Теория относительности А. Эйнштейна

Рис.3. Кривизна пространства

Под кривизной пространства не нужно понимать искривление плоскости наподобие того, как искривлена поверхность евклидовой сферы, где внешняя поверхность отлична от внутренней. Изнутри ее поверхность выгладит вогнутой, извне — выпуклой. Если же брать плоскость  
в пространстве Лобачевского или Римана, обе ее стороны являются совершенно одинаковыми. Просто внутренняя структура плоскости такова, что мы измеряем ее с помощью некоторого коэффициента «кривизны». Кривизна пространства понимается в науке как отступление его метрики  
от евклидовой, что точно описывается в языке математики, но не проявляется каким-то наглядным образом.

Создатели геометрий Лобачевский и Риман считали, что только физические эксперименты могут показать нам, какова геометрия нашего мира. Эйнштейн в общей теории относительности сделал геометрию физической экспериментальной наукой, которая подтвердила характер пространства Римана. Здесь опять призовем на помощь мысленный эксперимент. Представим себе, что лифт покоится в отсутствие гравитационного поля (рис.4,а). В стене лифта сделано отверстие А, через которое луч света падает на его противоположную сторону. Линия АВ — прямая. Пусть теперь лифт начинает движение вверх с ускорением g, т.е. 9,8 м/с2. За время, пока свет проходит расстояние между стенками, лифт смещается вверх, и луч света попадает уже не в точку В, а в точку С (рис.4,б).

Рис.4. Эксперимент в лифте в отсутствие гравитационного поля

Линия АС сохраняет свойство быть кратчайшим расстоянием между двумя точками, но это будет уже не прямая, а прямейшая или геодезическая. На Земле, поверхность которой представляет собой сферу, такие линии и называются геодезическими. Общая теория относительности заменяет закон тяготения Ньютона новым уравнением тяготения. Закон Ньютона получается как предельный случай эйнштейновских уравнений.

Из ОТО был получен ряд важных выводов:

1. Свойства пространства-времени зависят от движущейся материи.

2. Луч света, обладающий инертной, а, следовательно,  
и гравитационной массой, должен искривляться в поле тяготения.

В частности, такое искривление должен испытывать луч, проходящий возле Солнца. Этот эффект, как писал Эйнштейн, можно обнаружить при наблюдении положения звезд во время солнечного затмения. Рассчитанное теоретически Эйнштейном отклонение луча света было впоследствии экспериментально подтверждено наблюдениями научными экспедициями Лондонского Королевского общества, направленные для изучения солнечного затмения 29 мая 1919 года: одна направилась в Бразилию (Собрал), а другая — на один из островов, расположенных возле африканского материка (Принсипи). Как отмечалось в отчете, результаты экспедиций не оставляют сомнения в том, что луч света отклоняется вблизи Солнца и что отклонение, если приписать его действию гравитационного поля Солнца, по величине соответствует требованиям общей теории относительности Эйнштейна. Проведенные в 1922 году новые измерения также подтвердили существование эффекта. Позже Эйнштейн писал Планку: «Судьба оказала мне милость, позволив дожить до этого дня».

3. Частота света под действием поля тяготения должна смещаться в сторону более низких значений.

В результате этого эффекта линии солнечного спектра должны смещаться в сторону красного цвета, по сравнению со спектрами соответствующих земных источников. Действительно, красное смещение в спектрах небесных тел было обнаружено в 1923-26 гг. при изучении Солнца, а в 1925 году при изучении спутника Сириуса. Все это явилось убедительным подтверждением ОТО.

Долгое время экспериментальных подтверждений ОТО было мало. Согласие теории с опытом достаточно хорошее, но чистота экспериментов нарушается различными сложными побочными влияниями. Однако влияние искривления пространства-времени можно обнаружить даже в умеренных гравитационных полях. Очень чувствительные часы, например, могут обнаружить замедление времени на поверхности Земли. Чтобы расширить экспериментальную базу ОТО, во второй половине XX века были поставлены новые эксперименты: проверялась эквивалентность инертной  
и гравитационной масс (в том числе и путем лазерной локации Луны);  
с помощью радиолокации уточнялось движение перигелия Меркурия; измерялось гравитационное отклонение радиоволн Солнцем, проводилась радиолокация планет Солнечной системы; оценивалось влияние гравитационного поля Солнца на радиосвязь с космическими кораблями, которые отправлялись к дальним планетам Солнечной системы, и т.д.  
Все они, так или иначе, подтвердили предсказания, полученные на основе ОТО.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В заключение заметим, что создание Эйнштейном Теории Относительности было первым шагом в построении современной концепции естествознания. Ее роль состояла не только в уточнении и обобщении классических формул: было показано, что знания об окружающем мире не носят абсолютного характера и могут претерпевать существенные уточнения и изменения в ходе развития науки. Описывающая реально наблюдаемые явления природы теория может базироваться на утверждениях и идеях, не всегда согласующихся с общепринятым мнением и «здравым смыслом», являющимся обобщением повседневного опыта.

Итак, специальная теория относительности основывается на постулатах постоянства скорости света и одинаковости законов природы во всех физических системах, а основные результаты, к которым она приходит таковы:

• относительность свойств пространства-времени;
• относительность массы и энергии;
• эквивалентность тяжелой и инертной масс.

Наиболее значительным результатом общей теории относительности  
с философской точки зрения является установление зависимости пространственно-временных свойств окружающего мира от расположения  
и движения тяготеющих масс. Именно благодаря воздействию тел  
с большими массами происходит искривление путей движения световых лучей. Следовательно, гравитационное поле, создаваемое такими телами, определяет в конечном итоге пространственно-временные свойства мира.  
В специальной теории относительности абстрагируются от действия гравитационных полей и поэтому ее выводы оказываются применимыми лишь для небольших участков пространства – времени. Кардинальное отличие общей теории относительности от предшествующих ей фундаментальных физических теорий в отказе от ряда старых понятий  
и формулировке новых. Стоит сказать, что общая теория относительности произвела настоящий переворот в космологии. На ее основе появились различные модели Вселенной.

Величие сделанного Эйнштейном трудно переоценить. Сейчас нет практически ни одной ветви современной физики, где, так или иначе, не присутствовали бы фундаментальные понятия квантовой механики или теории относительности. Выражение E = mc2  –  крылатая фраза, знакомая широкой публике так же, как строки Шекспира.

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Бондарев В.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие для студентов вузов / В.П.Бондарев. - М.: Альфа-М, 2003. - 464 с.
2. Грядовой Д.И. Концепции современного естествознания: Структурный курс основ естествознания / Д.И.Грядовой. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. – 239 с.
3. Концепции современного естествознания. Лекции для студентов заочного отделения / Отв. ред. В. Н. Быкова. – Уфа: УГАТУ, 2005. – 200 с.
4. Концепции современного естествознания / Под ред. С.С.Самыгина. - Рн/Д: Феникс, 2003. –  448 с.
5. Ларина О.В Лауреаты Нобелевской премии / О.В.Ларина, Т.В.Гутин - М.: Славянский дом книги, 2006. – 863 с.
6. Эйнштейн А. Эволюция физики / А.Эйнштейн. - Изд. 2-е, исп. - М.: Тайдекс Ко, 2003. – 423с. 
7. Всемирная энциклопедия. Биографии великих людей. Эйнштейн. [Электронный ресурс]. Режим доступа: www.biografia.ru/cgi-bin/quotes.pl?oaction =show&name=ejnshtejn
8. Википедия - свободная общедоступная мультиязычная универсальная интернет-энциклопедия. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.wikipedia.org/.