ฟิสิกส์สัมพัทธภาพใช้ในการพิจารณาวัตถุทางกายภาพ ฟิสิกส์สัมพัทธภาพ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษหรือบางส่วนเป็นทฤษฎีโครงสร้างกาล-อวกาศ เปิดตัวครั้งแรกในปี 1905 โดย Albert Einstein ในงานของเขาเรื่อง “On the Electrodynamics of Moving Bodies” ทฤษฎีนี้อธิบายการเคลื่อนที่ กฎของกลศาสตร์ และความสัมพันธ์ระหว่างกาล-อวกาศที่กำหนดกฎเหล่านี้ ด้วยความเร็วการเคลื่อนที่ใกล้เคียงกับความเร็วแสง กลศาสตร์นิวตันแบบคลาสสิกภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเป็นการประมาณค่าความเร็วต่ำ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่พัฒนาโดยไอน์สไตน์ในปี 1905-1917 เป็นการพัฒนาเพิ่มเติมของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปตั้งสมมุติฐานว่าผลกระทบของความโน้มถ่วงไม่ได้เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างแรงระหว่างวัตถุและสนาม แต่เกิดจากการเสียรูปของกาล-อวกาศที่วัตถุเหล่านั้นตั้งอยู่ ความผิดปกตินี้ส่วนหนึ่งเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของพลังงานมวล

ลิงค์

• ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป - ความต่อเนื่องของกาล-อวกาศ (รัสเซีย) - เพียงเกี่ยวกับความซับซ้อน
• ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (รัสเซีย) - เป็นเพียงเกี่ยวกับความซับซ้อน

มูลนิธิวิกิมีเดีย 2010.

ดูว่า "ฟิสิกส์สัมพัทธภาพ" ในพจนานุกรมอื่นคืออะไร:

ฟิสิกส์และความเป็นจริง- “ฟิสิกส์และความเป็นจริง” คือชุดบทความของ A. Einstein ซึ่งเขียนขึ้นในช่วงเวลาต่างๆ ของชีวิตเชิงสร้างสรรค์ของเขา มาตุภูมิ ฉบับ M. , 1965 หนังสือเล่มนี้สะท้อนให้เห็นถึงมุมมองทางญาณวิทยาและระเบียบวิธีหลักของนักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ ในหมู่พวกเขา…… สารานุกรมญาณวิทยาและปรัชญาวิทยาศาสตร์

- (RTG) ทฤษฎีแรงโน้มถ่วง บนพื้นฐานของการแทนสนามโน้มถ่วงในฐานะสนามทางกายภาพของเทนเซอร์สมมาตรของเวเลนซ์ 2 ในอวกาศ Minkowski พัฒนาโดยนักวิชาการของ Russian Academy of Sciences A. A. Logunov พร้อมกลุ่ม... ... Wikipedia

- (กรีก τὰ φυσικά - วิทยาศาสตร์แห่งธรรมชาติ จาก φύσις - ธรรมชาติ) - ความซับซ้อนของวิทยาศาสตร์ สาขาวิชาที่ศึกษาคุณสมบัติทั่วไปของโครงสร้าง ปฏิสัมพันธ์ และการเคลื่อนที่ของสสาร ตามภารกิจเหล่านี้ให้ทันสมัย F. สามารถแบ่งได้คร่าวๆ ออกเป็น 3 ตัวใหญ่ๆ ครับ... ... สารานุกรมปรัชญา

ฟิสิกส์ไฮเปอร์นิวเคลียร์เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่เป็นจุดตัดระหว่างฟิสิกส์นิวเคลียร์และฟิสิกส์อนุภาคมูลฐาน ซึ่งหัวข้อของการวิจัยคือระบบคล้ายนิวเคลียสที่นอกเหนือไปจากโปรตอนและนิวตรอนแล้ว อนุภาคมูลฐานอื่นๆ ไฮเปอร์รอน นอกจากนี้... ... วิกิพีเดีย

สาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาพลศาสตร์ของอนุภาคในตัวเร่งอนุภาค รวมถึงปัญหาทางเทคนิคมากมายที่เกี่ยวข้องกับการสร้างและการทำงานของเครื่องเร่งอนุภาค ฟิสิกส์ของการเร่งความเร็วรวมถึงประเด็นที่เกี่ยวข้องกับการผลิตและการสะสมของอนุภาค... Wikipedia

ฟิสิกส์. 1. วิชาและโครงสร้างของฟิสิกส์ ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาที่ง่ายที่สุดและสำคัญที่สุดในเวลาเดียวกัน คุณสมบัติทั่วไปและกฎการเคลื่อนที่ของวัตถุในโลกวัตถุรอบตัวเรา จากความธรรมดาสามัญนี้ จึงไม่มีปรากฏการณ์ทางธรรมชาติใดที่ไม่มีคุณสมบัติทางกายภาพ คุณสมบัติ... สารานุกรมทางกายภาพ

กลศาสตร์สัมพัทธภาพเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่พิจารณากฎของกลศาสตร์ (กฎการเคลื่อนที่ของวัตถุและอนุภาค) ด้วยความเร็วที่เทียบได้กับความเร็วแสง ด้วยความเร็วที่ต่ำกว่าความเร็วแสงอย่างมาก มันจะเปลี่ยนเป็นคลาสสิก (นิวตัน) ... ... Wikipedia

สาขาวิชาฟิสิกส์ที่อุทิศให้กับการศึกษากระบวนการนิวเคลียร์ซึ่งอนุภาคที่ประกอบเป็นสสารนิวเคลียร์เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง อาร์. ไอ. ฉ. ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2513 72 โดยเกี่ยวข้องกับการทดลองคานนิวเคลียสสัมพัทธภาพ... ... สารานุกรมทางกายภาพ

I. วิชาและโครงสร้างของฟิสิกส์ ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษากฎทั่วไปของปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่ง่ายที่สุดและในเวลาเดียวกัน คุณสมบัติและโครงสร้างของสสาร และกฎการเคลื่อนที่ของมัน ดังนั้นแนวคิดของ ฟ. และกฎหมายอื่นๆ จึงรองรับทุกอย่าง... ... สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต

ตัวอย่างปรากฏการณ์ทางกายภาพต่างๆ ฟิสิกส์ (จากภาษากรีกโบราณ φύσις ... Wikipedia

หนังสือ

• ฟิสิกส์ของลำอิเล็กตรอนสัมพัทธภาพกระแสสูง, A. A. Rukhadze, L. S. Bogdankevich, S. E. Rosinsky, V. G. Rukhlin พื้นฐานของฟิสิกส์ของลำแสงอิเล็กตรอนกระแสสูงแบบพัลซิ่งและการโต้ตอบกับพลาสมาจะถูกนำเสนออย่างเป็นระบบ การกำหนดค่าสมดุล รูปแบบ และ...

ในทฤษฎีสัมพัทธภาพ การเลือกระบบขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของวัตถุและการเคลื่อนที่ของวัตถุ ซึ่งจะต้องอธิบายไว้ภายในกรอบอ้างอิงที่เลือก โดยทั่วไปแล้ว ในฟิสิกส์และดาราศาสตร์สมัยใหม่ไม่มีกรอบอ้างอิงเฉื่อย เราสามารถพูดได้เพียงว่าระบบนี้อยู่ใกล้ความเฉื่อยเพียงใด

เวลาที่ผ่านไปอย่างสม่ำเสมอในระบบอ้างอิงต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วตามปกติของมนุษย์สมัยใหม่แตกต่างกันอย่างไร เป็นไปได้ไหมที่จะสังเกตเห็นสิ่งนี้? ห้าสิบปีก่อนคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้เป็นเชิงลบ นาฬิกาที่มนุษยชาติใช้ทั้งในชีวิตประจำวันและในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เพื่อวัดเวลาเป็นอุปกรณ์กลไกแบบดั้งเดิมที่มีข้อผิดพลาดด้านเวลาซึ่งมักจะเกินหนึ่งวินาทีต่อวัน ความแม่นยำของพวกมันต่ำเกินไปที่จะตรวจจับผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพเมื่อเวลาผ่านไป

มีผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพหลักสองประการที่ส่งผลต่อความเร็วของเวลา ประการแรกคือความเร็ว หากนาฬิกาอยู่ในระบบอ้างอิงที่แตกต่างกัน ซึ่งหนึ่งในนั้นเคลื่อนที่สัมพันธ์กับวินาที นาฬิกาในระบบแรกจะทำงานช้าลง หากเราสร้างนาฬิกาสองเรือนพร้อมกันในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง เนื่องจากจังหวะของเวลาในระบบที่เคลื่อนที่จะช้าลง นาฬิกาในระบบจะล้าหลัง ยิ่งช่วงเวลาระหว่างการสังเกตนาฬิกานานขึ้น นาฬิกาก็จะล่าช้ากว่าในหน้าต่างอ้างอิงที่กำลังเคลื่อนที่มากขึ้นเท่านั้น สมมติว่า สำหรับเครื่องบินสมัยใหม่ที่บินด้วยความเร็วเสียง (300 ม./วินาที) ความแตกต่างของอัตรานาฬิกาในการบินหนึ่งชั่วโมงจะเป็นนาโนวินาที

ผลกระทบประการที่สองที่ส่งผลต่อความเร็วในการเคลื่อนที่คือความแตกต่างในศักย์โน้มถ่วง นาฬิกาสองเรือนที่อยู่นิ่งซึ่งสัมพันธ์กันซึ่งอยู่ในจุดต่าง ๆ ในอวกาศจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกัน ในจุดที่แรงโน้มถ่วงอ่อนลง นาฬิกาจะเดินเร็วขึ้น

ให้นาฬิกาเรือนหนึ่งวางไว้ที่ระดับน้ำทะเล และนาฬิกาเรือนที่สองวางไว้บนภูเขาสูง 10 กม. จากนั้นนาฬิกาที่สองจะเดินเร็วขึ้น และอัตราความแตกต่างต่อชั่วโมงจะอยู่ที่ 3.6 นาโนวินาที

การบันทึกความก้าวหน้าของนาฬิกาด้วยความแม่นยำดังกล่าวเกิดขึ้นได้เมื่อมีการสร้างนาฬิกาอะตอมและนาฬิกาไฮโดรเจนด้วยความแม่นยำไม่แย่ไปกว่าประมาณหนึ่งชั่วโมง

นาฬิกาสมัยใหม่มีความแม่นยำมากกว่ามาก ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา นักฟิสิกส์สามารถวัดความไม่สม่ำเสมอของเวลาที่ผ่านไป ณ จุดสองจุดที่แตกต่างกันในอวกาศ

ในกรณีหนึ่ง เป็นการทดลองที่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี พวกเขาซิงโครไนซ์นาฬิกาทั้งสอง พวกเขาทิ้งนาฬิกาเรือนหนึ่งไว้ที่แผนกฟิสิกส์และนาฬิกาเรือนที่สองถูกนำขึ้นภูเขาโดยรถบรรทุกและติดตั้งที่ระดับความสูง 3,250 เมตรจากระดับน้ำทะเล หลังจากรอเป็นเวลา 66 วัน พวกเขาก็ลดนาฬิกาวินาทีลงและเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้ การทดลองแสดงให้เห็นความสอดคล้องกับทฤษฎีของไอน์สไตน์อย่างสมบูรณ์! นาฬิกาที่อยู่บนภูเขาเดินไปข้างหน้า นาฬิกาที่เหลืออยู่ที่ระดับน้ำทะเลเดินช้ากว่า

จากนั้นนาฬิกาที่เหมือนกันทั้งสี่เรือนก็ถูกบรรทุกขึ้นเครื่องบินปกติและออกเดินทาง สองชั่วโมงไปทางทิศตะวันออก สองชั่วโมงไปทางทิศตะวันตก (เนื่องจากความเร็วรวมคือผลรวมของความเร็วของเครื่องบินและความเร็วการหมุนของโลก ความเร็วของนาฬิกาที่สัมพันธ์กับระบบเฉื่อยจึงแตกต่างกัน) หลังจากบินไปทั่วโลก นาฬิกาก็ถูกขนถ่ายและเปรียบเทียบค่าที่อ่านได้ แม้ว่าข้อผิดพลาดในการวัดจะค่อนข้างใหญ่ (เหตุการณ์เกิดขึ้นในปี 1971) แต่ก็ไม่มีข้อสงสัยใด ๆ เลย - การทดลองยืนยันการทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพ ยืนยันความถูกต้องของ A. Einstein และสร้างพื้นฐานการทดลองสำหรับผลกระทบของนาฬิกา ความไม่สม่ำเสมอ

ในปี พ.ศ. 2518 ได้ทำการทดลองที่มีความแม่นยำสูงพิเศษเพื่อวัดความไม่สม่ำเสมอของนาฬิกาบนเครื่องบินที่บินอยู่เหนืออ่าวเชซาพีก (ใกล้ปากแม่น้ำโปโตแมค สหรัฐอเมริกา) เมื่อถึงเวลานั้น ความแม่นยำของนาฬิกาก็ถึงแล้ว เครื่องบินลำนี้บินเป็นเวลา 15 ชั่วโมง ในระหว่างนั้นมีเวลาอยู่บนเครื่องหลายชั่วโมง ข้างหน้านาฬิกาบนโลกเนื่องจากผลกระทบของความไม่สม่ำเสมอในการเปลี่ยนแปลงศักย์โน้มถ่วง (เครื่องบินขึ้นและลง) รวมถึงความไม่สมดุลในกาลเวลาอันเนื่องมาจากการเคลื่อนที่ของกรอบอ้างอิงสัมพันธ์กับนาฬิกาที่อยู่นิ่ง นาฬิกาที่เหลืออยู่บนโลกนับเวลาขณะอยู่ในสนามโน้มถ่วงที่มีค่าศักย์มาก นาฬิกาบนเครื่องบินนับเวลาในสนามโน้มถ่วงที่มีค่าศักย์โน้มถ่วงต่ำกว่า ความแตกต่างของนาฬิกานี้สูงถึง 53 นาโนวินาทีในการบิน 15 ชั่วโมง ในเวลาเดียวกัน นาฬิกาบนเรือเคลื่อนที่สัมพันธ์กับนาฬิกาบนพื้นผิวโลกที่อยู่นิ่งโดยล้าหลัง ผลกระทบนี้มีขนาดเล็กลงอย่างมาก การบินนานกว่า 15 ชั่วโมง ความหน่วงเพียง 6 นาโนวินาที เอฟเฟกต์ทั้งสองส่งผลให้นาฬิกาเร็วขึ้น 47 นาโนวินาที ความแม่นยำในการวัดความไม่สม่ำเสมอนั้นดีกว่าหนึ่งเปอร์เซ็นต์! ดังนั้น จากการวัดโดยตรง จึงแสดงให้เห็นถึงความแตกต่างของเวลาที่ผ่านไป ณ จุดต่างๆ ในอวกาศและระบบพิกัดที่แตกต่างกัน

www.pereplet.ru/pops/sazhin/node3.html

กลศาสตร์สัมพัทธภาพคือกลไกที่กลศาสตร์ของนิวตันหมุนไป ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง ด้วยความเร็วสูงเช่นนี้ สิ่งที่น่าอัศจรรย์และไม่คาดคิดเลยเริ่มเกิดขึ้นกับสิ่งต่างๆ เช่น การหดตัวของความยาวเชิงสัมพัทธภาพหรือการขยายเวลา

แต่กลศาสตร์คลาสสิกกลายเป็นความสัมพันธ์กันได้อย่างไร? เกี่ยวกับทุกสิ่งตามลำดับในบทความใหม่ของเรา

มาเริ่มกันตั้งแต่ต้นเลย...

หลักสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ

หลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ (ค.ศ. 1564-1642) กล่าวไว้ว่า:

ในระบบอ้างอิงเฉื่อย กระบวนการทั้งหมดจะดำเนินการในลักษณะเดียวกันหากระบบหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง

ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงเฉพาะกระบวนการทางกลเท่านั้น มันหมายความว่าอะไร? ซึ่งหมายความว่า ถ้าเราล่องเรือเฟอร์รีที่เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเรียงกันเป็นเส้นตรงท่ามกลางหมอก เราจะไม่สามารถระบุได้ว่าเรือเฟอร์รีกำลังเคลื่อนที่หรืออยู่เฉยๆ กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากคุณทำการทดลองในห้องปฏิบัติการปิดที่เหมือนกันสองแห่ง โดยห้องปฏิบัติการหนึ่งมีการเคลื่อนไหวสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงเมื่อเทียบกับอีกห้องปฏิบัติการหนึ่ง ผลลัพธ์ของการทดลองจะเหมือนกัน

การแปลงแบบกาลิลี

การแปลงแบบกาลิเลโอในกลศาสตร์คลาสสิกคือการแปลงพิกัดและความเร็วเมื่อเคลื่อนที่จากระบบอ้างอิงเฉื่อยระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่ง เราจะไม่นำเสนอการคำนวณและข้อสรุปทั้งหมดที่นี่ แต่เพียงเขียนสูตรสำหรับการแปลงความเร็ว ตามสูตรนี้ ความเร็วของวัตถุสัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่จะเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของความเร็วของวัตถุในกรอบอ้างอิงที่กำลังเคลื่อนที่และความเร็วของกรอบอ้างอิงที่กำลังเคลื่อนที่สัมพันธ์กับกรอบที่อยู่นิ่ง

หลักการสัมพัทธภาพแบบกาลิเลโอที่เราอ้างถึงข้างต้นเป็นกรณีพิเศษของหลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

หลักการสัมพัทธภาพและสมมุติฐานของไอน์สไตน์ของ SRT

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 หลังจากการครอบงำกลศาสตร์คลาสสิกมานานกว่าสองศตวรรษ คำถามก็เกิดขึ้นจากการขยายหลักการสัมพัทธภาพไปสู่ปรากฏการณ์ที่ไม่ใช่เชิงกล สาเหตุที่ทำให้เกิดคำถามนี้ก็คือพัฒนาการตามธรรมชาติของฟิสิกส์ โดยเฉพาะด้านทัศนศาสตร์และพลศาสตร์ไฟฟ้า ผลการทดลองจำนวนมากยืนยันความถูกต้องของการกำหนดหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอสำหรับปรากฏการณ์ทางกายภาพทั้งหมด หรือในหลายกรณีบ่งชี้ถึงความเข้าใจผิดของการเปลี่ยนแปลงของกาลิเลโอ

เช่น การตรวจสอบสูตรบวกความเร็วพบว่าความเร็วใกล้กับความเร็วแสงไม่ถูกต้อง ยิ่งไปกว่านั้น การทดลองของฟิโซในปี พ.ศ. 2424 แสดงให้เห็นว่าความเร็วแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดและผู้สังเกตการณ์ กล่าวคือ คงที่ในกรอบอ้างอิงใดๆ ผลการทดลองนี้ไม่สอดคล้องกับกรอบของกลศาสตร์คลาสสิก

อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์พบวิธีแก้ปัญหานี้และปัญหาอื่นๆ เพื่อให้ทฤษฎีมาบรรจบกับการปฏิบัติ ไอน์สไตน์ต้องละทิ้งความจริงหลายประการที่ดูเหมือนจะชัดเจนของกลศาสตร์คลาสสิก กล่าวคือให้สันนิษฐานว่า ระยะทางและช่วงเวลาในระบบอ้างอิงที่แตกต่างกันไม่คงที่ - ด้านล่างนี้เป็นหลักการหลักของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (STR) ของไอน์สไตน์:

สมมุติฐานแรก:ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด ปรากฏการณ์ทางกายภาพทั้งหมดดำเนินไปในลักษณะเดียวกัน เมื่อย้ายจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่ง กฎของธรรมชาติและปรากฏการณ์ทั้งหมดที่อธิบายไว้นั้นไม่แปรเปลี่ยน กล่าวคือ ไม่มีการทดลองใดที่สามารถให้ความสำคัญกับระบบใดระบบหนึ่งได้ เนื่องจากพวกมันไม่แปรเปลี่ยน

สมมุติฐานที่สอง : กับ ความเร็วแสงในสุญญากาศจะเท่ากันทุกทิศทางและไม่ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดและผู้สังเกตการณ์ กล่าวคือ ไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อย้ายจากเฟรมเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกเฟรมหนึ่ง

ความเร็วแสงคือความเร็วสูงสุด ไม่มีสัญญาณหรือการกระทำใดที่สามารถเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วแสง

การแปลงพิกัดและเวลาระหว่างการเปลี่ยนจากระบบอ้างอิงที่อยู่กับที่ไปเป็นระบบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงเรียกว่าการแปลงแบบลอเรนซ์ ตัวอย่างเช่น ปล่อยให้ระบบหนึ่งอยู่นิ่ง และระบบที่สองเคลื่อนที่ไปตามแกนแอบซิสซา

อย่างที่เราเห็น เวลาก็เปลี่ยนไปตามพิกัดด้วย กล่าวคือ มันทำหน้าที่เป็นพิกัดหนึ่งในสี่ การแปลงแบบลอเรนซ์แสดงให้เห็นว่าในอวกาศและเวลาของ STR แยกกันไม่ออก ไม่เหมือนกลศาสตร์แบบคลาสสิก

จำความขัดแย้งของฝาแฝดสองคนได้ไหม คนหนึ่งรออยู่บนพื้น และคนที่สองกำลังบินอยู่ในยานอวกาศด้วยความเร็วสูงมาก หลังจากที่น้องชายนักบินอวกาศกลับมายังโลก เขาก็พบว่าพี่ชายของเขาเป็นชายชรา แม้ว่าตัวเขาเองจะยังเด็กพอ ๆ กับการเดินทางเริ่มต้นก็ตาม ตัวอย่างทั่วไปของการเปลี่ยนแปลงเวลาโดยขึ้นอยู่กับระบบอ้างอิง

ที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็วแสงมาก การแปลงแบบลอเรนซ์จะกลายเป็นการแปลงแบบกาลิเลียน แม้แต่ความเร็วของไอพ่นและจรวดสมัยใหม่ ความเบี่ยงเบนไปจากกฎของกลศาสตร์คลาสสิกก็ยังน้อยมากจนแทบจะวัดไม่ได้

กลศาสตร์ที่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของลอเรนซ์เรียกว่าสัมพัทธภาพ

ภายในกรอบของกลศาสตร์สัมพัทธภาพ สูตรของปริมาณทางกายภาพบางอย่างจะเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น โมเมนตัมของวัตถุในกลศาสตร์สัมพัทธภาพตามการแปลงแบบลอเรนซ์สามารถเขียนได้ดังนี้:

ดังนั้น กฎข้อที่สองของนิวตันในกลศาสตร์สัมพัทธภาพจะมีรูปแบบดังนี้

และพลังงานสัมพัทธภาพรวมของร่างกายในกลศาสตร์สัมพัทธภาพก็เท่ากับ

หากร่างกายได้พักและความเร็วเป็นศูนย์ สูตรนี้ ก็จะกลายเป็นสูตรดัง

สูตรนี้ซึ่งดูเหมือนทุกคนจะรู้ แสดงให้เห็นว่ามวลคือหน่วยวัดพลังงานทั้งหมดของร่างกาย และยังแสดงให้เห็นความเป็นไปได้ขั้นพื้นฐานในการแปลงพลังงานของสสารให้เป็นพลังงานรังสีอีกด้วย

เพื่อน ๆ ที่รัก ในบันทึกอันเคร่งขรึมนี้ เราจะสิ้นสุดการทบทวนกลศาสตร์สัมพัทธภาพในวันนี้ เราพิจารณาหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอและไอน์สไตน์ ตลอดจนสูตรพื้นฐานบางประการของกลศาสตร์สัมพัทธภาพ เราเตือนผู้ที่ยืนหยัดและอ่านบทความจนจบว่าไม่มีงานหรือปัญหาที่ "แก้ไม่ได้" ในโลกที่ไม่สามารถแก้ไขได้ ไม่มีประโยชน์ที่จะตื่นตระหนกและกังวลเกี่ยวกับการบ้านที่เรียนไม่จบ เพียงจำขนาดของจักรวาล หายใจเข้าลึก ๆ และมอบภารกิจให้กับมืออาชีพที่แท้จริง -

สารานุกรม YouTube

• 1 / 5

  ในกลศาสตร์คลาสสิก พิกัดเชิงพื้นที่และเวลามีความเป็นอิสระ (ในกรณีที่ไม่มีการเชื่อมต่อแบบโฮโลโนมิกที่ขึ้นอยู่กับเวลา) เวลาเป็นแบบสัมบูรณ์ กล่าวคือ เวลาจะไหลเหมือนกันในระบบอ้างอิงทั้งหมด และมีการใช้การแปลงแบบกาลิเลียน ในกลศาสตร์สัมพัทธภาพ เหตุการณ์เกิดขึ้นในปริภูมิสี่มิติ การรวมปริภูมิและเวลาสามมิติทางกายภาพเข้าด้วยกัน (ปริภูมิมินโควสกี) และการดำเนินการของการแปลงแบบลอเรนซ์ ดังนั้น ไม่เหมือนกับกลศาสตร์แบบคลาสสิก ความพร้อมกันของเหตุการณ์ขึ้นอยู่กับการเลือกหน้าต่างอ้างอิง

  กฎพื้นฐานของกลศาสตร์สัมพัทธภาพ - การสรุปความสัมพันธ์ทั่วไปของกฎข้อที่สองของนิวตันและกฎสัมพัทธภาพของการอนุรักษ์พลังงาน-โมเมนตัม - เป็นผลมาจากการ "ผสม" ของพิกัดเชิงพื้นที่และพิกัดเวลาระหว่างการแปลงแบบลอเรนซ์

  กฎข้อที่สองของนิวตันในกลศาสตร์สัมพัทธภาพ

  ความแข็งแกร่งถูกกำหนดให้เป็น F → = d p → d t (\displaystyle (\vec (F))=(\frac (d(\vec (p)))(dt)))การแสดงออกของโมเมนตัมสัมพัทธภาพยังเป็นที่รู้จักกัน:

  พี → = ม โวลต์ → 1 − โวลต์ 2 / ค 2 . (\displaystyle (\vec (p))=(\frac (m(\vec (v)))(\sqrt (1-v^(2)/c^(2))))))

  เราใช้อนุพันธ์ของเวลาของนิพจน์สุดท้ายเพื่อกำหนดแรง เราได้:

  d p ​​​​→ d t = m γ a → + m γ 3 β → (β → a →) , (\displaystyle (\frac (d(\vec (p)))(dt))=m\gamma (\vec (a ))+m\gamma ^(3)(\vec (\beta ))((\vec (\beta ))(\vec (a))),)

  โดยมีการแนะนำสัญลักษณ์: β → ≡ v → c (\displaystyle (\vec (\beta ))\equiv (\frac (\vec (v))(c)))และ γ ≡ 1 1 − v 2 / c 2 (\displaystyle \gamma \equiv (\frac (1)(\sqrt (1-v^(2)/c^(2))))).

  เป็นผลให้การแสดงออกของแรงอยู่ในรูปแบบ:

  F → = ม. γ ก → + ม. γ 3 β → (β → a →) . (\displaystyle (\vec (F))=m\gamma (\vec (a))+m\gamma ^(3)(\vec (\beta ))((\vec (\beta ))(\vec ( ก))))

  สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าในกลศาสตร์สัมพัทธภาพ ตรงกันข้ามกับกรณีที่ไม่สัมพันธ์กัน ความเร่งไม่จำเป็นต้องมีทิศทางตามแรง ในกรณีทั่วไป ความเร่งก็มีองค์ประกอบที่มุ่งไปตามความเร็วเช่นกัน

  ฟังก์ชันลากรองจ์ของอนุภาคอิสระในกลศาสตร์สัมพัทธภาพ

  ให้เราเขียนอินทิกรัลของการกระทำตามหลักการของการกระทำน้อยที่สุด: S = − ∫ a b α d s (\displaystyle S=-\int \limits _(a)^(b)\alpha ds)โดยที่จำนวนบวกคือ ดังที่ทราบจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (STR) d s = c 1 − v 2 / c 2 d t (\displaystyle ds=c(\sqrt (1-v^(2)/c^(2)))dt)เมื่อแทนที่อินทิกรัลของการเคลื่อนที่ เราจะพบว่า: S = − ∫ t 1 t 2 α c 1 − v 2 / c 2 d t (\displaystyle S=-\int \limits _(t_(1))^(t_(2))\alpha c(\sqrt (1 -v^(2)/c^(2)))dt)- แต่ในทางกลับกัน อินทิกรัลของการเคลื่อนที่สามารถแสดงผ่านฟังก์ชันลากรองจ์: S = ∫ t 1 t 2 L d t (\displaystyle S=\int \limits _(t_(1))^(t_(2))(\mathcal (L))dt)- เมื่อเปรียบเทียบสองนิพจน์สุดท้าย จะเข้าใจได้ง่ายว่าปริพันธ์ต้องเท่ากัน นั่นคือ:

  L = − α c 1 − v 2 / c 2 (\displaystyle (\mathcal (L))=-\alpha c(\sqrt (1-v^(2)/c^(2)))).

  L ≃ α c + α v 2 2 c (\displaystyle (\mathcal (L))\simeq \alpha c+(\frac (\alpha v^(2))(2c)))เทอมแรกของการขยายตัวไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็ว ดังนั้นจึงไม่ได้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสมการการเคลื่อนที่ จากนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับนิพจน์คลาสสิกของฟังก์ชันลากรองจ์: m v 2 2 (\displaystyle (\frac (mv^(2))(2)))ง่ายต่อการกำหนดค่าคงที่ α (\displaystyle \alpha ).

  ฟิสิกส์และการลดขนาด ฟิสิกส์และการมองเห็น ทฤษฎีสัมพัทธภาพ

  ฟิสิกส์และการลดขนาด

  ในหัวข้อนี้ เราจะให้ภาพรวมของโครงสร้างสมัยใหม่ของโลก หนึ่งในวิทยาศาสตร์ที่เก่าแก่และพื้นฐานที่สุด - ฟิสิกส์ - จะช่วยเรา ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์ธรรมชาติที่สำคัญที่สุด เนื่องจากแปลตามตัวอักษรจากภาษากรีก คำว่า "ฟิสิกส์" แปลว่า "ธรรมชาติ" ดังนั้นฟิสิกส์จึงเป็นศาสตร์แห่งธรรมชาติ ฟิสิกส์ถือเป็นมาตรฐานความรู้ทางวิทยาศาสตร์มาโดยตลอด ในสิ่งที่รู้สึก? ไม่ใช่ว่ามันให้ความรู้ที่สำคัญและแท้จริงที่สุด แต่มันเผยให้เห็นความจริงที่ถูกต้องสำหรับทั้งจักรวาลเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของตัวแปรพื้นฐานหลายประการ ความเก่งกาจของมันคือสัดส่วนผกผันกับจำนวนตัวแปรที่แนะนำในสูตร

  เช่นเดียวกับที่อะตอมและควาร์กเป็น "ส่วนประกอบ" ของจักรวาล กฎของฟิสิกส์ก็เป็น "ส่วนประกอบ" ของความรู้ฉันใด กฎแห่งฟิสิกส์เป็น "องค์ประกอบสำคัญ" ของความรู้ ไม่เพียงเพราะกฎเหล่านี้ใช้ตัวแปรพื้นฐานและสากลและค่าคงที่ที่ทำงานทั่วทั้งจักรวาล แต่ยังเป็นเพราะหลักการของการลดขนาดทำงานในทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งระบุว่ากฎที่ซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับ การพัฒนาระดับความเป็นจริงที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นจะต้องลดลงตามกฎของระดับที่เรียบง่ายกว่า

  ตัวอย่างเช่น กฎของการสืบพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตในพันธุกรรมได้รับการเปิดเผยในระดับโมเลกุลในฐานะกฎแห่งปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล DNA และ RNA การประสานงานของกฎในพื้นที่ต่างๆ ของโลกวัตถุดำเนินการโดยวิทยาศาสตร์ชายแดนพิเศษ เช่น อณูชีววิทยา ชีวฟิสิกส์ ชีวเคมี ธรณีฟิสิกส์ ธรณีเคมี ฯลฯ บ่อยครั้งมากที่วิทยาศาสตร์ใหม่ถูกสร้างขึ้นอย่างแม่นยำที่ทางแยกของสาขาวิชาที่เก่าแก่กว่า

  มีการถกเถียงกันอย่างดุเดือดเกี่ยวกับขอบเขตของการบังคับใช้หลักการของการลดทอนนิยมในวิธีการทางวิทยาศาสตร์ แต่คำอธิบายนั้นมักจะสันนิษฐานว่าการลดสิ่งที่อธิบายไว้นั้นไปสู่ระดับแนวความคิดที่ต่ำกว่าเสมอ ในแง่นี้ วิทยาศาสตร์เพียงแต่ยืนยันถึงความเป็นเหตุเป็นผลของมัน

  
  
  

  นักฟิสิกส์อ้างว่าไม่มีวัตถุใดในจักรวาลที่สามารถฝ่าฝืนกฎแรงโน้มถ่วงสากลได้ และหากพฤติกรรมของมันขัดแย้งกับกฎนี้ กฎหมายอื่นก็จะเข้ามาแทรกแซง เครื่องบินไม่ตกลงพื้นด้วยการออกแบบและเครื่องยนต์ ยานอวกาศเอาชนะแรงโน้มถ่วงได้เนื่องจากเชื้อเพลิงเครื่องบิน ฯลฯ ทั้งเครื่องบินและยานอวกาศต่างก็ปฏิเสธกฎแรงโน้มถ่วง แต่ใช้ปัจจัยที่ทำให้ผลกระทบของมันเป็นกลาง

  คุณสามารถปฏิเสธกฎแห่งปรัชญา ศาสนา ปาฏิหาริย์ลึกลับได้ และนี่ถือว่าเป็นเรื่องปกติ แต่พวกเขามองดูบุคคลที่ปฏิเสธกฎแห่งวิทยาศาสตร์ด้วยความสงสัย เช่น กฎแรงโน้มถ่วงสากล ในแง่นี้ เราสามารถพูดได้ว่ากฎของฟิสิกส์อยู่บนพื้นฐานของความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับความเป็นจริง

  ฟิสิกส์และการแสดงภาพ

  สถานการณ์สองประการทำให้ยากต่อการเข้าใจฟิสิกส์ยุคใหม่ ประการแรก การใช้เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนซึ่งต้องศึกษาก่อน ก. ไอน์สไตน์พยายามเอาชนะความยากลำบากนี้อย่างประสบความสำเร็จด้วยการเขียนตำราเรียนที่ไม่มีสูตรแม้แต่สูตรเดียว แต่มีอีกสถานการณ์หนึ่งที่กลายเป็นสิ่งที่ผ่านไม่ได้ - ความเป็นไปไม่ได้ของการสร้างแบบจำลองภาพของแนวคิดทางกายภาพสมัยใหม่: พื้นที่โค้ง; อนุภาคที่เป็นคลื่น ฯลฯ วิธีออกจากสถานการณ์นั้นง่ายมาก - ไม่จำเป็นต้องลองทำด้วยซ้ำ

  ความก้าวหน้าของฟิสิกส์ (และวิทยาศาสตร์โดยทั่วไป) เกี่ยวข้องกับการละทิ้งการมองเห็นโดยตรงอย่างค่อยเป็นค่อยไป ราวกับว่าข้อสรุปดังกล่าวอาจขัดแย้งกับข้อเท็จจริงที่ว่าวิทยาศาสตร์และฟิสิกส์สมัยใหม่มีพื้นฐานมาจากการทดลองเป็นหลัก นั่นก็คือประสบการณ์เชิงประจักษ์ที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่มนุษย์ควบคุมและสามารถทำซ้ำเมื่อใดก็ได้กี่ครั้งก็ได้ แต่ประเด็นทั้งหมดก็คือบางแง่มุมของความเป็นจริงนั้นมองไม่เห็นด้วยการสังเกตอย่างผิวเผิน และความชัดเจนอาจทำให้เข้าใจผิดได้ กลไกของอริสโตเติลมีพื้นฐานอยู่บนหลักการที่ว่า “วัตถุที่เคลื่อนไหวจะหยุดลงถ้าแรงที่ผลักนั้นหยุดทำงาน” มันกลับกลายเป็นว่าสอดคล้องกับความเป็นจริงเพียงเพราะไม่ได้สังเกตว่าสาเหตุที่ร่างกายหยุดนั้นเกิดจากการเสียดสี เพื่อที่จะได้ข้อสรุปที่ถูกต้อง จำเป็นต้องมีการทดลอง ซึ่งไม่ใช่การทดลองจริง ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในกรณีนี้ แต่เป็นการทดลองในอุดมคติ

  การทดลองดังกล่าวดำเนินการโดยกาลิเลโอ กาลิเลอี นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีผู้ยิ่งใหญ่ ผู้แต่ง "บทสนทนาเกี่ยวกับสองระบบหลักของโลก ปโตเลมีและโคเปอร์นิกัน" (1632) เพื่อให้การทดลองทางความคิดนี้เป็นไปได้ จำเป็นต้องจินตนาการถึงร่างกายที่เรียบเนียนในอุดมคติและพื้นผิวที่เรียบเนียนในอุดมคติที่ช่วยลดการเสียดสี การทดลองของกาลิเลโอซึ่งนำไปสู่ข้อสรุปว่า หากไม่มีสิ่งใดมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของร่างกาย ก็สามารถดำเนินต่อไปได้อย่างไม่มีกำหนด กลายเป็นพื้นฐานของกลศาสตร์ดั้งเดิมของนิวตัน (จำกฎการเคลื่อนที่สามข้อจากหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน) ในปี ค.ศ. 1686 ไอแซก นิวตันได้นำเสนอ "หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ" แก่ราชสมาคมแห่งลอนดอน โดยเขาได้กำหนดกฎพื้นฐานของการเคลื่อนที่ กฎแรงโน้มถ่วงสากล แนวคิดเรื่องมวล ความเฉื่อย และความเร่ง ด้วยการทดลองทางความคิด ภาพกลไกใหม่ของโลกจึงเกิดขึ้นได้

  บางทีการทดลองทางความคิดที่มีชื่อเสียงของกาลิเลโออาจได้รับแรงบันดาลใจจากการสร้างระบบเฮลิโอเซนทริกของโลกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวโปแลนด์ผู้มีชื่อเสียงนิโคเลาส์โคเปอร์นิคัส (ค.ศ. 1473-1543) ซึ่งกลายเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของการปฏิเสธการมองเห็นโดยตรง งานสำคัญของโคเปอร์นิคัส เรื่อง การเปลี่ยนแปลงของโลกซีเลสเชียล ได้สรุปข้อสังเกตและการไตร่ตรองของเขาเกี่ยวกับประเด็นเหล่านี้มานานกว่า 30 ปี เพื่อความชัดเจน นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก Tycho Brahe (1546-1601) ได้เสนอสมมติฐานในปี 1588 ว่าดาวเคราะห์ทุกดวงหมุนรอบดวงอาทิตย์ยกเว้นโลก ดาวเคราะห์ดวงหลังไม่มีการเคลื่อนที่และดวงอาทิตย์อยู่กับดาวเคราะห์ และดวงจันทร์ก็โคจรรอบมัน และมีเพียงโยฮันเนส เคปเลอร์ (ค.ศ. 1571-1630) ซึ่งได้กำหนดกฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์สามข้อตามชื่อของเขา (สองกฎแรกในปี 1609 และกฎที่สามในปี 1618) ในที่สุดก็ยืนยันความถูกต้องของคำสอนของโคเปอร์นิคัส

  ดังนั้นความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่จึงถูกกำหนดโดยแนวคิดในอุดมคติที่ขัดกับความเป็นจริงในทันที อย่างไรก็ตาม ฟิสิกส์ของศตวรรษที่ 20 บังคับให้เราละทิ้งไม่เพียงแต่การมองเห็นโดยตรงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการมองเห็นด้วย สิ่งนี้ขัดขวางการเป็นตัวแทนของความเป็นจริงทางกายภาพ แต่ช่วยให้เราเข้าใจความจริงของคำพูดของไอน์สไตน์ได้ดีขึ้นว่า “แนวคิดทางกายภาพเป็นการสร้างสรรค์อย่างอิสระจากจิตใจมนุษย์ และไม่ได้ถูกกำหนดโดยโลกภายนอกโดยเฉพาะ” (Einstein A., Infeld L. Evolution of ฟิสิกส์ - ป.30) “ในการแสวงหาความเข้าใจความเป็นจริง ส่วนหนึ่งเราเป็นเหมือนคนที่ต้องการเข้าใจกลไกของนาฬิกาปิด เขาเห็นหน้าปัดและเข็มที่ขยับได้ แม้จะได้ยินเสียงเดิน แต่ก็ไม่มีทางเปิดกล่องออกได้ หากเขามีไหวพริบเขาสามารถวาดภาพตัวเองของกลไกที่จะสอดคล้องกับทุกสิ่งที่เขาสังเกตเห็น แต่เขาไม่สามารถแน่ใจได้เลยว่าภาพของเขาเป็นเพียงภาพเดียวที่สามารถอธิบายข้อสังเกตของเขาได้.

  การปฏิเสธความชัดเจนของแนวความคิดทางวิทยาศาสตร์เป็นราคาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการจ่ายสำหรับการเปลี่ยนผ่านไปสู่การศึกษาความเป็นจริงในระดับที่ลึกกว่าซึ่งไม่สอดคล้องกับกลไกที่พัฒนาตามวิวัฒนาการของการรับรู้ของมนุษย์

  ทฤษฎีสัมพัทธภาพ

  แม้แต่ในกลศาสตร์คลาสสิก หลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอก็ยังเป็นที่รู้กันว่า “หากกฎของกลศาสตร์ใช้ได้ในระบบพิกัดเดียว ระบบพิกัดเหล่านั้นก็จะใช้ได้ในระบบอื่นใดก็ตามที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอเมื่อเทียบกับระบบแรก” (Einstein A., Infeld L. วิวัฒนาการของฟิสิกส์ - ส. 130) ระบบดังกล่าวเรียกว่าระบบเฉื่อยเนื่องจากการเคลื่อนไหวในนั้นอยู่ภายใต้กฎความเฉื่อยซึ่งระบุว่า: “ ร่างกายทุกคนคงสภาพของการพักผ่อนหรือการเคลื่อนไหวเป็นเส้นตรงสม่ำเสมอเว้นแต่จะถูกบังคับให้เปลี่ยนภายใต้อิทธิพลของแรงผลักดัน” ( อ้างแล้ว - หน้า 126)

  ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 เป็นที่แน่ชัดว่าหลักการของสัมพัทธภาพนั้นใช้ได้กับทัศนศาสตร์และพลศาสตร์ไฟฟ้าด้วย กล่าวคือในสาขาฟิสิกส์สาขาอื่น หลักการสัมพัทธภาพได้ขยายความหมายของมันออกไป และตอนนี้ฟังดูเหมือน: กระบวนการใดๆ ดำเนินไปอย่างเท่าเทียมกันในระบบวัสดุที่แยกได้ และในระบบเดียวกันในสภาวะของการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงสม่ำเสมอ หรือ: กฎฟิสิกส์มีรูปแบบเดียวกันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด

  หลังจากที่นักฟิสิกส์ละทิ้งแนวคิดเรื่องการมีอยู่ของอีเธอร์ในฐานะสื่อสากล แนวคิดเรื่องกรอบอ้างอิงก็พังทลายลงเช่นกัน ระบบอ้างอิงทั้งหมดได้รับการยอมรับว่าเท่าเทียมกัน และหลักการสัมพัทธภาพกลายเป็นสากล ทฤษฎีสัมพัทธภาพในทฤษฎีสัมพัทธภาพหมายความว่าระบบอ้างอิงทั้งหมดเหมือนกันและไม่มีใครมีข้อได้เปรียบเหนือระบบอื่น (เทียบกับระบบที่อีเธอร์จะไม่เคลื่อนที่)

  การเปลี่ยนจากระบบเฉื่อยหนึ่งไปอีกระบบหนึ่งดำเนินการตามการแปลงแบบลอเรนซ์ อย่างไรก็ตาม ข้อมูลการทดลองเกี่ยวกับความคงที่ของความเร็วแสงทำให้เกิดความขัดแย้ง ซึ่งการแก้ไขดังกล่าวจำเป็นต้องมีการแนะนำแนวคิดพื้นฐานใหม่

  ตัวอย่างต่อไปนี้จะช่วยอธิบายเรื่องนี้ สมมติว่าเรากำลังแล่นบนเรือที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอสัมพันธ์กับฝั่ง กฎการเคลื่อนที่ทั้งหมดยังคงเหมือนเดิมที่นี่เช่นเดียวกับบนชายฝั่ง ความเร็วการเคลื่อนที่โดยรวมจะถูกกำหนดโดยผลรวมของการเคลื่อนที่บนเรือและการเคลื่อนที่ของตัวเรือเอง ด้วยความเร็วที่ห่างไกลจากความเร็วแสง สิ่งนี้ไม่นำไปสู่การเบี่ยงเบนไปจากกฎของกลศาสตร์คลาสสิก แต่ถ้าเรือของเรามีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง ผลรวมของความเร็วการเคลื่อนที่ของเรือและบนเรืออาจเกินความเร็วแสง ซึ่งในความเป็นจริงไม่สามารถเป็นได้ เนื่องจากตามการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ “ความเร็วของแสงจะเท่ากันเสมอในทุกพิกัดของระบบ ไม่ว่าแหล่งกำเนิดแสงจะเคลื่อนที่หรือไม่ก็ตาม และไม่ว่ามันจะเคลื่อนที่อย่างไร” (Einstein A., Infeld L. Cited. - P. 140)

  ด้วยความพยายามที่จะเอาชนะความยากลำบากที่เกิดขึ้น ในปี 1904 เอช. ลอเรนซ์ เสนอให้พิจารณาว่าวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่หดตัวในทิศทางของการเคลื่อนที่ (และค่าสัมประสิทธิ์การหดตัวขึ้นอยู่กับความเร็วของร่างกาย) และช่วงเวลาที่ปรากฏนั้นวัดในระบบอ้างอิงที่แตกต่างกัน . แต่ในปีต่อมา ก. ไอน์สไตน์ตีความเวลาที่ชัดเจนในการเปลี่ยนแปลงของลอเรนซ์ว่าเป็นจริง

  เช่นเดียวกับกาลิเลโอ ไอน์สไตน์ใช้การทดลองทางความคิดที่เรียกว่ารถไฟไอน์สไตน์ “ลองจินตนาการถึงผู้สังเกตการณ์ที่กำลังนั่งอยู่บนรถไฟและวัดความเร็วแสงที่ปล่อยออกมาจากไฟถนนที่อยู่ข้างถนน กล่าวคือ เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว C ในกรอบอ้างอิงที่สัมพันธ์กับที่รถไฟกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว V ตามทฤษฎีบทคลาสสิกของการบวกความเร็ว ผู้สังเกตการณ์ที่เดินทางบนรถไฟจะต้องถือว่าความเร็ว C - V มาจากแสงที่แพร่กระจายไปในทิศทางการเคลื่อนที่ของรถไฟ" (Prigozhy I., Stengers I. คำสั่งจากความสับสนวุ่นวาย - หน้า 87) อย่างไรก็ตาม ความเร็วแสงทำหน้าที่เป็นค่าคงที่สากลของธรรมชาติ

  เมื่อพิจารณาถึงความขัดแย้งนี้ ไอน์สไตน์เสนอให้ละทิ้งแนวคิดเรื่องความสมบูรณ์และไม่เปลี่ยนรูปของคุณสมบัติของอวกาศและเวลา ข้อสรุปนี้ขัดแย้งกับสามัญสำนึกและสิ่งที่คานท์เรียกว่าเงื่อนไขของสัญชาตญาณ เนื่องจากเราไม่สามารถจินตนาการถึงพื้นที่ใดๆ ที่ไม่ใช่สามมิติ และไม่มีเวลาอื่นใดนอกจากมิติเดียว แต่วิทยาศาสตร์ไม่จำเป็นต้องเป็นไปตามสามัญสำนึกและรูปแบบความรู้สึกที่ไม่เปลี่ยนแปลง เกณฑ์หลักคือความสอดคล้องระหว่างทฤษฎีและการทดลอง ทฤษฎีของไอน์สไตน์เป็นไปตามเกณฑ์นี้และได้รับการยอมรับ ครั้งหนึ่ง ความคิดที่ว่าโลกกลมและเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ก็ดูขัดแย้งกับสามัญสำนึกและการสังเกต แต่กลับกลายเป็นว่าเป็นจริง

  เดิมทีอวกาศและเวลาได้รับการพิจารณาในปรัชญาและวิทยาศาสตร์ว่าเป็นรูปแบบหลักของการดำรงอยู่ของสสาร รับผิดชอบตำแหน่งขององค์ประกอบแต่ละส่วนของสสารที่สัมพันธ์กัน และสำหรับการประสานงานตามธรรมชาติของปรากฏการณ์ที่ต่อเนื่องกัน พิจารณาถึงลักษณะของพื้นที่ ความสม่ำเสมอ- คุณสมบัติเหมือนกันทุกทิศทาง และ ไอโซโทรปี- ความเป็นอิสระของคุณสมบัติจากทิศทาง เวลาก็ถือว่าเป็นเนื้อเดียวกันเช่นกัน กล่าวคือ โดยหลักการแล้วกระบวนการใดๆ ก็สามารถทำซ้ำได้หลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง สิ่งที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติเหล่านี้คือความสมมาตรของโลกซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความรู้ของมัน อวกาศถูกมองเป็นสามมิติ และเวลาเป็นมิติเดียวและเคลื่อนไปในทิศทางเดียว - จากอดีตสู่อนาคต เวลาไม่สามารถย้อนกลับได้ แต่ในกฎทางกายภาพทั้งหมด ไม่มีการเปลี่ยนแปลงจากการเปลี่ยนเครื่องหมายของเวลาไปเป็นค่าที่ตรงกันข้าม ดังนั้นทางกายภาพในอนาคตจึงแยกไม่ออกจากอดีต

  ในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ มีการรู้จักแนวคิดสองประการเกี่ยวกับอวกาศ: อวกาศที่ไม่เปลี่ยนแปลงในฐานะที่บรรจุสสาร (มุมมองของนิวตัน) และอวกาศ ซึ่งคุณสมบัติเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของวัตถุที่ตั้งอยู่ในนั้น (มุมมองของไลบ์นิซ) ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ วัตถุใดๆ จะเป็นตัวกำหนดเรขาคณิตของอวกาศ

  จากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ความยาวของร่างกาย (โดยทั่วไปคือระยะห่างระหว่างจุดวัตถุสองจุด) และระยะเวลา (รวมถึงจังหวะ) ของกระบวนการที่เกิดขึ้นในนั้นไม่ใช่ค่าสัมบูรณ์ แต่เป็นปริมาณสัมพัทธ์ เมื่อเข้าใกล้ความเร็วแสง กระบวนการทั้งหมดในระบบจะช้าลง ขนาดตามยาว (ตามการเคลื่อนไหว) ของร่างกายจะลดลง และเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นพร้อมกันสำหรับผู้สังเกตการณ์คนหนึ่งจะแตกต่างกันตามเวลาสำหรับอีกคนหนึ่ง โดยเคลื่อนที่สัมพันธ์กับ เขา. “ไม้เรียวจะหดตัวลงเป็นศูนย์หากความเร็วถึงความเร็วแสง... นาฬิกาจะหยุดเดินโดยสิ้นเชิงหากสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงได้” (Einstein A., Infeld L. Cited. - P. 158)

  ได้รับการยืนยันจากการทดลองแล้วว่าอนุภาค (เช่น นิวคลีออน) สามารถแสดงตัวเองได้โดยสัมพันธ์กับอนุภาคที่เคลื่อนที่ช้าๆ โดยสัมพันธ์กับอนุภาคทรงกลม และสัมพันธ์กับอนุภาคที่ตกกระทบกับอนุภาคนั้นด้วยความเร็วสูงมาก - โดยเป็น ดิสก์แบนตามทิศทางการเคลื่อนที่ ดังนั้น อายุการใช้งานของไพซอนที่มีประจุเคลื่อนที่ช้าๆ จะอยู่ที่ประมาณ 10~8 วินาที และอายุการใช้งานของไพซอนที่มีประจุเคลื่อนที่เร็ว (ที่ความเร็วใกล้แสง) จะนานกว่าหลายเท่า ดังนั้น พื้นที่และเวลาจึงเป็นรูปแบบทั่วไปของการประสานงานของปรากฏการณ์ทางวัตถุ และไม่ได้ดำรงอยู่อย่างอิสระโดยอิสระจากเรื่องของการเริ่มต้นของการเป็น

  การรวมกันของหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพร้อมกันซึ่งค้นพบโดยไอน์สไตน์ เรียกว่าหลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ แนวคิดเรื่องสัมพัทธภาพได้กลายเป็นหนึ่งในแนวคิดหลักในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่

  ในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ พิจารณาคุณสมบัติของอวกาศและเวลาโดยไม่คำนึงถึงสนามโน้มถ่วงซึ่งไม่ใช่แรงเฉื่อย ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปขยายกฎแห่งธรรมชาติไปสู่ทุกสิ่ง รวมถึงระบบที่ไม่เฉื่อยด้วย ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเชื่อมโยงแรงโน้มถ่วงกับแม่เหล็กไฟฟ้าและกลศาสตร์ เธอได้แทนที่กฎกลไกของความโน้มถ่วงสากลของนิวตันด้วยกฎสนามแห่งความโน้มถ่วง “ ในเชิงแผนผังเราสามารถพูดได้ว่า: การเปลี่ยนจากกฎความโน้มถ่วงของนิวตันในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปมีความคล้ายคลึงกับการเปลี่ยนจากทฤษฎีของไหลไฟฟ้าและกฎของคูลอมบ์ไปเป็นทฤษฎีของแมกซ์เวลล์ในระดับหนึ่ง” (Einstein A., Infeld L. Cited. - P .196). และที่นี่ฟิสิกส์ได้ย้ายจากทฤษฎีสสารไปสู่ทฤษฎีสนาม

  เป็นเวลาสามศตวรรษที่ฟิสิกส์เป็นกลไกและเกี่ยวข้องกับสสารเท่านั้น แต่สมการของแมกซ์เวลล์อธิบายโครงสร้างของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เวทีของกฎเหล่านี้คือพื้นที่ทั้งหมด และไม่ใช่แค่จุดที่มีสสารหรือประจุอยู่เท่านั้น เช่นเดียวกับในกรณีของกฎทางกล” (อ้างแล้ว - หน้า 120) แนวคิดเรื่องกลไกการพ่ายแพ้ของสนาม

  สมการของแมกซ์เวลล์ “ไม่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์สองเหตุการณ์ที่แยกจากกันอย่างกว้างขวาง ดังที่กฎของนิวตันทำกัน สนามที่นี่และเดี๋ยวนี้ก็ขึ้นอยู่กับสนามในละแวกใกล้เคียงในขณะนั้นที่เพิ่งผ่านไป” (อ้างแล้ว - หน้า 120) นี่เป็นช่วงเวลาใหม่ที่สำคัญในภาพสนามของโลก คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงในอวกาศ และสนามโน้มถ่วงก็ทำหน้าที่ในลักษณะเดียวกัน

  มวลที่สร้างสนามโน้มถ่วงตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป จะทำให้อวกาศโค้งงอและเปลี่ยนการไหลของเวลา ยิ่งสนามแข็งแกร่ง เวลาก็จะยิ่งไหลช้าลงเมื่อเทียบกับเวลาที่ผ่านไปนอกสนาม แรงโน้มถ่วงไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของมวลในอวกาศเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของพวกมัน ความกดดันและความตึงเครียดที่มีอยู่ในวัตถุ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า และสนามฟิสิกส์อื่นๆ ทั้งหมดด้วย การเปลี่ยนแปลงของสนามโน้มถ่วงจะกระจายไปในสุญญากาศด้วยความเร็วแสง ในทฤษฎีของไอน์สไตน์ สสารมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของอวกาศและเวลา

  เมื่อเคลื่อนไปสู่ระดับจักรวาล เรขาคณิตของอวกาศจะหยุดเป็นแบบยุคลิด และเปลี่ยนจากภูมิภาคหนึ่งไปยังอีกภูมิภาคหนึ่ง ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของมวลในภูมิภาคเหล่านี้และการเคลื่อนที่ของพวกมัน ในระดับเมตากาแล็กซี เรขาคณิตของอวกาศเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาเนื่องจากการขยายตัวของเมตากาแล็กซี ที่ความเร็วใกล้ความเร็วแสง โดยมีสนามที่แข็งแกร่ง อวกาศจะเข้าสู่สถานะเอกพจน์ นั่นคือ มันถูกบีบอัดให้เป็นจุดหนึ่ง ด้วยการบีบอัดนี้ megaworld จึงมีปฏิสัมพันธ์กับ microworld และในหลาย ๆ ด้านกลับกลายเป็นว่าคล้ายคลึงกัน กลศาสตร์แบบคลาสสิกยังคงใช้ได้เป็นกรณีจำกัดที่ความเร็วต่ำกว่าความเร็วแสงมากและมีมวลน้อยกว่าในโลกขนาดใหญ่มาก

  ทฤษฎีสัมพัทธภาพแสดงให้เห็นเอกภาพของอวกาศและเวลา ซึ่งแสดงออกโดยการเปลี่ยนแปลงร่วมกันในลักษณะของมัน ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของมวลและการเคลื่อนที่ของพวกมัน เวลาและพื้นที่หยุดได้รับการพิจารณาอย่างเป็นอิสระจากกันและแนวคิดเรื่องความต่อเนื่องสี่มิติของกาลอวกาศก็เกิดขึ้น

  ทฤษฎีสัมพัทธภาพยังเกี่ยวข้องกับมวลและพลังงานด้วยความสัมพันธ์ E=MC 2 โดยที่ C คือความเร็วแสง ในทฤษฎีสัมพัทธภาพ “กฎสองข้อ - กฎการอนุรักษ์มวลและการอนุรักษ์พลังงาน - สูญเสียความถูกต้องที่เป็นอิสระและพบว่าตัวเองรวมกันเป็นกฎเดียว ซึ่งสามารถเรียกว่ากฎการอนุรักษ์พลังงานหรือมวล” (Heisenberg V . ฟิสิกส์และปรัชญา.- ม., 1989.- หน้า 69). ปรากฏการณ์การทำลายล้างซึ่งอนุภาคและปฏิภาคทำลายซึ่งกันและกัน และปรากฏการณ์อื่น ๆ ของฟิสิกส์โลกไมโครยืนยันข้อสรุปนี้

  ดังนั้น ทฤษฎีสัมพัทธภาพจึงขึ้นอยู่กับสมมุติฐานของความคงตัวของความเร็วแสงและกฎธรรมชาติที่เหมือนกันในระบบทางกายภาพทั้งหมด และผลลัพธ์หลักที่เกิดขึ้นมีดังนี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของคุณสมบัติของอวกาศ- เวลา; สัมพัทธภาพของมวลและพลังงาน ความเท่าเทียมกันของมวลหนักและเฉื่อย (เป็นผลมาจากสิ่งที่กาลิเลโอตั้งข้อสังเกตว่าวัตถุทั้งหมดโดยไม่คำนึงถึงองค์ประกอบและมวลของพวกมันจะตกอยู่ในสนามโน้มถ่วงด้วยความเร่งเท่ากัน)

  จนถึงศตวรรษที่ 20 มีการค้นพบกฎการทำงานของสสาร (นิวตัน) และสนาม (แมกซ์เวลล์) ในศตวรรษที่ 20 มีความพยายามซ้ำแล้วซ้ำเล่าเพื่อสร้างทฤษฎีสนามแบบครบวงจรที่จะรวมแนวคิดด้านวัสดุและสนามเข้าด้วยกัน แต่กลับกลายเป็นว่าไม่ประสบความสำเร็จ

  ในปี พ.ศ. 2510 มีการเสนอสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของทาชีออน ซึ่งเป็นอนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วมากกว่าความเร็วแสง หากสมมติฐานนี้ได้รับการยืนยัน ก็เป็นไปได้ว่าจากโลกแห่งสัมพัทธภาพซึ่งเป็นเรื่องที่น่าอึดอัดสำหรับคนธรรมดาซึ่งมีเพียงความเร็วแสงเท่านั้นที่คงที่ เราจะกลับมาสู่โลกที่คุ้นเคยมากขึ้นอีกครั้งซึ่งความสัมบูรณ์ พื้นที่มีลักษณะคล้ายกับบ้านที่เชื่อถือได้ซึ่งมีผนังและหลังคา แต่สำหรับตอนนี้สิ่งเหล่านี้เป็นเพียงความฝันเท่านั้น ความเป็นไปได้ที่แท้จริงนั้นอาจจะหารือกันได้ในสหัสวรรษที่ 3 เท่านั้น

  เพื่อสรุปส่วนนี้ เราจะอ้างอิงคำศัพท์จากหนังสือ "บางส่วนและทั้งหมด" ของไฮเซนเบิร์กเกี่ยวกับความหมายของความเข้าใจดังกล่าว เห็นได้ชัดว่า "เข้าใจ" หมายถึงการเรียนรู้แนวคิด ซึ่งเป็นแนวคิดที่ช่วยให้เราพิจารณาปรากฏการณ์ต่างๆ มากมายในการเชื่อมโยงแบบองค์รวม หรืออีกนัยหนึ่งคือ "โอบรับ" สิ่งเหล่านั้น ความคิดของเราสงบลงเมื่อเราเรียนรู้ว่าสถานการณ์ที่เฉพาะเจาะจงและน่าสับสนใดๆ เป็นเพียงผลลัพธ์เฉพาะของบางสิ่งที่กว้างกว่า ดังนั้นจึงคล้อยตามรูปแบบที่ง่ายกว่า การลดปรากฏการณ์ต่างๆ นานาให้เหลือหลักการแรกทั่วไปและเรียบง่าย หรือดังที่ชาวกรีกพูดว่า "มาก" เป็น "หนึ่ง" นั้นเป็นสิ่งที่เราเรียกว่า "ความเข้าใจ" อย่างแน่นอน ความสามารถในการทำนายเหตุการณ์ด้วยตัวเลขมักเป็นผลมาจากความเข้าใจ การครอบครองแนวคิดที่ถูกต้อง แต่มันไม่เหมือนกันโดยตรงกับความเข้าใจ” (Heisenberg V. Physics and Philosophy. Part and Whole. - M., 1989. - P. 165)

  
  
  

กลับ