Кіріспе

Физика заңдарының барлық есептеу жүйесінде бірдей болуын талап ететін физикалық принцип.

Физикада, салыстырмалылық принципі – физика заңдарын сипаттайтын теңдеулердің барлық қабылданған есептеу жүйесінде бірдей формада болуының қажеттілігі. Мысалы, арнайы салыстырмалылық теориясы шеңберінде Максвелл теңдеулері барлық инерциялық есептеу жүйесінде бірдей формада болады. Жалпы салыстырмалылық теориясы шеңберінде Максвелл теңдеулері немесе Эйнштейннің өріс теңдеулері кез келген есептеу жүйесінде бірдей формада болады. Салыстырмалылықтың бірнеше принциптері ғылымда табысты қолданылды, жасырын түрде (Ньютон механикасындай) немесе ашық түрде (Альберт Эйнштейннің арнайы және жалпы салыстырмалылықтары сияқты).

Негізгі түсініктер

Салыстырмалылықтың кейбір қағидалары көптеген ғылыми салаларда кеңінен қабылданған. Ең көп таралғандарының бірі – кез келген табиғат заңының кез келген уақытта бірдей болуы керек деген сенім; және ғылыми зерттеулер, әдетте, табиғат заңдары оларды өлшеген адамға тәуелді емес деп қарастырады. Бұл принциптер ғылыми зерттеулердің ең негізгі деңгейлеріне енгізілген. Кез келген салыстырмалылық қағидасы табиғи заңдарда симметрияны көрсетеді: яғни, заңдар бір бақылаушыға, екінші бақылаушыға бірдей көрінуі керек. Ноэтер теоремасы деп аталатын теориялық нәтижеге сәйкес, мұндай кез келген симметрия сонымен қатар сақталу заңын білдіреді. Мысалы, егер екі бақылаушы әртүрлі уақытта бірдей заңдарды байқаса, онда энергия деп аталатын шама сақталады. Осы тұрғыдан алғанда, салыстырмалылық қағидалары табиғаттың қалай өтетіні туралы тексеруге болатын болжамдар жасайды.

Ньютон механикасында

Салыстырмалылықтың ерекше принципі алғаш рет 1632 жылы Галилео Галилей "Екі басты әлем жүйесі туралы диалог" атты еңбегінде Галилей кемесінің метафорасын пайдаланып, нақты айқындалған. Ньютон механикасы бұл ерекше принципке қозғалыс заңдары, гравитация және абсолютті уақыт сияқты бірнеше ұғымдарды қосты. Осы заңдар контекстінде тұжырымдалғанда, салыстырмалылықтың ерекше принципі механика заңдары Галилей түрленуі кезінде өзгермейтінін көрсетеді.

Арнайы салыстырмалылық теориясында

Джозеф Лармор мен Хендрик Лоренц электромагнетизм теориясында қолданылатын Максвелл теңдеулерінің тек уақыт және ұзындық бірліктерінің белгілі бір өзгерісінде ғана өзгермейтінін анықтады. Бұл физиктер арасында шатасу тудырды, олардың көпшілігі люминифер эфирінің Генри Пуанкаре анықтағандай, салыстырмалылық принципімен үйлеспейтінін ойлады: 1905 жылғы электродинамика жөніндегі мақалаларында Генри Пуанкаре мен Альберт Эйнштейн Лоренц түрлендірулері арқылы салыстырмалылық принципінің толық орындалатынын түсіндірді. Эйнштейн (арнайы) салыстырмалылық принципін теорияның постулатына көтерді және Лоренц түрлендірулерін осы принцип пен жарық жылдамдығының (вакуумде) көзінің қозғалысына тәуелді емеу принципін қолданып шығарды. Бұл екі принцип кеңістік және уақыт аралықтарының негізгі мағыналарын қайта қарау арқылы үйлестірілді. Арнайы салыстырмалылықтың күші оның қарапайым, негізгі принциптерді қолдануында, соның ішінде физика заңдарының инерциялық есептесу жүйелерінің өзгеруі кезіндегі инварианттылығында және вакуумдегі жарық жылдамдығының инварианттылығында жатыр. (Сондай-ақ қараңыз: Лоренц коварианттығы.) Лоренц түрлендірулерінің формасын тек салыстырмалылық принципінен алуға болады. Тек кеңістіктің изотропиясын және арнайы салыстырмалылық принципінен туындайтын симметрияны пайдаланып, инерциялық жүйелер арасындағы кеңістік-уақыт түрлендірулері Галилейлік немесе Лоренцтік екенін көрсетуге болады. Түрлендірудің шынымен Галилейлік немесе Лоренцтік екенін физикалық эксперименттер арқылы анықтау қажет. Математикалық логикаға ғана сүйене отырып, жарық жылдамдығының c инвариантты екеніне қорытынды жасау мүмкін емес. Лоренц жағдайында релятивистік интервалдың сақталуын және жарық жылдамдығының тұрақтылығын алуға болады.

Жалпы салыстырмалылық теориясы

Жалпы салыстырмалылық теориясын Эйнштейн 1907-1915 жылдары жасаған. Жалпы салыстырмалылық теориясы, ерекше салыстырмалылық теориясының жаһандық Лоренц коварианттығы, материяның болуында жергілікті Лоренц коварианттығына айналады деп тұжырымдайды. Материяның болуы кеңістік-уақытты "қисайтады", ал бұл қисайту еркін бөлшектердің (сондай-ақ жарық сәулесінің) жолына әсер етеді. Жалпы салыстырмалылық теориясы, гравитацияны кеңістік-уақыт геометриясының салдары ретінде сипаттау үшін дифференциалдық геометрия және тензорлар математикасын пайдаланады. Эйнштейн бұл жаңа теорияны салыстырмалылықтың жалпы принципіне негіздеді және теорияны осы принциптің атымен атады.