ფარდობითობის თეორია

ფარდობითობის თეორია, როგორც წესი, აერთიანებს ალბერტ აინშტაინის ორ ურთიერთდაკავშირებულ ფიზიკურ თეორიას: სპეციალურ ფარდობითობის თეორიასა და ფარდობითობის ზოგად თეორიას, რომლებიც 1905 და 1915 წლებში გამოქვეყნდა. ფარდობითობის სპეციალური თეორია სამართლიანია ყველა ფიზიკურ მოვლენისთვის გრავიტაციის არარსებობის შემთხვევაში. ფარდობითობის ზოგადი თეორია ხსნის გრავიტაციული ურთიერთქმედების კანონს და მის კავშირს ბუნების ძალებთან. ეს ეხება კოსმოლოგიურ და ასტროფიზიკურ სფეროს, მათ შორის ასტრონომიას.

მე-20 საუკუენეში ამ თეორიამ გარდამტეხი წვლილი შეიტანა თეორიული ფიზიკასა და ასტრონომიაში და ჩაანაცვლა აქამდე 200 წლის განმავლობაში გამოყენებადი კლასიკური მექანიკის თეორია, რომლის ფუძემდებლად ისააკ ნიუტონი მიიჩნევა. ფარდობითობის თეორიამ ფიზიკაში შემოიტანა სრულიად ახალი ფიზიკური ცნებები, მათ შორის 4 განზომილებიანი სივრცე-დრო, როგორც სივრცისა და დროის ერთიანი სიდიდე, ერთდროულობის ფარდობითობა (ერთდროულობის ცნება), კინემატიკური და გრავიტაციული დროის შენელება და სიგრძის შემოკლება. ფიზიკის სფეროში ფარდობითობამ გააუმჯობესა ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა და შეძლო უკეთ აღეწერა ფუნდამენტური ურთიერთქმედება ნაწილაკებს შორის, რასაც თან ახლდა ბირთვული ეპოქის გაჩენა. ფარდობითობის, კოსმოლოგიისა და ასტროფიზიკის დახმარებით"იწინასწარმეტყველეს" ისეთი უჩვეულო და საოცარი ასტრონომიულ მოვლენები, როგორებიცაა ნეიტრონული ვარსკვლავები, შავი ხვრელები და გრავიტაციული ტალღები .

განვითარება და აღიარება
ალბერტ აინშტაინმა გამოაქვეყნა ფარდობითობის სპეციალური თეორია 1905 წელს, რომელიც ეფუძნებოდა ალბერტ ა. მიკელსონის, ჰენდრიკ ლორენცის, ანრი პუანკარესა და სხვების მიერ მიღებულ არაერთ თეორიულ შედეგსა და ემპირიულ შედეგს. შემდეგ კი მაქს პლანკმა, ჰერმან მინკოვსკიმ და სხვებმა გააგრძელეს ამ საკითხთან დაკავშირებული კვლევები და მუშაობა.

აინშტაინმა ფარდობითობის ზოგადი თეორია 1907-1915 წლებში განავითარა, ამ თეორიის განვითარებაში კი წვლილი 1915 წლის შემდეგ მრავალმა სხვა მეცნიერმა შეიტანა. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის საბოლოო ფორმა გამოქვეყნდა 1916 წელს.

ტერმინი „ფარდობითობის თეორია“ დაეფუძნა გამოთქმას,- „ფარდობის თეორია“ , რომელიც 1906 წელს გამოიყენა მაქს პლანკმა, რათა ხაზი გაესვა იმისათვის, თუ როგორ იყენებს თეორია ფარდობითობის პრინციპს . იმავე ნაშრომის განხილვისას ალფრედ ბუჩერერმა პირველად გამოიყენა ტერმინი „ფარდობითობის თეორია“ .

1920-იანი წლებისთვის ფიზიკის საზოგადოებამ გაიგო ფარდობითობის პრინციპის აზრი და აღიარა მისი სამართლიანობა. ამ თეორიის მნიშვნელობა მალევე განუსაზღვრელი და აუცილებელი ინსტრუმენტი გახდა თეორეტიკოსებისა და ექსპერიმენტატორებისთვის, ისეთ დარგებში, როგორებიცაა ატომური ფიზიკა, ბირთვული ფიზიკა და კვანტური მექანიკა.

შედარებისთვის, თავდაპირველად ზოგადი ფარდობითობა არც ისე სასარგებლო ჩანდა, თუ არ ჩავთვლით იმას, რომ იგი ნიუტონის გრავიტაციის თეორიის პროგნოზების მცირე კორექტირებას ახდენდა. ისე ჩანდა, რომ იგი მცირედ შესაძლებლობას აძლევდა მეცნიერებს, ექსპერიმენტული ტესტი ჩაეტარებინათ, ვინაიდან მისი მტკიცებების უმეტესობა ვრცელდებოდა ასტრონომიულ მასშტაბებეზე. მათემატიკა , რომელსაც ეს თეორია ეყრდონობდა, რთული და გაუგებარი ჩანდა ადამიანთა უმეტესობისთვის. დაახლოებით 1960 წელს ფარდობითობის ზოგადი თეორია ცენტრალური გახდა ფიზიკასა და ასტრონომიაში. ფარდობითობის ზოგადი თეორიისთვის საჭირო ახალმა მათემატიკურმა ტექნიკებმა გაამარტივა გამოთვლები და მისი ცნებები უფრო ადვილად გასააზრებელი გახადა. როდესაც აღმოაჩინეს ისეთი ასტრონომიული ფენომენები, როგორიცაა კვაზარები (1963), 3 კელვინიანი მიკროტალღური ფონის გამოსხივება (1965), პულსარები (1967) და პირველი შავი ხვრელის კანდიდატები (1981),

სპეციალური ფარდობითობის თეორიის შემოწმების გზები
ფარდობითობა არის ფალსიფიცირებადი თეორია: ის აკეთებს პროგნოზებს, რომლებიც შეიძლება შემოწმდეს ექსპერიმენტით. სპეციალური ფარდობითობის შემთხვევაში, ეს მოიცავს ფარდობითობის პრინციპს, სინათლის სიჩქარის მუდმივობას და დროის შენელებას. ფარდობითობის განსაკუთრებული პროგნოზები დადასტურდა მრავალ ექსპერიმენტში მას შემდეგ, რაც აინშტაინმა გამოაქვეყნა თავისი ნაშრომი 1905 წელს, მაგრამ სამი ექსპერიმენტი, რომელიც ჩატარდა 1881-1938 წლებში, გადამწყვეტი იყო მისი დადასტურებისთვის. ესენია მაიკლსონ-მორლის ექსპერიმენტი, კენედი-თორნდაიკის ექსპერიმენტი და აივს-სტილუელის ექსპერიმენტი. აინშტაინმა გამოიყვანა ლორენცის გარდაქმნები პირველი პრინციპებიდან 1905 წელს, მაგრამ ეს სამი ექსპერიმენტი საშუალებას გვალევს, ეს გარდაქმნები ექსპერიმენტული მტკიცებულებებიდან გამოვიყვანოთ.

მაქსველის განტოლებები - კლასიკური ელექტრომაგნიტიზმის საფუძველი - აღწერს სინათლეს, როგორც ტალღას, რომელიც მოძრაობს მახასიათებელი სიჩქარით. თანამედროვე შეხედულებით სინათლეს არ სჭირდება გარემო, როგორც გადაცემის საშუალება, მაგრამ მაქსველი და მისი თანამედროვეები დარწმუნებულნი იყვნენ, რომ სინათლის ტალღები ვრცელდებოდა ჰაერში გავრცელებულ ბგერაზე და ტბორების ზედაპირზე გავრცელებულ გარემოში. ამ ჰიპოთეტურ გარემოს ეწოდა მანათობელი ეთერი, რომელიც მოსვენებულ მდგომარეობაში იყო "ფიქსირებულ ვარსკვლავებთან" და რომლის მეშვეობითაც დედამიწა მოძრაობდა. ფრენელის ნაწილობრივი ეთერის ჩამორჩენის ჰიპოთეზა გამორიცხავდა პირველი რიგის (/) ეფექტების გაზომვას, და მიუხედავად იმისა, რომ მეორე რიგის ეფექტებზე ( 2 / 2 ) დაკვირვება პრინციპში შესაძლებელი იყო, მაქსველის აზრით, ისინი ძალიან მცირე იყო იმისთვის, რომ გამოვლენილიყო მაშინდელი ტექნოლოგიის საშუალებით.

მაიკლსონ-მორლის ექსპერიმენტი შექმნილია "ეთერის ქარის" მეორე რიგის ეფექტების გამოსავლენად, რაც გულისხმობს ეთერის მოძრაობას დედამიწასთან მიმართებაში. ამის შესასრულებლად მაიკლსონმა შექმნა ინსტრუმენტი სახელად მაიკელსონის ინტერფერომეტრი . აპარატი საკმარისად ზუსტი იყო მოსალოდნელი ეფექტების გამოსავლენად, მაგრამ მან მიიღო ნულოვანი შედეგი, როდესაც პირველი ექსპერიმენტი ჩატარდა 1881 წელს, და შემდეგ კვლავ 1887 წელს მიუხედავად იმისა, რომ ეთერის ქარის გამოვლენის წარუმატებლობა იმედგაცრუება იყო, შედეგები აღიარა სამეცნიერო საზოგადოებამ. ეთერის პარადიგმის გადარჩენის მცდელობისას, ფიცჯერალდმა და ლორენცმა დამოუკიდებლად შექმნეს ჰიპოთეზა, რომელშიც მატერიალური სხეულების სიგრძე იცვლება ეთერში მათი მოძრაობის მიხედვით. ეს იყო ფიცჯერალდ-ლორენცის შეკუმშვის წარმოშობა, თუმცა, მათ ჰიპოთეზას არ ჰქონდა თეორიული საფუძველი. მაიკლსონ-მორლის ექსპერიმენტის ნულოვანი შედეგის ინტერპრეტაცია არის ის, რომ სინათლისთვის ორმხრივი მოგზაურობის დრო იზოტროპულია (მიმართულებისაგან დამოუკიდებელი), მაგრამ მხოლოდ შედეგი არ არის საკმარისი ეთერის თეორიის უარსაყოფად ან სპეციალური ფარდობითობის თეორიის პროგნოზების დასადასტურებლად.

მიუხედავად იმისა, რომ მაიკლსონ-მორლის ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ სინათლის სიჩქარე იზოტროპულია, მას არაფერი უთქვამს იმაზე, თუ როგორ შეიცვლებოდა სიჩქარის სიდიდე (თუ საერთოდ) სხვადასხვა ინერციულ ჩარჩოებში . კენედი-თორნდაიკის ექსპერიმენტი სწორედ ამისთვის იყო შექმნილი და პირველად 1932 წელს როი კენედიმ და ედვარდ თორნდაიკმა ჩაატარეს. მათ მიიღეს ნულოვანი შედეგი და დაასკვნეს, რომ „არ არსებობს ეფექტი... თუ მზის სისტემის სიჩქარე კოსმოსში არ არის დედამიწის სიჩქარის დაახლოებით ნახევარზე მეტი მის ორბიტაზე“. ეს შესაძლებლობა ზედმეტად დამთხვევად მიიჩნეოდა მისაღები ახსნა-განმარტების მისაცემად, ამიტომ მათი ექსპერიმენტის ნულოვანი შედეგიდან დაასკვნეს, რომ სინათლის ორმხრივი დრო ყველა ინერციულ საცნობარო ჩარჩოში ერთნაირია.

--ის ექსპერიმენტი ჩაატარეს ჰერბერტ აივსმა და -მა პირველად 1938 წელს და შემდეგ უკეთესი სიზუსტით 1941 წელს . იგი შექმნილია განივი დოპლერის ეფექტის შესამოწმებლადსინათლის წითელ გადატანა მოძრავი წყაროდან მისი სიჩქარის პერპენდიკულარული მიმართულებით - რომელიც აინშტაინმა 1905 წელს იწინასწარმეტყველა . სტრატეგია იყო დაკვირვებული დოპლერის ძვრების შედარება კლასიკური თეორიით ნაწინასწარმეტყველებთან და ლორენცის ფაქტორის შესწორების პოვნა. ასეთი შესწორება დაიკვირვა, საიდანაც დაასკვნეს, რომ მოძრავი ატომური საათის სიხშირე იცვლება სპეციალური ფარდობითობის მიხედვით.

ეს კლასიკური ექსპერიმენტები არაერთხელ განმეორდა უფრო და უფრო დიდი სიზუსტით. სხვა ექსპერიმენტებში იგულისხმება, მაგალითად, რელატივისტური ენერგიისა და იმპულსის ზრდა მაღალი სიჩქარერზე, დროის შენელების ექსპერიმენტული ტესტირება და ლორენცის დარღვევების თანამედროვე ძიება .

ზოგადი ფარდობითობის შემოწმების გზები
ზოგადი ფარდობითობა ასევე არაერთხელ დადასტურდა, მაგალითდ, კლასიკური ექსპერიმენტები მოიცავს მერკურის ორბიტის პერიჰელიონის პრეცესიას, მზის მიერ სინათლის გადახრასა და სინათლის გრავიტაციულ წითელ გადატანას . სხვა ტესტებმა დაადასტურა ეკვივალენტობის პრინციპი და ათვლის სისტემის ,,დამუხრუჭება .

თანამედროვე აპლიკაციები
რელატივისტური ეფექტები უბრალოდ თეორიული ინტერესისგან შორს არის და მას მნიშვნელოვანი პრაქტიკული საინჟინრო მნიშვნელობა აქვს. სატელიტზე დაფუძნებულმა გაზომვამ უნდა გაითვალისწინოს რელატივისტური ეფექტები, რადგან თითოეული თანამგზავრი მოძრაობს დედამიწაზე მიმავალი მომხმარებლის მიმართ და, შესაბამისად, ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, განსხვავებულ ათვლის სისტემაშია. გლობალური პოზიციონირების სისტემებმა, როგორიცაა , და , უნდა გაითვალისწინონ ყველა რელატივისტური ეფექტი, რათა იმუშავონ სიზუსტით, მაგალითად, უნდა ყურადღება უნდა მიაქციონ დედამიწის გრავიტაციული ველის შედეგებს. ეს ასევე მნიშვნელოვანია დროის მაღალი სიზუსტით გაზომვისას. ინსტრუმენტები, ელექტრონული მიკროსკოპებიდან დაწყებული ნაწილაკების ამაჩქარებლამდე, არ იმუშავებდა, თუ არ გავითვალისწინებდით რელატივისტურ პროცესებს.

ხილეთ ასევე
ორმაგად განსაკუთრებული ფარდობითობა
გალილეის ინვარიანტობა
ფარდობითობის ზოგადი ცნობები
ფარდობითობის სპეციალური ცნობები

ცნობები