Teorie relativity

Teorie relativity  je fyzikální teorií časoprostoru , tedy teorií, která popisuje univerzální časoprostorové vlastnosti fyzikálních procesů [1] . Termín zavedl v roce 1906 Max Planck , aby zdůraznil roli principu relativity ve speciální teorii relativity (a později v obecné relativitě ). Někdy se používá jako ekvivalent pojmu „relativistická fyzika“ [cca. 1] .

V širokém smyslu zahrnuje teorie relativity speciální a obecnou relativitu. Speciální teorie relativity (SRT) označuje procesy, při jejichž studiu lze gravitační pole zanedbat; obecná teorie relativity (GR) je teorie gravitace, která zobecňuje Newtonovu [1] . V užším smyslu se teorie relativity nazývá speciální teorie relativity.

V dějinách fyziky se termín teorie relativity někdy používá k odlišení názorů Einsteina , Minkowského a jejich následovníků, kteří odmítají koncept světélkujícího éteru , od názorů některých jejich předchůdců , jako byli Lorentz a Poincaré . 2] .

Rozdíly SRT od Newtonovy mechaniky

Poprvé nová teorie nahradila 200 let starou Newtonovu mechaniku . To radikálně změnilo vnímání světa. Klasická newtonovská mechanika se ukázala jako správná pouze v pozemských a blízkých pozemských podmínkách: při rychlostech mnohem menších než je rychlost světla a velikostech mnohem větších než velikosti atomů a molekul a při vzdálenostech nebo podmínkách, kdy se rychlost šíření gravitace lze považovat za nekonečný.

Newtonovské představy o pohybu byly radikálně opraveny prostřednictvím nové, dosti hluboké aplikace principu relativity pohybu . Čas už nebyl absolutní (a počínaje GR  dokonce jednotný).

Einstein navíc změnil základní názory na čas a prostor. Podle teorie relativity je třeba čas vnímat jako téměř stejnou složku (souřadnici) časoprostoru , která se může podílet na transformacích souřadnic při změně referenčního systému spolu s běžnými prostorovými souřadnicemi, stejně jako se všechny tři prostorové souřadnice transformují, když osy konvenčního trojrozměrného souřadnicového systému jsou otočeny.

Rozsah

Rozsah SRT

Speciální teorie relativity je použitelná pro studium pohybu těles s libovolnými rychlostmi (včetně rychlostí blízkých nebo rovných rychlosti světla) v nepřítomnosti velmi silných gravitačních polí.

Rozsah použitelnosti GR

Obecná teorie relativity je použitelná pro studium pohybu těles s libovolnou rychlostí v gravitačních polích libovolné intenzity, pokud lze zanedbat kvantové efekty.

Aplikace

Aplikace SRT

Speciální teorie relativity se ve fyzice a astronomii používá od 20. století. Teorie relativity významně rozšířila chápání fyziky jako celku a také významně prohloubila znalosti v oblasti fyziky elementárních částic , čímž poskytla silný impuls a seriózní nové teoretické nástroje pro rozvoj fyziky, jejichž význam lze jen stěží přecenil.

Aplikace obecné teorie relativity

S pomocí této teorie byly kosmologie a astrofyzika schopny předpovídat takové neobvyklé jevy, jako jsou neutronové hvězdy , černé díry a gravitační vlny .

Přijetí vědeckou komunitou

Přijetí STO

V současné době je speciální teorie relativity ve vědecké komunitě obecně přijímána a je základem moderní fyziky [3] . Někteří z předních fyziků okamžitě přijali novou teorii, včetně Maxe Plancka , Hendrika Lorentze , Hermanna Minkowského , Richarda Tolmana , Erwina Schrödingera a dalších. V Rusku, pod vedením Oresta Daniloviče Khvolsona , vyšel slavný kurz obecné fyziky, který podrobně popsal speciální teorii relativity a popis experimentálních základů této teorie. Zároveň laureáti Nobelovy ceny Philip Lenard [4] , J. Stark , J. J. Thomson vyjádřili kritický postoj k ustanovením teorie relativity , užitečná se ukázala diskuse s Maxem Abrahamem a dalšími vědci.

Přijetí GR

Obzvláště produktivní byla konstruktivní diskuse o základních otázkách obecné teorie relativity ( Schrödinger a další), která v podstatě pokračuje dodnes.

Obecná teorie relativity (GR), v menší míře než SRT, byla experimentálně ověřena, obsahuje několik zásadních problémů a je známo, že zatím jsou v zásadě přípustné některé z alternativních teorií gravitace , většina z nich však , lze do jisté míry považovat jednoduše za modifikaci GR. Přesto, na rozdíl od mnoha alternativních teorií, podle vědecké komunity obecná relativita v oblasti své dosavadní použitelnosti zatím odpovídá všem známým experimentálním faktům, včetně relativně nedávno objevených (např. dalším možným potvrzením existence gravitačních vln bylo např. nedávno nalezeno [5] [6] ). Obecná teorie relativity je obecně v oblasti své použitelnosti „standardní teorií“, tedy uznávanou vědeckou komunitou jako hlavní [3] .

Speciální teorie relativity

Speciální teorie relativity [7] (SRT) je teorií lokální struktury časoprostoru . Poprvé ji představil v roce 1905 Albert Einstein ve svém díle „O elektrodynamice pohybujících se těles“. Teorie popisuje pohyb, zákony mechaniky a také časoprostorové vztahy, které je určují, při jakékoli rychlosti pohybu, včetně rychlosti blízké rychlosti světla . Klasická newtonovská mechanika v rámci speciální teorie relativity je aproximací pro nízké rychlosti. SRT lze použít tam, kde je možné zavést inerciální vztažné soustavy (alespoň lokálně); je nepoužitelný pro případy silných gravitačních polí, v podstatě neinerciálních vztažných soustav a pro popis globální geometrie Vesmíru (s výjimkou konkrétního případu plochého prázdného stacionárního Vesmíru).

Speciální teorie relativity vznikla jako řešení rozporu mezi klasickou elektrodynamikou (včetně optiky) a klasickým Galileovým principem relativity . Ten tvrdí, že všechny procesy v inerciálních vztažných soustavách probíhají stejným způsobem, bez ohledu na to, zda je systém stacionární nebo je ve stavu rovnoměrného a přímočarého pohybu. To zejména znamená, že jakékoli mechanické experimenty v uzavřeném systému neumožní bez pozorování těles mimo něj určit, jak se pohybuje, je-li jeho pohyb rovnoměrný a přímočarý. Nicméně optické experimenty (jako je měření rychlosti světla v různých směrech ) uvnitř systému by měly v zásadě takový pohyb detekovat. Einstein rozšířil princip relativity na elektrodynamické jevy, což za prvé umožnilo popsat téměř celou škálu fyzikálních jevů z jednotného hlediska a za druhé umožnilo vysvětlit výsledky Michelson-Morleyho experimentu (ve kterém nebyl zjištěn vliv kvazi setrvačného pohybu Země).na rychlost světla). Princip relativity se stal prvním postulátem nové teorie. Důsledný popis fyzikálních jevů v rámci rozšířeného principu relativity se však stal možným pouze za cenu opuštění newtonovského absolutního euklidovského prostoru a absolutního času a jejich spojení do nového geometrického konstruktu - pseudoeuklidovského časoprostoru , v r. které vzdálenosti a časové intervaly mezi událostmi jsou určitým způsobem transformovány (prostřednictvím transformací Lorentz ) v závislosti na vztažné soustavě, ze které jsou pozorovány. To vyžadovalo zavedení dalšího principu - postulát neměnnosti rychlosti světla . Speciální teorie relativity je tedy založena na dvou postulátech:

1. Všechny fyzikální procesy v inerciálních vztažných soustavách probíhají stejně, bez ohledu na to, zda je soustava stacionární nebo se nachází ve stavu rovnoměrného a přímočarého pohybu.

2. Rychlost světla ve vakuu, měřená v libovolné inerciální vztažné soustavě, je stejná a nezávisí na pohybu zářiče.

Důsledkem druhého principu (a obecného vědeckého principu kauzality ) je nemožnost pohybu fyzických těles a přenos informací rychlostí přesahující rychlost světla ve vakuu.

Při pohybu rychlostí malou ve srovnání s rychlostí světla je kinematika SRT nerozeznatelná od newtonovské kinematiky a Lorentzovy transformace se mění v klasické Galileovy transformace . Formálně se v limitu nekonečné rychlosti světla mění vzorce speciální teorie relativity ve vzorce klasické mechaniky.

Obecná teorie relativity

Obecná teorie relativity je teorie gravitace publikovaná Einsteinem v letech 1915-1916 . Jde o další vývoj speciální teorie relativity . V obecné teorii relativity se předpokládá, že gravitační účinky nejsou způsobeny silovou interakcí těles a polí , ale deformací samotného časoprostoru, ve kterém se nacházejí. Tato deformace je spojena zejména s přítomností hmoty-energie.

Obecná teorie relativity se liší od jiných metrických teorií gravitace tím, že používá Einsteinovy ​​rovnice ke spojení zakřivení časoprostoru s hmotou v něm přítomnou .

Obecná teorie relativity je v současnosti nejúspěšnější teorií gravitace, která je dobře podpořena pozorováními.

Poznámky

Komentáře
  1. ↑ Relativistická fyzika je obor fyziky, který studuje jevy, ke kterým dochází při pohybu rychlostí srovnatelnou s rychlostí světla. Za těchto podmínek je pohyb popsán podle teorie relativity.
Prameny
  1. ↑ 1 2 Teorie relativity // Fyzikální encyklopedie (v 5 svazcích) / Redakce akad. A. M. Prochorova . - M .: Sovětská encyklopedie , 1992. - T. 3. - S. 493-494. — ISBN 5-85270-034-7 .
  2. ↑ Suvorov S. G. Einstein: Vznik teorie relativity a některé epistemologické lekce // Uspekhi fizicheskikh nauk. - M., 1979. - T. 128 (červenec). - Číslo 3.
  3. ↑ 1 2 Clifford M. Will. Konfrontace mezi obecnou relativitou a experimentem Archivováno 10. prosince 2019 na Wayback Machine Living Rev. Relativita 9, (2006), 3.
  4. ↑ Filip Lenard. NA PRINCIPU RELATIVITY, ÉTER, GRAVITA . Získáno 7. dubna 2021. Archivováno z originálu dne 19. ledna 2021.
  5. ↑ Prostorově deformující bílí trpaslíci produkují gravitační vlny . Získáno 16. září 2012. Archivováno z originálu 25. září 2012.
  6. ↑ Tisková zpráva na webu RosInvest. (nedostupný odkaz) . Získáno 16. září 2012. Archivováno z originálu 27. září 2007. 
  7. ↑ Někdy se používá název soukromá relativita .

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie