Кіріспе
Альберт Эйнштейннің өзара байланысты екі физикалық теориясы – ғылыми тұжырымдама. Салыстырмалылық теориясы әдетте Альберт Эйнштейннің өзара байланысты екі физикалық теориясын қамтиды: 1905 және 1915 жылдары ұсынылған және жарияланған арнайы салыстырмалылық теориясы мен жалпы салыстырмалылық теориясын. Арнайы салыстырмалылық теориясы гравитация болмаған жағдайдағы барлық физикалық құбылыстарға қолданылады. Жалпы салыстырмалылық теориясы тартылыс заңын және оның табиғат күштерімен байланысын түсіндіреді.
the scientific concept
The theory of relativity usually encompasses two interrelated physics theories by Albert Einstein: special relativity and general relativity, proposed and published in 1905 and 1915, respectively. Special relativity applies to all physical phenomena in the absence of gravity. General relativity explains the law of gravitation and its relation to the forces of nature.
Даму және қабылдау
Альберт Эйнштейн 1905 жылы арнайы салыстырмалылық теориясын жариялады, бұл Альберт А. Микельсон, Хендрик Лоренц, Анри Пуанкаре және басқалардың алған көптеген теориялық нәтижелері мен эмпирикалық тұжырымдарына негізделген. Макс Планк, Герман Минковский және басқалар одан кейін жұмыстар атқарды. Эйнштейн 1907 және 1915 жылдар аралығында жалпы салыстырмалылық теориясын жасады, ал 1915 жылдан кейін көптеген ғалымдар үлесін қосты. Жалпы салыстырмалылық теориясының түпкілікті нұсқасы 1916 жылы жарияланды. 1920 жылдары физика қауымдастығы арнайы салыстырмалылық теориясын түсініп, қабылдады. Ол атом физикасы, ядролық физика және кванттық механиканың жаңа салаларындағы теоретиктер мен тәжірибешілер үшін жылдамдама маңызды және қажетті құралға айналды. Керісінше, жалпы салыстырмалылық теориясы Ньютонның гравитация теориясының болжамдарына шағын түзетулер енгізуден басқа, аса пайдалы болып көрінбеді. Арнайы салыстырмалылық теориясының ерекшелігі – классикалық механиканың Галилей түрлендірулерін Лоренц түрлендірулерімен алмастыру болып табылады. (Максвеллдің электромагнетизм теңдеулеріне қараңыз.)
Эксперименттік дәлелдер
Эйнштейн салыстырмалылық теориясы "принциптік теориялар" класына жатады деп мәлімдеді. Сондықтан, ол аналитикалық әдіс қолданады, яғни осы теорияның элементтері гипотезаға емес, эмпирикалық жағдайларға негізделген. Табиғи процестерді бақылау арқылы біз олардың жалпы ерекшеліктерін түсінеміз, байқағандарымызды сипаттау үшін математикалық модельдер құрастырамыз және талдау арқылы қанағаттандырылуы тиіс қажетті шарттарды анықтаймыз. Жекелеген құбылыстарды өлшеу осы шарттарға сай болуы және теорияның қорытындыларымен сәйкес келуі керек.
Арнайы салыстырмалылық теориясының сынақтары
Салыстырмалылық теориясы – бұл жолдан кешірілетін теория: ол эксперимент арқылы тексерілетін болжамдар жасайды. Арнайы салыстырмалылық теориясы жағдайында, бұл салыстырмалылық принципі, жарық жылдамдығының тұрақтылығы және уақыттың созылуы. Эйнштейн 1905 жылы өз мақаласын жариялағаннан бері арнайы салыстырмалылық теориясының болжамдары көптеген тәжірибелерде расталды, бірақ 1881 және 1938 жылдар аралығында жүргізілген үш тәжірибе оның толыққанды дәлелдемесіне маңызды үлес қосты. Бұл – Микельсон-Морли тәжірибесі, Кеннеди-Торндайк тәжірибесі және Ивс-Стилвелл тәжірибесі. Эйнштейн 1905 жылы Лоренц түрлендірулерін алғашқы қағидалардан шығарды, бірақ осы үш тәжірибе түрлендірулерді тәжірибелік деректерден туындатуға мүмкіндік береді. Максвелл теңдеулері – классикалық электромагнетизмнің негізі – жарықты белгілі бір жылдамдықпен қозғалатын толқын ретінде сипаттайды. Қазіргі заманғы көзқарас бойынша, жарыққа таралу ортасы қажет емес, бірақ Максвелл мен оның замандастары жарық толқындары ауадағы дыбыс сияқты, немесе тоқылған судың бетіндегі толқындар сияқты ортада таратылады деп сендірді. Бұл гипотетикалық орта «жарық эфирі» деп аталды, ол «тұрақты жұлдыздарға» қатысты тыныш күйде болады және Жер оның ішінде қозғалады. Френельдің эфирді ішінара сүйреу гипотезасы бірінші реттік (v/c) әсерлерін өлшеуге кедергі келтірді, ал екінші реттік әсерлерді (v²/c²) байқау қағидатта мүмкін болғанымен, Максвелл оларды сол кездегі технологиямен анықтауға тым кішкентай деп ойлады. Микельсон-Морли тәжірибесі «эфир желдің» екінші реттік әсерін – эфирдің Жерге қатысты қозғалысын анықтау үшін жоспарланды. Микельсон осы мақсатқа арналған Микельсон интерферометрін жасады. Аппарат күтілетін әсерлерді анықтау үшін жеткілікті дәлдікке ие болды, бірақ 1881 және 1887 жылдары алғашқы тәжірибелер кезінде оң нәтиже алмады. Эфир желді анықтамау көңіл көншітпесе де, ғылыми қауым оның нәтижелерін қабылдады. Осыдан Фицджеральд-Лоренц жиырылуы пайда болды, бірақ олардың гипотезасының теориялық негізі болмады. Микельсон-Морли тәжірибесінің оң нәтижесін түсіндіру – жарықтың қатынас жолындағы уақыты изотропты (бағытқа тәуелсіз), бірақ бұл нәтиже ғана эфир теориясын жоққа шығаруға немесе арнайы салыстырмалылық теориясының болжамдарын растауға жеткіліксіз. Микельсон-Морли тәжірибесі жарық жылдамдығының изотропты екенін көрсеткенмен, ол әртүрлі инерциялық жүйелерде жылдамдықтың шамасы қалай өзгеретіні (егер өшсе) туралы ештеңе айтпады. Кеннеди-Торндайк тәжірибесі осы мақсатта жоспарланды және алғаш рет 1932 жылы Рой Кеннеди мен Эдвард Торндайк орындады. Олар оң нәтиже алды және «көктегі Күн жүйесінің жылдамдығы Жердің орбитасындағы жылдамдығынан аспаса, ешқандай әсер болмайды» деген қорытындыға келді. Бұл мүмкіндік тым кездейсоқ деп есептелді, сондықтан олардың тәжірибесінің оң нәтижесінен жарықтың қатынас жолындағы уақыты барлық инерциялық анықтамалық жүйелерде бірдей деген қорытынды жасалды. және 1941 жылы жоғары дәлдікпен расталды. Ол 1905 жылы Эйнштейн болжаған қозғалатын көзден шығатын жарықтың қызылға қарай ығысуын – жылдамдыққа перпендикуляр бағыттағы көлденең Допплер әсерін тексеру үшін жоспарланды. Стратегия байқалған Допплер ығысуын классикалық теориямен болжалғанмен салыстыру және Лоренц коэффициентінің түзетуін іздеу болды. Мұндай түзету байқалды, одан қозғалатын атомдық сағаттың жиілігі ерекше салыстырмалылыққа сәйкес өзгеретіні анықталды. Бұл уақытты жоғары дәлдікпен өлшеуде де орын алады. Егер салыстырмалылық ескерілмесе, электронды микроскоптардан бастап бөлшектерді үдеткіштеріне дейінгі құралдар жұмыс істемейді.