Теорія відносності
Теорія відносності - фізична теорія простору-часу. тобто теорія, що описує універсальні просторово-часові властивості фізичних процесів [1]. Термін був введений в 1906 році Максом Планком з метою підкреслити роль принципу відносності в спеціальній теорії відносності (і, пізніше, загальної теорії відносності). Іноді використовується як еквівалент поняття «релятивістська фізика» [прим. 1].
У широкому сенсі теорія відносності включає в себе спеціальну і загальну теорію відносності. Спеціальна теорія відносності (СТО) відноситься до процесів, при дослідженні яких полями тяжіння можна знехтувати; загальна теорія відносності (ЗТВ) - це теорія тяжіння, яка узагальнює ньютоновскую [1]. У вузькому сенсі теорією відносності називають спеціальну теорію відносності.
В історії фізики термін теорія відносності іноді використовується для відмежування поглядів Ейнштейна, Маньківського та їх послідовників, які відкидають концепцію світлоносного ефіру. від поглядів деяких їхніх попередників, таких як Лоренц і Пуанкаре [2].
Відмінності СТО від ньютонівської механіки
Вперше нова теорія потіснила 200-річну механіку Ньютона. Це докорінно змінило сприйняття світу. Класична механіка Ньютона виявилася вірною лише в земних і близьких до них умовах: при швидкостях багато менше швидкості світла і розмірах, які значно перевищують розміри атомів і молекул і при відстанях або умовах, коли швидкість поширення гравітації можна вважати нескінченною.
Ньютонівські поняття про рух були кардинально скориговані за допомогою нового досить глибокого застосування принципу відносності руху. Час уже не було абсолютним (а починаючи з ОТО - і рівномірним).
Більш того, Ейнштейн змінив фундаментальні погляди на час і простір. Відповідно до теорії відносності, час необхідно сприймати як майже рівноправну складову (координату) простору-часу. яка може брати участь у перетвореннях координат при зміні системи відліку разом зі звичайними просторовими координатами, подібно до того, як перетворюються всі три просторові координати при повороті осей звичайної тривимірної системи координат.
Область застосування СТО
Спеціальна теорія відносності застосовна для вивчення руху тіл з будь-якими швидкостями (в тому числі близькими або рівними швидкості світла) за умови відсутності дуже сильних гравітаційних полів.
Область застосування ОТО
Загальна теорія відносності застосовна для вивчення руху тіл з будь-якими швидкостями в гравітаційних полях будь-якої інтенсивності, якщо квантовими ефектами можна знехтувати.
застосування СТО
Спеціальна теорія відносності застосовується у фізиці і астрономії починаючи з XX століття. Теорія відносності значно розширила розуміння фізики в цілому, а також істотно поглибила знання в галузі фізики елементарних частинок. давши потужний імпульс і серйозні нові теоретичні інструменти для розвитку фізики, значення яких важко переоцінити.
застосування ОТО
За допомогою даної теорії космологія і астрофізика зуміли передбачити такі незвичайні явища, як нейтронні зірки. чорні діри і гравітаційні хвилі.
Ухвалення науковим співтовариством
ухвалення СТО
В даний час спеціальна теорія відносності загальноприйнята в науковому співтоваристві і становить базис сучасної фізики. [3] Частина провідних фізиків відразу прийняла нову теорію, в їх числі - Макс Планк. Хендрік Лоренц. Герман Мінковський. Річард Толмен. Ервін Шредінгер і інші. ВУкаіни під редакцією Ореста Даниловича Хвольсона. вийшов знаменитий курс загальної фізики, докладно виклав спеціальну теорію відносності і опис експериментальних підстав теорії. Разом з тим, критичне ставлення до положень теорії відносності висловлювали Нобелівські лауреати Філіп Ленард [4]. Й. Штарк. Дж. Дж. Томсон. корисною виявилася дискусія з Максом Абрахамом і іншими вченими.
ухвалення ОТО
Особливо продуктивно було конструктивне обговорення принципових питань загальної теорії відносності (Шредінгер та ін.), Фактично це обговорення триває досі.
Загальна теорія відносності (ЗТВ) в меншій мірі, ніж СТО, експериментально перевірено, містить кілька принципових проблем. і відомо, що поки в принципі допустимі деякі з альтернативних теорій гравітації. більшість з яких, правда, можна вважати в тій чи іншій мірі просто модифікацією ОТО. Проте, на відміну від багатьох з альтернативних теорій, на думку наукового співтовариства, ОТО в своїй області застосовності поки відповідає всім відомим експериментальним фактам, в тому числі і порівняно недавно виявленим (так, недавно було знайдено ще одне можливе підтвердження існування гравітаційних хвиль [ 5] [6]). В цілому ж ОТО є в своїй області застосовності «стандартної теорією», тобто визнаною науковим співтовариством основний. [3]
Спеціальна теорія відносності
Спеціальна теорія відносності [7] (СТО) - це теорія локальної структури простору-часу. Вперше була представлена в 1905 році Альбертом Ейнштейном в роботі «До електродинаміки рухомих тіл». Теорія описує рух, закони механіки. а також просторово-часові відносини, що визначають їх, при будь-яких швидкостях руху, в тому числі і близьких до швидкості світла. Класична механіка Ньютона в рамках спеціальної теорії відносності є наближенням для малих швидкостей. СТО може застосовуватися там, де можна ввести інерціальні системи відліку (хоча б локально); вона непридатна для випадків сильних гравітаційних полів, істотно неінерційних систем відліку і при описі глобальної геометрії Всесвіту (крім окремого випадку плоскої порожній стаціонарного Всесвіту).
1. Усі фізичні процеси в інерційних системах відліку протікають однаково, незалежно від того, нерухома чи система або вона знаходиться в стані рівномірного і прямолінійного руху.
2. Швидкість світла у вакуумі, виміряна в будь-якій інерційній системі відліку, одна і та ж і не залежить від руху випромінювача.
Наслідком другого принципу (і загальнонаукового принципу причинності) є неможливість руху фізичних тіл і передачі інформації зі швидкістю, що перевищує швидкість світла у вакуумі.
При русі зі швидкостями, малими в порівнянні зі швидкістю світла, кінематика СТО відрізняється від ньютонівської кінематики, а перетворення Лоренца переходять в класичні перетворення Галілея. Формально в межі нескінченної швидкості світла формули спеціальної теорії відносності переходять у формули класичної механіки.
Загальна теорія відносності
Загальна теорія відносності відрізняється від інших метричних теорій тяжіння використанням рівнянь Ейнштейна для зв'язку кривизни простору-часу з присутньої в ньому матерією.
ОТО в даний час - найуспішніша теорія гравітації, добре підтверджена спостереженнями.