Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тукПриемам
17 декември 2017
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Айнщайн, Хокинг, Азимов обясняват теорията на относителността (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 25 ноември 2017 в 00:00685386
Снимка: www.vice.com

На 25 ноември, 1915 г.,  Алберт Айнщайн представя един доклад на заседание на Кралската академия на науките на Прусия, озаглавен "Die Feldgleichungen der Gravitation" (Уравнение на гравитационното поле), в който е изведен един нов закон за гравитацията - което ни позволява да определим тази дата като рожден ден на Общата теория на относителността (ОТО).

Айнщайн работи над него в продължение на повече от десет години - 1907-1917. На различни етапи му помагат математиците Марсел Гросман и Давид Хилберт, астрономът Ервин Финлей-Фройндлих, физикът Паул Еренфест и др. Резултатът е нова теория, която преобръща изцяло научното разбиране за гравитацията. Първата статия, засягаща въпросите, които ще бъдат решени в бъдеще с помощта на Общата теория на относителността, е публикувана през 1907 г., но основното уравнение на теорията е получено едва в края на ноември 1915.

Въпреки очевидната си простота (на вид не е по-сложно от закона за запазване на енергията), уравнението на гравитацията е написано на езика на тензорния анализ и заради това да се обясни "простичко" е почти невъзможно. Но в последните 100 години много талантливи хора все пак се опитват да го направят. Представяме ви най-успешните опити да се обяснят основите на Теорията на относителността както от професионални физици, така и от фантасти.

Алберт Айнщайн, Леополд Инфелд "Еволюция на физиката"

Cambridge University Press, 1938

"Теорията на относителността е разработена в два етапа. Първият етап води до т.нар Специална теория на относителността, която се прилага само за инерциални координатни системи, тоест за системи, в които е в сила законът на инерцията, точно както е формулиран от Нютон. Специалната теория на относителността се основава на два основни принципа: законите на физиката са едни и същи във всички координатни системи, които се движат равномерно и праволинейно една спрямо друга; скоростта на светлината винаги има една и съща стойност. От тези положения, напълно потвърдени експериментно, са изведени свойствата на движещите се пръти и часовници, промените на техните дължини и ритъм в зависимост от скоростта. Теорията на относителността променя законите на механиката. Старите законите не важат, ако скоростта на частиците е близо до скоростта на светлината. Новите закони за движението на телата, формулирани от теорията на относителността, блестящо са потвърдени експериментално. Друго следствие от теорията на относителността е, че съществува връзка между маса и енергия. Масата е енергия, а енергията има маса. И двата закона за запазване - законът за запазване на масата и законът за запазване на енергията - се обединяват от теорията на относителността в един закон, закона за запазване на масата-енергията.

Общата теория на относителността предвижда по-задълбочен анализ на пространствено-времевия континуум. Валидността на теорията на относителността вече не се ограничава само до отправни инерциални системи. Теорията обхваща проблема за гравитацията и формулира нови структурни закони за гравитационното поле. Тя ни кара да анализираме ролята на геометрията в описанието на физическия свят."

Кип Торн, "Интерстелар. Науката зад кадър"

W.W. Norton & Company, 07 ноември, 2014 г.

"Айнщайн се бореше със загадката на гравитацията от 1907. Накрая през 1912 г. той е осенен от гениално вдъхновение. Той осъзнава, че масивните тела като Земята или черните дупки могат да изкривяват времето и това изкривяване е причината за гравитацията. Той е изразил тази идея във вида на "закон за изкривяване на времето на Айнщайн" (така аз го наричам) - точна математическа формула, същността на която може да се опише с израза: Всичко се стреми да съществува там, където то най-бавно старее и гравитационното притегляне е насочено именно там. Колкото е по-голямо забавянето на времето, толкова е по-силно гравитационното притегляне. На Земята, забавянето на времето е само на няколко микросекунди на ден, затова силата на гравитацията тук е слаба. На повърхността на неутронна звезда, където забавянето на времето е няколко часа на ден, гравитацията е изключително силна. А близо до повърхността на една черна дупка, където времето почти не се движи, гравитацията е толкова огромна, че дори светлината не може да я преодолее."

Айзък Азимов, откъс от разказа "Билярдната топка"

списание "If", март 1967 г

"- Ако си представим Вселената като плосък, тънък, извънредно здрав и свръхгъвкав гумен лист и сметнем, че масата се изразява в тегло, както е на Земята, то можем да очакваме, че всяка поставена върху гумения лист маса ще образува вдлъбнатина. Колкото по-голяма е масата, толкова по-дълбоко ще потъне.

В реалната Вселена има най-различни по големина маси и ако си представим едно тяло, което се търкаля по нашия осеян с неравности гумен лист, то ще потъва и ще се изкачва, когато минава през всяка вдлъбнатина, и ще променя посоката си.

Точно тези промени в посоката ние възприемаме като доказателство за наличието на гравитационна сила. Ако предметът се движи достатъчно бавно и мине близо до центъра на вдлъбнатината, той ще се завърти около него. И при липса на триене въртенето ще продължи вечно. С други думи, това, което Исак Нютон представи като сила, Алберт Айнщайн го показа като геометрична деформация."

Стивън Хокинг "Вселената в орехова черупка"

Publisher Bantam Spectra 2001 г. 

"През 1913 г. Айнщайн и Гросман съвместно написват една статия, в която се излагат идеята, че силата, която ние смятаме за гравитация - е само проява на това, че пространство-времето е изкривено. Но поради грешка на Айнщайн (и той, както всички нас, може да греши), те не успяха да намерят уравненията, които свързват кривината на пространство-времето с намиращите се в него маса и енергия. Айнщайн продължава да работи по проблема в Берлин, където не е притесняван от битовизми и практически не е засегнат от войната и в крайна сметка намира правилните уравнения през ноември 1915. По време на едно пътуване до университета в Гьотинген през лятото на 1915 г., той обсъжда идеите си с математика Давид Хилберт, който независимо извел същите уравнения няколко дни преди Айнщайн. Въпреки това, самият Хилберт признава, че честта на създаването на новата теория принадлежи на Айнщайн. Идеята е на последният - да се свърже гравитацията с кривината на пространство-времето. И ние трябва да отдадем необходимото на цивилизоваността на тогавашната германска държава, в която научните дебати и обмен на идеи може да продължи необезпокоявано дори и по време на война. Какъв контраст с епохата на нацизма, която настъпва двадесет години по-късно! Новата теория за изкривеното пространство-време се нарича Обща теория на относителността, за да се отличи от първоначалната теория, която не включва гравитацията и сега е известна като Специална теория на относителността. Тя получава много ефектно потвърждение през 1919 г., когато британска експедиция наблюдава в Западна Африка слабо огъване на светлината на звезда, минаваща близо до Слънцето по време на слънчево затъмнение. Това е пряко доказателство, че времето и пространството се изкривяват и стимулира най-дълбокото преразглеждането на представите за Вселената, в която живеем, откакто Евклид написва своите "Начала" около 300 години от н.е.

[...]

Уравненията на Айнщайн направиха пространството и времето динамични, описвайки как те се изкривяват и деформират под влиянието на материята и енергията във Вселената. В Общата теория на относителността, което и да е персонално време, измерено с ръчен часовник, винаги ще се увеличава, както и в Нютоновата теория или в плоското пространство-време на Специалната теория на относителността. Но може пространство-времето да се окаже толкова изккривено, че да успеете да отлетите на космически кораб и да се върнете преди да сте заминал".

Образователен филм от 1923 "Теорията на относителността". реж.Max and Dave Fleischer, киностудия Fleischer Studios, 1923

Уолтър Айзъксон "Общата теория на относителността за три минути"

Американски журналист, автор на биографията на Айнщайн "Einstein: His Life and Universe", Simon & Schuster, 2007


Препоръчани материали
Огнян 15.02 2016 в 07:11 6
+ 0
- 4
Парадокса на близнаците е обяснен погрешно! Жалко иначе филмчето е страхотно. Личи си че е правено от журналисти а не от някой разбиращ теорията. Накратко ако Адам се движи бързо от неговата гледна точка той си е в покой а вселената се движи бързо в обратна посока, всяко движещо се тяло се скъсява като размер, е по неговият часовник който се движи нормално, ще види че скъсената вселена ще я "прецапа" за кратко време.

Който се съмнява че само и единствено ускорението е причина да отговори на въпроса корабът на Адам се ускорява бавно с 1g за 1 година ще достигне скоростта на светлината, с колко се забавя времето при 1g колкото е гравитацията тук на Земята ами с не много очевидно. Как тогава ще обясните милиони години забавяне? Просто са различни ефекти. Хората разглеждат забавянето на времето а незная защо винаги игнонират скъсяванията на разстоянията? Като се отчете и едното и другото нещата пасват.
Gravity 29.11 2015 в 14:49 5
+ 11
- 0
Малд Физик, аз съм съгласен с теб относно това, че липсата на материя т.е. тензор на енергията импулса = 0 е еквивалентно на тензора на Ричи = 0. Това следва директно от уравненията на Айнщайн. Но тензор на Ричи = 0 не влече тензор на Риман = 0. Моят коментар е, че може да имаш празно пространство-време без то да е плоско (само Ричи-плоско). Например пространство-време в което няма нищо освен гравитационни вълни. Така ще имаш гравитация (ненулева кривина) без материя (нулев тензор на енергията импулса).
Млад теоретичен физик 29.11 2015 в 11:18 4
+ 3
- 0
Gravity, това е същото. Уравненията описват как материята създава кривина в пространство-времето. Кривината се описва от Тензорите на Риман (съответно Ричи) и метриката, а материята се описва от Тензорът на енергията и импулса и константи. Ако погледнеш обратно- имаш кривина- можеш да видиш материята, която я създава. Но да не навлизаме в подробности, че ще отегчим 80% от читателите :) Идеята ми е, че не можеш да имаш гравитация без материя.
Gravity 27.11 2015 в 14:51 3
+ 17
- 0
Малд физик, аз имам едно уточнение. Наличието или липсата на гравитация се определя от кривината. Ако кривината на пространство-времето е нула, тогава няма гравитация. Ако не е нула, има. Тензорът на енергията импулса може да е нула и пак да има гравитация т.е. ненулава кривина.
Млад теоретичен физик 27.11 2015 в 13:22 2
+ 7
- 1
vmv, объркването ти идва от това, че в повечето книги и документални филми на тема "Теория на относителността", предвидени за хора, които не се занимават с наука винаги присъстват някакви асансьори, които е движат нагоре-надолу и симулират гравитация вътре. Там е работата, че тези две неща изобщо нямат нищо общо. Тази аналогия е валидна само ако ти си в асансьора и разчиташ единствено на сетивата си- тогава ще ти се стори, че може да си в гравитационно поле. Ако погледнеш уравненията обаче, те са тотално различни. В полевите уравнения фигурира един обект, наречен тензор на енергията и импулса. Ако той е различен от нула- има гравитация, ако е нула- няма и няма полеви уравнения. В случаят с асансьор в безтегловност, както и да го мърдаш няма как да получиш гравитационни уравнения и съответно ефекти (няма да има забавяне на времето, няма да има гравитационно червено отместване, нито увличане на пространство-времето при въртене и тн). Винаги мое да се разграничи гравитация от движение с ускорение.
vmv 27.11 2015 в 11:50 1
+ 4
- 14
"Всичко се стреми да съществува там, където то най-бавно старее и гравитационното притегляне е насочено именно там."

Бавното стареене, според мен, се дължи на това, че системите са в относителен покой - визирам опита на Нютон с окаченото на въже ведро с вода: бавно усуква въжето с ведрото и водата, при което въжето е твърдо окачено горе, а след това оставя свободно ведрото с водата да падат (при това ведрото с водата, докато падат, се и въртят, заради разсукването на въжето)
При разсукване на въжето на което е окачено ведрото, менискът на водата във ведрото е най-голям тогава, когато ведрото и водата са в относителен покой - тоест - инерционната сила между тях е най-голяма. Но в покой, процесите в участващите обекти са в условно равновесие и ... ВРЕМЕТО, като че ли е спряло.;)
И понеже се теоретизира, че инерционната сила и гравитационната сила са "вътрешно" неразграничими (без поглед навън, та да се "види" източникът на ускорение), може да се направи неправилния извод, че времето е спряло?! (или се е забавило!) - за външен наблюдател. Ясно е, че - за да се установи "как е?", то тоя външен наблюдател трябва да "мине" през УСКОРЕНИЕ, за да влезе в системите и да разбере - има ли протичащи вътре процеси или няма;) Нямането - не може да се установява, еднозначно, понеже наблюдателят е с ограничени възможности - просто, няма право на извод "няма процеси"
Така, принципно се установява наличие на процеси, а те са с цикли на повторяемост на себе си, т. е.- те са часовник! Значи времето не спира никога..., но за да се разбере за конкретна система, трябва УСКОРЯВАНЕ.
 
Още от : Физика

Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.