ფარდობითობის სპეციალური თეორია, რომელიც 1905 წელს გამოქვეყნდა აინშტაინის მიერ და მრავალი ადრინდელი ჰიპოთეზის მნიშვნელოვანი განზოგადება, არის ერთ-ერთი ყველაზე რეზონანსული და განხილული ფიზიკაში.
მართლაც, ძნელი წარმოსადგენია, რომ როდესაც ობიექტი მოძრაობს სინათლის სიჩქარით, მისთვის ფიზიკური პროცესები იწყება სრულიად უჩვეულო გზით: მისი სიგრძე მცირდება, მასა იზრდება და დრო ნელდება. გამოქვეყნებისთანავე დაიწყო თეორიის დისკრედიტაციის მცდელობები, რომლებიც დღესაც გრძელდება, თუმცა ას წელზე მეტი გავიდა. ეს არცაა გასაკვირი, რადგან კითხვა, რა არის დრო, დიდი ხანია აწუხებს კაცობრიობას და ყველას ყურადღებას იპყრობს.
რა არის რელატივიზმი
რელატივისტური მექანიკის არსი (ეს არის ასევე ფარდობითობის სპეციალური თეორია, შემდგომში მოიხსენიება როგორც SRT) და მისი განსხვავება კლასიკური მექანიკისგან აშკარად გამოხატულია მისი სახელის პირდაპირი თარგმანით: ლათინური relativus ნიშნავს "ნათესავს". SRT პოსტულირებულია დროის გაფართოების გარდაუვალობაზე ობიექტისთვის, როდესაც ის მოძრაობს დამკვირვებელთან მიმართებაში.
სხვაობაამ თეორიის, რომელიც შემოთავაზებულია ალბერტ აინშტაინის მიერ, ნიუტონის მექანიკიდან და მდგომარეობს იმაში, რომ ყველა მიმდინარე პროცესი შეიძლება ჩაითვალოს მხოლოდ ერთმანეთთან ან რომელიმე გარე დამკვირვებელთან შედარებით. სანამ აღვწერთ რა არის დროის რელატივისტური გაფართოება, საჭიროა ცოტა ჩავუღრმავდეთ თეორიის ჩამოყალიბების საკითხს და დავადგინოთ, რატომ გახდა მისი ფორმულირება შესაძლებელი და საერთოდ სავალდებულო.
ფარდობითობის წარმოშობა
მე-19 საუკუნის ბოლოს, მეცნიერებმა გააცნობიერეს, რომ ზოგიერთი ექსპერიმენტული მონაცემი არ ჯდება კლასიკურ მექანიკაზე დაფუძნებული მსოფლიოს სურათში.
ფუნდამენტური წინააღმდეგობები მოჰყვა ნიუტონის მექანიკის გაერთიანების მცდელობებს მაქსველის განტოლებებთან, რომლებიც აღწერს ელექტრომაგნიტური ტალღების მოძრაობას ვაკუუმში და უწყვეტ მედიაში. უკვე ცნობილი იყო, რომ სინათლე სწორედ ასეთი ტალღაა და ის უნდა განიხილებოდეს ელექტროდინამიკის ფარგლებში, მაგრამ უკიდურესად პრობლემური იყო ვიზუალური და, რაც მთავარია, დროში გამოცდილი მექანიკასთან კამათი.
წინააღმდეგობა, თუმცა, აშკარა იყო. დავუშვათ, რომ ფარანი დამაგრებულია მოძრავი მატარებლის წინ, რომელიც ანათებს წინ. ნიუტონის აზრით, მატარებლის სიჩქარე და ფარანიდან გამომავალი შუქი უნდა დაემატოს. მაქსველის განტოლებები ამ ჰიპოთეტურ სიტუაციაში უბრალოდ „დაიშალა“. საჭირო იყო სრულიად ახალი მიდგომა.
სპეციალური ფარდობითობა
არასწორი იქნება იმის დაჯერება, რომ აინშტაინმა გამოიგონა ფარდობითობის თეორია. ფაქტობრივად, მან მიმართა მეცნიერთა ნაშრომებსა და ჰიპოთეზებს, რომლებიც მუშაობდნენ მასზე ადრე. თუმცა, ავტორი მიუახლოვდამეორეს მხრივ, კითხვა და ნიუტონის მექანიკის ნაცვლად მაქსველის განტოლებები აღიარა, როგორც "აპრიორი სწორი".
გარდა ფარდობითობის ცნობილი პრინციპისა (ფაქტობრივად, გალილეოს მიერ ჩამოყალიბებული, თუმცა, კლასიკური მექანიკის ფარგლებში), ამ მიდგომამ აინშტაინი მიიყვანა საინტერესო განცხადებამდე: სინათლის სიჩქარე მუდმივია ყველა ჩარჩოში. მითითება. და სწორედ ეს დასკვნა გვაძლევს საშუალებას ვისაუბროთ დროის სტანდარტების შეცვლის შესაძლებლობაზე, როდესაც ობიექტი მოძრაობს.
შუქის სიჩქარის მუდმივობა
როგორც ჩანს, განცხადება "შუქის სიჩქარე მუდმივია" გასაკვირი არ არის. ოღონდ შეეცადეთ წარმოიდგინოთ, რომ უძრავად დგახართ და უყურებთ როგორ შორდება სინათლე თქვენგან ფიქსირებული სიჩქარით. თქვენ მიჰყვებით სხივს, მაგრამ ის აგრძელებს თქვენგან მოშორებას ზუსტად იგივე სიჩქარით. მეტიც, შემობრუნებით და სხივის საპირისპირო მიმართულებით ფრენით თქვენ არანაირად არ შეცვლით ერთმანეთისგან დაშორების სიჩქარეს!
როგორ არის ეს შესაძლებელი? აქ იწყება საუბარი დროის გაფართოების რელატივისტურ ეფექტზე. საინტერესოა? შემდეგ წაიკითხეთ!
რელატივისტური დროის გაფართოება აინშტაინის მიხედვით
როდესაც ობიექტის სიჩქარე უახლოვდება სინათლის სიჩქარეს, ობიექტის შიდა დრო გამოითვლება შენელებისთვის. თუ დავუშვებთ, რომ ადამიანი მზის სხივის პარალელურად მოძრაობს მსგავსი სიჩქარით, მისთვის დრო საერთოდ შეწყვეტს სირბილს. არსებობს დროის რელატივისტური გაფართოების ფორმულა, რომელიც ასახავს მის ურთიერთობას ობიექტის სიჩქარესთან.
თუმცა ამ საკითხის შესწავლისას უნდა გვახსოვდეს, რომ არც ერთი მასის მქონე სხეული თეორიულადაც კი ვერ მიაღწევს სინათლის სიჩქარეს.
თეორიასთან დაკავშირებული პარადოქსები
სპეციალური ფარდობითობა მეცნიერული ნაშრომია და არც ისე ადვილი გასაგები. თუმცა, საზოგადოების ინტერესი იმის მიმართ, თუ რა არის დრო, რეგულარულად ბადებს იდეებს, რომლებიც ყოველდღიურ დონეზე, როგორც ჩანს, გაუხსნელი პარადოქსებია. მაგალითად, შემდეგი მაგალითი აბნევს ადამიანების უმეტესობას, რომლებიც ეცნობიან SRT-ს ფიზიკის ცოდნის გარეშე.
არის ორი თვითმფრინავი, რომელთაგან ერთი დაფრინავს პირდაპირ, მეორე კი აფრინდება და, როდესაც აღწერს რკალი სინათლის სიჩქარესთან ახლოს, ეწევა პირველს. მოსალოდნელია, რომ მეორე აპარატის დრო (რომელიც სინათლის სიჩქარით მიფრინავდა) უფრო ნელა გავიდა, ვიდრე პირველისთვის. თუმცა, SRT პოსტულატის შესაბამისად, ორივე თვითმფრინავის მითითების ჩარჩოები თანაბარია. ეს ნიშნავს, რომ დრო შეიძლება უფრო ნელა გაიაროს როგორც ერთი, ასევე მეორე მოწყობილობა. როგორც ჩანს, ეს ჩიხია. მაგრამ…
პარადოქსების გადაჭრა
ფაქტობრივად, ამ სახის პარადოქსების წყარო არის თეორიის მექანიზმის არასწორად გაგება. ეს წინააღმდეგობა შეიძლება მოგვარდეს ცნობილი სპეკულაციური ექსპერიმენტის გამოყენებით.
გვაქვს ფარდული ორი კარით, რომლებიც ქმნიან გამავალ გასასვლელს და ბოძი ფარდულის სიგრძეზე ოდნავ აღემატება. თუ ძელს კარდაკარ გავჭიმავთ, ვერ დაკეტავენ ან უბრალოდ ძელს დაგვამტვრევენ. თუ ბოძი ბეღელში დაფრინავს,ექნება სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარე, მისი სიგრძე შემცირდება (გახსოვდეთ: სინათლის სიჩქარით მოძრავ ობიექტს ექნება სიგრძე ნული) და იმ მომენტში, როცა ის ბეღელშია, შეგვიძლია დავხუროთ და გავხსნათ კარები ჩვენი რეკვიზიტების გატეხვის გარეშე.
მეორეს მხრივ, როგორც თვითმფრინავის მაგალითში, ეს არის ბეღელი, რომელიც უნდა შემცირდეს ბოძთან შედარებით. პარადოქსი მეორდება და, როგორც ჩანს, გამოსავალი არ არის - ორივე ობიექტი სინქრონულად მცირდება სიგრძეში. თუმცა დაიმახსოვრე, რომ ყველაფერი შედარებითია და პრობლემის გადაჭრა დროის შეცვლით.
ერთდროულობის ფარდობითობა
როდესაც ბოძის წინა კიდე არის შიგნით, წინა კარის წინ, შეგვიძლია დავხუროთ და გავხსნათ იგი და იმ მომენტში, როცა ბოძი მთლიანად შეფრინდება ფარდულში, იგივეს გავაკეთებთ უკანა მხარეს. კარი. როგორც ჩანს, ამას ერთდროულად არ ვაკეთებთ და ექსპერიმენტი ჩაიშალა, მაგრამ აქ მთავარი ირკვევა: ფარდობითობის სპეციალური თეორიის თანახმად, ორივე კარის დახურვის მომენტები განლაგებულია იმავე წერტილში. დროის ღერძი.
ეს იმიტომ ხდება, რომ მოვლენები, რომლებიც ერთდროულად ხდება ერთ საცნობარო ჩარჩოში, არ იქნება ერთდროული მეორეში. დროის რელატივისტური გაფართოება ვლინდება ობიექტების ურთიერთმიმართებაში და ჩვენ ვუბრუნდებით აინშტაინის თეორიის აბსოლუტურად ყოველდღიურ განზოგადებას: ყველაფერი ფარდობითია.
კიდევ ერთი დეტალი: საცნობარო სისტემების თანასწორობა აქტუალურია SRT-ში, როდესაც ორივე ობიექტი ერთნაირად და სწორხაზოვნად მოძრაობს. როგორც კი ერთ-ერთი სხეული იწყებს აჩქარებას ან შენელებას, მისი მითითების ჩარჩო უნიკალური ხდებაშესაძლებელია.
ტყუპების პარადოქსი
ყველაზე ცნობილი პარადოქსი, რომელიც ხსნის დროის რელატივისტურ გაფართოებას „მარტივად“არის სააზროვნო ექსპერიმენტი ორ ტყუპ ძმასთან. ერთი მათგანი კოსმოსური ხომალდით მიფრინავს სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით, მეორე კი მიწაზე რჩება. დაბრუნების შემდეგ ასტრონავტი ძმა აღმოაჩენს, რომ ის თავად არის 10 წლის, ხოლო მისი ძმა, რომელიც სახლში დარჩა, უკვე 20 წლისაა.
მთლიანი სურათი მკითხველისთვის უკვე ნათელი უნდა იყოს წინა ახსნა-განმარტებიდან: კოსმოსურ ხომალდზე მყოფი ძმისთვის დრო ნელდება, რადგან მისი სიჩქარე ახლოსაა სინათლის სიჩქარესთან; ჩვენ არ შეგვიძლია მივიღოთ მითითების ჩარჩო, რომელიც ეხება ძმის ადგილზე, რადგან ის აღმოჩნდება არაინერციული (მხოლოდ ერთი ძმა განიცდის გადატვირთვას).
მე კიდევ მინდა აღვნიშნო: რა ხარისხსაც არ უნდა მიაღწიონ ოპონენტებმა დავაში, ფაქტი ფაქტად რჩება: დრო თავის აბსოლუტურ მნიშვნელობით მუდმივი რჩება. რამდენი წელიც არ უნდა დაფრინდეს ძმამ კოსმოსურ ხომალდზე, ის გააგრძელებს დაბერებას ზუსტად იმავე ტემპით, როგორც დრო გადის მის საცნობარო ჩარჩოში, მეორე ძმა კი ზუსტად იმავე სიჩქარით დაბერდება - განსხვავება მხოლოდ მაშინ გამოვლინდება. ისინი ხვდებიან და არა სხვა შემთხვევაში.
გრავიტაციის დროის გაფართოება
დასკვნის სახით, უნდა აღინიშნოს, რომ არსებობს დროის გაფართოების მეორე ტიპი, რომელიც უკვე დაკავშირებულია ფარდობითობის ზოგად თეორიასთან.
მე-18 საუკუნეშიც კი მიტჩელმა იწინასწარმეტყველა წითელი ფერის არსებობაგადაადგილება, რაც ნიშნავს, რომ როდესაც ობიექტი მოძრაობს ძლიერი და სუსტი გრავიტაციის მქონე უბნებს შორის, მისი დრო შეიცვლება. ლაპლასისა და ზოლდნერის მიერ საკითხის შესწავლის მცდელობის მიუხედავად, მხოლოდ აინშტაინმა წარმოადგინა სრულფასოვანი ნაშრომი ამ თემაზე 1911 წელს.
ეს ეფექტი არანაკლებ საინტერესოა ვიდრე დროის რელატივისტური გაფართოება, მაგრამ ის მოითხოვს ცალკე შესწავლას. და ეს, როგორც ამბობენ, სულ სხვა ამბავია.
