu posmatrati samo relativno kretanje. Ovo je glavna ideja klasičnog principa relativnosti.

Otkriće principa relativnosti kretanja jedno je od najvećih otkrića. Bez njega razvoj fizike bio bi nemoguć. Prema Galileovoj hipotezi, inercijalno kretanje i mirovanje se ne razlikuju po svojim efektima na materijalna tijela. Da bi se prešlo na opis događaja u pokretnom referentnom okviru, bilo je potrebno izvršiti koordinatne transformacije tzv. "Galilejeve transformacije", nazvan po njihovom autoru.

Uzmimo, na primjer, neki koordinatni sistem X, povezan sa fiksnim referentnim sistemom. Zamislimo sada objekat koji se kreće duž ose X konstantnom brzinom v. Koordinate X " , t" , uzeti u odnosu na ovaj objekt, tada su određeni Galilejevom transformacijom

x" = x - ut
y" = y
z" = z
t" = t

Posebno je vrijedna pažnje treća jednačina ( t" = t) prema kojem takt ne zavisi od relativnog kretanja. Isti zakon se primjenjuje iu starom iu novom referentnom okviru. Ovo je ograničeni princip relativnosti. Ovo kažemo zato što su zakoni mehanike izraženi istim odnosima u svim referentnim sistemima koji su međusobno povezani Galilejevim transformacijama.

Prema Newtonu, koji je razvio Galileovu ideju o relativnosti kretanja, svi fizički eksperimenti izvedeni u laboratoriju koji se kreće jednoliko i pravolinijski (inercijski referentni okvir) dat će isti rezultat kao da miruje.

Kao što je ranije spomenuto, uprkos uspjesima klasične fizike tih godina, nakupile su se neke činjenice koje joj proturječe.

Ovi novi podaci, otkriveni u 19. veku, doveli su do Ajnštajnovog relativističkog koncepta.

Revolucija u fizici započela je Roemerovim otkrićem. Ispostavilo se da je brzina svjetlosti konačna i jednaka približno 300.000 km/sec. Bradry je tada otkrio fenomen zvjezdane aberacije. Na osnovu ovih otkrića ustanovljeno je da je brzina svjetlosti u vakuumu konstantna i da ne ovisi o kretanju izvora i prijemnika.

Kolosalna, ali ipak ne beskonačna brzina svjetlosti u praznini dovela je do sukoba s principom relativnosti kretanja. Zamislimo da se voz kreće ogromnom brzinom - 240.000 kilometara u sekundi. Budimo na čelu voza, a na repu se upali sijalica. Razmislimo o tome kakvi bi mogli biti rezultati mjerenja vremena potrebnog svjetlosti da putuje od jednog do drugog kraja voza.

Ovaj put će, čini se, biti drugačiji od onog u koji uđemo u voz koji miruje. U stvari, u odnosu na voz koji se kreće brzinom od 240.000 kilometara u sekundi, svetlost bi imala brzinu (napred duž voza) od samo 300.000 - 240.000 = 60.000 kilometara u sekundi. Čini se da svjetlo sustiže prednji zid glavnog automobila koji bježi od njega. Ako postavite sijalicu na čelo voza i izmjerite vrijeme koje je potrebno svjetlosti da stigne do posljednjeg vagona, tada bi se činilo da bi brzina svjetlosti u smjeru suprotnom od kretanja voza trebala biti 240 000 + 300.000 = 540.000 kilometara u sekundi (Svjetlo i zadnji automobil se kreću jedno prema drugom).

Dakle, ispada da bi se u vozu u pokretu svjetlost morala širiti u različitim smjerovima različitim brzinama, dok je u vozu koji miruje ta brzina ista u oba smjera.

Iz tog razloga, pod Galilejevim transformacijama, Maxwellove jednadžbe za elektromagnetno polje nemaju nepromjenjiv oblik. Oni opisuju širenje svjetlosti i drugih vrsta elektromagnetnog zračenja koje imaju brzine jednake brzini svjetlosti C. Da bi se proturječnost razriješila u okviru klasične fizike, bilo je potrebno pronaći privilegirani referentni okvir u kojem bi Maxwellove jednadžbe bile tačno zadovoljan, a brzina svjetlosti bi bila jednaka C u svim smjerovima. Stoga su fizičari 19. stoljeća postulirali postojanje etra, čija se uloga zapravo svela na stvaranje fizičke osnove za tako privilegirani referentni okvir.

Eksperimenti su izvedeni kako bi se odredila brzina kretanja Zemlje kroz etar (poput Michelson-Morleyevog eksperimenta). Da bi se to postiglo, snop svjetlosti iz izvora, koji prolazi kroz prizmu, podijeljen je u smjeru kretanja Zemlje i okomito na njega. Prema idejama, ako su brzine iste, oba snopa će stići do prizme istovremeno i intenzitet svjetlosti će se povećati. Ako su brzine različite, intenzitet svjetlosti će oslabiti. Rezultat eksperimenta bio je nula, bilo je nemoguće odrediti brzinu Zemlje u odnosu na eter.

Kada eksperimenti nisu potvrdili predviđanja jednostavne teorije etra o svojstvima ovog referentnog sistema, H. Lorentz je, opet sa ciljem spasavanja klasične fizike, predložio novu teoriju koja je objasnila negativne rezultate takvih eksperimenata kao posledica promena koje se dešavaju u mernim instrumentima kada se kreću u odnosu na etar. Nesklad između rezultata posmatranja i Newtonovih zakona objasnio je promjenama koje se javljaju kod instrumenata kada se kreću brzinama blizu C.

Lorentz je sugerirao da se pri kretanju brzinama bliskim brzini svjetlosti ne mogu koristiti Galilejeve transformacije, jer ne uzimaju u obzir učinak velikih brzina. Njegove transformacije, za brzine bliske brzini svjetlosti, nazivaju se “Lorentzove transformacije”. Galilejeve transformacije su poseban slučaj Lorentz transformacije za sisteme sa malim brzinama.

Lorentzove transformacije imaju oblik:

U skladu sa Lorentz transformacijama, fizičke veličine - masa tijela, njegova dužina u smjeru kretanja i vrijeme zavise od brzina kretanja tijela prema sljedećim odnosima:

	Gdje M- tjelesna masa	Značenje ovih Lorentzovih transformacija kaže: povećanje telesne težine brzinom blizu svetlosti smanjenje dužine tijela pri kretanju u smjeru koji se poklapa s vektorom brzine povećanje vremena između dva događaja ili usporavanje vremena
	Gdje L- dužina tela
	Gdje ∆t – vremenski interval između dva događaja

Pokušavajući pronaći fizičko značenje obrazaca koje je otkrio Lorentz, možemo pretpostaviti da su u smjeru x, koji se poklapa s vektorom brzine, sva tijela komprimirana, a što je veća to je veća brzina njihovog kretanja. To jest, tijela doživljavaju kontrakciju zbog spljoštenja orbita elektrona. Kada se dostignu podsvetlosne brzine, možemo govoriti o dilataciji vremena u sistemu koji se kreće. Na ovom principu se zasniva dobro poznati paradoks blizanaca. Ako jedan od blizanaca krene na svemirsko putovanje na period od pet godina na brodu brzinom ispod svjetlosti, tada će se vratiti na Zemlju kada njegov brat blizanac bude već veoma stara osoba. Učinak povećanja mase na objekt koji se kreće brzinom blizu brzini svjetlosti može se objasniti povećanjem kinetičke energije tijela koje se brzo kreće. U skladu sa Ajnštajnovim idejama o identitetu mase i energije, deo kinetičke energije tela se tokom kretanja pretvara u njegovu masu.

Ako Lorentzove transformacije primijenimo na Maxwellove jednadžbe elektrodinamike, ispada da su one invarijantne prema takvim transformacijama.

Einstein je koristio Lorentzove transformacije da razvije svoju teoriju relativnosti.

Važan preduslov za stvaranje teorije relativnosti bile su nove ideje o svojstvima prostora i vremena.

U običnoj svijesti, vrijeme se sastoji od objektivno postojeće prirodne koordinacije uzastopnih pojava. Prostorne karakteristike su položaji nekih tijela u odnosu na druga i udaljenosti između njih.

U Njutnovom teorijskom sistemu jasno je formulisan prvi naučni koncept vremena kao objektivnog, nezavisnog entiteta – supstancijalni koncept vremena. Ovaj koncept potiče od drevnih atomista i cvjeta u Newtonovoj doktrini apsolutnog prostora i vremena. Nakon Njutna, ovaj koncept je bio vodeći u fizici do početka dvadesetog veka. Newton je zauzeo dvostruki pristup definiranju vremena i prostora. Prema ovom pristupu, postoji i apsolutno i relativno vrijeme.

Apsolutno, istinito i matematičko vrijeme samo po sebi, bez ikakve veze s bilo čim vanjskim, teče jednoliko i naziva se trajanjem.

Relativno, prividno ili obično vrijeme je mjera trajanja koja se koristi u svakodnevnom životu umjesto matematičkog vremena - to je sat, mjesec, godina itd.

Apsolutno vrijeme se ne može promijeniti u svom toku.

Na svakodnevnom nivou moguć je sistem brojanja dužih vremenskih perioda. Ako predviđa redoslijed brojanja dana u godini i u njemu je naznačena era, onda je to kalendar.

Relacijski koncept vremena je star koliko i supstancijalni koncept. Razvijen je u djelima Platona i Aristotela. Aristotel je prvi dao detaljnu ideju o ovom konceptu vremena u svojoj Fizici. U ovom konceptu, vrijeme nije nešto što postoji nezavisno, već je nešto izvedeno iz fundamentalnijeg entiteta. Za Platona je vrijeme stvorio Bog, za Aristotela ono je rezultat objektivnog materijalnog kretanja. U filozofiji modernog doba, počevši od Descartesa pa do pozitivista 19. stoljeća, vrijeme je svojstvo ili odnos koji izražava različite aspekte aktivnosti ljudske svijesti.

Problem prostora, pri bližem razmatranju, takođe se ispostavlja kao težak. Prostor je logički zamisliv oblik koji služi kao medij u kojem postoje drugi oblici i određene strukture. Na primjer, u elementarnoj geometriji, ravan je prostor koji služi kao medij u kojem se konstruiraju različite, ali ravne figure.

U klasičnoj Njutnovoj mehanici, apsolutni prostor po svojoj suštini, bez obzira na sve spoljašnje, ostaje uvek isti i nepomičan. Djeluje kao analog Demokritove praznine i arena je dinamike fizičkih objekata.

Aristotelova ideja o izotropnom prostoru odstupila je od homogenosti i beskonačnosti Demokritovog prostora. Prema Aristotelu i njegovim sljedbenicima, svemir je dobio centar - Zemlju, sa sferama koje se okreću oko nje, a najudaljenija nebeska sfera zvijezda služila je kao granica konačnog svjetskog prostora. Aristotel odbacuje beskonačnost prostora, ali se pridržava koncepta beskonačnog vremena. Ovaj koncept je izražen u njegovoj ideji o sfernom prostoru svemira, koji, iako ograničen, nije konačan.

Klasični Njutnov prostor zasnovan je na ideji njegove homogenosti. Ovo je osnovna ideja klasične fizike, dosljedno razvijena u djelima Kopernika, Bruna, Galilea i Descartesa. Bruno je već napustio ideju centra svemira i proglasio ga beskonačnim i homogenim. Ova ideja je dostigla svoj završetak sa Njutnom. U homogenom prostoru mijenja se ideja apsolutnog kretanja, odnosno tijelo u njemu se kreće zbog inercije. Inercijalne sile ne nastaju u odsustvu ubrzanja. Značenje pravolinijskog i ravnomjernog kretanja svodi se na promjenu udaljenosti između datog tijela i proizvoljno odabranog referentnog tijela. Pravolinijsko i ravnomjerno kretanje je relativno.

Istorijski, prvi i najvažniji matematički prostor je ravan Euklidski prostor, koji predstavlja apstraktnu sliku realnog prostora. Svojstva ovog prostora su opisana pomoću 5 glavnih postulata i 9 aksioma. U Euklidovoj geometriji postojala je slaba tačka, takozvani peti postulat o paralelnim linijama koje se ne seku. Matematičari antičkog i modernog vremena su bezuspješno pokušavali dokazati ovu poziciju. U 18. - 19. veku, D. Saccheri, Lambert i A. Legendre pokušavaju da reše ovaj problem. Neuspješni pokušaji dokazivanja 5. postulata donijeli su veliku korist. Matematičari su krenuli putem modifikacije koncepata geometrije euklidskog prostora. Najozbiljniju modifikaciju uveo je u prvoj polovini 19. veka N. I. Lobačevski (1792 - 1856).

Došao je do zaključka da se umjesto aksioma o dvije paralelne prave može postaviti direktno suprotna hipoteza i na njenoj osnovi kreirati konzistentnu geometriju. U ovoj novoj geometriji, neke izjave su izgledale čudno, pa čak i paradoksalno. Na primjer, euklidski aksiom kaže: u ravni, kroz tačku koja ne leži na datoj pravoj, može se povući jedna i samo jedna prava paralelna s prvom. U geometriji Lobačevskog ovaj aksiom je zamijenjen sljedećim: u ravni, kroz tačku koja ne leži na datoj pravoj, može se povući više od jedne prave koja ne siječe datu pravu. U ovoj geometriji, zbir uglova trougla je manji od dve prave, itd. No, uprkos vanjskom paradoksu, logično su ove izjave potpuno jednake euklidskim. Oni su radikalno promijenili ideje o prirodi prostora. Gotovo istovremeno s Lobačevskim, mađarski matematičar J. Bolyai i poznati matematičar K. Gauss došli su do sličnih zaključaka. Savremenici naučnika bili su skeptični prema neeuklidskoj geometriji, smatrajući je čistom fantazijom. Međutim, rimski matematičar E. Beltrami pronašao je model za neeuklidsku geometriju, a to je pseudosfera:

Slika 1. Pseudo-sfera

Sljedeći veliki korak u razumijevanju prirode svemira napravio je B. Riemann (1826 - 1866). Nakon što je 1851. diplomirao na Univerzitetu u Getingenu, on je već 1854. (28 godina) dao izveštaj „O hipotezama u osnovi geometrije“, gde je dao opštu ideju o matematičkom prostoru, u kojem je Euklidova geometrija i Lobačevski su bili posebni slučajevi. U n-dimenzionalnom Rimanovom prostoru, sve linije su podeljene na elementarne segmente čije je stanje određeno koeficijentom g. Ako je koeficijent 0, tada su sve linije na ovom segmentu prave - Euklidovi postulati rade. U drugim slučajevima, prostor će biti zakrivljen. Ako je zakrivljenost pozitivna, tada se prostor naziva Rimanov sferičan. Ako je negativan, to je pseudosferični prostor Lobačevskog. Tako je sredinom 19. vijeka mjesto ravnog trodimenzionalnog euklidskog prostora zauzimao višedimenzionalni zakrivljeni prostor. Koncepti Rimanova prostora su na kraju poslužili kao jedan od glavnih preduslova za Ajnštajnovo stvaranje opšte teorije relativnosti.

Slika 2 Rimanov sferni prostor

Konačnu pripremu prostorno-geometrijske pozadine teorije relativnosti dao je Ajnštajnov neposredni učitelj G. Minkowski (1864 - 1909), koji je formulisao ideju o četverodimenzionalni prostor-vremenski kontinuum, ujedinjujući fizički trodimenzionalni prostor i vrijeme. Aktivno se bavio elektrodinamikom pokretnih medija zasnovanih na elektronskoj teoriji i principu relativnosti. Jednačine koje je dobio, kasnije nazvane Minkowskijevske jednačine, donekle se razlikuju od Lorentzovih jednačina, ali su u skladu s eksperimentalnim činjenicama. Oni čine matematičku teoriju fizičkih procesa u četverodimenzionalnom prostoru. Prostor Minkovskog omogućava vizuelno tumačenje kinematičkih efekata specijalne teorije relativnosti i leži u osnovi modernog matematičkog aparata teorije relativnosti.

Ova ideja o jedinstvenom prostoru i vremenu, kasnije nazvana prostor-vrijeme, a njegova fundamentalna razlika od Njutnovskog nezavisnog prostora i vremena, očigledno, uhvatila je Ajnštajna mnogo pre 1905. godine i nije direktno povezana ni sa Michelsonovim eksperimentom ni sa Lorentz-Poincareovom teorijom.

Godine 1905. Albert Ajnštajn je objavio članak “O elektrodinamici pokretnih tela” u časopisu “Annals of Physics” i još jedan mali članak u kojem je formula prvi put prikazana. E=mc2. Kako su kasnije počeli da govore, to je glavna formula našeg veka.

Članak o elektrodinamici predstavlja teoriju koja isključuje postojanje privilegovanog koordinatnog sistema za pravolinijsko i ravnomerno kretanje. Ajnštajnova teorija isključuje vreme nezavisno od prostornog referentnog sistema i napušta klasično pravilo zbrajanja brzina. Einstein je pretpostavio da je brzina svjetlosti konstantna i predstavlja ograničenje brzine u prirodi. On je ovu teoriju nazvao "Specijalna teorija relativnosti".

Ajnštajn je svoju teoriju razvio na osnovu sledećih osnovnih postulata:

• zakoni po kojima se mijenjaju stanja fizičkih sistema ne zavise od toga na koji se od dva koordinatna sistema, koji se jedno u odnosu na drugi ravnomjerno i pravolinijski kreću, te promjene odnose. Prema tome, ne postoji preferirani referentni okvir za ravnomjerno i pravolinijsko kretanje - princip relativnosti
• Svaki zrak svjetlosti kreće se u stacionarnom koordinatnom sistemu određenom brzinom, bez obzira da li ovu zraku svjetlosti emituje stacionarni ili pokretni izvor. Ova brzina je maksimalna brzina interakcija u prirodi - postulat o konstantnosti brzine svjetlosti

Iz ovih postulata proizilaze dvije posljedice:

• ako se događaji u okviru 1 dešavaju u jednoj tački i simultani su, onda nisu simultani u drugom inercijalnom okviru. Ovo je princip relativnosti istovremenosti
• za bilo koje brzine 1 i 2, njihov zbir ne može biti veći od brzine svjetlosti. Ovo je relativistički zakon sabiranja brzina

Ovi postulati - princip relativnosti i princip konstantnosti brzine svjetlosti - osnova su Ajnštajnove specijalne teorije relativnosti. Iz njih dobija relativnost dužina i relativnost vremena.

Suština Ajnštajnovog pristupa bilo je odbacivanje ideja o apsolutnom prostoru i vremenu, na kojima se zasniva hipoteza o etru. Umjesto toga, usvojen je relacijski pristup elektromagnetnim pojavama i širenju elektromagnetnog zračenja. Njutnovi zakoni kretanja izraženi su istim relacijama u svim ravnomerno pokretnim sistemima međusobno povezanim Galilejevim transformacijama, a zakon invarijantnosti posmatrane vrednosti brzine svetlosti izražen je istom relacijom u svim ravnomerno pokretnim sistemima međusobno povezanim Lorencovim transformacijama.

Međutim, Newtonovi zakoni kretanja nisu invarijantni prema Lorentzovim transformacijama. Iz toga slijedi da Newtonovi zakoni ne mogu biti pravi zakoni mehanike (oni su samo približni, važeći u graničnom slučaju kada je omjer v/c teži nuli).

Međutim, specijalna teorija relativnosti važi i za ograničene uslove – za jednoliko pokretne sisteme.

Ajnštajn je nastavio razvoj specijalne teorije relativnosti u svom delu „Zakon održanja kretanja centra gravitacije i inercije tela“. Za osnovu je uzeo Maksvelov zaključak da svetlosni snop ima masu, odnosno da prilikom kretanja vrši pritisak na prepreku. Ovu pretpostavku je eksperimentalno dokazao P.N. U svom radu, Ajnštajn je potkrepio odnos između mase i energije. Došao je do zaključka da kada tijelo emituje energiju L, njegova masa se smanjuje za iznos jednak L/V2. Iz ovoga je izvučen opći zaključak - masa tijela je mjera energije sadržane u njemu. Ako se energija promijeni za iznos jednak L, tada se i masa mijenja za iznos L podijeljen s kvadratom brzine svjetlosti. Tako se prvi put pojavljuje Ajnštajnova čuvena relacija E = MC2.

U periodu 1911-1916, Ajnštajn je uspeo da generalizuje teoriju relativnosti. Teorija, nastala 1905. godine, kao što je već pomenuto, nazvana je specijalnom teorijom relativnosti, jer. važio je samo za pravolinijsko i ravnomerno kretanje.

U općoj teoriji relativnosti otkriveni su novi aspekti zavisnosti prostorno-vremenskih odnosa i materijalnih procesa. Ova teorija je dala fizičku osnovu za neeuklidske geometrije i povezala zakrivljenost prostora i odstupanje njegove metrike od euklidske sa dejstvom gravitacionih polja koje stvaraju mase tela.

Opšta teorija relativnosti zasniva se na principu ekvivalencije inercijalnih i gravitacionih masa, čija je kvantitativna jednakost odavno utvrđena u klasičnoj fizici. Kinematički efekti koji nastaju pod uticajem gravitacionih sila su ekvivalentni efektima koji nastaju pod uticajem ubrzanja. Dakle, ako raketa poleti sa ubrzanjem od 3 g, tada će se posada rakete osjećati kao da se nalazi u trostrukom gravitacijskom polju Zemlje.

Klasična mehanika nije mogla objasniti zašto se inercija i težina mjere istom količinom - masom, zašto je teška masa proporcionalna inercijskoj masi, zašto, drugim riječima, tijela padaju istim ubrzanjem. S druge strane, klasična mehanika, objašnjavajući sile inercije ubrzanim kretanjem u apsolutnom prostoru, smatrala je da taj apsolutni prostor djeluje na tijela, ali da na njega ne djeluju. To je dovelo do identifikacije inercijalnih sistema kao posebnih sistema u kojima se poštuju samo zakoni mehanike. Ajnštajn je proglasio ubrzano kretanje sistema izvan gravitacionog polja i inercijalno kretanje u gravitacionom polju suštinski nerazlučivim. Ubrzanje i gravitacija proizvode fizički nerazlučive efekte.

Ovu činjenicu je u suštini ustanovio Galileo: sva se tijela kreću u gravitacionom polju (u nedostatku otpora okoline) s istim ubrzanjem, putanje svih tijela sa datom brzinom su jednako zakrivljene u gravitacionom polju. Zbog toga nijedan eksperiment ne može otkriti gravitacijsko polje u liftu koji slobodno pada. Drugim riječima, u referentnom okviru koji se slobodno kreće u gravitacionom polju u malom području prostor-vremena, nema gravitacije. Posljednja izjava je jedna od formulacija principa ekvivalencije. Ovaj princip objašnjava fenomen bestežinskog stanja u svemirskim letjelicama.

Ako proširimo princip ekvivalencije na optičke fenomene, to će dovesti do niza važnih posljedica. Ovo je fenomen crvenog pomaka i skretanja svetlosnog snopa pod uticajem gravitacionog polja. Efekt crvenog pomaka nastaje kada je svjetlost usmjerena iz tačke sa većim gravitacionim potencijalom u tačke sa manjim gravitacionim potencijalom. Odnosno, u ovom slučaju se njegova frekvencija smanjuje, a talasna dužina povećava i obrnuto. Na primjer, sunčeva svjetlost koja pada na Zemlju će ovamo stizati sa promijenjenom frekvencijom, u kojoj će se spektralne linije pomicati prema crvenom dijelu spektra.

Zaključak o promeni frekvencije svetlosti u gravitacionom polju povezan je sa efektom dilatacije vremena u blizini velikih gravitacionih masa. Tamo gdje su polja sjenki veća, sat radi sporije.

Tako je dobijen novi fundamentalni rezultat - brzina svjetlosti više nije konstantna vrijednost, već se povećava ili smanjuje u gravitacijskom polju, ovisno o tome da li se smjer svjetlosnog snopa poklapa sa smjerom gravitacionog polja.

Nova teorija je malo kvantitativno promijenila Newtonovu teoriju, ali je uvela duboke kvalitativne promjene. Inercija, gravitacija i metričko ponašanje tijela i satova svedeni su na jedno svojstvo polja, a generalizovani zakon inercije preuzeo je ulogu zakona kretanja. Istovremeno se pokazalo da prostor i vrijeme nisu apsolutne kategorije – tijela i njihove mase utiču na njih i mijenjaju njihovu metriku.

Kako se može zamisliti zakrivljenost prostora i dilatacija vremena, o čemu se govori u općoj teoriji relativnosti?

Zamislimo model prostora u obliku gumenog lima (čak i ako to nije cijeli prostor, već njegov ravni komad). Ako ovu ploču razvučemo vodoravno i na nju stavimo velike loptice, onda će one saviti gumu, što više, to je veća masa lopte. Ovo jasno pokazuje zavisnost zakrivljenosti prostora od mase tela i takođe pokazuje kako se mogu prikazati neeuklidske geometrije Lobačevskog i Rimanna.

Teorija relativnosti utvrdila je ne samo zakrivljenost prostora pod uticajem gravitacionih polja, već i usporavanje vremena u jakom gravitacionom polju. Svetlosti koje putuje duž talasa prostora potrebno je više vremena nego da se kreće duž ravnog dela prostora. Jedno od najfantastičnijih predviđanja opšte teorije relativnosti je potpuno zaustavljanje vremena u veoma jakom gravitacionom polju. Dilatacija vremena se manifestuje u gravitacionom crvenom pomaku svetlosti: što je gravitacija jača, to je duža talasna dužina i niža frekvencija. Pod određenim uslovima, talasna dužina može težiti beskonačnosti, a njena frekvencija - nuli. One. svjetlo će nestati.

Uz svjetlost koju emituje naše Sunce, to bi se moglo dogoditi ako bi se naša zvijezda smanjila i pretvorila u loptu prečnika 5 km (prečnik Sunca je »1,5 miliona km). Sunce bi se pretvorilo u "crnu rupu". U početku su "crne rupe" bile predviđene teoretski. Međutim, 1993. godine dvojica astronoma, Hulse i Taylor, dobili su Nobelovu nagradu za otkriće takvog objekta u sistemu Crna rupa-Pulsar. Otkriće ovog objekta bilo je još jedna potvrda Ajnštajnove opšte teorije relativnosti.

Opšta teorija relativnosti je bila u stanju da objasni neslaganje između izračunatih i stvarnih orbita Merkura. U njemu orbite planeta nisu zatvorene, odnosno nakon svake revolucije planeta se vraća u drugu tačku u svemiru. Izračunata orbita Merkura dala je grešku od 43??, odnosno uočena je rotacija njegovog perihela (perihel je tačka orbite planete koja kruži oko njega najbliža Suncu.).

Samo je opšta teorija relativnosti mogla objasniti ovaj efekat zakrivljenošću prostora pod uticajem gravitacione mase Sunca.

Ideje o prostoru i vremenu formulirane u teoriji relativnosti su najdosljednije i najdosljednije. Ali oslanjaju se na makrokosmos, na iskustvo proučavanja velikih objekata, velikih udaljenosti, velikih vremenskih perioda. Prilikom konstruisanja teorija koje opisuju fenomene mikrosvijeta, Einsteinova teorija možda neće biti primjenjiva, iako ne postoje eksperimentalni podaci koji bi bili u suprotnosti s njenom upotrebom u mikrosvijetu. Ali moguće je da će sam razvoj kvantnih koncepata zahtijevati reviziju razumijevanja fizike prostora i vremena.

Trenutno je opća teorija relativnosti općeprihvaćena teorija u znanstvenom svijetu koja opisuje procese koji se odvijaju u vremenu i prostoru. Ali, kao i svaka naučna teorija, ona odgovara nivou znanja za određeni period. Sa akumulacijom novih informacija i sticanjem novih eksperimentalnih podataka, svaka teorija može biti opovrgnuta.

Opća i specijalna teorija relativnosti (nova teorija prostora i vremena) dovele su do toga da su svi referentni sistemi postali jednaki, stoga sve naše ideje imaju smisla samo u određenom referentnom sistemu. Slika svijeta je dobila relativan, relativan karakter, modificirane su ključne ideje o prostoru, vremenu, kauzalnosti, kontinuitetu, odbačena je nedvosmislena opozicija subjekta i objekta, percepcija je zavisna od referentnog okvira koji uključuje oboje. subjekt i objekt, metod posmatranja itd.)

Na osnovu novog relativističkog pristupa percepciji prirode, formulisana je nova, treća prirodnonaučna paradigma u istoriji nauke. Zasnovan je na sljedećim idejama:

• Ø Relativizam– nova naučna paradigma je napustila ideju apsolutnog znanja. Svi fizički zakoni koje su otkrili naučnici su objektivni u datom trenutku. Nauka se bavi ograničenim i približnim pojmovima i samo teži da shvati istinu.
• Ø Neodeterminizam- nelinearni determinizam. Najvažniji aspekt razumijevanja determinizma kao nelinearnog je odbacivanje ideje prisilne uzročnosti, koja pretpostavlja postojanje takozvanog vanjskog uzroka za tekuće prirodne procese. I nužnost i slučajnost imaju jednaka prava kada analiziraju tok prirodnih procesa.
• Ø Globalni evolucionizam– ideja prirode kao sistema koji se stalno razvija. Nauka je počela proučavati prirodu ne samo sa stanovišta njene strukture, već i procesa koji se u njoj odvijaju. Istovremeno, istraživanje procesa u prirodi daje se prioritet.
• Ø Holizam- vizija svijeta kao jedinstvene cjeline. Univerzalna priroda veze između elemenata ove cjeline (obavezna veza).
• Ø Sinergija– kao istraživački metod, kao univerzalni princip samoorganizacije i razvoja otvorenih sistema.
• Ø Uspostavljanje razumne ravnoteže između analize i sinteze prilikom proučavanja prirode. Učenje je razumjelo da je nemoguće beskrajno drobiti prirodu u najsitnije cigle. Njegova svojstva mogu se razumjeti samo kroz dinamiku prirode u cjelini.
• Ø Tvrdnja da se evolucija prirode odvija u četverodimenzionalnom prostor-vremenskom kontinuumu.

SRT, također poznat kao specijalna teorija relativnosti, je sofisticirani deskriptivni model za odnose prostora-vremena, kretanja i zakona mehanike, koji je 1905. godine stvorio dobitnik Nobelove nagrade Albert Ajnštajn.

Ušavši na odsjek teorijske fizike na Univerzitetu u Minhenu, Maks Plank se obratio za savjet profesoru Philippu von Jollyju, koji je u to vrijeme bio na čelu katedre za matematiku na ovom univerzitetu. Na šta je dobio savjet: “U ovoj oblasti je već gotovo sve otvoreno, a preostaje samo da se pokrpe neki ne baš bitni problemi.” Mladi Planck je odgovorio da ne želi da otkriva nove stvari, već samo da razume i sistematizuje već poznata znanja. Kao rezultat toga, iz jednog takvog „ne baš važnog problema“ naknadno je nastala kvantna teorija, a iz drugog teorija relativnosti, za koju su Max Planck i Albert Einstein dobili Nobelovu nagradu za fiziku.

Za razliku od mnogih drugih teorija koje su se oslanjale na fizičke eksperimente, Einsteinova teorija bila je gotovo u potpunosti zasnovana na njegovim misaonim eksperimentima i tek je kasnije potvrđena u praksi. Tako je davne 1895. (sa samo 16 godina) razmišljao o tome šta bi se dogodilo ako bi se kretao paralelno sa snopom svjetlosti njegovom brzinom? U takvoj situaciji se ispostavilo da su za vanjskog posmatrača čestice svjetlosti trebale oscilirati oko jedne tačke, što je bilo u suprotnosti s Maxwellovim jednadžbama i principom relativnosti (koji je glasio da zakoni fizike ne zavise od mjesta na kojem se nalazite i brzina kojom se krećete). Tako je mladi Ajnštajn došao do zaključka da bi brzina svjetlosti trebala biti nedostižna za materijalno tijelo, a prva cigla je položena u osnovu buduće teorije.

Sljedeći eksperiment je on izveo 1905. godine i sastojao se u činjenici da na krajevima voza u pokretu postoje dva impulsna izvora svjetlosti koja svijetle u isto vrijeme. Za spoljnog posmatrača koji prolazi pored voza, oba ova događaja se dešavaju istovremeno, ali za posmatrača koji se nalazi u centru voza, čini se da su se ovi događaji dogodili u različito vreme, pošto je bljesak svetlosti sa početka vagona stići će ranije nego sa svog kraja (zbog konstantne brzine svjetlosti).

Iz ovoga je izveo vrlo hrabar i dalekosežan zaključak da je istovremenost događaja relativna. Proračune dobijene na osnovu ovih eksperimenata objavio je u radu “O elektrodinamici pokretnih tijela”. Štaviše, za posmatrača koji se kreće, jedan od ovih impulsa će imati veću energiju od drugog. Da se u takvoj situaciji ne bi prekršio zakon održanja količine kretanja pri prelasku iz jednog inercijalnog referentnog sistema u drugi, bilo je potrebno da objekat istovremeno sa gubitkom energije izgubi i masu. Tako je Ajnštajn došao do formule koja karakteriše odnos između mase i energije E=mc 2 – što je možda i najpoznatija fizička formula u ovom trenutku. Rezultate ovog eksperimenta objavio je kasnije te godine.

Osnovni postulati

Konstantnost brzine svjetlosti– do 1907. godine, eksperimenti su vršeni za mjerenje s preciznošću od ±30 km/s (što je bilo veće od Zemljine orbitalne brzine) i nisu otkrili njene promjene tokom godine. Ovo je bio prvi dokaz nepromjenjivosti brzine svjetlosti, što je naknadno potvrđeno mnogim drugim eksperimentima, kako eksperimentatora na zemlji, tako i automatskih uređaja u svemiru.

Princip relativnosti– ovaj princip određuje nepromjenjivost fizičkih zakona u bilo kojoj tački u prostoru iu bilo kojem inercijalnom referentnom okviru. Odnosno, bez obzira da li se krećete brzinom od oko 30 km/s u orbiti Sunca zajedno sa Zemljom ili u svemirskom brodu daleko izvan njenih granica - kada izvodite fizički eksperiment, uvijek ćete doći do isti rezultati (ako je vaš brod u ovom vremenu ne ubrzava ili usporava). Ovaj princip su potvrdili svi eksperimenti na Zemlji, a Ajnštajn je mudro smatrao da je ovaj princip istinit za ostatak Univerzuma.

Posljedice

Proračunima zasnovanim na ova dva postulata, Ajnštajn je došao do zaključka da vreme posmatrača koji se kreće u brodu treba da se usporava sa povećanjem brzine, a da se on, zajedno sa brodom, smanjuje u pravcu kretanja (kako bi se na taj način kompenziraju efekte kretanja i održavaju princip relativnosti). Iz uvjeta konačne brzine za materijalno tijelo također je slijedilo da pravilo za sabiranje brzina (koje je u Njutnovoj mehanici imalo jednostavan aritmetički oblik) treba zamijeniti složenijim Lorentzovim transformacijama - u ovom slučaju, čak i ako dodamo dvije brzine do 99% brzine svjetlosti, dobićemo 99,995% ove brzine, ali je nećemo prekoračiti.

Status teorije

Budući da je Einsteinu trebalo samo 11 godina da formira opštu verziju iz određene teorije, nisu izvedeni eksperimenti koji bi direktno potvrdili STR. Međutim, iste godine kada je objavljen, Einstein je objavio i svoje proračune koji su objasnili pomak u perihelu Merkura na djelić procenta, bez potrebe za uvođenjem novih konstanti i drugih pretpostavki koje su zahtijevale druge teorije koje objasnio ovaj proces. Od tada je ispravnost opće relativnosti eksperimentalno potvrđena sa tačnošću od 10 -20, a na njenoj osnovi su napravljena mnoga otkrića, što jasno dokazuje ispravnost ove teorije.

Prvenstvo na otvaranju

Kada je Ajnštajn objavio svoje prve radove o specijalnoj teoriji relativnosti i počeo da piše njenu opštu verziju, drugi naučnici su već otkrili značajan deo formula i ideja koje leže u osnovi ove teorije. Dakle, recimo da je Lorentzove transformacije u općem obliku prvi dobio Poincaré 1900. godine (5 godina prije Einsteina) i dobio ime po Hendriku Lorentzu, koji je dobio približnu verziju ovih transformacija, iako je i u ovoj ulozi bio ispred Waldemara Vogta.

SPECIJALNI I OPŠTI RELATIVNOST

Jedan od najvažnijih aspekata moderne fizike koji je direktno relevantan za našu analizu teologije je koncept vremena – njegovo porijeklo i odsustvo jedne, ili konstantne i nepromjenjive, mjere njegovog toka. Zbog važnosti hronologije u tumačenju Biblije, vrlo je važno pokušati razumjeti kako teorija relativnosti tumači našu percepciju Univerzuma, njegovu starost i sve što se u njemu događa. kvantni foton vremenske relativnosti

Teško je imenovati drugu teoriju koja bi imala tako dubok uticaj na naše razumevanje sveta i njegovog stvaranja kao što je teorija relativnosti (i posebna i opšta). Prije pojave ove teorije vrijeme se uvijek smatralo apsolutnom kategorijom. Vrijeme proteklo od početka do završetka procesa smatralo se neovisnim o tome ko je mjerio njegovo trajanje. Još prije 300 godina, Newton je vrlo elokventno formulirao ovo uvjerenje: „Apsolutno, istinito i matematičko vrijeme, samo po sebi i na osnovu svoje prirode, teče jednolično i nezavisno od bilo kakvih vanjskih faktora. Štoviše, vrijeme i prostor smatrani su nepovezanim kategorijama koje nisu ni na koji način utjecale jedna na drugu. I zaista, kakva bi druga veza mogla postojati između udaljenosti koja razdvaja dvije tačke prostora i protoka vremena, osim činjenice da je veća udaljenost zahtijevala više vremena da se ona savlada; jednostavna i čista logika.

Koncepti koje je predložio Ajnštajn u svojoj specijalnoj teoriji relativnosti (1905) i kasnije u njegovoj opštoj teoriji relativnosti (1916) promenili su naše razumevanje prostora i vremena jednako fundamentalno kao što svetlost upaljene lampe menja našu percepciju prethodno zamračene prostorije. .

Dugo putovanje do Ajnštajnovog uvida počelo je 1628. godine, kada je Johanes Kepler otkrio neobičan fenomen. Primijetio je da su repovi kometa uvijek usmjereni u smjeru suprotnom od Sunca. Zvijezde padalice koje prate noćno nebo imaju rep koji plamti, kako i treba, iza njih. Na isti način, rep se proteže iza komete kada se približi Suncu. Ali nakon što kometa prođe pored Sunca i počne svoj povratni let u udaljena područja Sunčevog sistema, situacija se mijenja na najdramatičniji način. Rep komete je ispred njenog glavnog tijela. Ova slika odlučno proturječi samom konceptu repa! Kepler je predložio da je položaj repa komete u odnosu na njeno glavno tijelo određen pritiskom sunčeve svjetlosti. Rep ima manju gustoću od same komete, pa je stoga podložniji pritisku sunčevog zračenja od glavnog tijela komete. Sunčevo zračenje zapravo duva u rep i gura ga dalje od sunca. Da nije gravitacionog privlačenja glavnog tijela komete, sitne čestice koje čine rep bile bi pometene. Keplerovo otkriće bilo je prvi pokazatelj da zračenje – poput svjetlosti – može imati mehaničku (u ovom slučaju odbojnu) silu. Ovo je bila vrlo važna promjena u našem razumijevanju svjetlosti, jer slijedi da svjetlost, koja se oduvijek smatrala nečim nematerijalnim, može imati težinu ili masu. Ali tek 273 godine kasnije, 1901. godine, izmjeren je pritisak koji je vršio mlaz svjetlosti. E.F. Nichols i J.F. Hull je, obasjavši snažan snop svjetlosti na ogledalo okačeno u vakuumu, izmjerio pomak ogledala kao rezultat svjetlosnog pritiska. Ovo je bila laboratorijska analogija repa komete koji je odgurnula sunčeva svjetlost.

Godine 1864, istražujući otkrića Michaela Faradaya o elektricitetu i magnetizmu, James Clerk Maxwell je predložio da se svjetlost i svi drugi oblici elektromagnetnog zračenja kreću kroz svemir kao valovi istom fiksnom brzinom7. Mikrovalne pećnice u mikrovalnoj pećnici u našoj kuhinji, svjetlo pod kojim čitamo, rendgenski zraci koji omogućavaju doktoru da vidi slomljenu kost, i gama zraci oslobođeni atomskom eksplozijom, sve su to elektromagnetski valovi, koji se razlikuju samo jedan od drugog u talasnoj dužini i frekvenciji. Što je veća energija zračenja, kraća je talasna dužina i veća frekvencija. U svim ostalim aspektima oni su identični.

1900. godine Max Planck je predložio teoriju elektromagnetnog zračenja koja se fundamentalno razlikovala od svih prethodnih. Ranije se vjerovalo da se energija koju emituje zagrijani predmet, kao što je crveni sjaj vrućeg metala, emituje ravnomjerno i kontinuirano. Pretpostavljalo se i da se proces zračenja nastavio sve dok se sva toplota potpuno ne rasprši i predmet vrati u prvobitno stanje – a to je u potpunosti potvrđeno hlađenjem zagrijanog metala na sobnu temperaturu. Ali Planck je pokazao da je situacija potpuno drugačija. Energija se ne emituje u jednolikom i neprekidnom toku, već u diskretnim porcijama, kao da je usijani metal predao svoju toplotu, izbacujući mlaz sitnih vrućih čestica.

Planck je predložio teoriju prema kojoj ove čestice predstavljaju pojedinačne dijelove zračenja. Nazvao ih je "kvantima" i tako je rođena kvantna mehanika. Budući da se svako zračenje kreće istom brzinom (brzinom svjetlosti), brzina kretanja kvanta mora biti ista. I iako je brzina svih kvanta ista, nemaju svi istu energiju. Planck je predložio da je energija pojedinačnog kvanta proporcionalna frekvenciji njegovih oscilacija dok se kreće kroz prostor, poput male gumene lopte koja se neprestano skuplja i širi dok leti duž svoje putanje. U vidljivom opsegu, naše oči mogu mjeriti frekvenciju pulsiranja kvanta, a mi to nazivamo bojom. Zbog kvantizirane emisije energije blago zagrijani predmet počinje svijetliti crveno, a zatim, kako temperatura raste, počinje emitirati druge boje spektra koje odgovaraju višim energijama i frekvencijama. Na kraju se njegovo zračenje pretvara u mešavinu svih frekvencija, koje doživljavamo kao bijelu boju vrelog tijela.

I tu nailazimo na paradoks - ista teorija koja opisuje svjetlost kao tok čestica zvanih kvanti istovremeno opisuje energiju svjetlosti koristeći frekvenciju (vidi sliku 1). Ali frekvencija je povezana s valovima, a ne česticama. Osim toga, znamo da je brzina svjetlosti uvijek konstantna. Ali šta se dešava ako se objekat koji emituje svetlost, ili posmatrač koji detektuje tu svetlost, sam pomeri? Hoće li se njihova brzina dodati ili oduzeti od brzine svjetlosti? Logika nam govori da da, treba ga sabirati ili oduzimati, ali tada brzina svjetlosti neće biti konstantna! Pritisak koji svjetlost vrši na rep komete ili na zrcalo u Nichols-Hullovom eksperimentu znači da postoji promjena u impulsu (koji se naziva i impuls) svjetlosti kada ona udari u površinu. Iz tog razloga svaki pokretni predmet vrši pritisak na prepreku. Mlaz vode iz crijeva tjera loptu po tlu jer voda ima masu i ta masa ima brzinu koja se pretvara u nulu u trenutku kada mlaz udari loptu. U tom slučaju, impuls vode se prenosi na loptu i lopta se otkotrlja. Sama definicija impulsa (momenta) kao proizvoda mase (t) ili težine objekta i brzine njegovog kretanja (v), ili mv, zahtijeva da svjetlost koja se kreće ima masu. Nekako te čestice svjetlosti nalik na valove imaju masu, iako na površini na koju svjetlost pada nije ostavljen nikakav materijalni trag. Nakon što se svjetlost „prolije“ na površinu, na njoj ne ostaje „prljavština“ od koje bi se mogla očistiti. Do sada još uvijek pokušavamo stvoriti jedinstvenu teoriju koja bi u potpunosti objasnila ovaj fenomen svjetlosti i bilo kojeg drugog zračenja.

Uporedo sa proučavanjem prirode energije zračenja, vršena su istraživanja vezana za širenje svjetlosti. Činilo se logičnim da, budući da su svjetlost i drugi oblici elektromagnetnog zračenja, u određenom smislu, valovi, treba im neka vrsta medija u kojem bi se ti valovi mogli širiti. Vjerovalo se da se valovi ne mogu širiti u vakuumu. Kao što je zvuku bila potrebna određena materijalna supstanca, kao što je vazduh, da nosi svoju talasastu energiju, tako se činilo da svetlost zahteva neku posebnu supstancu da bi je širila. Svojevremeno je sugerisano da Univerzum treba da bude ispunjen nevidljivim i nematerijalnim medijem, koji obezbeđuje prenos energije zračenja kroz svemir - na primer, svetlost i toplotu sa Sunca na Zemlju. Taj medij se zvao eter, koji je trebao ispuniti čak i vakuum prostora.

Postulat o širenju svjetlosti kroz etar omogućio je da se objasni paradoks konstantnosti njegove brzine. Prema ovom objašnjenju, svjetlost mora putovati konstantnom brzinom, ne u odnosu na izvor svjetlosti ili posmatrača, već u odnosu na ovaj sveprisutni eter. Za posmatrača koji se kreće kroz etar, svjetlost bi mogla putovati brže ili sporije u zavisnosti od smjera njenog kretanja u odnosu na smjer svjetlosti, ali u odnosu na stacionarni etar, brzina svjetlosti mora ostati konstantna.

Rice. 1.

Isto važi i za širenje zvuka. Zvuk putuje kroz mirni vazduh na nivou mora konstantnom brzinom od oko 300 metara u sekundi, bez obzira da li se izvor zvuka kreće ili ne. Zvuk nalik eksploziji koji avion proizvodi dok prelazi zvučnu barijeru zapravo je rezultat udara aviona u vlastiti zvučni val dok ga pretiče, putujući brže od 300 metara u sekundi. U ovom slučaju, izvor zvuka, avion, kreće se brže od zvuka koji proizvodi. Dvostruka priroda svjetlosti je takva da ako na njenu putanju postavimo rupu malog prečnika, svjetlost se ponaša baš kao okeanski val koji prolazi kroz uski ulaz u luku. I svjetlost i oceanski val, nakon što su prošli kroz rupu, širili su se u krugovima s druge strane rupe. S druge strane, ako svjetlost obasjava površinu nekog metala, ponaša se kao mlaz sitnih čestica koje bombardiraju tu površinu. Svjetlost izbija elektrone iz metala jedan po jedan na isti način na koji će male kuglice koje pogode papirnu metu iz nje otkinuti komadiće papira, jedan komadić po kuglici. Energija svetlosnog talasa određena je njegovom dužinom. Energija svjetlosnih čestica nije određena njihovom brzinom, već frekvencijom kojom čestice svjetlosti - fotoni - pulsiraju dok se kreću brzinom svjetlosti.

Kada su naučnici raspravljali o navodnim svojstvima etra, koja tek treba da budu otkrivena, niko nije posumnjao da je protok vremena povezan sa kretanjem svetlosti. Ali ovo otkriće je bilo iza ugla.

Godine 1887. Albert Michelson i Edward Morley objavili su rezultate svog pokušaja da eksperimentalno promatraju ono što je slijedilo iz teorije etra8. Uporedili su ukupno vrijeme potrebno svjetlosti da pređe istu udaljenost naprijed-nazad u dva smjera - paralelno i okomito na kretanje Zemlje u svojoj orbiti oko Sunca. Budući da se Zemlja kreće u svojoj orbiti oko Sunca brzinom od približno 30 kilometara u sekundi, pretpostavljalo se da se kreće istom brzinom u odnosu na eter. Ako svjetlosno zračenje poštuje iste zakone koji upravljaju svim ostalim valovima, kretanje Zemlje u odnosu na eter trebalo je da utiče na vrijeme putovanja svjetlosti mjereno u njihovim eksperimentima. Ovaj efekat nije trebalo da se razlikuje od efekta jakog vetra koji nosi zvuk.

Na opšte iznenađenje, Michelson i Morley nisu zabilježili ni najmanji trag udara ove brzine od 30 kilometara u sekundi. Inicijalni eksperiment, kao i naknadne, tehnički naprednije verzije istog eksperimenta, dovele su do potpuno neočekivanog zaključka – kretanje Zemlje nema nikakvog utjecaja na brzinu svjetlosti.

To je izazvalo zabunu. Brzina svjetlosti (c) je uvijek 299.792,5 kilometara u sekundi, bez obzira da li se izvor svjetlosti ili posmatrač kreće ili miruje. Osim toga, isti snop svjetlosti se ponaša i kao val i kao čestica, ovisno o načinu na koji se posmatra. Bilo je kao da stojimo na molu i gledamo valove koji se kotrljaju iz okeana, i odjednom bi se, u tren oka, uobičajeni vrhovi valova i korita između njih pretvorili u mlaz pojedinačnih vodenih kuglica , koji se kreće, pulsira, u vazduhu iznad samog nivoa mora. I sledećeg trenutka kugle bi nestale i talasi bi se ponovo pojavili.

Godine 1905, usred ove konfuzije, Albert Ajnštajn se pojavio na naučnoj sceni sa svojom teorijom relativnosti. Tokom te godine, Ajnštajn je objavio niz radova koji su bukvalno promenili razumevanje čovečanstva o našem univerzumu. Pet godina ranije, Planck je predložio kvantnu teoriju svjetlosti. Koristeći Planckovu teoriju, Ajnštajn je uspeo da objasni zanimljiv fenomen. Svjetlost koja udara o površinu nekih metala oslobađa elektrone, što rezultira električnom strujom. Ajnštajn je pretpostavio da je ovaj "fotoelektrični" efekat rezultat toga što kvanti svetlosti (fotoni) doslovno izbacuju elektrone iz svojih orbita oko atomskog jezgra. Ispostavilo se da fotoni imaju masu kada se kreću (zapamtite da se kreću brzinom svjetlosti c), ali je njihova "masa mirovanja" nula. Pokretni foton ima svojstva čestice - u svakom trenutku se nalazi u određenoj tački u prostoru i također ima masu, pa stoga, kako je Kepler jednom predložio, može djelovati na materijalne objekte, na primjer, rep komete; istovremeno ima svojstva talasa - karakteriše ga frekvencija oscilovanja koja je proporcionalna njegovoj energiji. Ispostavilo se da su materija i energija usko povezane u fotonu. Einstein je otkrio ovu vezu i formulirao je u široko poznatoj jednadžbi. Einstein je zaključio da se ova jednadžba odnosi na sve vrste masa i oblike energije. Ove odredbe postale su osnova specijalne teorije relativnosti.

Percepcija ovih ideja nije tako jednostavna i zahtijeva znatan mentalni napor. Na primjer, uzmimo određeni objekt. Masa (ono što obično nazivamo "težinom") stacionarnog objekta naziva se, u naučnom smislu, masa mirovanja. Sada dajmo ovom objektu snažan pritisak. Počet će se kretati određenom brzinom i, kao rezultat toga, steći će kinetičku energiju, što je veća što je njegova brzina veća. Ali pošto se e u E=mc2 odnosi na sve oblike energije, ukupna energija objekta bit će zbir njegove energije mirovanja (povezane s masom mirovanja) i njegove kinetičke energije (energija njegovog kretanja). Drugim riječima, Einsteinova jednadžba zahtijeva da se masa objekta stvarno povećava kako se njegova brzina povećava.

Dakle, prema teoriji relativnosti, masa objekta se mijenja kako se mijenja njegova brzina. Pri malim brzinama, masa objekta se praktički ne razlikuje od mase mirovanja. Zato se u našim svakodnevnim aktivnostima Njutnov opis zakona prirode pokazuje sasvim tačnim. Ali za galaksije koje jure kroz svemir, ili za subatomske čestice u akceleratoru, situacija je potpuno drugačija. U oba slučaja, brzina ovih objekata može biti veliki dio brzine svjetlosti, pa stoga promjena njihove mase može biti vrlo, vrlo značajna.

O ovoj razmjeni između mase i energije vrlo elokventno raspravljaju i Steven Weinberg u svojoj knjizi Prva tri minuta i Nahmanides u svom komentaru na Postanak. Obojica govore o dualizmu mase i energije kada opisuju prve minute života Univerzuma.

Specijalna teorija relativnosti zasniva se na dva postulata: principu relativnosti i konstantnosti brzine svjetlosti. Princip relativnosti, koji je postavio Galileo Galilei prije 300 godina, precizirao je Ajnštajn. Ovaj princip kaže da svi zakoni fizike (koji nisu ništa drugo do zakoni prirode) djeluju jednako u svim sistemima koji se kreću bez ubrzanja, odnosno ravnomjerno i pravolinijski. Na jeziku fizičara, takvi sistemi se nazivaju inercijskim referentnim okvirima.

Referentni okvir određuje odnos posmatrača sa vanjskim svijetom. Princip relativnosti nam govori da, budući da smo u inercijalnom referentnom okviru, ne možemo, koristeći zakone fizike, odrediti da li se sam sistem kreće, jer njegovo kretanje ni na koji način ne utiče na rezultate mjerenja u sistemu. . Zbog toga ne osjećamo kretanje kada letimo konstantnom brzinom po mirnom vremenu. Ali, ljuljajući se u stolici za ljuljanje, nalazimo se u neinercijskom referentnom okviru; Budući da se brzina i smjer kretanja stolice za ljuljanje stalno mijenja, možemo osjetiti naše kretanje.

Svi smo se susreli sa primjerima nemogućnosti mjerenja apsolutnog kretanja. Na primjer, stojimo ispred semafora, a auto ispred nas počinje polako da se kotrlja unazad. Ili idemo naprijed? U početku je teško shvatiti ko se tačno kreće. Naš voz polako i glatko počinje da se kreće duž perona. Budeći se iz sna, primjećujemo da se voz koji stoji na susjednoj pruzi polako kreće unazad. Ili nam se barem čini da je to tako. Sve dok naš referentni okvir - naš automobil ili voz - ne počne da se kreće ubrzano (prestane biti inercijski okvir), nejasno je šta se kreće, a šta miruje.

Ovdje se može činiti da postoji kontradikcija: Einstein nas je naučio da je masa objekta funkcija njegove brzine, a sada tvrdimo da ne možemo odrediti kretanje mjerenjem kako se masa mijenja pod njegovim utjecajem. Ali ovdje postoji vrlo suptilna razlika. Unutar inercijalnog referentnog okvira sve količine ostaju nepromijenjene. Kada se mjere iz drugog referentnog sistema, koji se kreće u odnosu na prvi, vrijednosti veličine i mase će se promijeniti. Kada bi se svi dijelovi Univerzuma kretali jednako i jednoliko, teorija relativnosti ne bi imala nikakve veze s temom našeg proučavanja. Ali to nije slučaj. Sposobnost posmatranja istih događaja iz različitih referentnih okvira igra značajnu ulogu u biblijskoj analizi kosmologije koju preduzimamo.

Drugi element temelja specijalne relativnosti još je teže razumjeti. Moglo bi se čak reći da je do krajnosti neshvatljiv. On navodi da je brzina svjetlosti, c, konstantna veličina (c = 2,997925 x 108 metara u sekundi u vakuumu - uvijek) i ista u svim referentnim okvirima. Ova činjenica je otkrivena iz rezultata Michelson-Morleyjevog eksperimenta. Ako razmislite o značenju ove izjave, moći ćete cijeniti njenu odvažnost. Ajnštajn je preuzeo na sebe da izjavi da, bez obzira na brzinu kretanja posmatrača prema ili od izvora svetlosti, brzina svetlosti ostaje jednaka c. Nijedan drugi oblik kretanja (kao što je zvučni val) nema ovo svojstvo. Ovo izgleda krajnje nelogično.

Ako bacač baci loptu hvataču brzinom od 90 milja na sat, hvatač vidi loptu kako dolazi na njega brzinom od 90 milja na sat. Sada, ako, suprotno svim pravilima, hvatač trči prema bacaču brzinom od 20 milja na sat, brzina lopte u odnosu na hvatača bit će 110 milja na sat (90 + 20). Brzina lopte u odnosu na bacača bit će ista kao i prije, 90 milja na sat. Sledeći put, umesto da baci loptu, bacač pokazuje hvataču sliku lopte. Kreće se prema hvataču brzinom svjetlosti (c), odnosno otprilike 300 miliona metara u sekundi. Hvatač s brzim nogama, zauzvrat, juri prema bacaču brzinom koja je jednaka jednoj desetini brzine svjetlosti, odnosno 30 miliona metara u sekundi. A šta će vidjeti ovaj naš hvatač? Slika lopte koja mu se približava brzinom od 330 miliona metara u sekundi? Ne! Upravo je to paradoks svjetlosti - izaziva konfuziju, nervira, ponekad čak i razbjesni, ali nas u isto vrijeme oslobađa.

Hvatač vidi sliku lopte koja mu se približava tačno brzinom svetlosti, 300 miliona metara u sekundi, iako on trči ka njoj i time dodaje sopstvenu brzinu brzini svetlosti. Svetlost se, bez obzira na brzinu kretanja posmatrača u odnosu na izvor svetlosti, uvek kreće brzinom c. Uvijek. A koju brzinu kretanja slike lopte bilježi bacač koji nepomično stoji? Tako je, takođe s. Kako dva posmatrača, jedan koji se kreće, a drugi koji stoji, zabilježe istu brzinu svjetlosti? Logika i zdrav razum govore da je to nemoguće. Ali relativnost kaže da je to realnost. I ova stvarnost je potvrđena u Michelson-Morleyevom eksperimentu.

Oba posmatrača registruju istu brzinu svetlosti, jer je činjenica promena mase, prostora i vremena – ma koliko to izgledalo neshvatljivo – osnovni zakon relativističke mehanike i Univerzuma u kojem živimo. Zakoni koji regulišu ove promjene su takvi da se u datom sistemu ne događa ništa što izgleda apsurdno. Onaj ko je unutra ne primećuje nikakve promene. Ali, posmatrajući drugi sistem koji se kreće pored nas, vidimo da se dimenzije objekta duž pravca kretanja smanjuju u odnosu na iste dimenzije objekta kada miruje. Štaviše, satovi koji su pokazivali tačno vreme kada su bili u mirovanju, pomerajući se, počinju da zaostaju za satovima „u mirovanju“ u našem referentnom okviru.

Kombinacija konstantnosti brzine svjetlosti i principa relativnosti neizbježno povlači za sobom dilataciju vremena. Dilatacija vremena može se demonstrirati korištenjem misaonog eksperimenta sličnog onom koji je koristio Ajnštajn kada je razvio osnovne principe relativnosti. Primjer takvog misaonog eksperimenta daju Taylor i Wheeler u svojoj klasičnoj knjizi "Fizika prostora i vremena"0.

Razmotrimo dva referentna sistema, od kojih je jedan stacionaran, a drugi se kreće. Stacionarni sistem je obična fizička laboratorija. Drugi sistem je raketa koja se kreće velikom brzinom, potpuno transparentna i propusna, unutar koje se nalazi posada koju čine apsolutno transparentni i propusni naučnici. Raketa, zbog svoje potpune providnosti i propusnosti, može proći kroz našu laboratoriju bez da ulazi u bilo kakvu interakciju sa njom i njenim sadržajem. U laboratoriji iz tačke A (slika 2) dolazi do bljeska svetlosti koji se kreće dijagonalno do ogledala koje se nalazi u tački M. Svetlost koja se reflektuje od ogledala prolazi i dijagonalno do tačke B. Vreme dolaska rakete laboratoriju određuje se na način da se u trenutku paljenja A rakete poklopi sa tačkom A laboratorije. Neka brzina rakete bude takva da se tačka A rakete poklapa sa tačkom B laboratorije u tačnom trenutku kada bljesak svetlosti dostigne tačku B. Posmatračima u raketi će se činiti da je svetlost poslata iz tačke A na raketi prolazi direktno do tačke B M i vraća se nazad u tačku A rakete. Pošto je brzina rakete konstantna (to je inercijalni sistem), ljudi u raketi ne znaju da se kreće.

Razdaljina koju pređe svjetlost, kako je percipiraju putnici rakete, je 2y (od tačke A do tačke M i nazad). Ista putanja svetlosti, vidljiva onima u laboratoriji, je zbir dve strane trougla - od tačke A do tačke M i od tačke M do tačke B. Očigledno, ova putanja mora biti veća od putanje vidljive u putnici rakete. Možemo precizno izračunati razliku između njih koristeći Pitagorinu teoremu. Dakle, zaključujemo da je putanja svjetlosti promatrana iz rakete kraća od putanje svjetlosti promatrane iz laboratorije.

Rice. 2.

Podsetimo se da je brzina svetlosti u oba sistema ista. Ovo je jedan od čvrsto utemeljenih fundamentalnih principa teorije relativnosti. Također je poznato da je u svim slučajevima vrijeme provedeno u kretanju jednako pređenoj udaljenosti podijeljenoj sa brzinom kretanja. Vrijeme potrebno za putovanje 100 milja brzinom od 50 milja na sat je dva sata. Budući da je brzina svjetlosti i za naučnike u laboratoriji i za naučnike koji se kreću u raketi jednaka c, a udaljenost koju svjetlost pređe u laboratoriji veća je od udaljenosti koju ona pređe u raketi, vremenski interval između blic bi trebalo da bude više svetla u tački A i dolazak svetlosti u tačku B u laboratoriji nego u raketi.

Desio se samo jedan događaj. Postojao je samo jedan bljesak svjetlosti, a svjetlost posmatrana u dva referentna okvira jednom je završila svoje putovanje. Međutim, trajanje ovog događaja bilo je drugačije kada se mjeri u dva različita referentna okvira.

Ova razlika u izmjerenom vremenu naziva se relativistička vremenska dilatacija, i to je dilatacija koja uvjerljivo usklađuje šest dana Kreacije sa 15 milijardi godina kosmologije.

Koncepti koji su u osnovi opšte teorije relativnosti su razvoj ideja iz specijalne teorije relativnosti, ali su složeniji. Dok se specijalna teorija relativnosti bavi inercijskim sistemima, opšta teorija relativnosti se bavi i inercijskim i neinercijalnim (ubrzanim) sistemima. U neinercijalnim sistemima, vanjske sile - kao što su gravitacijske sile - utiču na kretanje objekata. Posebno relativističko svojstvo gravitacije, koje je direktno povezano s problemom koji proučavamo, jeste da gravitacija - baš kao i brzina - uzrokuje dilataciju vremena. Isti sat na Mesecu teče brže nego na Zemlji jer je Mesečeva gravitacija slabija. Kao što ćemo vidjeti, gravitacija igra ključnu ulogu u pomirenju Kreacije i Velikog praska.

Sile gravitacionog privlačenja osjećaju se na potpuno isti način kao i sile koje uzrokuju ubrzanje. Na primjer, u liftu koji se uzdiže osjećamo silu kojom pod pritiska naša stopala; ona nas zapravo gura gore zajedno sa liftom. Ovo se percipira kao sila koju bismo osjetili stojeći u stacionarnom liftu ako bi se Zemljina gravitacijska sila na neki način iznenada povećala. Ajnštajn je zaključio da, budući da se gravitacija percipira baš kao i svaka druga sila koja izaziva promenu kretanja, ona treba da proizvede iste rezultate. Budući da sile ubrzanja uzrokuju promjene u kretanju i dilataciji vremena, promjene u gravitaciji također moraju uzrokovati dilataciju vremena.

Budući da je aspekt vremenske dilatacije u teoriji relativnosti veoma značajan za problem objedinjavanja kosmološkog i biblijskog kalendara, veoma je važno pokazati da vremenska dilatacija zaista postoji. Uostalom, relativističke promjene postaju uočljive samo u onim slučajevima kada se relativne brzine kretanja približavaju brzini svjetlosti. Čak i pri brzini od 30 miliona metara u sekundi, jednoj desetini brzine svjetlosti, dilatacija vremena je manja od jedan posto.

Brzine bliske brzini svjetlosti rijetke su u svakodnevnom životu, ali su uobičajene u kosmologiji i fizici visokih energija. Međutim, treba napomenuti da stvarna mogućnost mjerenja vremenske dilatacije ne čini samu ideju pristupačnijom za razumijevanje. Ipak, to nam omogućava da ga premjestimo iz kategorije čisto teorijskog koncepta u područje empirijskih činjenica. Prilično širok spektar ljudskih aktivnosti - od eksperimenata u laboratorijima fizike visokih energija do redovnih letova komercijalnih avio-kompanija - omogućava nam da pokažemo dilataciju vremena.

Jedna od mnogih elementarnih čestica koje nastaju tokom eksperimenata u laboratorijima fizike je mu mezon. Ima poluživot od jedne i po mikrosekunde. Mu mezoni se, međutim, ne pojavljuju samo u laboratorijima fizike visokih energija, već iu gornjim slojevima Zemljine atmosfere kada se kosmičke zrake sudaraju s jezgrima atoma atmosferskog plina. Pošto je energija kosmičkog zračenja veoma visoka, mu mezoni u trenutku svog formiranja postižu brzinu skoro jednaku brzini svetlosti. Pri tako velikim brzinama dolazi do dilatacije vremena, što se može izmjeriti. Čak i kada se kreću brzinom koja je blizu svjetlosti, mu mezonima je potrebno 200 mikrosekundi da pređu 60 kilometara od sloja atmosfere u kojem nastaju do površine Zemlje. Budući da mu mezon ima poluživot od jedne i po mikrosekunde, tranzitno vrijeme od 200 mikrosekundi pokriva 133 njegova poluživota. Podsjetimo da se tokom svake takve poluperiode polovina preostalih čestica raspada. Nakon 133 poluciklusa, udio mu-mezona koji bi trebao preživjeti i dospjeti na površinu Zemlje bit će jednak "/2 x 1/2 x "/2 i tako 133 puta, što je milioniti dio milionitog dijela milijarditog dela od broja mu-mezona koji su započeli svoje putovanje do površine Zemlje. Ovaj broj je toliko mali da gotovo nijedan mu mezon ne bi trebao doći do Zemlje. Velika većina njih će se usput raspasti. Međutim, ako uporedimo broj mu mezona proizvedenih u gornjim slojevima atmosfere sa brojem mi mezona koji dopiru do površine Zemlje, iznenađeni smo kada otkrijemo da "/8 njihovog početnog broja uspješno stiže na svoje odredište." 1/8 miona znači da se tokom njihovog putovanja od 60 km završe samo tri poluperioda, tako da je za mu mezon koji se kreće brzinom blizu svjetlosti, proteklo (relativističko) vrijeme samo tri poluperioda (3 x 1,5 mikrosekunde, za posmatrača na površini Zemlje, proći će najmanje 200 mikrosekundi - minimalno vrijeme potrebno za putovanje od gornje atmosfere do površine, a isti pojedinačni događaj se dešava u dva različita vremena). intervali - 4,5 mikrosekundi u referentnom okviru mu-mezona koji se brzo kreće i 200 mikrosekundi u referentnom okviru posmatrača koji stoji na površini još jednom da govorimo o jednom događaju. Ali zbog činjenice da se posmatrač i posmatrani objekat kreću relativno jedan prema drugom, za ovaj jedan događaj postoje dva različita vremenska perioda. I oba su apsolutno tačna!

Ali mu mezoni su prilično egzotične čestice i skeptik bi se mogao nasmejati i odmahnuti glavom u neverici. Uostalom, nijedan posmatrač ne može putovati u društvu miona. Oslanjamo se samo na njihov poluživot kao na sat koji se kreće s njima.

Šta je sa pravim satom i osobom koja se kreće s njim i mjeri dilataciju vremena na najdirektniji način? Ovo bi očito izgledalo uvjerljivije. A to je upravo ono što su u prestižnom časopisu Science objavili Hafele i Keating12 sa Univerziteta u Washingtonu i američke mornaričke laboratorije. Poslali su četiri kompleta cezijumskih satova na avione Boeing 707 i Concorde u vlasništvu TWA i Pan Am-a i koji obavljaju redovne komercijalne letove širom svijeta. Ovi satovi su odabrani jer su izuzetno precizni.

Zemlja se okreće od zapada prema istoku. Ako Zemlju posmatramo iz svemira, dok se nalazimo iznad njenog sjevernog pola, vidjet ćemo da se prilikom letenja na istok brzina aviona dodaje brzini Zemlje. Kao što je predviđeno teorijom relativnosti, satovi u avionu bili su iza istih satova koji se nalaze u američkoj pomorskoj laboratoriji u Washingtonu, D.C. (svi satovi korišteni u ovom eksperimentu osigurani su od strane laboratorija). Kada leti na zapad, brzina aviona se oduzima od brzine rotacije Zemlje i, u potpunom skladu sa teorijom relativnosti, satovi na ovom avionu su se pomerili unapred. Prema Haefeleu i Keatingu, „U nauci su relevantne empirijske činjenice moćnije od teorijskih argumenata. Ovi rezultati pružaju nedvosmisleno empirijsko rješenje poznatog paradoksa sata."3

Ne samo percepcija vremena, već i stvarni protok vremena se mijenja u zavisnosti od relativnog kretanja posmatrača. Unutar bilo kojeg referentnog okvira, sve izgleda sasvim normalno. Ali kada se dva sistema prvo razdvoje, a zatim ponovo povežu i uporede očitanja sata, ispostavlja se da je protok vremena u njima drugačiji (stvarno „starenje“).

Posebno zanimljiv aspekt Hefele-Keating eksperimenata s dilatacijom vremena bio je da su testirali i specijalnu i opštu relativnost. Prema opštoj relativnosti, razlike u jačini gravitacije utiču na trajanje na isti način kao i razlike u relativnoj brzini, kao što je pretpostavljeno specijalnom relativnošću. Učinak gravitacionog polja na bilo koji objekt obrnuto je proporcionalan kvadratu udaljenosti između objekata. Kako se udaljenost udvostručuje, gravitacijsko privlačenje se smanjuje za faktor četiri. Što je objekat udaljeniji od Zemlje, to je Zemljina privlačnost slabija. Budući da su avioni u letu visoko iznad površine Zemlje (tipična visina leta Boeing 707 je 10 km, a Concorde 20 km), gravitacijski efekat Zemlje na satove u avionu bio je drugačiji od efekta na satove koji su se nalazili na površini Zemlje u mornaričkim laboratorijama. Promjene u satu zabilježene u eksperimentu bile su u skladu s predviđanjima opće relativnosti (koja uzima u obzir utjecaj i kretanja i gravitacije).

Ovaj eksperiment, kao i svi slični njemu, dokazao je da Ajnštajnove specijalne i opšte teorije relativnosti ispravno opisuju stvarne karakteristike našeg Univerzuma. Relativnost više nije čista teorija. Relativnost je dokazana, empirijski dokazana činjenica. Drugim riječima, teorija relativnosti je postala zakon relativnosti.

A sada, na osnovu ovog zakona, potkrijepljenog jednom od prirodnih nauka koje opisuju Univerzum, možemo nastaviti s raspravom o prvih šest dana Kreacije – o tom periodu u kojem su prirodna nauka i teologija, na prvi pogled, kontradiktorne.

Razmotrimo promjene u odnosu između Stvoritelja, Univerzuma i čovjeka koje su se dogodile od onog trenutka koji nazivamo “početkom”. Istovremeno, ne treba ni na trenutak izgubiti iz vida da se razlika u protoku vremena može zabilježiti samo ako uporedimo posmatranje istih događaja iz dva različita referentna sistema. Ali to nije dovoljno – potrebno je i da se gravitacijske sile u ova dva referentna sistema značajno razlikuju jedna od druge, ili da se relativna brzina njihovog kretanja približi 300 miliona metara u sekundi, odnosno brzini svjetlosti. Unutar svakog sistema, bez obzira na njegovu relativnu brzinu ili gravitacionu silu koja djeluje u njemu, sve se odvija u potpunom skladu sa Newtonovim zakonima, odnosno sve izgleda normalno i logično, baš kao i ovdje na Zemlji, iako jurimo kroz svemir velikom brzinom.

Stvoritelj je imao i još uvijek ima određeni interes za stvaranje Univerzuma. To možemo pretpostaviti na osnovu činjenice da Univerzum postoji. Međutim, ne znamo koji je to interes. Međutim, neke naznake o tome možemo pronaći analizom interakcije između Stvoritelja i Univerzuma kroz cijelo vrijeme njegovog stvaranja i postojanja. Tradicionalna teologija smatra da bi Stvoritelj, da je želio da stvori svemir u jednom naletu, to učinio. Ali iz biblijskog izvještaja jasno je da njegov plan nije bio da stvori potpuno formiran univerzum kroz jedan čin. Iz nekog razloga odabrana je metoda postepenog razvoja. A prva dva poglavlja knjige "Postanak" posvećena su upravo opisu postupnog formiranja Univerzuma.

Ako igramo po pravilima po kojima Univerzum danas funkcioniše – a ta pravila su fizički zakoni koje poznajemo – onda je postepeni razvoj Univerzuma od primarne supstance koja je postojala u trenutku Velikog praska bio apsolutno neophodan za nastanak čoveka. Ali sama Zemlja i sve što postoji na njoj nisu direktni proizvodi Velikog praska. Sasvim jasno nam je rečeno da je na samom početku Zemlja bila bezoblična i prazna, ili na hebrejskom gohu i bohu. Vodeći fizičari nuklearnih čestica sada nazivaju T i B (tohu i bohu) dvije originalne "cigle" od kojih je izgrađena sva materija. Sila Velikog praska bukvalno je sabijala ove GiB-ove u vodonik i helijum - u tom trenutku nije formiran gotovo nijedan drugi element. I tek je alhemija kosmosa kasnije stvorila sve ostale elemente od ovih iskonskih vodonika i helijuma.

Zemlja i čitav Sunčev sistem su zbrka materije koja je stigla do nas nakon nebrojenih ciklusa super-kompresije u dubinama zvijezda. Ovaj pritisak je tako čvrsto sažimao vodonik i helijum da su se njihova jezgra spojila i ponovo razdvojila, formirajući teže elemente kao što su ugljenik (zaista supstanca života), gvožđe, uranijum i ostalih 89 elemenata koji čine Univerzum. Zvijezde su tada eksplodirale i izbacile svoje novonastale elemente u Univerzum, koji ih je pohlepno apsorbirao, koristeći ih za stvaranje drugih zvijezda. Rađanje zvijezda i njihova smrt bili su neophodni da bi se na kraju vodonik i helijum koji su nastali u prvim trenucima nakon Velikog praska pretvorili u elemente neophodne za stvaranje života u obliku koji nam je poznat. U svojim tumačenjima Biblije, komentatori kao što su Maimonides i Rashi objasnili su da je Bog stvorio i uništio mnoge svjetove u procesu stvaranja života na Zemlji. Ali ovdje se ne oslanjam na Majmonida; Dobio sam gornje informacije od astrofizičara Woosleya i Phillipsa.

Dakle, ako imamo sve da uradimo u šest dana prije nego što se Adam pojavi, kako možemo stisnuti sve cikluse stvaranja i uništenja svijeta u taj vremenski period? Biblijski komentatori na koje se oslanjamo jasno navode da je prvih šest dana stvaranja šest dana po 24 sata. To znači da je neko ko je vodio računa o vremenu morao da beleži prolazak tih istih 24 sata dnevno. Ali ko bi mogao biti prisutan u to vrijeme da mjeri protok vremena? Sve do trenutka kada se, nakon šest dana, pojavio Adam, samo je Gospod Bog mogao pratiti sat. I to je cela poenta.

Kada je stvoren naš Univerzum – do samog trenutka pojave čovjeka – Bog nije bio blisko povezan sa Zemljom. Tokom prvih jednog ili dva dana od šest dana Kreacije, Zemlja još nije ni postojala! Iako Postanak 1:1 kaže da “U početku stvori Bog nebo i zemlju”, sljedeći stih kaže da je Zemlja bila prazna i bez oblika. Prvi stih Knjige Postanka je, u stvari, vrlo opšta izjava, što znači da je na samom početku stvorena primarna supstanca, od koje su u narednih šest dana trebalo da se formiraju nebo i zemlja. U nastavku, u stihu 31:17 knjige “Izlazak”, ovo je jasnije rečeno: “...u šest dana stvori Gospod nebo i zemlju...”. Od čega su nebesa i Zemlja bili „napravljeni“ tokom ovih šest dana? Od supstance stvorene "na početku" tih šest dana. Pošto u ranom Univerzumu nije bilo Zemlje, i pošto nije postojala mogućnost bliske veze ili međusobnog prožimanja referentnih sistema, nije postojao zajednički kalendar za Boga i za Zemlju.

Zakon relativnosti nas je naučio da nije čak ni moguće da Bog odabere kalendar koji bi bio pravedan za sve dijelove Univerzuma, ili barem za ograničen broj njih, što je odigralo ulogu u nastanku čovječanstva. Zakon relativnosti, jedan od temeljnih zakona Univerzuma koji je uspostavljen pri njegovom stvaranju, onemogućava postojanje zajedničkog referentnog okvira za Stvoritelja i za svaki dio tog totaliteta materije koji se na kraju pretvorio u čovječanstvo i planetu. Zemlja na kojoj živi.

Znamo da je, u skladu sa zakonom relativnosti, u svemiru koji se širi nije moguće opisati vrijeme koje pokriva određeni niz događaja u jednom dijelu Univerzuma na način da je jednako vremenu istih događaja. posmatrano iz drugog dela Univerzuma. Razlike u kretanju i gravitacijskim silama različitih galaksija ili čak zvijezda u istoj galaksiji pretvaraju apsolutno vrijeme u čisto lokalnu pojavu. Vrijeme teče različito u različitim dijelovima Univerzuma.

Biblija je vodič koji opisuje ljudsko putovanje kroz život i vrijeme. Da bi čovjeku usadio uvažavanje fizičkog čuda Univerzuma, ovaj vodič uključuje opis procesa koji je od praznog, bezobličnog Univerzuma doveo do doma u kojem čovječanstvo može postojati. Ali gotovo je nemoguće odabrati jedan vremenski okvir za opis ovog procesa, jer previše faktora direktno utiče na brzinu vremena. Ovi faktori uključuju gravitacijske sile u mnogim zvijezdama, u dubinama kojih su prvobitni vodonik i helij pretvoreni u elemente u osnovi života, te kretanje međugalaktičkog plina koji se kondenzira u procesu kretanja u maglini, a zatim u zvijezde i supernove. eksplozije, označavajući smrt i kasnije ponovno rađanje zvijezda koje čine Mliječni put i masu Zemlje. Prolazak vremena bio je aspekt života za koji smo, prije Ajnštajnovog uvida, pogrešno mislili da je nepromjenjiv. Nerealno je, ne, jednostavno je nemoguće da isti sat u svim vekovima izmeri starost sve te kosmičke supstance od koje smo sastavljeni.

Odiseja materije od supstance Velikog praska do njenog sadašnjeg stanja bila je previše složena, previše raznolika da bi se protok vremena u njoj mogao meriti istim satom. Ko sada može reći koliko galaksija ili koja određena supernova je na kraju stvorila elemente koji čine naša fizička tijela? Mi ljudi i sve ostalo u Sunčevom sistemu, uključujući Sunce i planete, smo fragmenti zvijezda davno nestalih. Mi smo bukvalno napravljeni od zvezdane prašine. Na koje se atome ugljika, dušika ili kisika odnosi ovo vrijeme? Vašim ili atomima vašeg susjeda? One koje su dio čestice vaše kože ili one koje su u kapi krvi? Vjerovatno je da je svaki od njih započeo u dubinama različitih zvijezda, pa stoga svaka od njih ima svoje jedinstveno doba. Transformacije kosmičke materije koje su se dogodile prije formiranja Zemlje odvijale su se u bezbroj zvijezda, istovremeno i uzastopno. Svaka zvijezda, svaka supernova imala je svoju gravitaciju i svoju brzinu kretanja, a samim tim i svoj prostorno-vremenski referentni okvir.

Milijarde kosmičkih satova su otkucavale (i još otkucavaju), svaki svojim, lokalno ispravnim tempom. Svi su počeli da otkucavaju u jednom trenutku - trenutku Velikog praska, i svi su istovremeno stigli do vremenskog perioda kada se Adam pojavio. Ali apsolutno, lokalno vrijeme koje je proteklo od "početka" do trenutka kada je svaka od ovih čestica materije doprinijela stvaranju čovječanstva bilo je veoma različito za svaku zvijezdu i za svaku česticu. Iako su transformacije materije počele i završile u isto vreme, iz Ajnštajnove teorije sledi da se starost svake date čestice materije veoma značajno razlikuje od starosti ostalih čestica materije sa kojima se ona na kraju ujedinila, formirajući Sunčev sistem, i zatim čovečanstvo. Naše rezonovanje nije ni manje ni više sofisticirano od, recimo, detekcije 200 mikrosekundi u 4,5 mikrosekundi koje prođu dok mu mezoni, nastali u gornjim slojevima atmosfere pod udarima kosmičkog zračenja, stignu do površine Zemlje. Za 4,5 mikrosekunde prođe 200 mikrosekundi. Ova dokazana činjenica može se bolje razumjeti kroz Ajnštajnov misaoni eksperiment, u kojem naučnici na raketi velike brzine i naučnici u stacionarnoj laboratoriji beleže dva različita vremenska perioda za isti događaj. Ova situacija nema veze sa izjavom pokojnog W.K. Fields, koji je rekao da je tokom jedne duge večeri živio u Filadelfiji čitavu sedmicu15. Njegova izjava se odnosi na područje emocionalnih senzacija; u našem slučaju imamo posla sa fizičkom činjenicom. Kada govorimo o milijardu godina, ne mislimo da ih doživljavamo kao milijardu godina. Milijardu godina je zaista prošlo! Da je tokom tih istih šest dana postojao sat u tom dijelu Univerzuma koji je sada okupiran od Zemlje, on ne bi nužno bilježio 15 milijardi godina. U ranom svemiru, zakrivljenost prostora i vremena na ovom mjestu je vjerovatno bila potpuno drugačija nego što je sada.

Da bi se opisao dosljedan razvoj Univerzuma, bilo je potrebno pronaći neku vrstu kompromisa. Kao takav kompromis, Stvoritelj je za vrijeme koje je prethodilo pojavi Adama odabrao vlastiti referentni okvir, u kojem se cijeli Univerzum doživljavao kao jedinstvena cjelina.

Stvaranje Adama bilo je kvalitativno drugačije od svih drugih događaja koji su pratili stvaranje Univerzuma. To je signaliziralo fundamentalnu promjenu u Božjem odnosu prema svemiru. Znamo da su svi objekti u Univerzumu, organski i neorganski, živi i neživi, ​​sastavljeni od materije, čije se porijeklo može pratiti još od prakreacije. U tom smislu, čovečanstvo nije izuzetak. Jasno nam je objašnjeno da je materijalni izvor našeg porijekla „zemaljski prah“. Sva živa bića (Postanak 1:30), uključujući ljude (Postanak 2:7), dobila su živu dušu (nefeš na hebrejskom). Međutim, samo Adamu je dato nešto novo, jedinstveno za cijeli Univerzum - živi dah Božji (Postanak 2:7).

I upravo u ovom trenutku, kada je Bog udahnuo Adamu njegov dah života (na hebrejskom, neshamah), oboje - Stvoritelj i njegova kreacija - postali su neraskidivo povezani jedno s drugim. Upravo je u tom trenutku, od milijardi mogućih sati, neopozivo izabran samo jedan po kojem se od sada pa nadalje moralo mjeriti tok svih budućih događaja.

U žargonu relativističkih fizičara, u trenutku pojave Adama, onaj dio Univerzuma koji je postao stanište čovjeka počeo je funkcionirati u istom prostorno-vremenskom referentnom okviru kao i njegov Stvoritelj. Počevši od ove tačke, hronologija Biblije i tok vremena na Zemlji postali su ujedinjeni – opšti prostor-vremenski odnos između Boga i čoveka od sada je fiksiran.

Rezultati ove nove veze očigledni su već od prvog pogleda na biblijski tekst. Postoji paralelizam između datuma na koje Biblija upućuje na događaje koji su se dogodili nakon stvaranja Adama i odgovarajućih arheoloških procjena hronologije istih događaja. Bronzano doba biblijskog kalendara i bronzano doba arheologije se poklapaju. Prema Bibliji, Hazor je uništio Jošua prije 3300 godina; arheologija, kako se pokazalo nakon detaljnih istraživanja, ovaj događaj datira u isto razdoblje. Dio biblijskog kalendara koji počinje stvaranjem Adama u našim očima izgleda sasvim logično, a otkriće svitaka s Mrtvog mora dokazuje da Biblija ispravno opisuje događaje hiljadama godina prije nego što ih moderna arheološka nalazišta potvrde. Kada ne bismo poznavali zakon relativnosti i kada bismo pokušali da datiramo događaje koji su se desili na Zemlji u vrijeme nakon Adama sa druge tačke u Univerzumu, sada bismo se zapitali zašto se u našoj percepciji prošlo vrijeme razlikuje od onoga što je zabilježeno po satu na Zemlji.

U prvih šest dana postojanja našeg Univerzuma, Vječni sat je mjerio 144 sata. Sada znamo da se ovaj vremenski period ne poklapa nužno sa istim vremenskim periodom mjerenim u drugom dijelu Univerzuma. Kao stanovnici ovog Univerzuma, mi procjenjujemo protok vremena uz pomoć satova koji se nalaze u našem lokalnom referentnom okviru; Takvi satovi uključuju radioaktivno datiranje, geološke podatke i mjerenja brzina i udaljenosti u svemiru koji se širi. Sa ovim satovima čovečanstvo putuje kroz vreme i prostor.

Kada Biblija opisuje kako se naš univerzum razvija iz dana u dan tokom prvih šest dana nakon stvaranja, zapravo govori o šest dana od po 24 sata. Ali referentni okvir u kojem su ti dani izračunati uključivao je cijeli Univerzum. Ova prva sedmica stvaranja nikako nije bajka osmišljena da zadovolji radoznalost djeteta da bi se kasnije, s pojavom mudrosti odrasle osobe, odbacila kao nepotrebna. Upravo suprotno – sadrži nagoveštaje događaja koje čovečanstvo tek sada počinje da razume.

Biblijski mudraci su dugo upozoravali da naše razumijevanje događaja prvih šest dana stvaranja neće odgovarati našem razumijevanju prirode u vremenima nakon pojave Adama. Oni su to shvatili iz opisa subotnjeg odmora sadržanog u Deset zapovesti. Ako uporedimo tekst u Izlasku 20:11 s tekstom u Zahariji 5:11 i 2 Samuilova 21:10, vidimo da oba teksta koriste istu riječ za odmor, ali s različitim nijansama. Iz načina na koji se ta riječ koristi, može se zaključiti da Bog zapravo nije „počivao“ prve subote. Umjesto toga, Stvoritelj je zastao u svom radu kako bi istražio Univerzum koji je stvoren u prvih šest dana. Naša percepcija ovog prekida, prema Majmonidu, je da će u svakom trenutku, počevši od ove prve subote, zakoni prirode, uključujući protok vremena, funkcionirati na „normalan“ način. Nasuprot tome, tok događaja koji su se desili tokom prvih šest dana mogao bi izgledati nelogično, kao da je došlo do kršenja zakona prirode i vremena. Kao što vidimo, predviđanje mudraca da ćemo biblijske i naučne slike ranog Univerzuma doživljavati kao kontradiktorne jedna drugoj se zapravo obistinilo.

Prva subota označava početak kalendara, koji počinje stvaranjem Adama. I upravo ovaj dio kalendara odgovara našoj logički zasnovanoj percepciji stvarnosti. Zahvaljujući izvanrednoj činjenici relativnosti vremena, Ajnštajnovom zakonu relativnosti, biblijski kalendar je tačan ovih šest dana. Postalo je nepotrebno otkrivanje fosilnih nalaza objašnjavati time da ih je Stvoritelj namjerno postavio tamo gdje su pronađeni kako bi testirao našu vjeru u čin stvaranja ili zadovoljio našu radoznalost. Brzina radioaktivnog raspada u stijenama, meteoritima i fosilima ispravno odražava protok vremena, ali ovaj protok vremena je bio i nastavlja se mjeriti satovima koji se nalaze u našem zemaljskom referentnom okviru. Vrijeme koje ovi satovi bilježe bilo je i ostaje samo relativno, odnosno samo lokalno, tačno. Drugi satovi, koji se nalaze u drugim referentnim sistemima, pripisuju događaje koji se dešavaju na Zemlji različitim, ali ništa manje tačnim, trenutcima u vremenu. I tako će uvijek biti, sve dok se Univerzum pokorava zakonima prirode.

LITERATURA

• 1. Rashi. "Komentari na Knjigu Postanka." 1:1.
• 2. Nachmanides. "Komentari Tore". Postanak 5:4.
• 3. “Arheologija i starozavjetne studije.” Ed. Thomas. (Thomas, ur., Arheologija i proučavanje Starog zavjeta).
• 4. Newton. "Matematički principi prirodne filozofije". (Newton, Matematički principi prirodne filozofije).
• 5. Einstein. "Relativnost: specijalne i opće teorije". (Ajnštajn, Relativnost: specijalne i opšte teorije).
• 6. Cohen. "Rođenje nove fizike". (Cohen, Rođenje nove fizike).
• 7. Pagels. "Savršena simetrija." (Pagels, Savršena simetrija).
• 8. Shankland. "Michelson-Morleyjev eksperiment". (Shankland, “The Michelson-Morley eksperiment”, American Journal of Physics, 32 (1964):16).
• 9. Herman. "Poreklo kvantne teorije" (1899-1913). (Hermann, Postanak kvantne teorije (1899-1913)).
• 10. Taylor i Wheeler. "Fizika prostora-vremena". (Taylor and Wheeler, Spacetime Physics).
• 11. Haefele i Keating, “Around the World Atomic Clocks: Opservations of Relativistic Time Shift.” (Hafele i Keating, “Atomski satovi oko svijeta: uočeni relativistički dobici u vremenu.” Science, 117 (1972): 168).
• 12. Woosley i Phillips, “Supernova 1987A1.” (Woosley i Phillips, “Supernova 1987A!” Science, 240 (1988): 750).
• 13. Maimonides. “Mentor neodlučnoga”, dio 1, pogl. 67.

Teoriju relativnosti uveo je Albert Ajnštajn početkom 20. veka. Šta je njegova suština? Pogledajmo glavne tačke i opišemo TOE jasnim jezikom.

Teorija relativnosti je praktički otklonila nedosljednosti i kontradiktornosti fizike 20. stoljeća, nametnula radikalnu promjenu ideje o strukturi prostor-vremena, a eksperimentalno je potvrđena u brojnim eksperimentima i studijama.

Tako je TOE formirao osnovu svih modernih fundamentalnih fizičkih teorija. U stvari, ovo je majka moderne fizike!

Za početak, vrijedi napomenuti da postoje 2 teorije relativnosti:

• Specijalna teorija relativnosti (STR) – razmatra fizičke procese u jednoliko pokretnim objektima.
• Opća teorija relativnosti (GTR) - opisuje ubrzavajuće objekte i objašnjava porijeklo takvih fenomena kao što su gravitacija i postojanje.

Jasno je da se STR pojavio ranije i da je u suštini dio GTR-a. Hajdemo prvo o njoj.

OPD jednostavnim rečima

Teorija se zasniva na principu relativnosti, prema kojem su svi zakoni prirode isti u odnosu na tijela koja miruju i kreću se konstantnom brzinom. A iz takve naizgled jednostavne misli proizlazi da je brzina svjetlosti (300.000 m/s u vakuumu) ista za sva tijela.

Na primjer, zamislite da ste dobili svemirski brod iz daleke budućnosti koji može letjeti velikom brzinom. Na pramcu broda je instaliran laserski top, sposoban da ispaljuje fotone naprijed.

U odnosu na brod, takve čestice lete brzinom svjetlosti, ali u odnosu na stacionarnog posmatrača, čini se da bi trebale letjeti brže, jer se obje brzine zbrajaju.

Međutim, u stvarnosti se to ne dešava! Spoljašnji posmatrač vidi fotone koji putuju brzinom od 300.000 m/s, kao da im nije dodata brzina svemirske letjelice.

Morate zapamtiti: u odnosu na bilo koje tijelo, brzina svjetlosti će biti konstantna vrijednost, bez obzira koliko se brzo kreće.

Iz ovoga slijede nevjerojatni zaključci kao što su dilatacija vremena, uzdužna kontrakcija i ovisnost tjelesne težine o brzini. Više o najzanimljivijim posljedicama Specijalne teorije relativnosti pročitajte u članku na linku ispod.

Suština opšte relativnosti (GR)

Da bismo to bolje razumjeli, moramo ponovo spojiti dvije činjenice:

• Živimo u četvorodimenzionalnom prostoru

Prostor i vrijeme su manifestacije istog entiteta koji se naziva „prostorno-vremenski kontinuum“. Ovo je 4-dimenzionalni prostor-vrijeme sa koordinatnim osama x, y, z i t.

Mi ljudi nismo u stanju da percipiramo 4 dimenzije jednako. U suštini, vidimo samo projekcije pravog četverodimenzionalnog objekta na prostor i vrijeme.

Zanimljivo je da teorija relativnosti ne kaže da se tijela mijenjaju kada se kreću. 4-dimenzionalni objekti uvijek ostaju nepromijenjeni, ali s relativnim kretanjem njihove projekcije se mogu promijeniti. A mi to doživljavamo kao usporavanje vremena, smanjenje veličine itd.

• Sva tijela padaju konstantnom brzinom i ne ubrzavaju

Hajde da napravimo zastrašujući misaoni eksperiment. Zamislite da se vozite u zatvorenom liftu i da ste u bestežinskom stanju.

Ova situacija može nastati samo iz dva razloga: ili ste u svemiru, ili slobodno padate zajedno sa kabinom pod uticajem zemljine gravitacije.

Bez gledanja iz kabine, apsolutno je nemoguće razlikovati ova dva slučaja. Samo u jednom slučaju letite ujednačeno, a u drugom ubrzano. Moraćete da pogodite!

Možda je i sam Albert Ajnštajn razmišljao o zamišljenom liftu, i imao je jednu neverovatnu misao: ako se ova dva slučaja ne mogu razlikovati, onda je i pad usled gravitacije jednoobrazno kretanje. Kretanje je jednostavno uniformno u četvorodimenzionalnom prostor-vremenu, ali je u prisustvu masivnih tela (npr.) zakrivljeno i jednoliko kretanje se projektuje u trodimenzionalni prostor koji je za nas uobičajen u vidu ubrzanog kretanje.

Pogledajmo još jedan jednostavniji, iako ne sasvim ispravan, primjer zakrivljenosti dvodimenzionalnog prostora.

Možete zamisliti da bilo koje masivno tijelo stvara neku vrstu oblikovanog lijevka ispod sebe. Tada druga tijela koja prolete neće moći da nastave pravolinijsko kretanje i mijenjat će svoju putanju prema zavojima zakrivljenog prostora.

Usput, ako tijelo nema puno energije, tada se njegovo kretanje može pokazati zatvorenim.

Vrijedi napomenuti da se sa stanovišta tijela u pokretu nastavljaju kretati pravolinijski, jer ne osjećaju ništa što ih tjera da se okreću. Oni su jednostavno završili u zakrivljenom prostoru i, ne svjesni toga, imaju nelinearnu putanju.

Treba napomenuti da su 4 dimenzije savijene, uključujući vrijeme, tako da ovu analogiju treba tretirati s oprezom.

Dakle, u općoj teoriji relativnosti, gravitacija uopće nije sila, već samo posljedica zakrivljenosti prostor-vremena. Trenutno je ova teorija radna verzija nastanka gravitacije i odlično se slaže s eksperimentima.

Iznenađujuće posledice opšte teorije relativnosti

Svjetlosni zraci se mogu savijati kada lete u blizini masivnih tijela. Zaista, u svemiru su pronađeni udaljeni objekti koji se "skrivaju" iza drugih, ali se oko njih savijaju svjetlosni zraci, zahvaljujući kojima svjetlost dopire do nas.

Zahvaljujući Albertu Einsteinu možete razumjeti gdje se biblioteka ili prodavnica nalazi u blizini.

I konačno, opća teorija relativnosti predviđa postojanje crnih rupa oko kojih je gravitacija toliko jaka da vrijeme jednostavno staje u blizini. Stoga svjetlost koja padne u crnu rupu ne može je napustiti (reflektirati).

U središtu crne rupe, usled kolosalne gravitacione kompresije, nastaje objekat beskonačno velike gustine, a to, čini se, ne može postojati.

Dakle, opća teorija relativnosti može dovesti do vrlo kontradiktornih zaključaka, za razliku od , zbog čega je većina fizičara nije u potpunosti prihvatila i nastavila je tražiti alternativu.

Ali ona uspeva da predvidi mnoge stvari uspešno, na primer, nedavno senzacionalno otkriće potvrdilo je teoriju relativnosti i nateralo nas da se još jednom prisetimo velikog naučnika sa ispaljenim jezikom. Ako volite nauku, pročitajte WikiScience.