|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Спеціальна теорія відносності. Історія та суть наукового відкриття
Довідник / Найважливіші наукові відкриття 1905 року в німецькому науковому журналі "Аннален дер фізик" з'явилася невелика стаття обсягом 30 друкованих сторінок двадцятишестирічного Альберта Ейнштейна "До електродинаміки тіл, що рухаються", в якій майже повністю була викладена спеціальна теорія відносності, що зробила незабаром молодого експерта патентного бюро знаменитим. У цьому ж році в тому ж журналі з'явилася стаття "Чи залежить інерція тіла від енергії, що міститься в ньому?", Доповнює першу. Спеціальна теорія відносності з'явилася не на порожньому місці, вона виросла з вирішення електродинамічної проблеми тіл, що рухаються, над якою починаючи з середини XIX століття працювало багато фізиків. Вони прагнули виявити існування ефіру-середовища, в якому поширювалися електромагнітні хвилі. Передбачалося, що ефір проникає через всі тіла, але в їхньому русі участі не бере. Будувалися різні моделі світлоносного ефіру, висувалися гіпотези щодо його властивостей. Здавалося, що нерухомий ефір міг служити тією системою відліку, що абсолютно спочиває, щодо якої ще ньютон розглядав "справжні" рухи тел. На думку Ньютона, існують у Всесвіті "нормальний годинник", який відраховує хід "абсолютного часу" з будь-якої точки. Крім того, існує "абсолютний рух", тобто "переміщення тіла з одного абсолютного місця до іншого абсолютного місця". Протягом двохсот років принципи Ньютона вважалися вірними та непорушними. Жоден фізик не ставив їх під сумнів. Першим, хто почав відкрито критикувати принципи Ньютона, був Ернст Мах. Він розпочав свою наукову кар'єру на кафедрі експериментальної фізики, мав в Австрії свою лабораторію. Мах проводив експерименти зі звуковими хвилями, вивчав явище інерції. Мах намагався спростувати поняття "абсолютний простір", "абсолютний рух", "абсолютний час". Ейнштейн був знайомий з роботами Маха, і це знайомство зіграло не останню роль у роботі над теорією відносності. В експериментальній фізиці ньютонівські догми також були поставлені під сумнів. Земля рухається своєю орбітою навколо Сонця. У свою чергу Сонячна система летить у світовому просторі. Отже, якщо світловий ефір лежить в "абсолютному просторі", а небесні тіла проходять через нього, то їх рух по відношенню до ефіру повинен викликати помітний "ефірний вітер", який можна було б виявити за допомогою чутливих оптичних приладів. Досвід з виявлення "ефірного вітру" був поставлений в 1881 американцем Альбертом Майкельсоном за ідеєю, висловленою за 12 років до цього Максвеллом. Майкельсон міркував так: якщо земна куля рухається крізь абсолютно нерухомий ефір, тоді промінь світла, пущений з поверхні Землі, за певних умов буде віднесений назад "ефірним вітром", який дме назустріч руху Землі. "Ефірний вітер" має виникати лише завдяки переміщенню Землі щодо ефіру. Перша експериментальна установка була побудована та випробувана Майкельсоном у Берліні, всі прилади були змонтовані на кам'яній плиті та могли повертатися як одне ціле. Потім досліди були перенесені до Америки і виконували за участю близького друга та співробітника Майкельсона Едуарда Морлея. Вченими було створено дзеркальний інтерферометр, який міг зареєструвати навіть найслабший "ефірний вітер". Результати всіх дослідів, проведених і в 1881 і в 1887 роках, заперечували існування будь-якого "ефірного вітру". Досвід Майкельсона і на сьогоднішній день можна вважати одним із найзнаменитіших і найвидатніших в історії фізики. За словами самого Ейнштейна, він мав велике значення для народження теорії відносності. Але не всі фізики були згодні з тим, що ефір не існує і що принципи Ньютона повинні бути не лише поставлені під сумнів, а й відкинуті назавжди. Голландський фізик Хендрік Лоренц 1895 року спробував "врятувати" ефір. Він висловив припущення про те, що ті тіла, що швидко рухаються, зазнають скорочення. Ще до Лоренца в 1891 ірландський фізик Джордж Фіцджеральд зробив подібне припущення, про яке Лоренц не знав. Лоренц і Фіцджеральд писали про те, що всі предмети "під тиском" ефіру сплющуються, коротшають. Коротшається і плита, на якій розташовані всі прилади, і самі прилади. Вкорочується і земна куля, і люди, що знаходяться на його поверхні, причому величина всіх цих укорочень і сплющування дорівнює такій величині, щоб врівноважити дію "ефірного вітру". Вчені вводили також виправлення на час поширення "ефірного вітру". Ці ідеї були лише припущеннями, майже не підкріпленими. Восени 1904 року Анрі Пуанкаре також спробував "врятувати" абсолютно нерухомий ефір. Він спробував обчислення Лоренца оформити як більш-менш стрункої теорії, але " теорія " ця була лише формальністю. Великі уми засумували, здавалося, виходу з ситуації немає. Але вихід був знайдений Альбертом Ейнштейном, він вивів фізику з глухого кута і направив її в нове русло. Ейнштейн ще під час навчання в школі в Аарау частенько проводив уявний експеримент: що могла б бачити людина, що рухається за світловою хвилею зі швидкістю світла. Саме це питання стало початком роздумів над тим, що згодом було названо теорією відносності. Про початок своїх міркувань Ейнштейн писав так: "Необхідно було скласти собі ясне уявлення про те, що означають у фізиці просторові координати та час певної події". Ейнштейн почав із вивчення поняття одночасності. Так, ньютонівська механіка стверджує, що в принципі можливе поширення взаємодій (тобто передача сигналів, інформації) з нескінченною швидкістю. А згідно з теорією Ейнштейна, швидкість світла, що є максимальною швидкістю передачі сигналів, все ж таки кінцева і до того ж має одну й ту саму величину для всіх спостерігачів триста тисяч кілометрів на секунду. Тому поняття "абсолютної одночасності" позбавлене будь-якого фізичного сенсу і не може застосовуватись. Ейнштейн приходить до висновку, що одночасність просторово розділених подій стосується. Причиною відносності одночасності є кінцівка швидкості поширення сигналів. Щоправда, уявити це наочно ми можемо, оскільки швидкість світла набагато більше тих швидкостей, із якими рухаємося ми. Якщо неможлива "абсолютна одночасність", то не може існувати і "абсолютний час", однаковий у всіх системах відліку. Уявлення про "абсолютний час", яке тече раз і назавжди заданим темпом, абсолютно незалежно від матерії та її руху, виявляється неправильним. Кожна система відліку має свій власний "локальний час". Вчення Ейнштейна про час було новим кроком у науці. " Абсолютний час " було відкинуто, оскільки час і рух найтіснішим чином пов'язані між собою, виникла необхідність усунути ньютонівське поняття " абсолютного руху " . Це Ейнштейн і було зроблено. Перший і головний постулат теорії Ейнштейна - принцип відносності - говорить, що у всіх системах відліку, що рухаються по відношенню один до одного рівномірно і прямолінійно, діють ті самі закони природи. p align="justify"> Таким чином, принцип відносності класичної механіки екстрополюється на всі процеси в природі, у тому числі і електромагнітні. Якщо ж необхідний перехід від однієї системи відліку до іншої, треба скористатися перетвореннями Лоренца. Ці рівняння Ейнштейн назвав так на знак глибокої поваги до праці свого попередника. Ейнштейн у своїй теорії відносності замінив світловий ефір на електромагнітне поле. Багато вчених дуже болісно поставилися до такого повороту, вони ніяк не могли змиритися з тим, що ефіру не існує. Навіть великий голландець Лоренц аж до смерті вірив у існування ефіру. Другий постулат Ейнштейна свідчить, що швидкість світла у вакуумі однакова всім інерційних систем відліку. Вона залежить від швидкості джерела, ні від швидкості приймача світлового сигналу. Швидкість світла - це верхня межа всім процесів, які у природі. Швидкість світла - гранична швидкість, жоден із процесів у природі неспроможна мати швидкість, більшу, ніж швидкість світла. З сталості швидкості світла випливають два знамениті феномена чи наслідки: відносність відстаней і відносність проміжків часу. Відносність відстаней полягає в тому, що відстань не є абсолютною величиною, а залежить від швидкості руху тіла щодо системи відліку. Розміри тіл, що швидко рухаються, скорочуються в порівнянні з довжиною тих, що спочивають. При наближенні швидкості тіла до швидкості світла його розміри наближатимуться до нуля! Щось схоже висловлював і Лоренц, намагаючись "врятувати" ефір у досвіді Майкельсона. Відносність проміжків часу полягає в уповільненні ходу годинника в системі, що швидко рухається, порівняно з годинником, що знаходиться в системі відліку, що покоїться, відносно першої. Ефекти, описані вище, фізики називають релятивістськими, тобто вони спостерігаються при швидкостях руху, близьких до швидкості світла. Що ж станеться, якщо насправді спробувати прискорити матеріальне тіло до швидкостей, близьких до світла? Теорія відносності стверджує еквівалентність маси та енергії відповідно до тепер уже знаменитої формули, яку словами можна висловити так: "Енергія дорівнює масі, помноженій на квадрат швидкості світла". Спочатку збільшення енергії тіла супроводжується ледве вловимим збільшенням маси і, отже, інерції тіла. Тому стає трохи важче прискорити його далі. У міру наближення швидкості до швидкості світла цей ефект, стаючи все більшим, унеможливлює подолання швидкості світла. Формула Ейнштейна отримала наприкінці тридцятих років блискуче підтвердження у реакціях поділу урану. При цьому одна тисячна частина повної маси зникала, щоб знову виявитися у вигляді атомної енергії. Навіть у звичайних хімічних реакціях дотримується енштейнівське співвідношення, але кількості речовини, що з'являються або зникають під час реакції, менше однієї десятимільярдної частини всієї маси, тому виявити їх неможливо навіть за допомогою дуже точних ваг. Важливо підкреслити, що у спеціальній теорії відносності розглядається рівномірне рух, т. е. рух із постійною швидкістю, у якому змінюється напрям руху. Якщо рух відбувається з прискоренням, зумовленим зовнішніми силами, наприклад, гравітаційним тяжінням, то спеціальну теорію відносності вже не можна застосовувати. Те, що відкрив і вніс у фізику Ейнштейн, було воістину революційно, тому деякі фізики зрозуміли відразу, що спеціальна теорія відносності - це геніальне відкриття. Серед тих, хто зрозумів, був Макс Планк, який писав: " Ейнштейнівська концепція часу перевершує за сміливістю все, що до цього часу було створено у умоглядному природознавстві і навіть у філософській теорії пізнання ". 1908 року німецький математик Герман Мінковський, який навчав Ейнштейна в Цюріхському політехнікумі, створив для спеціальної теорії відносності математичний апарат. У своїй знаменитій доповіді на з'їзді німецьких дослідників природи та лікарів 21 вересня 1908 року Мінковський сказав: "Уявлення про простір і час, які я збираюся розвинути перед вами, виросли на ґрунті експериментальної фізики. У цьому полягає їх сила. Вони приведуть до радикальних наслідків. простір саме собою і час саме собою повністю йдуть у царство тіней, і лише свого роду спілка обох цих понять зберігає самостійне існування " . З того часу "світ Мінковського" став невід'ємною частиною спеціальної теорії відносності. Ейнштейн сказав якось Джеймсу Франку: "Чому саме я створив теорію відносності? Коли я ставлю собі таке запитання, мені здається, що причина в наступному. Нормальна доросла людина взагалі не замислюється над проблемою простору та часу. На його думку, він уже думав про цю проблему. проблемі в дитинстві. Я ж розвивався інтелектуально так повільно, що простір і час займали мої думки, коли я став уже дорослим. Звичайно, я міг глибше проникати в проблему, ніж дитина з нормальними нахилами. Ейнштейн не мав "дорослої" впевненості в тому, що глобальні проблеми світу вже вирішені. Це відчуття не витіснили при накопиченні спеціальних знань та інтересів. Він думав про поняття руху і повернувся до ідеї, властивої дитинству людства, - до античної ідеї відносності, яку потім заступило поняття ефіру як абсолютного тіла відліку. Коли ж поняття ефіру було відкинуто, то Ейнштейн дійшов висновку, що рух може бути абсолютним. Автор: Самін Д.К.
▪ наркоз
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ NB3N3020 - новий помножувач частоти ▪ Радіопушка Auds проти дронів-порушників ▪ Яєчник надрукували на 3D-принтері
▪ розділ сайту Основи безпечної життєдіяльності (ОБЖД). Добірка статей ▪ стаття Запис одразу кількох телевізійних каналів. Мистецтво відео ▪ стаття Що вивчає історична наука? Детальна відповідь ▪ стаття Сторонні тіла очі. Медична допомога ▪ стаття Простий перетворювач температура-напруга. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Ефектні фокуси та їх розгадки. Енциклопедія
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page