Általános és speciális relativitáselmélet. Speciális relativitáselmélet

A speciális relativitáselmélet (STR) vagy parciális relativitáselmélet Albert Einstein elmélete, amelyet 1905-ben tettek közzé „A mozgó testek elektrodinamikájáról” című művében (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891-921 Juni 1905).

Megmagyarázta a különböző tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerek közötti mozgást vagy az egymáshoz képest állandó sebességgel mozgó testek mozgását. Ebben az esetben egyik objektumot sem kell referenciarendszernek venni, hanem egymáshoz viszonyítva kell őket tekinteni. Az SRT csak 1 esetet biztosít, amikor 2 test nem változtatja meg a mozgás irányát és egyenletesen mozog.

Az SRT törvényei megszűnnek érvényesülni, ha az egyik test megváltoztatja a pályáját vagy növeli a sebességét. Itt az általános relativitáselmélet (GTR) játszódik, amely a tárgyak mozgásának általános értelmezését adja.

Két posztulátum, amelyen a relativitáselmélet alapul:

1. A relativitás elve- Szerinte minden létező, egymáshoz képest állandó sebességgel mozgó, irányt nem változtató referenciarendszerben ugyanazok a törvények érvényesülnek.
2. A fénysebesség elve- A fénysebesség minden megfigyelő számára azonos, és nem függ mozgásuk sebességétől. Ez a legnagyobb sebesség, és a természetben semminek sincs nagyobb sebessége. A fény sebessége 3*10^8 m/s.

Albert Einstein inkább kísérleti, mint elméleti adatokat vett alapul. Ez volt sikerének egyik összetevője. Új kísérleti adatok szolgáltak alapul egy új elmélet megalkotásához.

A 19. század közepe óta a fizikusok egy új titokzatos közeget, az étert keresik. Azt hitték, hogy az éter minden tárgyon áthalad, de nem vesz részt azok mozgásában. Az éterrel kapcsolatos hiedelmek szerint a néző sebességének az éterhez viszonyított megváltoztatásával a fény sebessége is megváltozik.

Einstein a kísérletekben bízva elvetette az új éterközeg koncepcióját, és azt feltételezte, hogy a fénysebesség mindig állandó, és nem függ semmilyen körülménytől, például magának az embernek a sebességétől.

Időintervallumok, távolságok és ezek egyenletessége

A speciális relativitáselmélet összekapcsolja az időt és a teret. Az Anyagi Univerzumban 3 ismert a térben: jobb és bal, előre és hátra, fel és le. Ha hozzáadunk hozzájuk egy másik dimenziót, amit időnek nevezünk, ez képezi majd a tér-idő kontinuum alapját.

Ha lassú sebességgel mozog, megfigyelései nem fognak konvergálni a gyorsabban mozgó emberekkel.

Későbbi kísérletek megerősítették, hogy a teret, akárcsak az időt, nem lehet egyformán érzékelni: érzékelésünk a tárgyak mozgási sebességétől függ.

Az energia összekapcsolása a tömeggel

Einstein olyan képletet dolgozott ki, amely az energiát a tömeggel ötvözi. Ezt a képletet széles körben használják a fizikában, és minden diák számára ismerős: E=m*c², ahol E-energia; m - testtömeg, c - sebesség a fény terjedése.

A test tömege a fénysebesség növekedésével arányosan növekszik. Ha eléri a fénysebességet, a test tömege és energiája dimenzió nélkülivé válik.

Egy tárgy tömegének növelésével nehezebbé válik a sebességnövekedés elérése, vagyis egy végtelenül hatalmas anyagtömegű testhez végtelen energia szükséges. De a valóságban ezt lehetetlen elérni.

Einstein elmélete két külön rendelkezést egyesített: a tömeg helyzetét és az energia helyzetét egy általános törvénybe. Ez lehetővé tette az energia anyagtömeggé alakítását és fordítva.

Newton munkája egy nagy tudományos forradalom példája, a természettudomány szinte minden tudományos elképzelésében gyökeres változás. Newton korától kezdve a klasszikus fizika paradigmája keletkezett, amely közel 250 évre a tudomány fő és meghatározó nézetrendszerévé vált.

Newton követői elkezdték értelmesen finomítani az általa felfedezett állandókon. Fokozatosan kezdtek kialakulni a tudományos iskolák, kialakultak a megfigyelési és elemzési módszerek, a különféle természeti jelenségek osztályozása. A műszereket és a tudományos berendezéseket gyárilag kezdték gyártani. A természettudomány számos ágában kezdtek folyóiratok megjelenni. A tudomány az emberi tevékenység legfontosabb ágává vált.

A newtoni mechanika és kozmológia tehát egy új világkép alapjaként lépett fel, felváltva Arisztotelész tanítását és a több mint ezer éve uralkodó középkori skolasztikus konstrukciókat.

A 19. század végére azonban olyan tények kezdtek megjelenni, amelyek ellentmondtak az uralkodó paradigmának. A fő következetlenségek pedig ismét a fizikában, az akkoriban legdinamikusabban fejlődő tudományban voltak megfigyelhetők.

Klasszikus példája ennek a helyzetnek Lord Kelvin (William Thomson) kijelentése, aki a 19. század legvégén megjegyezte, hogy „az akkori klasszikus fizika tiszta és ragyogó egén csak két kis felhő volt”. Az egyik a Föld abszolút sebességének meghatározására irányuló Michelson-kísérlet negatív eredményéhez kapcsolódik, a másik pedig az abszolút fekete test spektrumában az energiaeloszlás elméleti és kísérleti adatai közötti ellentmondáshoz kapcsolódik.

Kelvin rendkívüli éleslátásról tett tanúbizonyságot. Ezek a megoldatlan problémák vezettek Einstein relativitáselméletének és a kvantumelméletnek a megjelenéséhez, amelyek egy új természettudományi paradigma alapját képezték.

Megjegyezhető az is, hogy a klasszikus newtoni fizika alkalmazása nem tette lehetővé a Merkúr pályájának pontos kiszámítását, és a Maxwell-féle elektrodinamikai egyenletek nem feleltek meg a klasszikus mozgástörvényeknek.

A relativitáselmélet megalkotásának előfeltétele éppen a már említett ellentmondások voltak. Megoldásuk egy új relativisztikus szemlélet természettudományi bevezetésével vált lehetővé.

Amit általában nem értünk egyértelműen, az az a tény, hogy a fizikai törvények relatív (vagy relativisztikus) megközelítésére irányuló általános vágy a modern tudomány fejlődésének nagyon korai szakaszában kezdett megjelenni. Arisztotelésztől kezdve a tudósok a Földet tekintették a tér központi pontjának, és az idő kezdeti pillanatát tekintették a kezdeti lökésnek, amely mozgásba hozta az ősanyagot. Arisztotelész elképzeléseit abszolútumként fogadták el a középkori tudatban, de a 15. század végén már konfliktusba kerültek a megfigyelt természeti jelenségekkel. Különösen sok következetlenség halmozódott fel a csillagászatban.

Az első komoly kísérletet az ellentmondások feloldására Kopernikusz tette, egyszerűen azzal, hogy elfogadta, hogy a bolygók a Nap körül mozognak, nem a Föld körül. Vagyis először eltávolította a Földet az Univerzum középpontjából, és megfosztotta a teret a kiindulási pontjától. Valójában ez volt a kezdete az egész emberi gondolkodás döntő szerkezetének. Bár Kopernikusz ebbe a középpontba helyezte a Napot, mégis nagy lépést tett afelé, hogy a későbbiek során az emberek ráébredjenek, hogy a Nap is csak egy lehet a sok csillag közül, és egyáltalán nem található középpont. Aztán természetesen felmerült egy hasonló gondolat az időről, és az Univerzumot végtelennek és örökkévalónak kezdték látni, minden teremtési pillanat és „vég” nélkül, amely felé halad.

Ez az átmenet vezet a relativitáselmélet eredetéhez. Mivel a térben nincsenek kitüntetett pozíciók és kiváltságos időpillanatok, így a fizikai törvények egyformán alkalmazhatók bármely középpontnak tekintett pontra, és ezekből is ugyanazok a következtetések fognak következni. Ebben a tekintetben a helyzet alapvetően eltér attól, ami Arisztotelész elméletében játszódik, ahol például a Föld középpontja különleges szerepet kapott, mint az a pont, ahová minden anyag hajlik. A relativizációs tendencia később Galilei és Newton törvényeiben is tükröződött

Galilei kifejezte azt az elképzelést, hogy a mozgás relatív természetű. Vagyis a testek egyenletes és egyenes vonalú mozgása csak olyan tárgyhoz viszonyítva határozható meg, amely nem vesz részt ilyen mozgásban.

Képzeljük el gondolatban, hogy az egyik vonat állandó sebességgel és rázkódás nélkül halad el a másik mellett. Ráadásul a függönyök zárva vannak, és semmi sem látszik. Meg tudják mondani az utasok, hogy melyik vonat halad és melyik áll? Csak a relatív mozgást tudják megfigyelni. Ez a klasszikus relativitáselmélet fő gondolata.

A mozgás relativitás elvének felfedezése az egyik legnagyobb felfedezés. Nélküle a fizika fejlődése lehetetlen lett volna. Galilei hipotézise szerint a tehetetlenségi mozgás és a nyugalom az anyagi testekre gyakorolt ​​hatásában megkülönböztethetetlen. A mozgó referenciakeretben történő események leírására való áttéréshez koordinátatranszformációkat kellett végrehajtani, ún. "Galileo átalakulásai", melyeket szerzőjükről neveztek el.

Vegyünk például egy koordináta-rendszert x, amely egy rögzített referenciarendszerhez kapcsolódik. Képzeljünk el egy tárgyat, amely a tengely mentén mozog xállandó sebességgel v. Koordináták x " , t", ehhez az objektumhoz viszonyítva, a galilei transzformáció határozza meg

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

Különösen figyelemre méltó a harmadik egyenlet ( t" = t), amely szerint az órajel nem függ a relatív mozgástól. Ugyanaz a törvény vonatkozik a régi és az új vonatkoztatási rendszerre is. Ez a relativitás korlátozott elve. Ezt azért mondjuk, mert a mechanika törvényeit ugyanazok a relációk fejezik ki az összes Galilei transzformációkkal összekapcsolt referenciarendszerben.

Newton szerint, aki kidolgozta Galilei elméletét a mozgás relativitásáról, az egyenletesen és egyenesen (inerciális vonatkoztatási rendszer) mozgó laboratóriumban végzett minden fizikai kísérlet ugyanazt az eredményt adja, mintha nyugalomban lenne.

Mint korábban említettük, a klasszikus fizika akkori sikerei ellenére felhalmozódott néhány tény, amelyek ennek ellentmondanak.

Ezek a 19. században felfedezett új adatok vezettek Einstein relativisztikus koncepciójához.

A fizika forradalma Roemer felfedezésével kezdődött. Kiderült, hogy a fény sebessége véges, és körülbelül 300 000 km/sec. Bradry ekkor fedezte fel a csillagok aberrációjának jelenségét. E felfedezések alapján megállapították, hogy a fény sebessége vákuumban állandó, és nem függ a forrás és a vevő mozgásától.

A kolosszális, de még mindig nem végtelen fénysebesség az ürességben ütközéshez vezetett a mozgás relativitás elvével. Képzeljünk el egy vonatot, amely óriási sebességgel halad – 240 000 kilométer per másodperc. Legyünk a vonat élén, és a farkánál kigyullad egy villanykörte. Gondoljuk végig, mi lehet az eredménye, ha megmérjük azt az időt, ami alatt a fény eljut a vonat egyik végétől a másikig.

Úgy tűnik, ez az idő más lesz, mint az, amelyiket pihenés közben szállunk fel a vonaton. Valójában egy 240 000 kilométer per másodperces sebességgel haladó vonathoz képest a fény sebessége (a vonat mentén előre) mindössze 300 000 - 240 000 = 60 000 kilométer per másodperc. Úgy tűnik, hogy a fény utoléri a tőle elfutó fejkocsi elülső falát. Ha egy izzót helyezel a vonat élére, és megméred azt az időt, amíg a fény eléri az utolsó kocsit, akkor úgy tűnik, hogy a fény sebessége a vonat mozgásával ellentétes irányban 240 000 + 300 000 = 540 000 kilométer per másodperc (A lámpa és a farok kocsi egymás felé halad).

Tehát kiderült, hogy egy mozgó vonatban a fénynek más-más irányban, különböző sebességgel kellene terjednie, míg egy álló vonatban ez a sebesség mindkét irányban azonos.

Ez az oka annak, hogy a galilei transzformációk során az elektromágneses térre vonatkozó Maxwell-egyenleteknek nincs invariáns alakja. Leírják a fény terjedését és más típusú elektromágneses sugárzások terjedését, amelyek sebessége megegyezik a C fénysebességgel. A klasszikus fizika keretein belüli ellentmondás feloldásához olyan kitüntetett vonatkoztatási rendszert kellett találni, amelyben a Maxwell-egyenletek pontosan megegyeznek. teljesül, és a fénysebesség minden irányban C-vel egyenlő lenne. Ezért a 19. század fizikusai egy éter létezését tételezték fel, amelynek szerepe valójában egy ilyen kiváltságos vonatkoztatási rendszer fizikai alapjának megteremtésére korlátozódott.

Kísérleteket végeztek a Föld éteren keresztüli mozgásának sebességének meghatározására (mint a Michelson-Morley kísérlet). Ennek érdekében egy forrásból származó, egy prizmán áthaladó fénysugarat a Föld mozgásának irányában és arra merőlegesen hasították fel. Az elképzelések szerint, ha a sebességek azonosak, akkor mindkét sugár egyszerre érkezik a prizmába, és a fény intenzitása nő. Ha a sebességek eltérőek, a fény intenzitása gyengül. A kísérlet eredménye nulla volt, lehetetlen volt meghatározni a Föld sebességét az éterhez képest.

Amikor a kísérletek nem erősítették meg az éter egyszerű elméletének e vonatkoztatási rendszer tulajdonságaira vonatkozó előrejelzéseit, H. Lorentz ismét a klasszikus fizika megmentésének céljával egy új elméletet javasolt, amely az ilyen kísérletek negatív eredményeit magyarázza. a mérőműszerekben bekövetkező változások következménye, amikor azok az éterhez képest elmozdulnak. A megfigyelési eredmények és a Newton-törvények közötti eltérést a C-hoz közeli sebességgel történő mozgás során a műszerekkel fellépő változásokkal magyarázta.

Lorentz azt javasolta, hogy a fénysebességhez közeli sebességgel történő mozgásnál a galilei transzformációk nem használhatók, mivel nem veszik figyelembe a nagy sebesség hatását. A fénysebességhez közeli sebességű transzformációit „Lorentz-transzformációnak” nevezik. A galilei transzformációk a Lorentz-transzformációk speciális esetei kis sebességű rendszerekben.

A Lorentz-transzformációk a következő formában vannak:

A Lorentz-transzformációk szerint a fizikai mennyiségek - a test tömege, hossza a mozgás irányában és az idő a testek mozgási sebességétől függenek a következő összefüggések szerint:

	Ahol M- testtömeg	Ezeknek a Lorentz-transzformációknak a jelentése: a testtömeg növekedése fényhez közeli sebességgel a testhossz csökkenése, ha a sebességvektorral egybeeső irányba mozog két esemény közötti idő növelése vagy az idő lelassítása
	Ahol L- testhossz
	Ahol ∆t – két esemény közötti időintervallum

A Lorentz által felfedezett minták fizikai jelentését próbálva feltételezni, hogy a sebességvektorral egybeeső x irányban minden test összenyomódik, és minél erősebb, annál nagyobb a mozgásuk sebessége. Vagyis a testek összehúzódást tapasztalnak az elektronpályák ellaposodása miatt. A szublight sebességek elérésekor egy mozgó rendszerben idődilatációról beszélhetünk. A jól ismert ikerparadoxon ezen az elven alapul. Ha az ikertestvérek egyike öt évre űrutazásra megy egy hajón fény alatti sebességgel, akkor visszatér a Földre, amikor ikertestvére már nagyon idős ember. A tömegnövekedésnek a fénysebességhez közeli sebességgel mozgó tárgyra gyakorolt ​​hatása a gyorsan mozgó test mozgási energiájának növekedésével magyarázható. Einsteinnek a tömeg és az energia azonosságáról alkotott elképzelései szerint a test mozgási energiájának egy része a mozgás során tömegévé alakul.

Ha Lorentz-transzformációkat alkalmazunk Maxwell elektrodinamikai egyenleteire, akkor kiderül, hogy ezek invariánsak az ilyen transzformációk alatt.

Einstein a Lorentz-transzformációkat használta relativitáselméletének kidolgozásához.

A relativitáselmélet megalkotásának fontos előfeltétele volt a tér és az idő tulajdonságaira vonatkozó új elképzelések.

A hétköznapi tudatban az idő az egymást követő jelenségek objektíven létező természetes koordinációjából áll. A térbeli jellemzők egyes testek helyzetét a többihez képest és a köztük lévő távolságokat jelentik.

Newton elméleti rendszerében egyértelműen megfogalmazódott az idő mint objektív, független entitás első tudományos fogalma - az idő szubsztanciális fogalma. Ez a fogalom az ókori atomistáktól származik, és Newton abszolút térről és időről szóló tanában virágzik. Newton után a huszadik század elejéig ez a fogalom volt az irányadó a fizikában. Newton kettős megközelítést alkalmazott az idő és a tér meghatározásában. E megközelítés szerint létezik abszolút és relatív idő is.

Az abszolút, igaz és matematikai idő önmagában, minden külső kapcsolat nélkül, egyenletesen folyik, és időtartamnak nevezzük.

A relatív, látszólagos vagy közönséges idő a mindennapi életben a matematikai idő helyett használt időtartam - ez egy óra, hónap, év stb.

Az abszolút idő nem változtatható meg áramlásában.

Hétköznapi szinten lehetséges a hosszú idők számláló rendszere. Ha az év napjainak számolási rendjét írja elő, és benne van a korszak, akkor naptárról van szó.

Az idő relációs fogalma éppoly ősi, mint a szubsztanciális fogalom. Platón és Arisztotelész műveiben fejlesztették ki. Arisztotelész volt az első, aki részletes képet adott erről az időfelfogásról Fizikájában. Ebben a fogalomban az idő nem valami önállóan létező, hanem valami alapvetőbb entitásból származik. Platón számára az időt Isten teremtette, Arisztotelész számára objektív anyagmozgás eredménye. A modern idők filozófiájában, Descartes-tól kezdve a 19. századi pozitivistákig, az idő olyan tulajdonság vagy viszony, amely az emberi tudat tevékenységének különböző aspektusait fejezi ki.

A tér problémája is, ha közelebbről megvizsgáljuk, nehéznek bizonyul. A tér egy logikusan elképzelhető forma, amely médiumként szolgál, amelyben más formák és bizonyos struktúrák léteznek. Például az elemi geometriában a sík egy olyan tér, amely médiumként szolgál, ahol különféle, de lapos alakzatokat építenek fel.

Newton klasszikus mechanikájában az abszolút tér lényegénél fogva, minden külsőtől függetlenül, mindig ugyanaz és mozdulatlan marad. Démokritosz ürességének analógjaként működik, és a fizikai objektumok dinamikájának színtere.

Arisztotelész elképzelése az izotróp térről eltér Démokritosz térének homogenitásától és végtelenségétől. Arisztotelész és követői szerint az űr kapott egy középpontot - a Földet, körülötte gömbökkel, és a legtávolabbi csillagokból álló égi szféra a végső világtér határaként szolgál. Arisztotelész elutasítja a tér végtelenségét, de ragaszkodik a végtelen idő fogalmához. Ezt a koncepciót fejezi ki az Univerzum szférikus teréről alkotott elképzelése, amely bár korlátozott, de nem véges.

A klasszikus newtoni tér a homogenitás gondolatán alapul. Ez a klasszikus fizika alapötlete, amelyet következetesen fejlesztettek ki Kopernikusz, Bruno, Galilei és Descartes műveiben. Bruno már elhagyta az Univerzum középpontjának gondolatát, és végtelennek és homogénnek nyilvánította. Ez az ötlet Newtonnal ért véget. Egy homogén térben megváltozik az abszolút mozgás gondolata, vagyis a benne lévő test a tehetetlenség miatt mozog. Tehetetlenségi erők nem keletkeznek gyorsulás hiányában. Az egyenes vonalú és egyenletes mozgás jelentése egy adott test és egy tetszőlegesen kiválasztott vonatkoztatási test közötti távolság megváltoztatásában rejlik. Az egyenes és egyenletes mozgás relatív.

Történelmileg az első és legfontosabb matematikai tér a lapos euklideszi tér, amely a valós tér absztrakt képét képviseli. Ennek a térnek a tulajdonságait 5 fő posztulátum és 9 axióma segítségével írjuk le. Eukleidész geometriájában volt egy gyenge pont, az úgynevezett ötödik posztulátum a nem metsző párhuzamos egyenesekről. Az ókori és a modern idők matematikusai sikertelenül próbálták bizonyítani ezt az álláspontot. A 18-19. században D. Saccheri, Lambert és A. Legendre próbálta megoldani ezt a problémát. Az 5. posztulátum bizonyítására tett sikertelen kísérletek nagy hasznot hoztak. A matematikusok az euklideszi tér geometriájával kapcsolatos fogalmak módosításának útját választották. A legkomolyabb módosítást a 19. század első felében N. I. Lobacsevszkij (1792 - 1856) vezette be.

Arra a következtetésre jutott, hogy a két párhuzamos egyenes axiómája helyett egyenesen ellentétes hipotézist állíthatunk fel, és ennek alapján konzisztens geometriát alkothatunk. Ebben az új geometriában néhány állítás furcsának, sőt paradoxnak tűnt. Például az euklideszi axióma azt mondja: egy síkban, egy ponton keresztül, amely nem egy adott egyenesen fekszik, csak egy egyenes húzható párhuzamosan az elsővel. Lobacsevszkij geometriájában ezt az axiómát a következő helyettesíti: egy síkban egy nem adott egyenesen fekvő ponton keresztül több olyan egyenes is húzható, amely nem metszi az adott egyenest. Ebben a geometriában egy háromszög szögeinek összege kisebb, mint két egyenes stb. De a külső paradoxon ellenére ezek az állítások logikailag teljesen megegyeznek az euklideszi állításokkal. Gyökeresen megváltoztatták a tér természetéről alkotott elképzeléseiket. Lobacsevszkijjal szinte egyidőben Bolyai J. magyar matematikus és K. Gauss híres matematikus is hasonló következtetésekre jutott. A tudósok kortársai szkeptikusak voltak a nem euklideszi geometriával kapcsolatban, mert azt tiszta fantáziának tartották. E. Beltrami római matematikus azonban talált egy modellt a nem euklideszi geometriára, amely a pszeudoszféra:

1. ábra Pszeudo-gömb

A következő nagy lépést a tér természetének megértésében B. Riemann (1826-1866) tette meg. Miután 1851-ben végzett a göttingeni egyetemen, már 1854-ben (28 évesen) tartott „A geometria alapjául szolgáló hipotézisekről” című jelentést, amelyben általános képet adott a matematikai térről, amelyben Eukleidész geometriái. és Lobacsevszkij különleges esetek voltak. Az n-dimenziós Riemann-térben minden egyenes elemi szakaszokra oszlik, amelyek állapotát a g együttható határozza meg. Ha az együttható 0, akkor ezen a szakaszon az összes vonal egyenes - Eukleidész posztulátumai működnek. Más esetekben a tér ívelt lesz. Ha a görbület pozitív, akkor a teret Riemann-gömbnek nevezzük. Ha negatív, akkor ez egy pszeudoszférikus Lobacsevszkij-tér. Így a 19. század közepére a lapos háromdimenziós euklideszi tér helyét a többdimenziós görbe tér foglalta el. A Riemann-féle tér fogalmai végül is az egyik fő előfeltételként szolgáltak Einstein általános relativitáselméletének megalkotásához.

2. ábra Riemann gömbtér

A relativitáselmélet térgeometriai hátterének végső előkészítését Einstein közvetlen tanára, G. Minkowski (1864 - 1909) adta, aki megfogalmazta a négydimenziós tér-idő kontinuum, egyesíti a fizikai háromdimenziós teret és időt. Aktívan részt vett a mozgó médiumok elektrodinamikájában az elektronikai elméleten és a relativitás elvén. Az általa kapott egyenletek, amelyeket később Minkowski-egyenleteknek neveztek, némileg eltérnek a Lorentz-egyenletektől, de összhangban vannak a kísérleti tényekkel. Ezek alkotják a négydimenziós térben zajló fizikai folyamatok matematikai elméletét. A Minkowski-tér lehetővé teszi a speciális relativitáselmélet kinematikai hatásainak vizuális értelmezését, és a relativitáselmélet modern matematikai apparátusának alapja.

Ez az egységes tér és idő gondolata, később elnevezték téridő, és ennek alapvető különbsége a newtoni független tértől és időtől, nyilvánvalóan Einsteint már jóval 1905 előtt megragadta, és nem kapcsolódik közvetlenül sem a Michelson-kísérlethez, sem a Lorentz-Poincaré elmélethez.

Albert Einstein 1905-ben publikált egy cikket „A mozgó testek elektrodinamikájáról” az „Annals of Physics” folyóiratban, és egy másik kis cikket, ahol először mutatták be a képletet. E=mc2. Ahogy később mondogatták, ez századunk fő képlete.

Az elektrodinamikáról szóló cikk egy olyan elméletet mutat be, amely kizárja egy kitüntetett koordinátarendszer létezését az egyenes vonalú és egyenletes mozgáshoz. Einstein elmélete kizárja a térbeli vonatkoztatási rendszertől független időt, és felhagy a sebességek összeadásának klasszikus szabályával. Einstein feltételezte, hogy a fény sebessége állandó, és a természetben a sebességkorlátozást jelenti. Ezt az elméletet nevezte el "Speciális relativitáselmélet".

Einstein elméletét a következő alapvető posztulátumok alapján dolgozta ki:

• azok a törvények, amelyek szerint a fizikai rendszerek állapotai változnak, nem függenek attól, hogy a két egymáshoz képest egyenletesen és egyenes vonalúan mozgó koordinátarendszer közül melyikre vonatkoznak ezek a változások. Következésképpen nincs előnyben részesített vonatkoztatási rendszer az egyenletes és egyenes vonalú mozgáshoz - relativitás elve
• Minden fénysugár egy álló koordinátarendszerben, meghatározott sebességgel mozog, függetlenül attól, hogy ezt a fénysugarat álló vagy mozgó forrás bocsátja ki. Ez a sebesség az interakciók maximális sebessége a természetben - posztulátum a fénysebesség állandóságáról

Két következmény következik ezekből a posztulátumokból:

• ha az 1. keretben az események egy pontban történnek és egyidejűek, akkor egy másik tehetetlenségi keretben nem egyidejűek. Ez az egyidejűség relativitásának elve
• bármely 1-es és 2-es sebességnél ezek összege nem lehet nagyobb, mint a fénysebesség. Ez a sebességek összeadásának relativisztikus törvénye

Ezek a posztulátumok - a relativitás elve és a fénysebesség állandóságának elve - képezik Einstein speciális relativitáselméletének alapját. Ezekből kapja a hosszúságok és az idő relativitáselméletét.

Einstein megközelítésének lényege az abszolút térről és időről alkotott elképzelések elutasítása volt, amelyen az éterhipotézis alapul. Ehelyett az elektromágneses jelenségek és az elektromágneses sugárzás terjedésének relációs megközelítését alkalmazták. Newton mozgástörvényeit ugyanazokkal az összefüggésekkel fejezték ki minden, Galilei-transzformációkkal összekapcsolt, egyenletesen mozgó rendszerben, a fénysebesség megfigyelt értékének invariancia törvényét pedig ugyanazzal az összefüggéssel fejezték ki minden Lorentz-transzformációval összekapcsolt, egyenletesen mozgó rendszerben.

A Newton-féle mozgástörvények azonban nem invariánsak Lorentz-transzformációk esetén. Ebből következik, hogy a Newton-törvények nem lehetnek valódi mechanikai törvények (csak közelítőek, abban az esetben érvényesek, amikor az arány v/c nullára hajlik).

A speciális relativitáselmélet azonban korlátozott feltételekre is érvényes - egyenletesen mozgó rendszerekre.

Einstein folytatta a speciális relativitáselmélet fejlesztését „A test súlypontja és tehetetlensége mozgásának fennmaradásának törvénye” című munkájában. Maxwell következtetését vette alapul, miszerint a fénysugárnak tömege van, azaz mozgás közben nyomást gyakorol az akadályra. Ezt a feltevést kísérletileg bizonyította P. N. Lebedev. Einstein munkájában alátámasztotta a tömeg és az energia kapcsolatát. Arra a következtetésre jutott, hogy amikor egy test L energiát bocsát ki, tömege L / V2-vel egyenlő mértékben csökken. Ebből egy általános következtetést vontak le - a test tömege a benne lévő energia mértéke. Ha az energia L-lel egyenlő mértékben változik, akkor a tömeg ennek megfelelően változik L összeggel osztva a fénysebesség négyzetével. Így jelenik meg először Einstein híres relációja, az E = MC2.

1911-1916-ban Einsteinnek sikerült általánosítania a relativitáselméletet. Az 1905-ben megalkotott elméletet, mint már említettük, speciális relativitáselméletnek nevezték, mert. csak egyenes vonalú és egyenletes mozgásra volt érvényes.

Az általános relativitáselméletben a tér-idő viszonyok és az anyagi folyamatok függésének új aspektusai tárultak fel. Ez az elmélet fizikai alapot adott a nem euklideszi geometriákhoz, és összekapcsolta a tér görbületét és metrikájának az euklideszitől való eltérését a testek tömegei által létrehozott gravitációs mezők hatásával.

Az általános relativitáselmélet a tehetetlenségi és gravitációs tömegek ekvivalenciájának elvén alapul, amelynek mennyiségi egyenlősége már régen kialakult a klasszikus fizikában. A gravitációs erők hatására fellépő kinematikai hatások egyenértékűek a gyorsulás hatására fellépő hatásokkal. Tehát, ha egy rakéta 3 g-os gyorsulással száll fel, akkor a rakéta személyzete úgy érzi, mintha a Föld gravitációs mezőjének háromszorosában lenne.

A klasszikus mechanika nem tudta megmagyarázni, miért mérik a tehetetlenséget és a nehézséget ugyanazzal a mennyiséggel - tömeggel, miért arányos a nehéz tömeg a tehetetlenségi tömeggel, más szóval, miért esnek a testek ugyanolyan gyorsulással. Másrészt a klasszikus mechanika, amely a tehetetlenségi erőket az abszolút térben felgyorsult mozgással magyarázza, úgy vélte, hogy ez az abszolút tér hat a testekre, de nem befolyásolják. Ez az inerciarendszerek olyan speciális rendszerként való azonosításához vezetett, amelyekben csak a mechanika törvényeit tartják be. Einstein a gravitációs mezőn kívüli rendszer gyorsított mozgását és a gravitációs térben a tehetetlenségi mozgást alapvetően megkülönböztethetetlennek nyilvánította. A gyorsulás és a gravitáció fizikailag megkülönböztethetetlen hatásokat vált ki.

Ezt a tényt lényegében Galilei állapította meg: minden test egy gravitációs térben (környezeti ellenállás hiányában) azonos gyorsulással mozog, minden adott sebességű test pályája egyformán görbül a gravitációs térben. Emiatt egyetlen kísérlet sem tud gravitációs teret kimutatni egy szabadon eső liftben. Más szóval, a gravitációs mezőben szabadon mozgó referenciakeretben a téridő egy kis tartományában nincs gravitáció. Az utolsó állítás az ekvivalencia elvének egyik megfogalmazása. Ez az elv magyarázza a súlytalanság jelenségét az űrhajókban.

Ha az ekvivalencia elvét kiterjesztjük az optikai jelenségekre, ez számos fontos következményhez vezet. Ez a vöröseltolódás és a fénysugár eltérülésének jelensége gravitációs tér hatására. A vöröseltolódási hatás akkor lép fel, amikor a fényt egy nagyobb gravitációs potenciállal rendelkező pontból kisebb gravitációs potenciálú pontok felé irányítják. Vagyis ebben az esetben a frekvenciája csökken, a hullámhossz pedig nő és fordítva. Ide például megváltozott frekvenciával érkezik a Földre eső napfény, melyben a spektrumvonalak a spektrum vörös része felé tolódnak el.

A gravitációs térben a fény frekvenciájának változására vonatkozó következtetés az idődilatáció hatásával függ össze nagy gravitációs tömegek közelében. Ahol nagyobbak az árnyékmezők, ott lassabban jár az óra.

Így egy új alapvető eredmény született - a fénysebesség már nem állandó érték, hanem növekszik vagy csökken a gravitációs térben, attól függően, hogy a fénysugár iránya egybeesik-e a gravitációs tér irányával.

Az új elmélet mennyiségileg kevéssé változtatta Newton elméletét, de mélyreható minőségi változásokat vezetett be. A testek és órák tehetetlensége, gravitációja és metrikus viselkedése a mező egyetlen tulajdonságára redukálódott, és az általánosított tehetetlenségi törvény vette át a mozgástörvény szerepét. Ugyanakkor bebizonyosodott, hogy a tér és az idő nem abszolút kategóriák – a testek és tömegeik befolyásolják őket, és megváltoztatják metrikájukat.

Hogyan képzelhető el a tér görbülete és az idő dilatációja, amelyről az általános relativitáselmélet beszél?

Képzeljünk el egy térmodellt gumilap formájában (még ha nem is a teljes tér, hanem annak síkszelete). Ha ezt a lapot vízszintesen kinyújtjuk és nagy golyókat teszünk rá, akkor azok meghajlítják a gumit, minél nagyobb a golyó tömege. Ez egyértelműen bemutatja a tér görbületének a test tömegétől való függőségét, és azt is megmutatja, hogyan ábrázolható Lobacsevszkij és Riemann nem euklideszi geometriája.

A relativitáselmélet nemcsak a tér görbületét állapította meg a gravitációs mezők hatására, hanem az idő lelassulását is erős gravitációs térben. A fénynek a tér hullámai mentén haladva tovább tart, mint egy lapos térszeleten. Az általános relativitáselmélet egyik legfantasztikusabb előrejelzése az idő teljes megállása egy nagyon erős gravitációs térben. Az idődilatáció a fény gravitációs vöröseltolódásában nyilvánul meg: minél erősebb a gravitáció, annál hosszabb a hullámhossz és alacsonyabb a frekvencia. Bizonyos körülmények között a hullámhossz a végtelenre, frekvenciája pedig nullára hajolhat. Azok. a fény eltűnik.

A Napunk által kibocsátott fénnyel ez megtörténhet, ha csillagunk összezsugorodna és 5 km átmérőjű golyóvá alakulna (a Nap átmérője » 1,5 millió km). A nap „fekete lyukká” változna. Eleinte elméletileg „fekete lyukakat” jósoltak meg. 1993-ban azonban két csillagász, Hulse és Taylor Nobel-díjat kapott egy ilyen objektum felfedezéséért a Fekete Lyuk-Pulsar rendszerben. Ennek az objektumnak a felfedezése újabb megerősítése volt Einstein általános relativitáselméletének.

Az általános relativitáselmélet képes volt megmagyarázni a Merkúr számított és valós pályája közötti eltérést. Ebben a bolygók pályái nincsenek lezárva, vagyis minden forradalom után a bolygó a tér más-más pontjára tér vissza. A Merkúr számított pályája 43??-os hibát adott, vagyis perihéliumának forgását figyelték meg (a perihélium a körülötte keringő bolygó pályájának a Naphoz legközelebb eső pontja.).

Csak az általános relativitáselmélet magyarázhatja ezt a hatást a térnek a Nap gravitációs tömegének hatására bekövetkező görbületével.

A térről és időről a relativitáselméletben megfogalmazott elképzelések a legkövetkezetesebbek és legkövetkezetesebbek. De támaszkodnak a makrokozmoszra, a nagy tárgyak, nagy távolságok, nagy időtartamok tanulmányozásának tapasztalataira. A mikrovilág jelenségeit leíró elméletek megalkotásakor előfordulhat, hogy Einstein elmélete nem alkalmazható, bár nincs olyan kísérleti adat, amely ellentmondana annak mikrovilágban való használatának. De lehetséges, hogy a kvantumfogalmak kifejlődése megköveteli a tér és idő fizikája megértésének felülvizsgálatát.

Jelenleg az általános relativitáselmélet a tudományos világban általánosan elfogadott elmélet, amely időben és térben lezajló folyamatokat ír le. De mint minden tudományos elmélet, ez is megfelel egy adott időszak tudásszintjének. Új információk felhalmozásával és új kísérleti adatok megszerzésével minden elmélet megcáfolható.

Az általános és speciális relativitáselmélet (a tér és idő új elmélete) oda vezetett, hogy minden vonatkoztatási rendszer egyenlővé vált, ezért minden elképzelésünknek csak egy bizonyos vonatkoztatási rendszerben van értelme. A világkép relatív, relatív jelleget kapott, módosultak a térről, időről, okságról, folytonosságról alkotott kulcsgondolatok, elutasították a szubjektum és tárgy egyértelmű szembenállását, az észlelés függőnek bizonyult a vonatkoztatási rendszertől, amely mindkettőt magában foglalja. az alany és a tárgy, a megfigyelés módja stb.)

A természetfelfogás új, relativisztikus megközelítése alapján új, a tudománytörténetben harmadik természettudományi paradigma fogalmazódott meg. A következő ötleteken alapul:

• Ø Relativizmus– az új tudományos paradigma feladta az abszolút tudás gondolatát. A tudósok által felfedezett összes fizikai törvény egy adott időpontban objektív. A tudomány korlátozott és közelítő fogalmakkal foglalkozik, és csak az igazság megértésére törekszik.
• Ø Neodeterminizmus- nemlineáris determinizmus. A determinizmus nemlineárisként való megértésének legfontosabb szempontja a kényszerített ok-okozati összefüggés gondolatának elvetése, amely egy úgynevezett külső ok jelenlétét feltételezi a folyamatban lévő természetes folyamatokban. A szükségszerűség és a véletlen is egyenlő jogokat kap a természeti folyamatok lefolyásának elemzésekor.
• Ø Globális evolucionizmus– a természet, mint folyamatosan fejlődő, dinamikus rendszer elképzelése. A tudomány nemcsak szerkezete, hanem a benne zajló folyamatok szempontjából is elkezdte vizsgálni a természetet. Ugyanakkor a természetben zajló folyamatok kutatása prioritást élvez.
• Ø Holizmus- látás a világról, mint egységes egészről. Ennek az egésznek az elemei közötti kapcsolat egyetemes jellege (kötelező kapcsolat).
• Ø Szinergia– mint kutatási módszer, mint a nyílt rendszerek önszerveződésének és fejlesztésének univerzális elve.
• Ø Ésszerű egyensúly megteremtése az elemzés és a szintézis között a természet tanulmányozása során. A tanítás megértette, hogy lehetetlen a természetet vég nélkül a legkisebb téglákba zúzni. Tulajdonságai csak a természet egészének dinamikáján keresztül érthetők meg.
• Ø Az a kijelentés, hogy a természet evolúciója egy négydimenziós tér-idő kontinuumban megy végbe.

Az SRT, más néven speciális relativitáselmélet, a téridő, a mozgás és a mechanika törvényei összefüggéseinek kifinomult leíró modellje, amelyet 1905-ben a Nobel-díjas Albert Einstein alkotott meg.

Max Planck a Müncheni Egyetem elméleti fizika tanszékére lépve Philipp von Jolly professzorhoz fordult tanácsért, aki akkoriban az egyetem matematika tanszékét vezette. Amire tanácsot kapott: „ezen a területen már szinte minden nyitott, és már csak néhány nem túl fontos problémát kell befoltozni.” Az ifjú Planck azt válaszolta, hogy nem akar új dolgokat felfedezni, hanem csak a már ismert ismereteket akarja megérteni és rendszerezni. Ennek eredményeként az egyik ilyen „nem túl fontos problémából” később a kvantumelmélet, a másikból pedig a relativitáselmélet alakult ki, amelyért Max Planck és Albert Einstein fizikai Nobel-díjat kapott.

Ellentétben sok más elmélettel, amelyek fizikai kísérletekre támaszkodtak, Einstein elmélete szinte teljes egészében az ő gondolatkísérletein alapult, és csak később erősítették meg a gyakorlatban. Így hát 1895-ben (mindössze 16 évesen) arra gondolt, mi történne, ha párhuzamosan mozogna egy fénysugárral annak sebességével? Ilyen helyzetben kiderült, hogy egy külső szemlélő számára a fény részecskéinek egy pont körül kellett volna oszcillálniuk, ami ellentmond a Maxwell-egyenleteknek és a relativitás elvének (amely kimondta, hogy a fizikai törvények nem függenek attól a helytől, ahol tartózkodsz, és sebesség, amellyel mozog). Így a fiatal Einstein arra a következtetésre jutott, hogy a fénysebesség elérhetetlen egy anyagi test számára, és az első téglát a jövő elméletének alapjába rakták.

A következő kísérletet 1905-ben végezte el, és abból állt, hogy egy mozgó vonat végén két impulzusos fényforrás van, amelyek egyszerre világítanak. A vonat mellett elhaladó külső szemlélő számára mindkét esemény egyszerre történik, de a vonat közepén tartózkodó megfigyelő számára úgy tűnik, hogy ezek az események különböző időpontokban történtek, mivel a kocsi elején felvillanó fény korábban érkezik, mint a végétől (az állandó fénysebesség miatt).

Ebből nagyon merész és messzemenő következtetést vont le, hogy az események egyidejűsége relatív. Az e kísérletek alapján kapott számításokat „A mozgó testek elektrodinamikájáról” című művében tette közzé. Ráadásul egy mozgó megfigyelő számára az egyik impulzus energiája nagyobb, mint a másik. Annak érdekében, hogy az impulzusmegmaradás törvénye ne sérüljön ilyen helyzetben, amikor az egyik inerciális vonatkoztatási rendszerről a másikra mozog, szükséges volt, hogy az objektum az energiavesztéssel egyidejűleg tömegét is veszítse. Így Einstein egy olyan képlethez jutott, amely a tömeg és az energia összefüggését jellemzi E=mc 2 - amely jelenleg talán a leghíresebb fizikai képlet. A kísérlet eredményeit még abban az évben publikálta.

Alapvető posztulátumok

A fénysebesség állandósága– 1907-re ±30 km/s pontosságú méréseket végeztek (ami nagyobb volt, mint a Föld keringési sebessége), és nem észlelték annak év közbeni változásait. Ez volt az első bizonyítéka a fénysebesség változatlanságának, amelyet később számos más kísérlet is megerősített, mind a földi kísérletezők, mind az űrbeli automaták.

A relativitás elve– ez az elv határozza meg a fizikai törvények megváltoztathatatlanságát a tér bármely pontjában és bármely tehetetlenségi vonatkoztatási rendszerben. Vagyis függetlenül attól, hogy körülbelül 30 km/s sebességgel mozog a Nap pályáján a Földdel együtt, vagy egy űrhajóban messze túl van a határain – ha fizikai kísérletet hajt végre, mindig a ugyanaz az eredmény (ha a hajó ebben az időben nem gyorsul vagy lassul). Ezt az elvet a Földön végzett összes kísérlet megerősítette, és Einstein bölcsen úgy vélte, hogy ez az elv igaz az Univerzum többi részére is.

Következmények

Ezen a két posztulátumon alapuló számítások során Einstein arra a következtetésre jutott, hogy a hajón mozgó megfigyelő idejének növekvő sebességgel kell lelassulnia, és a hajóval együtt méretét is csökkentenie kell a mozgás irányában (annak érdekében, hogy ezáltal kompenzálja a mozgás hatásait és fenntartja a relativitás elvét). Az anyagi testre vonatkozó véges sebesség feltételéből az is következett, hogy a sebességek összeadási szabályát (amelynek a newtoni mechanikában egyszerű aritmetikai alakja volt) összetettebb Lorentz-transzformációkkal kell helyettesíteni - ebben az esetben még akkor is, ha két sebességet adunk össze. a fénysebesség 99%-ára, ennek a sebességnek a 99,995%-át kapjuk meg, de nem lépjük túl.

Az elmélet állapota

Mivel Einsteinnek mindössze 11 év kellett ahhoz, hogy egy adott elméletből általános változatot alkosson, nem végeztek kísérleteket az STR közvetlen megerősítésére. Azonban ugyanabban az évben, amikor megjelent, Einstein közzétette számításait is, amelyek megmagyarázták a Merkúr perifériájának eltolódását a százalék töredékére, anélkül, hogy új állandókat és egyéb feltételezéseket kellett volna bevezetni, amelyeket más elméletek igényeltek. elmagyarázta ezt a folyamatot. Azóta az általános relativitáselmélet helyességét kísérletileg 10-20 pontossággal igazolták, és ennek alapján számos felfedezés született, ami egyértelműen bizonyítja ennek az elméletnek a helyességét.

Bajnokság nyitásban

Amikor Einstein kiadta első munkáit a speciális relativitáselméletről, és elkezdte írni annak általános változatát, más tudósok már felfedezték az elmélet alapjául szolgáló képletek és elképzelések jelentős részét. Tegyük fel tehát, hogy a Lorentz-transzformációkat általános formában először Poincaré szerezte meg 1900-ban (5 évvel Einstein előtt), és Hendrik Lorentzről nevezték el, aki megkapta ezeknek a transzformációknak egy hozzávetőleges változatát, bár még ebben a szerepben is megelőzte Waldemar Vogtot.

SPECIÁLIS ÉS ÁLTALÁNOS RELATIVITÁS

A modern fizika egyik legfontosabb aspektusa, amely közvetlenül kapcsolódik teológiai elemzésünkhöz, az idő fogalma – annak eredete és az áramlás egyetlen, vagy állandó és megváltoztathatatlan mértékének hiánya. A kronológia fontossága miatt a Biblia értelmezésében nagyon fontos, hogy megpróbáljuk megérteni, hogyan értelmezi a relativitáselmélet az Univerzumról, annak koráról és minden benne zajló felfogásunkat. időrelativitás kvantumfoton

Nehéz még egy olyan elméletet megnevezni, amely olyan mély hatást gyakorolna a világ megértésére és létrejöttére, mint a (különleges és általános) relativitáselmélet. Ennek az elméletnek a megjelenése előtt az időt mindig abszolút kategóriának tekintették. A folyamat kezdetétől a befejezéséig eltelt időt függetlennek tekintettük attól, hogy ki mérte az időtartamát. Newton még 300 évvel ezelőtt is nagyon ékesszólóan fogalmazta meg ezt a hitet: „Az abszolút, igaz és matematikai idő önmagában és természeténél fogva egyenletesen és minden külső tényezőtől függetlenül folyik.” Sőt, az időt és a teret nem kapcsolódó kategóriáknak tekintették, amelyek semmilyen módon nem befolyásolták egymást. És valóban, milyen más kapcsolat létezhetne a tér két pontját elválasztó távolság és az idő múlása között, azon kívül, hogy a nagyobb távolság leküzdéséhez több idő kellett; egyszerű és tiszta logika.

Einstein speciális relativitáselméletében (1905), majd általános relativitáselméletében (1916) javasolt fogalmak ugyanolyan alapvetően megváltoztatták a térről és időről alkotott felfogásunkat, mint ahogy egy felkapcsolt lámpa fénye megváltoztatja a korábban elsötétített helyiségről alkotott képünket. .

A hosszú út Einstein belátásához 1628-ban kezdődött, amikor Johannes Kepler felfedezett egy különös jelenséget. Észrevette, hogy az üstökösök farka mindig a Nappal ellentétes irányba van irányítva. Az éjszakai égboltot nyomon követő hullócsillagok farka lángol, ahogy annak lennie kell, mögöttük. Ugyanígy a farok egy üstökös mögé nyúlik, amikor közeledik a Naphoz. Ám miután az üstökös elhaladt a Nap mellett, és megkezdi visszarepülését a Naprendszer távoli területei felé, a helyzet a legdrámaibb módon megváltozik. Az üstökös farka a fő teste előtt van. Ez a kép döntően ellentmond a farok fogalmának! Kepler azt javasolta, hogy az üstökös farkának a fő testéhez viszonyított helyzetét a napfény nyomása határozza meg. A farok sűrűsége kisebb, mint magának az üstökösnek, ezért érzékenyebb a napsugárzás nyomására, mint az üstökös törzse. A nap sugárzása valójában a farokra fúj, és eltolja azt a naptól. Ha nem az üstökös törzsének gravitációs vonzása, a farkát alkotó apró részecskék elsöpörnének. Kepler felfedezése volt az első jele annak, hogy a sugárzásnak – például a fénynek – mechanikus (jelen esetben taszító) ereje lehet. Ez nagyon fontos változás volt a fényről alkotott felfogásunkban, mert ebből következik, hogy a fénynek, amelyet mindig is anyagtalannak tartottak, lehet súlya vagy tömege. De csak 273 évvel később, 1901-ben mérték meg a fénysugár által kifejtett nyomást. E.F. Nichols és J.F. Hull, amely erőteljes fénysugarat sugárzott a vákuumban felfüggesztett tükörre, megmérte a tükör elmozdulását a könnyű nyomás hatására. Ez egy laboratóriumi hasonlat volt az üstökös farkának a napfény hatására.

1864-ben, Michael Faraday elektromossággal és mágnesességgel kapcsolatos felfedezéseit kutatva, James Clerk Maxwell azt javasolta, hogy a fény és az elektromágneses sugárzás minden egyéb formája hullámként haladjon át a térben, azonos rögzített sebességgel7. A konyhánkban a mikrohullámú sütőben lévő mikrohullámú sütők, a fény, amely alatt olvasunk, a röntgensugarak, amelyek lehetővé teszik az orvos számára, hogy láthasson egy törött csontot, és az atomrobbanás által kibocsátott gammasugárzás mind elektromágneses hullámok, amelyek csak különböznek egymástól. hullámhosszban és frekvenciában. Minél nagyobb a sugárzási energia, annál rövidebb a hullámhossz és annál nagyobb a frekvencia. Minden más tekintetben azonosak.

1900-ban Max Planck az elektromágneses sugárzás elméletét javasolta, amely alapvetően különbözött az összes korábbitól. Korábban azt hitték, hogy a felhevült tárgy, például a forró fém vörös izzása által kibocsátott energia egyenletesen és folyamatosan bocsát ki. Azt is feltételezték, hogy a sugárzási folyamat mindaddig folytatódott, amíg az összes hő teljesen el nem oszlik, és a tárgy vissza nem tért eredeti állapotába - és ezt a felhevített fém szobahőmérsékletre hűtése teljes mértékben megerősítette. De Planck megmutatta, hogy a helyzet teljesen más. Az energia nem egyenletes és folyamatos áramban, hanem diszkrét részekben szabadul fel, mintha egy vörösen izzó fém adná fel a hőjét, és apró forró részecskék folyamát okádná ki.

Planck olyan elméletet javasolt, amely szerint ezek a részecskék a sugárzás egyetlen részét képviselik. „Kvantoknak” nevezte őket, és így született meg a kvantummechanika. Mivel bármely sugárzás azonos sebességgel (fénysebességgel) mozog, a kvantumok mozgási sebességének azonosnak kell lennie. És bár az összes kvantum sebessége azonos, nem mindegyiknek ugyanaz az energiája. Planck azt javasolta, hogy az egyéni kvantum energiája arányos rezgéseinek frekvenciájával, amikor a térben mozog, mint egy apró gumigolyó, amely folyamatosan összehúzódik és kitágul, miközben a pályája mentén repül. A látható tartományban a szemünk képes mérni egy kvantum pulzációs frekvenciáját, és ezt a mértéket színnek nevezzük. A kvantált energiakibocsátásnak köszönhető, hogy egy enyhén felhevült tárgy vörösen kezd világítani, majd a hőmérséklet emelkedésével a spektrum más, magasabb energiáknak és frekvenciáknak megfelelő színeit kezdi kibocsátani. A végén a sugárzása az összes frekvencia keverékévé változik, amelyet egy forró test fehér színeként érzékelünk.

És itt egy paradoxonba ütközünk – ugyanaz az elmélet, amely a fényt kvantumoknak nevezett részecskék áramlásaként írja le, egyidejűleg a fény energiáját írja le a frekvencia segítségével (lásd 1. ábra). De a frekvenciához a hullámok kapcsolódnak, nem a részecskék. Ráadásul tudjuk, hogy a fénysebesség mindig állandó. De mi történik, ha a fényt kibocsátó tárgy vagy a fényt észlelő megfigyelő önmagát mozgatja? A sebességüket hozzáadják vagy levonják a fénysebességből? A logika azt mondja, hogy igen, össze kell adni vagy ki kell vonni, de akkor a fénysebesség nem lesz állandó! A Nichols-Hull-kísérletben a fény által az üstökös farkára vagy a tükörre gyakorolt ​​nyomás azt jelenti, hogy a fény impulzusa (más néven impulzus) megváltozik, amikor a felszínre ér. Ez az oka annak, hogy minden mozgó tárgy nyomást gyakorol az akadályra. A tömlőből származó vízsugár egy labdát hajt a talajon, mert a víznek van tömege, és ennek a tömegnek a sebessége nullára változik abban a pillanatban, amikor a patak eltalálja a labdát. Ebben az esetben a víz lendülete átadódik a labdának, és a labda visszagurul. Az impulzus (momentum), mint egy tárgy tömegének (t) vagy súlyának és mozgási sebességének (v) vagy mv szorzatának meghatározása megköveteli, hogy a mozgó fénynek legyen tömege. Valahogy ezeknek a hullámszerű fényrészecskéknek tömegük van, még akkor is, ha semmilyen anyagnyom nem marad azon a felületen, amelyre a fény esik. Miután a fény a felületre „lehullott”, nem maradt rajta „szennyeződés”, amitől meg lehetne tisztítani. Mostanáig még mindig próbálunk egy olyan egységes elméletet létrehozni, amely teljes mértékben megmagyarázná a fény és bármely más sugárzás jelenségét.

A sugárzási energia természetének vizsgálatával egyidejűleg a fény terjedésével kapcsolatos kutatások is folytak. Logikusnak tűnt, hogy mivel a fény és az elektromágneses sugárzás egyéb formái bizonyos értelemben hullámok, szükségük lesz valamiféle közegre, amelyben ezek a hullámok terjedhetnek. Azt hitték, hogy a hullámok nem terjedhetnek vákuumban. Ahogy a hangnak szüksége volt egy bizonyos anyagi anyagra, például a levegőre, hogy hordozza hullámszerű energiáját, úgy tűnt, hogy a fénynek valamilyen különleges anyagra volt szüksége a terjedéséhez. Egy időben azt javasolták, hogy az Univerzumot láthatatlan és megfoghatatlan közeggel kell megtölteni, amely biztosítja a sugárzási energia átvitelét a világűrben - például fény és hő a Napról a Földre. Ezt a közeget éternek hívták, aminek még a tér vákuumát is ki kellett volna töltenie.

A fény éteren keresztüli terjedésére vonatkozó posztulátum lehetővé tette a sebesség állandóságának paradoxonának magyarázatát. E magyarázat szerint a fénynek állandó sebességgel kell haladnia, nem a fényforráshoz vagy a megfigyelőhöz, hanem ehhez a mindenütt jelenlévő éterhez viszonyítva. Az éteren áthaladó megfigyelő számára a fény a fény irányához viszonyított mozgásának irányától függően gyorsabban vagy lassabban haladhat, de az álló éterhez képest a fény sebességének állandónak kell maradnia.

Rizs. 1.

Ugyanez igaz a hangterjedésre is. A hang a tengerszinten, állandó, körülbelül 300 méter/másodperc sebességgel halad át a csendes levegőn, függetlenül attól, hogy a hangforrás mozog-e vagy sem. Az a robbanásszerű hang, amelyet a repülőgép a hangfalon áthaladva ad ki, valójában annak az eredménye, hogy a repülőgép elüti saját hanghullámát, amikor megelőzi azt, és másodpercenként 300 méternél gyorsabban halad. Ebben az esetben a hang forrása, a repülőgép gyorsabban mozog, mint az általa keltett hang. A fény kettős természete olyan, hogy ha egy kis átmérőjű lyukat helyezünk az útjába, a fény pontosan úgy viselkedik, mint egy keskeny kikötőbejáraton áthaladó óceánhullám. A fény és az óceán hulláma is, miután áthaladt a lyukon, körökben szétterjedt a lyuk másik oldalán. Másrészt, ha a fény megvilágítja valamely fém felületét, az úgy viselkedik, mint egy apró részecskék áramlása, amelyek ezt a felületet bombázzák. A fény egyenként üti ki az elektronokat a fémből, ugyanúgy, ahogy a papírcélpontot eltaláló kis golyócskák papírdarabkákat tépnek ki belőle, pelletenként egy-egy darabot. A fényhullám energiáját annak hossza határozza meg. A fényrészecskék energiáját nem a sebességük határozza meg, hanem az, hogy a fényrészecskék - fotonok - milyen frekvenciával pulzálnak, miközben fénysebességgel mozognak.

Amikor a tudósok az éter feltételezett tulajdonságait tárgyalták, amelyeket még nem fedeztek fel, senki sem gyanította, hogy az idő múlása összefügg a fény mozgásával. De ez a felfedezés a sarkon volt.

Albert Michelson és Edward Morley 1887-ben publikálták az éter elméletéből következő események kísérleti megfigyelésére tett kísérletük eredményeit8. Összehasonlították azt a teljes időt, amely alatt a fény ugyanazt a távolságot oda-vissza két irányban – a Föld Nap körüli pályájára párhuzamosan és merőlegesen – megteszi. Mivel a Föld a Nap körüli pályáján körülbelül 30 kilométer/s sebességgel mozog, feltételezték, hogy az éterhez képest azonos sebességgel mozog. Ha a fénysugárzás ugyanazoknak a törvényeknek engedelmeskedik, mint az összes többi hullámra, akkor a Föld éterhez viszonyított mozgása hatással kellett volna a kísérleteikben mért fény utazási idejére. Ennek a hatásnak semmiben sem kellett volna különböznie egy erős szél hangot elhordó hatásától.

Mindenki meglepetésére Michelson és Morley ennek a másodpercenkénti 30 kilométeres sebességnek a becsapódásának legcsekélyebb nyomát sem rögzítette. A kezdeti kísérlet, valamint ugyanezen kísérlet későbbi, technikailag fejlettebb változatai teljesen váratlan következtetésre jutottak - a Föld mozgása nincs hatással a fénysebességre.

Ez zavart okozott. A fénysebesség (c) mindig 299 792,5 kilométer per másodperc, függetlenül attól, hogy a fényforrás vagy a megfigyelő mozog vagy áll. Ezen túlmenően ugyanaz a fénysugár hullámként és részecskeként is viselkedik, a megfigyelés módjától függően. Mintha egy mólón állnánk, és az óceánból begördülő hullámokat néznénk, és hirtelen, egy szempillantás alatt a szokásos hullámhegyek és a köztük lévő vályúk egyedi vízgolyók folyamává változtak volna. , mozog, lüktet, a tengerszint feletti levegőben. És a következő pillanatban a golyók eltűnnek, és újra megjelennek a hullámok.

1905-ben, e zűrzavar közepette Albert Einstein relativitáselméletével megjelent a tudományos színtéren. Ezalatt az év során Einstein egy sor tanulmányt publikált, amelyek szó szerint megváltoztatták az emberiség világegyetemünkről alkotott képét. Öt évvel korábban Planck javasolta a fény kvantumelméletét. Planck elméletét felhasználva Einstein egy érdekes jelenséget tudott megmagyarázni. Egyes fémek felületét érő fény elektronokat szabadít fel, ami elektromos áramot eredményez. Einstein azt feltételezte, hogy ez a „fotoelektromos” hatás abból adódik, hogy a fénykvantumok (fotonok) szó szerint kiütik az elektronokat az atommag körüli pályájukról. Kiderült, hogy a fotonoknak tömegük van, amikor mozognak (ne felejtsük el, hogy c fénysebességgel mozognak), de „nyugalmi tömegük” nulla. A mozgó fotonnak megvannak a részecske tulajdonságai – minden pillanatban a tér egy bizonyos pontján van, és tömege is van, ezért, ahogy Kepler egykor javasolta, képes hatni anyagi tárgyakra, például egy üstökös farkára; ugyanakkor hullám tulajdonságaival is rendelkezik - energiájával arányos rezgési frekvencia jellemzi. Kiderült, hogy az anyag és az energia szorosan összefügg a fotonban. Einstein felfedezte ezt az összefüggést, és egy széles körben ismert egyenletben fogalmazta meg. Einstein arra a következtetésre jutott, hogy ez az egyenlet minden tömegre és energiaformára érvényes. Ezek a rendelkezések váltak a speciális relativitáselmélet alapjává.

Ezeknek az elképzeléseknek az érzékelése nem olyan egyszerű, és jelentős szellemi erőfeszítést igényel. Például vegyünk egy bizonyos tárgyat. Egy álló tárgy tömegét (amit általában "súlynak" nevezünk) tudományos értelemben nyugalmi tömegnek nevezünk. Most adjunk erős lökést ennek a tárgynak. Egy bizonyos sebességgel kezd mozogni, és ennek eredményeként kinetikus energiát szerez, minél nagyobb, minél nagyobb a sebessége. De mivel az E=mc2-ben szereplő e az energia minden formájára vonatkozik, egy objektum teljes energiája nyugalmi energiájának (a nyugalmi tömeggel társított) és mozgási energiájának (a mozgásának energiájának) összege lesz. Más szavakkal, az Einstein-egyenlet megköveteli, hogy egy objektum tömege ténylegesen növekedjen a sebesség növekedésével.

Tehát a relativitáselmélet szerint egy objektum tömege a sebesség változásával változik. Alacsony sebességnél a tárgy tömege gyakorlatilag nem különbözik a többi tömegétől. Ezért bizonyul napi tevékenységünk során a természet törvényeinek Newton leírása meglehetősen pontosnak. De az űrben száguldó galaxisok vagy a gyorsítóban lévő szubatomi részecskék esetében a helyzet teljesen más. Mindkét esetben ezeknek a tárgyaknak a sebessége a fénysebesség nagy töredéke lehet, ezért tömegük változása nagyon-nagyon jelentős lehet.

A tömeg és az energia közötti cserét nagyon ékesszólóan tárgyalja Steven Weinberg Az első három perc című könyvében és Nachmanidész a Genezishez írt kommentárjában. Mindketten tömeg-energia dualizmusról beszélnek, amikor az Univerzum életének első perceit írják le.

A speciális relativitáselmélet két posztulátumon alapul: a relativitás elvén és a fénysebesség állandóságán. A relativitás elvét, amelyet Galileo Galilei 300 évvel ezelőtt feltételezett, Einstein finomította. Ez az elv kimondja, hogy a fizika összes törvénye (amely nem más, mint a természet törvényei) minden gyorsulás nélkül mozgó rendszerben egyformán, azaz egyenletesen és egyenesen hat. A fizikusok nyelvén az ilyen rendszereket inerciális vonatkoztatási rendszereknek nevezik.

A referenciakeret meghatározza a megfigyelő kapcsolatát a külvilággal. A relativitás elve azt mondja, hogy inerciális vonatkoztatási rendszerben a fizika törvényei alapján nem tudjuk meghatározni, hogy maga a rendszer mozog-e, mivel mozgása semmilyen módon nem befolyásolja a rendszeren belül végzett mérések eredményeit. . Emiatt nem érzünk mozgást, ha nyugodt időben állandó sebességgel repülünk. Ám a hintaszékben ringatva egy nem inerciális vonatkoztatási rendszerben találjuk magunkat; Mivel a hintaszék sebessége és mozgási iránya folyamatosan változik, érezhetjük mozgásunkat.

Mindannyian találkoztunk már példákkal az abszolút mozgás mérésének lehetetlenségére. Például egy közlekedési lámpa előtt állunk, és az előttünk haladó autó lassan visszafelé gurulni kezd. Vagy haladunk előre? Eleinte nehéz megérteni, hogy pontosan ki mozog. A vonatunk lassan és simán haladni kezd a peronon. Álmunkból felébredve észrevesszük, hogy a szomszédos vágányon álló vonat lassan visszafelé halad. Vagy legalábbis nekünk úgy tűnik, hogy ez a helyzet. Amíg a vonatkoztatási rendszerünk - autónk vagy vonatunk - el nem kezd gyorsulni (megszűnik tehetetlenségi keret lenni), nem világos, hogy mi mozog és mi van nyugalomban.

Úgy tűnhet, hogy itt van egy ellentmondás: Einstein azt tanította nekünk, hogy egy objektum tömege a sebességének a függvénye, és most azt állítjuk, hogy nem tudjuk meghatározni a mozgást úgy, hogy megmérjük, hogyan változik a tömeg hatása alatt. De van itt egy nagyon finom különbség. Az inerciális referenciakereten belül minden mennyiség változatlan marad. Amikor egy másik referenciarendszerből mérik őket, amely az elsőhöz képest mozog, a méret és a tömeg értékei megváltoznak. Ha az Univerzum minden része egyformán és egyenletesen mozogna, akkor a relativitáselméletnek semmi köze nem lenne tanulmányunk témájához. De ez nem így van. Az általunk vállalt kozmológia bibliai elemzésében az a képesség játszik jelentős szerepet, hogy ugyanazokat az eseményeket különböző vonatkoztatási keretekből tudjuk megfigyelni.

A speciális relativitáselmélet alapjainak második eleme még nehezebben érthető. Akár azt is mondhatnánk, hogy a végletekig érthetetlen. Kijelenti, hogy a c fénysebesség állandó mennyiség (c = 2,997925 x 108 méter másodpercenként vákuumban – mindig), és minden referenciakeretben azonos. Ez a tény a Michelson-Morley kísérlet eredményeiből derült ki. Ha átgondolja ennek a kijelentésnek a jelentését, értékelni fogja a merészségét. Einstein magára vállalta annak kinyilvánítását, hogy függetlenül attól, hogy a megfigyelő milyen sebességgel mozog a fényforrás felé vagy attól távol, a fénysebesség ugyanaz marad, mint c. Semmilyen más mozgásforma (például hanghullám) nem rendelkezik ezzel a tulajdonsággal. Ez nagyon logikátlannak tűnik.

Ha egy dobó 90 mérföld/órás sebességgel dob egy labdát az elkapónak, az elkapó látja, hogy a labdát 90 mérföld/órás sebességgel éri. Most, ha az elkapó minden szabállyal ellentétben 20 mérföld/órás sebességgel fut a dobó felé, akkor a labda sebessége az elkapóhoz képest 110 mérföld/óra (90 + 20) lesz. A labda sebessége a dobóhoz képest ugyanaz lesz, mint korábban, 90 mérföld per óra. Legközelebb a dobó a labda eldobása helyett egy képet mutat az elkapónak a labdáról. Fénysebességgel (c), azaz hozzávetőlegesen 300 millió méter másodpercenként mozog az elkapó felé. A flottalábas elkapó pedig a fénysebesség egytizedével, azaz másodpercenként 30 millió méteres sebességgel rohan a korsó felé. És mit fog látni ez a kaptatónk? Kép egy golyóról, amely másodpercenként 330 millió méteres sebességgel közeledik hozzá? Nem! Pontosan ez a fény paradoxona – zavart okozó, idegesítő, néha még dühítő, de egyben felszabadító is bennünket.

Az elkapó pontosan fénysebességgel, másodpercenként 300 millió méteres sebességgel közeledő labda képét látja, holott feléje fut, és ezzel a saját sebességét hozzáadja a fénysebességhez. A fény, függetlenül a megfigyelő fényforráshoz viszonyított mozgási sebességétől, mindig c sebességgel mozog. Mindig. És a labda képének mekkora mozgási sebességét rögzíti egy mozdulatlanul álló dobó? Így van, szintén s. Hogyan rögzíti ugyanazt a fénysebességet két megfigyelő, az egyik mozgó, a másik pedig állva? A logika és a józan ész azt mondja, hogy ez lehetetlen. De a relativitás azt mondja, hogy ez a valóság. És ezt a valóságot a Michelson-Morley kísérlet is megerősítette.

Mindkét megfigyelő ugyanazt a fénysebességet regisztrálja, mert a tömegben, térben és időben bekövetkező változások ténye - bármennyire is érthetetlennek tűnik - a relativisztikus mechanika és az Univerzum, amelyben élünk, alaptörvénye. A változásokat szabályozó törvények olyanok, hogy egy adott rendszeren belül semmi sem történik, ami abszurdnak tűnik. Aki benne van, az nem vesz észre semmilyen változást. De egy másik rendszert megfigyelve, amely elhalad mellettünk, azt látjuk, hogy a tárgy méretei a mozgás iránya mentén csökkennek a tárgy azonos méreteihez képest, amikor az nyugalomban van. Sőt, azok az órák, amelyek a pontos időt mutatták, amikor nyugalomban, mozgásban voltak, kezdenek lemaradni a referenciakeretünkben szereplő „nyugalmi” órák mögött.

A fénysebesség állandóságának és a relativitás elvének kombinációja elkerülhetetlenül az idő kitágulásával jár. Az idődilatáció egy olyan gondolatkísérlet segítségével mutatható ki, amely hasonló ahhoz, amelyet Einstein használt a relativitáselmélet alapelvei kidolgozásakor. Egy ilyen gondolatkísérletre ad példát Taylor és Wheeler a "Tér és idő fizikája" című klasszikus könyvében0.

Tekintsünk két referenciarendszert, amelyek közül az egyik álló, a másik mozgó. A helyhez kötött rendszer egy közönséges fizikai laboratórium. A második rendszer egy nagy sebességgel mozgó, teljesen átlátszó és áteresztő rakéta, amelyben egy abszolút átlátszó és áteresztő tudósokból álló legénység található. A rakéta teljes átlátszóságának és áteresztőképességének köszönhetően áthaladhat laboratóriumunkon anélkül, hogy bármiféle kölcsönhatásba lépne vele és a tartalmával. A laboratóriumban az A pontból (2. ábra) fényvillanás történik, amely átlósan az M pontban található tükör felé mozog. A tükörről visszaverődő fény átlósan áthalad a B pontba is. A rakéta érkezési ideje A laboratóriumba való behatolást úgy határozzuk meg, hogy a rakéta A lobbanáspontja egybeessen a laboratórium A pontjával. Legyen a rakéta sebessége olyan, hogy a rakéta A pontja pontosan abban a pillanatban essen egybe a laboratórium B pontjával, amikor a fényvillanás eléri a B pontot. A rakétában lévő megfigyelők számára úgy tűnik, hogy az A pontból küldött fény a rakéta közvetlenül áthalad a B M pontba, és visszatér a rakéta A pontjába. Mivel a rakéta sebessége állandó (tehetetlenségi rendszer), a rakétában lévő emberek nem tudják, hogy mozog.

A fény által megtett távolság, amint azt a rakéta utasai érzékelik, 2 év (A ponttól M pontig és vissza). Ugyanaz a fényút, amelyet a laboratóriumban lévők is láthatnak, a háromszög két oldalának összege - A pontból M pontba és M pontból B pontba. Nyilvánvalóan ennek az útnak nagyobbnak kell lennie, mint a háromszög látható útja. a rakéta utasai. Pontosan kiszámíthatjuk a köztük lévő különbséget a Pitagorasz-tétel segítségével. Így arra a következtetésre jutunk, hogy a rakétából megfigyelt fény útja rövidebb, mint a laboratóriumból megfigyelt fény útja.

Rizs. 2.

Ne felejtsük el, hogy a fénysebesség mindkét rendszerben azonos. Ez a relativitáselmélet egyik szilárdan megalapozott alapelve. Az is ismert, hogy a mozgásban eltöltött idő minden esetben egyenlő a megtett távolság és a mozgás sebességének hányadosa. A 100 mérföld megtételéhez szükséges idő 50 mérföld per órás sebességgel két óra. Mivel a fénysebesség mind a laboratóriumban dolgozó tudósok, mind a rakétában mozgó tudósok számára azonos c-vel, és a fény által a laboratóriumban megtett távolság nagyobb, mint a fény által a rakétában megtett távolság, a villanásnak több fénynek kell lennie az A pontban, és a fénynek a B pontban kell lennie a laboratóriumban, mint a rakétában.

Csak egy esemény történt. Csak egy villanás volt, és a két vonatkoztatási rendszerben megfigyelt fény egyszer fejezte be útját. Ennek az eseménynek az időtartama azonban eltérő volt, ha két különböző vonatkoztatási rendszerben mérjük.

Ezt a mért időbeli különbséget relativisztikus idődilatációnak nevezik, és ez a dilatáció az, ami meggyőzően igazítja a teremtés hat napját a 15 milliárd évnyi kozmológiához.

Az általános relativitáselmélet alapjául szolgáló fogalmak a speciális relativitáselméletből származó eszmék továbbfejlesztései, de összetettebbek. Míg a speciális relativitáselmélet inerciális rendszerekkel foglalkozik, az általános relativitáselmélet inerciális és nem inerciális (gyorsított) rendszerekkel egyaránt foglalkozik. A nem inerciális rendszerekben külső erők – például gravitációs erők – befolyásolják a tárgyak mozgását. A gravitáció egy speciális relativisztikus tulajdonsága, amely közvetlenül összefügg az általunk vizsgált problémával, hogy a gravitáció - akárcsak a sebesség - idődilatációt okoz. Ugyanaz az óra a Holdon gyorsabban fut, mint a Földön, mert a Hold gravitációja gyengébb. Amint látni fogjuk, a gravitáció döntő szerepet játszik a Teremtés és az Ősrobbanás összeegyeztetésében.

A gravitációs vonzás erőit pontosan ugyanúgy érezzük, mint a gyorsulást okozó erőket. Például egy felszálló liftben érezzük azt az erőt, amellyel a padló a lábunkat nyomja; valójában fellök minket a lifttel együtt. Ezt olyan erőként érzékeljük, amelyet egy álló liftben állva éreznénk, ha a Föld gravitációs vonzása valahogy hirtelen megnőne. Einstein úgy érvelt, hogy mivel a gravitációt ugyanúgy érzékeljük, mint bármely más olyan erőt, amely a mozgásban változást okoz, ennek is ugyanazokat az eredményeket kell produkálnia. Mivel a gyorsuló erők mozgásváltozást és idődilatációt okoznak, a gravitáció változásának is idődilatációt kell okoznia.

Mivel a relativitáselmélet idődilatációs aspektusa nagyon jelentős a kozmológiai és bibliai naptárak egyesítésének problémája szempontjából, nagyon fontos megmutatni, hogy az idődilatáció valóban létezik. A relativisztikus változások ugyanis csak azokban az esetekben válnak észrevehetővé, amikor a relatív mozgási sebességek megközelítik a fénysebességet. Még 30 millió méter/másodperc sebességnél, a fénysebesség egytizedénél is kevesebb, mint egy százalék az idődilatáció.

A fénysebességhez közeli sebesség ritka a mindennapi életben, de gyakori a kozmológiában és a nagyenergiájú fizikában. Meg kell azonban jegyezni, hogy az idődilatáció mérésének valós lehetősége nem teszi magát a gondolatot érthetőbbé a megértéshez. Mindazonáltal ez lehetővé teszi számunkra, hogy a tisztán elméleti fogalom kategóriájából átkerüljünk az empirikus tények birodalmába. Az emberi tevékenységek meglehetősen széles skálája – a nagyenergiájú fizikai laboratóriumokban végzett kísérletektől a kereskedelmi légitársaságok rendszeres járataiig – lehetővé teszi számunkra az idődilatáció bemutatását.

A sok elemi részecske egyike, amely a fizikai laboratóriumokban végzett kísérletek során keletkezik, a mu-mezon. Felezési ideje másfél mikroszekundum. A mu mezonok azonban nemcsak a nagyenergiájú fizikai laboratóriumokban jelennek meg, hanem a Föld légkörének felső rétegeiben is, amikor a kozmikus sugarak ütköznek a légköri gázatomok magjaival. Mivel a kozmikus sugárzás energiája nagyon magas, a mu-mezonok kialakulásuk pillanatában a fénysebességgel majdnem megegyező sebességre tesznek szert. Ilyen nagy sebességeknél idődilatáció lép fel, ami mérhető. Még akkor is, ha közel fénysebességgel mozognak, a mumezonoknak 200 mikroszekundumra van szükségük ahhoz, hogy a légkör azon rétegétől, amelyben származnak, 60 kilométert utazzanak a Föld felszínére. Mivel a mu mezon felezési ideje másfél mikroszekundum, a 200 mikroszekundumos tranzitidő 133 felezési idejét fedi le. Emlékezzünk arra, hogy minden ilyen félperiódus alatt a megmaradt részecskék fele elbomlik. 133 félciklus után a mu-mezonok aránya, amelyeknek túl kell maradniuk és elérniük kell a Föld felszínét, 133-szoros lesz "/2 x 1/2 x "/2 és így tovább, ami az egymilliomod része egymilliárd része azon mu-mezonok számának, amelyek megkezdték útjukat a Föld felszínére. Ez a szám olyan kicsi, hogy szinte egyetlen mu mezon sem érheti el a Földet. A túlnyomó többségük útközben szétesik. Ha azonban összehasonlítjuk a légkör felső rétegeiben termelődő mü-mezonok számát a Föld felszínét elérő mü-mezonok számával, meglepődve tapasztaljuk, hogy kezdeti számuk 8/8-a sikeresen megérkezik rendeltetési helyére. " 1/8 müon túlélése azt jelenti, hogy 60 km-es útjuk során mindössze három félperiódus telik meg. Így egy fénysebességgel közeli mozgó mümezonnál az eltelt (relativisztikus) idő mindössze három. félciklus - 4,5 mikroszekundum (3 x 1,5 mikroszekundum) A Föld felszínén tartózkodó megfigyelő számára legalább 200 mikroszekundum telik el - ez a minimális idő, amely a felső légkörtől a felszínig való utazáshoz szükséges két különböző időintervallum - 4,5 mikroszekundum egy gyorsan mozgó mu-mezon és 200 mikroszekundum a felszínen álló megfigyelő vonatkoztatási rendszerében. Emlékezzünk még egyszer, hogy egy eseményről beszélünk. De abból a tényből adódóan, hogy a megfigyelő és a megfigyelt objektum egymáshoz képest mozog, ezért erre az eseményre két különböző időszak van. És mindkettő teljesen igaz!

De a mu mezonok meglehetősen egzotikus részecskék, és egy szkeptikus kuncoghat, és hitetlenkedve rázza a fejét. Hiszen egyetlen megfigyelő sem utazhat müonok társaságában. Csak a felezési idejükre hagyatkozunk, mint egy velük együtt mozgó óra.

Mi a helyzet egy valódi órával és egy vele mozgó emberrel, aki a legközvetlenebb módon méri az idő dilatációját? Ez nyilván meggyőzőbbnek tűnne. És pontosan erről számoltak be a tekintélyes Science folyóiratban Hafele és Keating12, a Washingtoni Egyetem és az US Naval Laboratory munkatársai. Négy sorozat céziumórát küldtek a TWA és a Pan Am tulajdonában lévő Boeing 707 és Concorde repülőgépekre, amelyek rendszeres kereskedelmi járatokat végeztek szerte a világon. Ezeket az órákat azért választottuk, mert rendkívül pontosak.

A föld nyugatról keletre forog. Ha az űrből nézzük a Földet, miközben az északi pólusa felett vagyunk, akkor azt látjuk, hogy keleti repüléskor a repülőgép sebessége hozzáadódik a Föld sebességéhez. Amint azt a relativitáselmélet megjósolta, a repülőgép fedélzetén lévő órák ugyanazok az órák mögött voltak, amelyek a washingtoni amerikai haditengerészeti laboratóriumban találhatók (a kísérletben használt összes órát a laboratórium biztosította). Nyugati repüléskor a repülőgép sebességét levonják a Föld forgási sebességéből, és a relativitáselmélettel teljes összhangban a gép fedélzetén lévő órák előremozdultak. Haefele és Keating szerint „A tudományban a releváns empirikus tények erősebbek, mint az elméleti érvek. Ezek az eredmények egyértelmű empirikus megoldást adnak a híres óraparadoxonra."3

Nemcsak az idő észlelése, hanem a tényleges idő múlása is a megfigyelők relatív mozgásától függően változik. Egy adott vonatkoztatási kereten belül minden egészen normálisnak tűnik. De amikor két rendszert először szétválasztanak, majd újra összekapcsolnak, és az órajeleket összehasonlítják, az idő múlása bennük eltérőnek bizonyul (tényleges „öregedés”).

A Hefele-Keating idődilatációs kísérletek különösen érdekes aspektusa volt, hogy a speciális és az általános relativitáselméletet is tesztelték. Az általános relativitáselmélet szerint a nehézségi erő különbségei ugyanúgy befolyásolják az időtartamot, mint a relatív sebesség különbségei, amint azt a speciális relativitáselmélet feltételezi. A gravitációs mező hatása bármely tárgyra fordítottan arányos az objektumok közötti távolság négyzetével. A távolság megkétszereződésével a gravitációs vonzás négyszeresére csökken. Minél távolabb van egy tárgy a Földtől, annál gyengébb a Föld vonzása iránta. Mivel a repülõgépek magasan a Föld felszíne felett helyezkednek el (a Boeing 707 tipikus repülési magassága 10 km, a Concorde pedig 20 km), a Föld gravitációs hatása a repülõgépen elhelyezett órákra eltérõ volt, mint a repülõgépre gyakorolt ​​hatás. az órák, amelyek a Föld felszínén voltak a haditengerészet laboratóriumaiban. A kísérletben az óraidő változásai összhangban voltak az általános relativitáselmélet előrejelzéseivel (amely mind a mozgás, mind a gravitáció hatását figyelembe veszi).

Ez a kísérlet, mint minden hasonló, bebizonyította, hogy Einstein speciális és általános relativitáselmélete helyesen írja le Univerzumunk valós jellemzőit. A relativitás már nem tiszta elmélet. A relativitás bizonyított, empirikusan bizonyított tény. Más szóval, a relativitáselmélet a relativitás törvénye lett.

És most, ezen törvény alapján, amelyet az Univerzumot leíró természettudományok egyike támaszt alá, folytathatjuk a Teremtés első hat napjának tárgyalását - azt az időszakot, amikor a természettudomány és a teológia első pillantásra ellentmond egymásnak.

Tekintsük a Teremtő, a Világegyetem és az ember kapcsolatában bekövetkezett változásokat attól a pillanattól kezdve, amelyet „kezdetnek” nevezünk. Ugyanakkor egy pillanatra sem szabad szem elől téveszteni, hogy az idő múlásának különbsége csak akkor rögzíthető, ha két különböző vonatkoztatási rendszerből hasonlítjuk össze ugyanazon események megfigyelését. De ez nem elég - az is szükséges, hogy vagy a gravitációs erők ebben a két referenciarendszerben jelentősen eltérjenek egymástól, vagy mozgásuk relatív sebessége megközelítse a 300 millió métert másodpercenként, vagyis a fénysebességet. Minden rendszerben, függetlenül a relatív sebességétől vagy a benne ható gravitációs erőtől, minden a Newton-törvényeknek megfelelően történik, vagyis minden normálisnak és logikusnak tűnik, akárcsak itt a Földön, bár nagy sebességgel rohanunk át az űrben.

A Teremtőnek volt és most is van bizonyos érdeke az Univerzum megteremtésében. Ezt az Univerzum létezése alapján feltételezhetjük. Azt azonban nem tudjuk, mi ez az érdek. Erre azonban találhatunk néhány utalást, ha elemezzük a Teremtő és az Univerzum kölcsönhatását a teremtés és létezés teljes ideje alatt. A hagyományos teológia azt állítja, hogy ha a Teremtő egy csapásra meg akarta volna teremteni az univerzumot, akkor megtette volna. De a bibliai beszámolóból világosan kitűnik, hogy nem az volt a terve, hogy egyetlen cselekedettel hozzon létre egy teljesen kialakult univerzumot. Valamiért a fokozatos fejlesztés módszerét választották. A „Genesis” című könyv első két fejezete pedig pontosan az Univerzum szakaszonkénti kialakulásának leírását szolgálja.

Ha az Univerzum mai működési szabályai szerint játszunk - és ezek az általunk ismert fizikai törvények -, akkor az Univerzum fokozatos fejlődése az Ősrobbanás pillanatában létező elsődleges anyagból feltétlenül szükséges volt a megjelenéshez. Férfié. De maga a Föld és minden, ami rajta van, nem közvetlenül az Ősrobbanás termékei. Egészen világosan elmondják nekünk, hogy a Föld kezdetben formátlan és üres volt, vagy héberül gohu és bohu. A vezető magrészecskefizikusok most T-re és B-re (tohu és bohu) hivatkoznak, mint a két eredeti „tégla”, amelyből minden anyag épül. Az Ősrobbanás ereje szó szerint hidrogénné és héliummá préselte össze ezeket a GiB-ket – abban a pillanatban szinte semmilyen más elem nem keletkezett. És csak a kozmosz alkímiája hozta létre később az összes többi elemet ebből az ősi hidrogénből és héliumból.

A Föld és az egész Naprendszer egy olyan anyagi zűrzavar, amely a csillagok mélyén végzett számtalan szupersűrítési ciklus után ért el hozzánk. Ez a nyomás olyan szorosan összenyomta a hidrogént és a héliumot, hogy atommagjaik egyesültek és újra szétváltak, és nehezebb elemeket alkottak, mint például a szén (valójában az élet anyaga), a vas, az urán és a többi 89 elem, amelyek az Univerzumot alkotják. A csillagok ezután felrobbantak, és újonnan képződött elemeiket az Univerzumba lökték ki, amely mohón elnyelte őket, és felhasználta őket más csillagok létrehozására. A csillagok születése és halála szükséges volt ahhoz, hogy az Ősrobbanás utáni első pillanatokban keletkezett hidrogént és héliumot végül olyan elemekké alakítsák át, amelyek szükségesek ahhoz, hogy az általunk ismert formában létrejöjjön az élet. A Biblia értelmezései során a kommentátorok, mint például Maimonidész és Rasi kifejtették, hogy Isten sok világot teremtett és pusztított el az élet létrehozása során a Földön. De itt nem Maimonidesre támaszkodom; A fenti információkat Woosley és Phillips asztrofizikusoktól szereztem.

Tehát, ha minden dolgunk van Ádám megjelenése előtti hat napban, hogyan szoríthatjuk bele a világ kialakulásának és pusztulásának minden ciklusát abba az időszakba? A bibliamagyarázók, akikre támaszkodunk, világosan kijelentik, hogy a teremtés első hat napja hat, egyenként 24 órás nap. Ez azt jelenti, hogy valakinek, aki nyomon követte az időt, akkor a nap 24 órájában rögzítenie kellett ugyanezen órák múlását. De ki lehetett jelen abban az időben, hogy mérje az idő múlását? Amíg hat nap elteltével Ádám megjelent, csak az Úristen tudta követni az órát. És ez az egész lényeg.

Univerzumunk létrejöttekor - egészen az ember megjelenésének pillanatáig - Isten nem állt szoros kapcsolatban a Földdel. A teremtés hat napjának első egy-két napjában a Föld még nem is létezett! Bár az 1Mózes 1:1 kijelenti, hogy „Kezdetben teremtette Isten az eget és a földet”, a következő vers szerint a Föld üres volt és forma nélküli. A Genezis könyvének első verse valójában egy nagyon általános kijelentés, ami azt jelenti, hogy a kezdet kezdetén létrejött egy elsődleges anyag, amelyből a következő hat nap során az eget és a földet kellett kialakítani. Alább, a „Exodus” könyv 31:17-es versében ez világosabban hangzik: „... hat nap alatt teremtette az Úr az eget és a földet...”. Miből „készült” az ég és a Föld e hat nap alatt? A hat nap „elején” létrejött anyagból. Mivel a korai Univerzumban nem volt Föld, és nem volt lehetőség a referenciarendszerek szoros kapcsolatára vagy áthatolására, nem volt közös naptár Isten és a Föld számára.

A relativitás törvénye megtanított bennünket arra, hogy Istennek még csak nem is lehetséges olyan naptárat választania, amely az Univerzum minden részének, vagy legalábbis korlátozott számú részének igazságos lenne, ami szerepet játszott az emberiség kialakulásában. A relativitás törvénye, az Univerzum teremtésekor megállapított egyik alaptörvénye, lehetetlenné teszi egy közös vonatkoztatási rendszer létezését a Teremtő és az anyag összességének minden egyes része számára, amely végül emberivé és bolygóvá változott. Föld, amelyen él.

Tudjuk, hogy a relativitás törvényének megfelelően egy táguló univerzumban lehetetlen úgy leírni azt az időt, amely az Univerzum egy részében egy bizonyos eseménysorozatot lefed úgy, hogy az egyenlő legyen ugyanazon események idejével. az Univerzum egy másik részéből figyelték meg. A különböző galaxisok vagy akár egy galaxisban lévő csillagok mozgásában és gravitációs erejében mutatkozó különbségek az abszolút időt tisztán lokális jelenséggé változtatják. Az Univerzum különböző részein másképp telik az idő.

A Biblia egy útikönyv, amely leírja az emberiség utazását életen és időn keresztül. Az Univerzum fizikai csodája iránti megbecsülés elsajátítása érdekében ez az útmutató tartalmazza azt a folyamatot, amely egy üres, formátlan Univerzumból egy otthonba vezetett, ahol az emberiség létezhet. De szinte lehetetlen egyetlen időkeretet kiválasztani ennek a folyamatnak a leírására, mivel túl sok tényező befolyásolja közvetlenül az idő sebességét. E tényezők közé tartozik számos csillag gravitációs erői, amelyek mélyén az őshidrogén és hélium átalakult az élet alapjául szolgáló elemekké, valamint az intergalaktikus gázok mozgása, amelyek a ködben a mozgás során kondenzálódnak, majd csillagokká és szupernóvákká alakultak. robbanások, amelyek a Tejútrendszert és a Föld tömegét alkotó csillagok halálát, majd újjászületését jelzik. Az idő múlása az élet olyan aspektusa volt, amelyről Einstein belátása előtt tévesen azt hittük, hogy megváltoztathatatlan. Irreális, nem, egyszerűen lehetetlen, hogy ugyanaz az óra évszázadokon át mérje mindazon kozmikus anyag korát, amelyből mi állunk.

Az anyag Odüsszeája az Ősrobbanás anyagától a jelenlegi állapotáig túl összetett, túl változatos volt ahhoz, hogy az idő múlását ugyanazzal az órával lehessen mérni. Ki tudná most megmondani, hogy hány galaxis vagy melyik szupernóva hozta létre végül a fizikai testünket alkotó elemeket? Mi, emberek és minden más a Naprendszerben, beleértve a Napot és a bolygókat is, rég letűnt csillagok töredékei vagyunk. Szó szerint csillagporból vagyunk. Mely szén-, nitrogén- vagy oxigénatomokra vonatkozik ez az idő? A tiédhez vagy a szomszédod atomjaihoz? Azok, amelyek a bőr egy részecskéjének részét képezik, vagy azok, amelyek egy csepp vérében vannak? Valószínű, hogy mindegyikük különböző csillagok mélyén kezdődött, és ezért mindegyiknek megvan a maga egyedi kora. A kozmikus anyag átalakulásai, amelyek a Föld kialakulása előtt történtek, csillagok számtalanságában, egyidejűleg és egymás után következtek be. Minden csillagnak, minden szupernóvának megvan a maga gravitációja és saját mozgási sebessége, és ezért saját tér-idő vonatkoztatási rendszere.

Kozmikus órák milliárdjai ketyegtek (és még mindig ketyegnek), mindegyik a maga, helyileg megfelelő ütemben. Mindannyian egy pillanatban kezdtek ketyegni – az Ősrobbanás pillanatában, és egyszerre jutottak el ahhoz az időszakhoz, amikor Ádám megjelent. De az abszolút, helyi idő, amely eltelt a „kezdettől” addig a pillanatig, amikor az anyagrészecskék mindegyike hozzájárult az emberiség létrejöttéhez, nagyon más volt minden csillagnál és minden egyes részecskénél. Bár az anyag átalakulásai egyszerre kezdődtek és fejeződtek be, Einstein elméletéből az következik, hogy az egyes anyagrészecskék kora nagyon jelentősen eltér a többi anyagrész korától, amellyel végül egyesült, létrehozva a naprendszert, és akkor az emberiség. Érvelésünk sem kifinomultabb, sem kevésbé kifinomult, mint mondjuk 200 mikroszekundum detektálása abban a 4,5 mikroszekundumban, amely eltelik, miközben a felső légkörben, a kozmikus sugárzás hatására képződő mu-mezonok elérik a Föld felszínét. 4,5 mikroszekundum alatt 200 mikroszekundum telik el. Ez a bizonyított tény jobban megérthető Einstein gondolatkísérletével, amelyben a tudósok egy nagy sebességű rakéta fedélzetén és a tudósok egy helyhez kötött laboratóriumban két különböző időszakot rögzítenek ugyanarra az eseményre. Ennek a helyzetnek semmi köze a néhai W.K. Fields, aki azt mondta, hogy egy hosszú este alatt egy teljes hétig Philadelphiában élt15. Kijelentése az érzelmi szenzáció területére vonatkozik; esetünkben fizikai ténnyel van dolgunk. Amikor egymilliárd évről beszélünk, nem azt értjük, hogy milliárd évként éljük meg őket. Valóban eltelt egymilliárd év! Ha ugyanabban a hat napban lenne egy óra az Univerzumnak azon a részén, amelyet most a Föld foglal el, akkor az nem feltétlenül 15 milliárd évet rögzít. A korai Univerzumban a tér és az idő görbülete ezen a helyen valószínűleg teljesen más volt, mint most.

Az Univerzum következetes fejlődésének leírásához valamiféle kompromisszumot kellett találni. Ilyen kompromisszumként a Teremtő az Ádám megjelenése előtti időre saját vonatkoztatási rendszerét választotta, amelyben az egész Univerzumot egyetlen egészként fogták fel.

Ádám teremtése minőségileg különbözött minden más eseménytől, amely az Univerzum létrejöttét kísérte. Ez alapvető változást jelzett Istennek a világegyetemhez való viszonyában. Tudjuk, hogy az Univerzum minden tárgya, szerves és szervetlen, élő és élettelen, anyagból áll, amelynek eredete az ősteremtésre vezethető vissza. Ebben az értelemben az emberiség sem kivétel. Világosan elmagyarázták nekünk, hogy származásunk anyagi forrása a „föld por”. Minden élőlény (1Mózes 1:30), beleértve az embereket is (1Mózes 2:7), kapott egy élő lelket (héberül nefesh). Azonban csak Ádám kapott valami újat, egyedülállót az egész Univerzum számára - Isten élő leheletét (1Mózes 2:7).

És ebben a pillanatban, amikor Isten belélegezte Ádámba az élet leheletét (héberül neshamah), mindkettő – a Teremtő és az Ő teremtménye – elválaszthatatlanul összekapcsolódott egymással. Ebben a pillanatban történt, hogy a több milliárd lehetséges óra közül visszavonhatatlanul csak egyet választottak ki, amelyhez ezentúl minden jövőbeli esemény lefolyását kell mérni.

A relativisztikus fizikusok szakzsargonja szerint Ádám megjelenésének pillanatában az Univerzumnak az a része, amely az ember lakóhelyévé vált, ugyanabban a tér-idő vonatkoztatási rendszerben kezdett működni, mint Teremtője. Ettől a ponttól kezdve egységesült a Biblia kronológiája és az idő áramlása a Földön - ezentúl rögzült az általános tér-idő kapcsolat Isten és ember között.

Ennek az új kapcsolatnak az eredménye a bibliai szöveg első pillantásából nyilvánvaló. Párhuzam van a dátumok között, amelyekre a Biblia az Ádám teremtése utáni eseményekre hivatkozik, és az azonos események kronológiájára vonatkozó régészeti becslések. A bibliai naptár bronzkora és a régészet bronzkora egybeesik. A Biblia szerint Hazort Józsué pusztította el 3300 évvel ezelőtt; a régészet, mint részletes kutatások után kiderült, ezt az eseményt ugyanebbe az időszakba datálja. A bibliai naptár Ádám teremtésével kezdődő része meglehetősen logikusnak tűnik a szemünkben, a holt-tengeri tekercsek felfedezése pedig azt bizonyítja, hogy a Biblia helyesen írja le az eseményeket több ezer évvel azelőtt, hogy a modern régészeti leletek megerősítenék azokat. Ha nem ismernénk a relativitás törvényét, és a Földön az Ádám utáni időben lezajlott eseményeket az Univerzum egy másik pontjáról próbálnánk datálni, akkor most azon tűnődnénk, hogy a mi felfogásunkban miért különbözik az elmúlt idő a feljegyzetttől. egy órával a Földön.

Univerzumunk fennállásának első hat napjában az Örök Óra 144 órát mért. Ma már tudjuk, hogy ez az időtartam nem feltétlenül esik egybe az Univerzum egy másik részén mért azonos időtartammal. Ennek az Univerzumnak a lakóiként a helyi vonatkoztatási rendszerünkben található órák segítségével értékeljük az idő múlását; Az ilyen órák magukban foglalják a radioaktív kormeghatározást, a geológiai adatokat, valamint a sebességek és távolságok mérését a táguló Univerzumban. Ezekkel az órákkal utazik az emberiség időben és térben.

Amikor a Biblia leírja, hogyan fejlődik világegyetemünk napról napra a teremtést követő első hat napon, akkor valójában hat, egyenként 24 órás napról van szó. De a referenciakeret, amelyben ezeket a napokat kiszámították, az egész Univerzumot foglalta magában. A Teremtésnek ez az első hete semmiképpen sem egy mese, amely egy gyermek kíváncsiságát kívánja kielégíteni, hogy később, a felnőtt bölcsessége megérkezésével feleslegessé váljon. Éppen ellenkezőleg – utalásokat tartalmaz olyan eseményekre, amelyeket az emberiség csak most kezd megérteni.

A bölcsek, akik értelmezték a Bibliát, régóta figyelmeztetnek arra, hogy a teremtés első hat napjának eseményeiről alkotott értelmezésünk nem fog megfelelni az Ádám megjelenését követő időkben a természetről alkotott felfogásunknak. Ezt a Tízparancsolatban található szombati pihenés leírásából értették meg. Ha összehasonlítjuk a 2Mózes 20:11 szövegét a Zakariás 5:11 és 2Sámuel 21:10 szövegével, azt látjuk, hogy mindkét szöveg ugyanazt a szót használja a pihenésre, de eltérő árnyalatokkal. Abból, ahogy a szót ott használják, arra lehet következtetni, hogy Isten valójában nem „pihent” az első szombaton. A Teremtő inkább megállt a munkájában, hogy áttekintse az első hat napban létrejött Univerzumot. Maimonidész szerint az a felfogásunk erről a szünetről, hogy ettől az első szombattól kezdve a természet törvényei, beleértve az idő múlását is, mindenkor „normális” módon működnek. Ezzel szemben az események lefolyása az első hat nap során logikátlannak tűnhet, mintha megsértették volna a természet és az idő törvényeit. Amint látjuk, a bölcsek jóslata, miszerint a korai Univerzum bibliai és tudományos képeit egymásnak ellentmondónak fogjuk fel, valóban beigazolódott.

Az első szombaton kezdődik a naptár, amely Ádám teremtésével kezdődik. És a naptárnak éppen ez a része felel meg a logikán alapuló valóságfelfogásunknak. Az idő relativitáselméletének rendkívüli tényének, Einstein relativitástörvényének köszönhetően a bibliai naptár helyes ezen a hat napon. Feleslegessé vált azzal magyarázni a kövületi leletek felfedezését, hogy a Teremtő szándékosan helyezte őket oda, ahol megtalálták, hogy próbára tegye a Teremtés aktusába vetett hitünket, vagy hogy kielégítse kíváncsiságunkat. A kőzetekben, meteoritokban és kövületekben a radioaktív bomlás sebessége helyesen tükrözi az idő múlását, de ezt az idő múlását a földi vonatkoztatási rendszerünkben elhelyezett órák mérik és mérik. Az ezen órák által feljegyzett idő csak viszonylagos, azaz csak lokálisan volt és marad is pontos. Más, más referenciarendszerekben található órák a Földön előforduló eseményeket különböző, de nem kevésbé helyes időpillanatoknak tulajdonítják. És ez mindig így lesz, amíg az Univerzum engedelmeskedik a természet törvényeinek.

IRODALOM

• 1. Rashi. "Megjegyzések a Genezis könyvéhez." 1:1.
• 2. Nachmanides. "Kommentárok a Tórához". 1Mózes 5:4.
• 3. „Régészet és ószövetségi tanulmányok”. Szerk. Tamás. (Thomas, szerk., Archaeology and Old Testament Study).
• 4. Newton. "A természetfilozófia matematikai alapelvei". (Newton, Mathematical Principles of Natural Philosophy).
• 5. Einstein. "Relativitáselmélet: speciális és általános elméletek". (Einstein, Relativitáselmélet: A speciális és általános elméletek).
• 6. Cohen. "Az új fizika születése". (Cohen: Egy új fizika születése).
• 7. Pagels. "Tökéletes szimmetria." (Pagels, Perfect Symmetry).
• 8. Shankland. "Michelson-Morley kísérlet". (Shankland, „The Michelson-Morley-kísérlet”, American Journal of Physics, 32 (1964):16).
• 9. Herman. "A kvantumelmélet eredete" (1899-1913). (Hermann, The Genesis of the Quantum Theory (1899-1913)).
• 10. Taylor és Wheeler. "A tér-idő fizikája". (Taylor és Wheeler, Spacetime Physics).
• 11. Haefele és Keating, „Around-the-World Atomic Clocks: Observations of Relativist Time Shift”. (Hafele és Keating: „A világ körüli atomórák: megfigyelt relativisztikus időnövekedés.” Science, 117 (1972): 168).
• 12. Woosley és Phillips, „Szupernova 1987A1”. (Woosley és Phillips, „Supernova 1987A!” Science, 240 (1988): 750).
• 13. Maimonides. „A tétovázók mentora”, 1. rész, ch. 67.

A relativitáselméletet Albert Einstein vezette be a 20. század elején. Mi a lényege? Tekintsük a főbb pontokat, és írjuk le világos nyelven a TOE-t.

A relativitáselmélet gyakorlatilag kiküszöbölte a 20. századi fizika következetlenségeit és ellentmondásait, gyökeresen megváltoztatta a téridő szerkezetének elképzelését, és számos kísérletben és tanulmányban kísérletileg is megerősítették.

Így a TOE minden modern alapvető fizikai elmélet alapját képezte. Valójában ez a modern fizika anyja!

Először is érdemes megjegyezni, hogy két relativitáselmélet létezik:

• Speciális relativitáselmélet (STR) – az egyenletesen mozgó tárgyak fizikai folyamatait veszi figyelembe.
• Általános relativitáselmélet (GTR) - leírja a gyorsuló objektumokat, és megmagyarázza az olyan jelenségek eredetét, mint a gravitáció és a létezés.

Nyilvánvaló, hogy az STR korábban megjelent, és lényegében a GTR része. Először beszéljünk róla.

STO egyszerű szavakkal

Az elmélet a relativitás elvén alapul, amely szerint a természet bármely törvénye megegyezik az álló és állandó sebességgel mozgó testekkel szemben. Egy ilyen egyszerűnek tűnő gondolatból pedig az következik, hogy a fénysebesség (300 000 m/s vákuumban) minden testnél azonos.

Például képzeld el, hogy kaptál egy űrhajót a távoli jövőből, amely nagy sebességgel tud repülni. A hajó orrára egy lézerágyút szereltek fel, amely képes fotonokat előre lőni.

A hajóhoz viszonyítva az ilyen részecskék fénysebességgel repülnek, de egy álló megfigyelőhöz képest úgy tűnik, hogy gyorsabban kell repülniük, mivel mindkét sebességet összegzik.

A valóságban azonban ez nem történik meg! Egy külső szemlélő 300 000 m/s sebességgel haladó fotonokat lát, mintha nem adták volna hozzájuk az űrszonda sebességét.

Ne feledje: bármely testhez viszonyítva a fénysebesség állandó érték lesz, függetlenül attól, hogy milyen gyorsan mozog.

Ebből olyan elképesztő következtetések következnek, mint az idődilatáció, a hosszanti összehúzódás és a testtömeg sebességtől való függése. A speciális relativitáselmélet legérdekesebb következményeiről az alábbi linken található cikkben olvashat bővebben.

Az általános relativitáselmélet (GR) lényege

Ahhoz, hogy jobban megértsük, ismét össze kell kapcsolnunk két tényt:

• Négydimenziós térben élünk

A tér és az idő ugyanannak a „tér-idő kontinuumnak” nevezett entitás megnyilvánulásai. Ez egy 4 dimenziós téridő x, y, z és t koordinátatengelyekkel.

Mi emberek képtelenek vagyunk egyformán érzékelni a 4 dimenziót. Lényegében csak egy valódi négydimenziós objektum térre és időre vonatkozó vetületeit látjuk.

Érdekes módon a relativitáselmélet nem állítja, hogy a testek mozgás közben megváltoznak. A 4 dimenziós objektumok mindig változatlanok maradnak, de relatív mozgással a vetületük változhat. És ezt úgy érzékeljük, mint az idő lelassulását, a méretcsökkentést stb.

• Minden test állandó sebességgel esik, és nem gyorsul

Végezzünk el egy ijesztő gondolatkísérletet. Képzelje el, hogy egy zárt liftben utazik, és súlytalanságban van.

Ez a helyzet csak két okból állhat elő: vagy az űrben tartózkodik, vagy szabadon zuhan a kabinnal együtt a föld gravitációjának hatására.

Anélkül, hogy kinéznénk a fülkéből, teljesen lehetetlen különbséget tenni e két eset között. Csak arról van szó, hogy az egyik esetben egyenletesen repülsz, a másikban pedig gyorsulással. Ki kell találnod!

Talán maga Albert Einstein is egy képzeletbeli liftre gondolt, és egy elképesztő gondolata támadt: ha ezt a két esetet nem lehet megkülönböztetni, akkor a gravitáció miatti esés is egységes mozgás. A mozgás a négydimenziós téridőben egyszerűen egyenletes, de nagy tömegű testek jelenlétében (például) görbült, és egyenletes mozgást vetítünk a megszokott háromdimenziós terünkbe gyorsított mozgás formájában.

Nézzünk egy másik egyszerűbb, bár nem teljesen helyes példát a kétdimenziós tér görbületére.

Elképzelheti, hogy bármely masszív test valamilyen alakú tölcsért hoz létre alatta. Ekkor a mellette elrepülő többi test nem tudja folytatni egyenes vonalú mozgását, és az ívelt tér kanyarulatainak megfelelően változtatja pályáját.

Mellesleg, ha a testnek nincs sok energiája, akkor mozgása zártnak bizonyulhat.

Érdemes megjegyezni, hogy a mozgó testek szempontjából továbbra is egyenes vonalban mozognak, mert nem éreznek semmit, ami elfordulna. Csak egy görbe térben kötöttek ki, és anélkül, hogy észrevennék, nemlineáris pályájuk van.

Meg kell jegyezni, hogy 4 dimenzió hajlott, beleértve az időt is, ezért ezt a hasonlatot óvatosan kell kezelni.

Így az általános relativitáselméletben a gravitáció egyáltalán nem erő, hanem csak a téridő görbületének következménye. Jelenleg ez az elmélet a gravitáció eredetének működő változata, és kiválóan összhangban van a kísérletekkel.

Az általános relativitáselmélet meglepő következményei

A fénysugarak meghajolhatnak, ha hatalmas testek közelében repülnek. Valóban találtak olyan távoli tárgyakat az űrben, amelyek mások mögé „bújnak”, de körülöttük a fénysugarak meghajlanak, aminek köszönhetően a fény eljut hozzánk.

Albert Einsteinnek köszönhető, hogy megértheti, hol található a közelben egy könyvtár vagy egy bolt.

És végül az általános relativitáselmélet előrejelzi a fekete lyukak létezését, amelyek körül olyan erős a gravitáció, hogy az idő egyszerűen megáll a közelben. Ezért a fekete lyukba eső fény nem hagyhatja el (visszaverődik).

A fekete lyuk közepén a kolosszális gravitációs kompresszió következtében végtelenül nagy sűrűségű objektum keletkezik, és ez, úgy tűnik, nem létezhet.

Így az általános relativitáselmélet nagyon ellentmondásos következtetésekre vezethet, ellentétben -vel, ezért a fizikusok többsége nem fogadta el teljesen, és továbbra is alternatívát keresett.

De sok mindent sikerül megjósolnia, például egy közelmúltbeli szenzációs felfedezés megerősítette a relativitáselméletet, és ismét eszünkbe juttatta a lógó nyelvű nagy tudóst. Ha szereted a tudományt, olvasd el a WikiScience-t.