Teoriju relativnosti uveo je Albert Einstein početkom 20. stoljeća. Koja je njegova bit? Razmotrimo glavne točke i opišemo TOE jasnim jezikom.

Teorija relativnosti praktički je eliminirala nedosljednosti i proturječnosti fizike 20. stoljeća, natjerala na radikalnu promjenu ideje o strukturi prostor-vremena, a eksperimentalno je potvrđena u brojnim eksperimentima i studijama.

Tako je TOE formirao osnovu svih modernih temeljnih fizikalnih teorija. Zapravo, ovo je majka moderne fizike!

Za početak, vrijedi napomenuti da postoje 2 teorije relativnosti:

• Posebna teorija relativnosti (STR) – razmatra fizičke procese u jednoliko pokretnim objektima.
• Opća teorija relativnosti (OTR) - opisuje ubrzavanje objekata i objašnjava podrijetlo takvih pojava kao što su gravitacija i postojanje.

Jasno je da se STR pojavio ranije i da je u biti dio GTR-a. Razgovarajmo prvo o njoj.

OPD jednostavnim riječima

Teorija se temelji na načelu relativnosti, prema kojem su svi zakoni prirode isti s obzirom na tijela koja miruju i kreću se konstantnom brzinom. A iz tako naizgled jednostavne misli proizlazi da je brzina svjetlosti (300 000 m/s u vakuumu) jednaka za sva tijela.

Na primjer, zamislite da ste dobili svemirski brod iz daleke budućnosti koji može letjeti velikom brzinom. Na pramcu broda postavljen je laserski top koji može ispaljivati ​​fotone prema naprijed.

U odnosu na brod, takve čestice lete brzinom svjetlosti, ali u odnosu na promatrača koji miruje, čini se da bi trebale letjeti brže, jer se obje brzine zbrajaju.

Međutim, u stvarnosti se to ne događa! Vanjski promatrač vidi fotone kako putuju brzinom od 300 000 m/s, kao da je brzina svemirski brod nije im dodan.

Morate zapamtiti: u odnosu na bilo koje tijelo, brzina svjetlosti će biti konstantna vrijednost, bez obzira koliko se brzo kreće.

Iz toga slijede nevjerojatni zaključci poput dilatacije vremena, uzdužne kontrakcije i ovisnosti tjelesne težine o brzini. Više o najzanimljivijim posljedicama Posebne teorije relativnosti pročitajte u članku na poveznici ispod.

Suština opće relativnosti (GR)

Da bismo to bolje razumjeli, moramo ponovno spojiti dvije činjenice:

• Živimo u četverodimenzionalnom prostoru

Prostor i vrijeme su manifestacije istog entiteta koji se naziva "prostorno-vremenski kontinuum". Ovo je 4-dimenzionalni prostor-vrijeme s koordinatnim osima x, y, z i t.

Mi ljudi nismo u stanju jednako percipirati 4 dimenzije. U biti, mi vidimo samo projekcije pravog četverodimenzionalnog objekta na prostor i vrijeme.

Zanimljivo je da teorija relativnosti ne tvrdi da se tijela mijenjaju kada se kreću. 4-dimenzionalni objekti uvijek ostaju nepromijenjeni, ali s relativnim kretanjem njihove se projekcije mogu promijeniti. I to doživljavamo kao usporavanje vremena, smanjenje veličine itd.

• Sva tijela padaju konstantnom brzinom i ne ubrzavaju se

Napravimo zastrašujući misaoni eksperiment. Zamislite da se vozite u zatvorenom dizalu i da ste u bestežinskom stanju.

Ova situacija može nastati samo iz dva razloga: ili ste u svemiru ili slobodno padate zajedno s kabinom pod utjecajem zemljine gravitacije.

Bez pogleda iz kabine, apsolutno je nemoguće razlikovati ova dva slučaja. Samo što u jednom slučaju letite ravnomjerno, au drugom ubrzano. Morat ćete pogoditi!

Možda je i sam Albert Einstein razmišljao o imaginarnom dizalu, i imao je jednu nevjerojatnu misao: ako se ova dva slučaja ne mogu razlikovati, onda je i pad uslijed gravitacije jednoliko kretanje. Kretanje je jednostavno jednoliko u četverodimenzionalnom prostor-vremenu, ali u prisutnosti masivnih tijela (na primjer,) ono je zakrivljeno i jednoliko gibanje projicira se u naše uobičajeno trodimenzionalni prostor u obliku ubrzanog kretanja.

Pogledajmo još jedan jednostavniji, iako ne sasvim točan primjer zakrivljenosti dvodimenzionalnog prostora.

Možete zamisliti da svako masivno tijelo stvara nekakav oblikovani lijevak ispod sebe. Tada druga tijela koja lete pokraj njih neće moći nastaviti svoje pravocrtno kretanje i mijenjat će svoju putanju prema zavojima zakrivljenog prostora.

Usput, ako tijelo nema puno energije, tada se njegovo kretanje može pokazati zatvorenim.

Vrijedno je napomenuti da se s gledišta pokretnih tijela nastavljaju kretati pravocrtno, jer ne osjećaju ništa što ih tjera da se okreću. Upravo su završili u zakrivljenom prostoru i, a da toga nisu bili svjesni, imaju nelinearnu putanju.

Treba napomenuti da su 4 dimenzije zakrivljene, uključujući vrijeme, tako da ovu analogiju treba tretirati s oprezom.

Dakle, u opća teorija U teoriji relativnosti gravitacija uopće nije sila, već samo posljedica zakrivljenosti prostor-vremena. Na ovaj trenutak ova je teorija radna verzija podrijetla gravitacije i izvrsno se slaže s eksperimentima.

Iznenađujuće posljedice opće relativnosti

Svjetlosne zrake mogu se savijati kada lete blizu masivnih tijela. Doista, u svemiru su pronađeni udaljeni objekti koji se "skrivaju" iza drugih, ali se svjetlosne zrake savijaju oko njih, zahvaljujući čemu svjetlost dopire do nas.

Prema općoj teoriji relativnosti, što je gravitacija jača, to vrijeme sporije prolazi. Tu činjenicu treba uzeti u obzir pri radu s GPS-om i GLONASS-om jer su njihovi sateliti opremljeni najpreciznijim atomskim satovima koji otkucavaju nešto brže nego na Zemlji. Ako se ova činjenica ne uzme u obzir, tada će unutar jednog dana pogreška koordinate biti 10 km.

Zahvaljujući Albertu Einsteinu možete razumjeti gdje se u blizini nalazi knjižnica ili trgovina.

I na kraju, opća teorija relativnosti predviđa postojanje crnih rupa oko kojih je gravitacija toliko jaka da vrijeme jednostavno stane u blizini. Dakle, svjetlost koja padne u crnu rupu ne može je napustiti (reflektirati).

U središtu crne rupe, uslijed kolosalne gravitacijske kompresije, nastaje objekt beskonačno velike gustoće, a takav, čini se, ne može postojati.

Dakle, opća teorija relativnosti može dovesti do vrlo kontradiktornih zaključaka, za razliku od , zbog čega je većina fizičara nije u potpunosti prihvatila i nastavila je tražiti alternativu.

Ali ona uspijeva mnoge stvari uspješno predvidjeti, primjerice nedavne senzacionalno otkriće potvrdio teoriju relativnosti i natjerao me da se ponovno prisjetim velikog znanstvenika s obješenim jezikom. Ako volite znanost, čitajte WikiScience.

Znanost. Najveće teorije 1: Einstein. Teorija relativnosti.

Prostor je pitanje vremena.

Znanost. The Greatest Theories Broj 1, 2015 Tjedna publikacija

Po. iz španjolskog – M.: De Agostini, 2015. – 176 str.

© David Blanco Laserna, 2012. (tekst)

Ilustracije omogućio:

Age Fotostock, Album, Archivo RBA, Cordon Press, Corbis, M. Faraday Electricity, The Illustrated London News, Time.

Uvod

Einstein je živio u doba revolucija. U 19. stoljeću oglašavanje je osvojilo tisak, 1920-ih se etabliralo na radiju, a nekoliko desetljeća kasnije stiglo je i na televiziju. Čovjek se prvi put našao pred informacijskom katastrofom iu punoj visini susreo s njezinim snažnim udarnim valom. U kolektivnom sjećanju zauvijek ostaju likovi ljudi koji su se u tom povijesnom trenutku uzdigli na vrhuncu slave: Charlie Chaplin, Marilyn Monroe, Elvis Presley, Albert Einstein...

Može se reći da je Einstein do kraja života proglašen svetim kao svjetovni svetac. Nakon dva svjetska sukoba koji su legitimizirali kemijsko oružje i nuklearne napade, divljenje prema znanstveni napredak graničio s užasom. Lik rasejanog mudraca raščupane kose, koji je zagovarao razoružanje i propovijedao intelektualnu poniznost pred silama prirode, postao je za cijelu jednu razočaranu generaciju simbolom posljednje prilike da se oživi vjera u humanizam znanosti. Kada je Einstein dosegao zenit svoje slave, imao je 72 godine. Do tada su se mnoge njegove strasti ohladile, osim jedne - sna o pomirenju kvantna mehanika s teorijom relativnosti. Godine 1980. otvoren je pristup njegovoj privatnoj prepisci, a obožavatelji znanstvenika mogli su prepoznati svog idola kao obična osoba. Za neke je bilo pravo otkriće da nije nosio čarape, pušio lulu, svirao violinu i imao niz drugih aktivnosti i interesa nevezanih uz znanost.

U sjećanju mnogih Einstein je ostao uzoran građanin i pacifist, protivnik Prvog svjetskog rata, nacizma i makartizma, ali je osobni život ne bi se moglo nazvati uzornim.

Magazin Time proglasio je Einsteina čovjekom stoljeća, a teško da ga je moguće skinuti s tog pijedestala. Ovo mjesto znanstveniku pripada potpuno zasluženo - kao osobi koja za nas utjelovljuje jedno cijelo stoljeće. Za nas su Einstein oba svjetska rata, to je nuklearna gljiva gljiva Hirošime, to je progon i istrebljenje Židova, to je neumoljiv rast znanstveno znanje i njegov utjecaj na društvo, to je cionizam, paranoja senatora McCarthyja, zbirka aforizama, formula E = mc², san o svjetskom miru...

Einstein je pokušao zadržati svoj osobni prostor pisanjem autobiografije koja je sadržavala manje biografskih činjenica od bilo koje druge biografije ikada napisane u povijesti. Već na prvim stranicama stavio je političku izjavu, koja je potom nebrojeno puta citirana: “U životu osobe moga tipa najvažnije je ono što misli i kako misli, a ne ono što čini ili doživljava.” Ipak, malo je vjerojatno da će ovo upozorenje zaustaviti ljudsku znatiželju. Pokušat ćemo ući u vezu između životnih uspona i padova kroz koje je znanstvenik prolazio i njegovih nevjerojatnih znanstvenih spoznaja. Možda bi Einstein postigao iste rezultate da je otišao ravno na akademsku poziciju umjesto da radi osam sati dnevno u švicarskom uredu za patente. No sama po sebi, rekonstrukcija okolnosti u kojima je znanstvenik zapravo radio iznimno je fascinantna aktivnost koja navodi na određena razmišljanja.

Otkako se rodio, Einstein je bio izložen najnovijim tehnološkim dostignućima, od žarulja do raznih naprava koje je njegov otac koristio u svojoj tvornici. Ilustrirajući teoriju relativnosti, znanstvenik neprestano daje primjere koji nas upućuju na željeznicu i satnu mehaniku. Tijekom Einsteinova djetinjstva i mladosti Željeznička pruga postala nova vozilo. Brzina koju su vlakovi postizali bila je nezapamćena u to vrijeme. U Bernu je Einstein primijetio kako je sinkronizacija satova između gradova potaknula ionako žarku strast Švicaraca prema točnosti. Možda su upravo te okolnosti potaknule njegovu maštu i pridonijele nastanku teorije koja spaja vrijeme, nevjerojatne brzine i stalnu promjenu referentnog okvira. Kasnije su tajne gravitacije otkrivene uz pomoć još jednog izuma, koji je u Einsteinovo vrijeme bio na vrhuncu tehnološkog napretka: “Ono što moram sigurno znati”, uzviknuo je fizičar, “jest što se događa putnicima lift koji pada u prazno!"

U svojim prvim člancima, znanstvenik je pokazao besprijekorno majstorstvo statističke mehanike i iscrpio sve mogućnosti tradicionalne molekularne kinetičke teorije. Njegov je rad objasnio kretanje čestica prašine u snopu svjetlosti, Plava boja nebo i drhtaj peludi u čaši vode. Osim toga, dao je objašnjenje fenomena fotoelektričnog efekta koji je zaokupljao umove mnogih eksperimentalnih fizičara. Međutim, ono glavno čekalo ga je naprijed. Objavljivanjem njegova rada o specijalnoj teoriji relativnosti 1905. godine, otvara se današnja Einsteinova era sa svojom glavnom ostavštinom - novim načinom razmišljanja koji je postao otkriće i inspiracija za sljedeću generaciju fizičara. Sam znanstvenik opisao je ovaj prijelaz na sljedeći način: " Nova teorija je potrebno kada se, prvo, suočimo s novim fenomenima koje stare teorije ne mogu objasniti. Ali taj je razlog, recimo, banalan, nametnut izvana. Postoji još jedan razlog, ne manje važan. Leži u želji za jednostavnošću i objedinjavanjem premisa teorije unutar vlastitog okvira.” Slijedeći stope Euklida, koji je svu poznatu geometriju izveo iz nekoliko aksioma, Schnstein je proširio opseg svojih teorija na cijelu fiziku. Zapravo, opća teorija relativnosti, formulirana 1915. godine, postavila je temelje moderne astronomije. Na temelju jednostavnih hipoteza kao što su npr. konstantno brzine svjetlosti ili pretpostavke da se svi zakoni fizike jednako primjenjuju na sve promatrače bez obzira na njihovo relativno kretanje jedan prema drugome, Einstein je zauvijek promijenio naše razumijevanje vremena, prostora i gravitacije. Njegova znanstvena mašta uspjela je doseći takve granice od kojih i sama pomisao oduzima dah - od kvantne skale (10~15 m) do same granice vidljivog prostora (1026 m).

Sposobnost odvajanja žita od kukolja poseban je dar. Einstein je rođen s tim. Svatko tko se ikada mučio s rješavanjem problema iz fizike zna koliko teško može biti vinuti se iznad lanaca jednadžbi - poput toga kako nogometaš mora vidjeti ne samo središnjeg napadača kako mu se približava, već cijelo igralište odjednom. Postojala je izuzetna intuicija karakteristična značajka Einstein, a upravo je zahvaljujući njoj mogao unaprijed izračunati kretanje prirode, dok su se drugi izgubili u vanjskom kaosu eksperimentalnih rezultata. Ako nije bilo drugog izlaza, koristio se najsofisticiranijim matematičkim alatima, no ipak je njegov glavni talent bila sposobnost da odmah uđe u duboki dijalog sa stvarnošću, odakle je stvarao nešto poput uvida, koji su kasnije došli do izražaja kroz jezik logika.

Sjeme iz kojeg su niknule znanstvenikove dvije velike teorije, opća i posebna teorija relativnosti, bile su dvije mentalne slike koje su mu se pojavile u trenucima uvida. Prva je bila slika njega samoga, koji u tami juri za zrakom sunca i istovremeno se pita: što će se dogoditi kad ga sustignem? Druga je slika bila čovjek koji pada u ponor i pri padu gubi osjećaj vlastite težine. Postoji mišljenje da je najambiciozniji projekt velikog fizičara izgradnja konačna teorija, zbroj premisa iz kojih se mogu izvesti svi zakoni fizike, propao je upravo zato što za njega nije pronađena intuitivna slika koja bi mogla poslužiti kao zvijezda vodilja.

Einsteinov modus operandi (modus operandi) pridonio je činjenici da je njegova figura postala polemična: često su znanstvenikove pretpostavke bile desetljećima ispred svojih eksperimentalnih dokaza, ali nakon što je otkrio rješenje, sama kontradikcija se pretvorila u najbolju potvrdu njegove ispravnosti. Vijest objavljena 1919. da je putanja zvjezdanih zraka nagnuta blizu Sunca odmah je katapultirala fizičara na vrhunce slave.

SRT, TOE - ove kratice skrivaju poznati izraz "teorija relativnosti", koji je poznat gotovo svima. Jednostavnim rječnikom rečeno sve se može objasniti, čak i genijalna izjava, stoga ne očajavajte ako se ne sjećate školski tečaj fizike, jer zapravo je sve puno jednostavnije nego što se čini.

Podrijetlo teorije

Dakle, započnimo tečaj "Teorija relativnosti za glupane". Albert Einstein objavio je svoj rad 1905. godine i izazvao pomutnju među znanstvenicima. Ova je teorija gotovo u potpunosti pokrila mnoge praznine i nedosljednosti u fizici prošlog stoljeća, ali je, povrh svega, revolucionirala ideju prostora i vremena. Suvremenicima je bilo teško povjerovati u mnoge Einsteinove izjave, ali eksperimenti i istraživanja samo su potvrdili riječi velikog znanstvenika.

Einsteinova teorija relativnosti jednostavno je objasnila ono s čime su se ljudi stoljećima borili. Može se nazvati osnovom cijele moderne fizike. No, prije nastavka razgovora o teoriji relativnosti treba razjasniti pitanje termina. Sigurno su mnogi, čitajući popularne znanstvene članke, naišli na dvije kratice: STO i GTO. Zapravo, podrazumijevaju malo drugačije koncepte. Prva je specijalna teorija relativnosti, a druga je kratica za "opću relativnost".

Samo nešto komplicirano

STR je starija teorija, koja je kasnije postala dio GTR-a. Može uzeti u obzir samo fizičke procese za objekte koji se kreću ravnomjernom brzinom. Opća teorija može opisati što se događa s objektima koji se ubrzavaju, te također objasniti zašto postoje čestice gravitona i gravitacija.

Ako trebate opisati kretanje, a također i odnos prostora i vremena kada se približavate brzini svjetlosti, specijalna teorija relativnosti to može učiniti. Jednostavnim riječima to se može objasniti na sljedeći način: na primjer, prijatelji iz budućnosti dali su vam svemirski brod koji može letjeti velika brzina. Na nosu svemirskog broda nalazi se top koji može ispaljivati ​​fotone na sve što se nađe ispred.

Kad se ispali hitac, u odnosu na brod te čestice lete brzinom svjetlosti, ali bi, logično, stacionarni promatrač trebao vidjeti zbroj dviju brzina (samih fotona i broda). Ali ništa slično. Promatrač će vidjeti fotone kako se kreću brzinom od 300 000 m/s, kao da je brzina broda nula.

Stvar je u tome što bez obzira koliko se brzo objekt kreće, brzina svjetlosti za njega je konstantna vrijednost.

Ova izjava je temelj nevjerojatnih logičkih zaključaka kao što su usporavanje i iskrivljavanje vremena, ovisno o masi i brzini objekta. Na tome se temelje zapleti mnogih znanstvenofantastičnih filmova i TV serija.

Opća teorija relativnosti

Jednostavnim jezikom može se objasniti opsežnija opća relativnost. Za početak treba uzeti u obzir činjenicu da je naš prostor četverodimenzionalan. Vrijeme i prostor su ujedinjeni u takvom "subjektu" kao što je "prostorno-vremenski kontinuum". U našem prostoru postoje četiri koordinatne osi: x, y, z i t.

Ali ljudi ne mogu izravno percipirati četiri dimenzije, baš kao ni hipotetske stan čovjekživi u dvodimenzionalnom svijetu, ne može podići pogled. Zapravo, naš svijet je samo projekcija četverodimenzionalnog prostora u trodimenzionalni prostor.

Zanimljiva je činjenica da se, prema općoj teoriji relativnosti, tijela ne mijenjaju kada se kreću. Objekti četverodimenzionalnog svijeta zapravo su uvijek nepromijenjeni, a kada se kreću mijenjaju se samo njihove projekcije, što doživljavamo kao iskrivljenje vremena, smanjenje ili povećanje veličine i sl.

Eksperiment s dizalom

Teorija relativnosti može se jednostavno objasniti pomoću malog misaonog eksperimenta. Zamislite da ste u liftu. Kabina se počela pomicati, a vi ste se našli u bestežinskom stanju. Što se dogodilo? Mogu postojati dva razloga: ili je lift u prostoru ili je unutra slobodan pad pod utjecajem gravitacije planeta. Najzanimljivije je to što je nemoguće otkriti uzrok bestežinskog stanja ako se ne može pogledati iz kabine dizala, odnosno oba procesa izgledaju isto.

Možda je nakon provođenja sličnog misaonog eksperimenta Albert Einstein došao do zaključka da ako se ove dvije situacije ne mogu razlikovati jedna od druge, tada zapravo tijelo pod utjecajem gravitacije nije ubrzano, to je jednoliko gibanje koje je zakrivljeno pod utjecajem masivnog tijela (u ovom slučaju planeta). Dakle, ubrzano kretanje je samo projekcija jednoliko kretanje u trodimenzionalni prostor.

Dobar primjer

Još jedan dobar primjer na temu "Relativnost za glupane". Nije sasvim točno, ali je vrlo jednostavno i jasno. Ako stavite bilo koji predmet na rastegnutu tkaninu, on formira "udubljenje" ili "lijevak" ispod njega. Sva manja tijela bit će prisiljena iskriviti svoju putanju prema novom zavoju prostora, a ako tijelo ima malo energije, možda uopće neće prevladati ovaj lijevak. Međutim, sa stajališta samog pokretnog objekta, putanja ostaje ravna, oni neće osjetiti savijanje prostora.

Gravitacija "degradirana"

Pojavom opće teorije relativnosti, gravitacija je prestala biti sila i sada je zadovoljna jednostavnom posljedicom zakrivljenosti vremena i prostora. Opća teorija relativnosti može se činiti fantastičnom, ali ona je radna verzija i potvrđena je eksperimentima.

Teorija relativnosti može objasniti mnoge naizgled nevjerojatne stvari u našem svijetu. Jednostavno rečeno, takve se stvari nazivaju posljedicama opće relativnosti. Na primjer, zrake svjetlosti koje lete blizu masivnih tijela su savijene. Štoviše, mnogi objekti iz dubokog svemira skriveni su jedni iza drugih, ali zbog činjenice da se zrake svjetlosti savijaju oko drugih tijela, naizgled nevidljivi objekti dostupni su našem oku (točnije oku teleskopa). To je kao gledanje kroz zidove.

Što je veća gravitacija, vrijeme sporije teče na površini objekta. Ovo se ne odnosi samo na masivna tijela poput neutronske zvijezde ili crne rupe. Učinak dilatacije vremena može se primijetiti čak i na Zemlji. Na primjer, uređaji za satelitsku navigaciju opremljeni su vrlo preciznim atomskim satovima. Nalaze se u orbiti našeg planeta i tamo vrijeme malo brže kuca. Stotinke sekunde u danu će dati brojku koja će dati do 10 km pogreške u izračunima ruta na Zemlji. Teorija relativnosti nam omogućuje izračunavanje ove pogreške.

Jednostavnim rječnikom, možemo to reći ovako: GTR je u pozadini mnogih moderne tehnologije, a zahvaljujući Einsteinu lako možemo pronaći pizzeriju i knjižnicu u nepoznatom kraju.

Revolucionarni fizičar upotrijebio je svoju maštu umjesto složene matematike kako bi došao do svoje najpoznatije i najelegantnije jednadžbe. Einstein je poznat po predviđanju čudnih, ali istinitih pojava, kao što su astronauti u svemiru koji stare sporije od ljudi na Zemlji i oblici čvrstih tijela koji se mijenjaju velikom brzinom.

Ali ono što je zanimljivo je da ako uzmete kopiju Einsteinovog originalnog rada iz 1905. o relativnosti, prilično ga je lako dešifrirati. Tekst je jednostavan i jasan, a jednadžbe su većinom algebarske - može ih razumjeti svaki srednjoškolac.

To je zato što složena matematika nikada nije bila Einsteinova jača strana. Volio je razmišljati vizualno, izvoditi eksperimente u svojoj mašti i razmišljati kroz njih sve dok fizičke ideje i principi nisu postali kristalno jasni.

Ovdje su započeli Einsteinovi misaoni eksperimenti kada je imao samo 16 godina i kako su ga na kraju doveli do najrevolucionarnije jednadžbe u modernoj fizici.

Do tog trenutka u Einsteinovu životu, njegov slabo prikriveni prijezir prema njemačkim korijenima i autoritarnim metodama obrazovanja u Njemačkoj već su igrali ulogu, pa je izbačen iz Srednja škola, pa se preselio u Zürich u nadi da će upisati Švicarski federalni institut za tehnologiju (ETH).

Ali prvo je Einstein odlučio provesti godinu dana priprema u školi u susjednom gradu Aarau. U tom se trenutku ubrzo zatekao kako se pita kako bi bilo trčati pored snopa svjetla.

Einstein je već na satu fizike naučio što je zraka svjetlosti: skup oscilirajućih električnih i magnetskih polja koja se kreću brzinom od 300 000 kilometara u sekundi, što je izmjerena brzina svjetlosti. Ako bi trčao u blizini istom brzinom, Einstein je shvatio, mogao bi vidjeti mnoga oscilirajuća električna i magnetska polja pored sebe, kao da su zamrznuta u svemiru.

Ali ovo je bilo nemoguće. Prvo, stacionarna polja narušio bi Maxwellove jednadžbe, matematički zakoni, koji je sadržavao sve što su fizičari znali o elektricitetu, magnetizmu i svjetlosti. Ti su zakoni bili (i još uvijek jesu) prilično strogi: svi valovi u tim poljima moraju putovati brzinom svjetlosti i ne smiju stajati, bez iznimaka.

Što je još gore, stacionarna polja nisu odgovarala principu relativnosti, koji je bio poznat fizičarima još od vremena Galilea i Newtona u 17. stoljeću. U biti, načelo relativnosti kaže da zakoni fizike ne mogu ovisiti o tome koliko se brzo krećete: možete mjeriti samo brzinu jednog objekta u odnosu na drugi.

Ali kada je Einstein primijenio ovo načelo na svoj misaoni eksperiment, pojavila se kontradikcija: relativnost je nalagala da sve što može vidjeti dok se kreće blizu snopa svjetlosti, uključujući stacionarna polja, mora biti nešto svjetovno što fizičari mogu stvoriti u laboratoriju. Ali to nitko nikada nije primijetio.

Ovaj će problem proganjati Einsteina još 10 godina, dok je studirao i radio na ETH i preselio se u švicarski glavni grad Bern, gdje će postati ispitivač u švicarskom patentnom uredu. Tamo će jednom zauvijek razriješiti paradoks.

1904: Mjerenje svjetla iz vlaka u pokretu

Nije bilo lako. Einstein je isprobao svako rješenje koje mu je palo na pamet, ali ništa nije uspjelo. Gotovo u očaju počeo je razmišljati o jednostavnom, ali radikalnom rješenju. Možda Maxwellove jednadžbe rade za sve, pomislio je, ali brzina svjetlosti uvijek je bila konstantna.

Drugim riječima, kada vidite snop svjetlosti kako proleti, nije važno kreće li se njegov izvor prema vama, dalje od vas, od vas ili bilo gdje drugdje, i nije važno koliko je brz njegov izvor kreće se. Brzina svjetlosti koju mjerite uvijek će biti 300 000 kilometara u sekundi. Između ostalog, to je značilo da Einstein nikada neće vidjeti stacionarna oscilirajuća polja, budući da nikada neće moći uhvatiti snop svjetlosti.

To je bio jedini način na koji je Einstein vidio da pomiri Maxwellove jednadžbe s načelom relativnosti. Na prvi pogled, međutim, ovo je rješenje imalo svoju kobnu manu. Kasnije je to objasnio drugim misaonim eksperimentom: zamislite zraku koja je ispaljena duž željezničkog nasipa dok vlak prolazi u istom smjeru brzinom od, recimo, 3000 kilometara u sekundi.

Netko tko bi stajao u blizini nasipa morao bi izmjeriti brzinu svjetlosnog snopa i dobiti standardni broj od 300.000 kilometara u sekundi. Ali netko u vlaku će vidjeti svjetlost koja se kreće brzinom od 297.000 kilometara u sekundi. Ako brzina svjetlosti nije konstantna, Maxwellova jednadžba unutar kočije trebala bi izgledati drugačije, zaključio je Einstein, i tada bi se narušilo načelo relativnosti.

Ova prividna kontradikcija natjerala je Einsteina da zastane gotovo godinu dana. Ali onda, jednog lijepog jutra u svibnju 1905. godine, hodao je na posao sa svojom najbolji prijatelj Michel Besso, inženjer kojeg je poznavao studentskih godina u Zürichu. Dvojica muškaraca razgovarala su o Einsteinovoj dilemi, kao i uvijek. I odjednom je Einstein vidio rješenje. Radio je na tome cijelu noć, a kad su se sljedećeg jutra sreli, Einstein je rekao Bessu: “Hvala. Potpuno sam riješio problem."

Svibanj 1905.: Munja udara u vlak u pokretu

Einsteinovo otkriće bilo je da promatrači u relativnom kretanju percipiraju vrijeme različito: sasvim je moguće da se dva događaja dogode istovremeno sa stajališta jednog promatrača, ali u drugačije vrijeme s gledišta drugoga. I oba će promatrača biti u pravu.

Einstein je kasnije ilustrirao svoje mišljenje drugim misaonim eksperimentom. Zamislite da promatrač opet stoji pokraj pruge i pokraj njega juri vlak. U trenutku kada središnja točka vlaka prođe pokraj promatrača, munje pogađaju svaki kraj vlaka. Budući da munje udaraju na istoj udaljenosti od promatrača, njihova svjetlost istovremeno ulazi u njegove oči. Bilo bi pošteno reći da munja udara istovremeno.

U međuvremenu, drugi promatrač sjedi točno u sredini vlaka. S njegove točke gledišta, svjetlost od dva udara munje putuje istom udaljenosti i brzina svjetlosti će biti ista u bilo kojem smjeru. Ali budući da se vlak kreće, svjetlo koje dolazi od stražnje munje mora proći dulja udaljenost, stoga dospijeva do promatrača nekoliko trenutaka kasnije od svjetlosti s početka. Budući da svjetlosni impulsi stižu u različito vrijeme, možemo zaključiti da udari munje nisu istodobni – jedan se događa brže.

Einstein je shvatio da je upravo ta simultanost relativna. I kada to prihvatite, čudni učinci koje sada povezujemo s relativnošću rješavaju se pomoću jednostavne algebre.

Einstein je grozničavo zapisivao svoje misli i predavao svoj rad za objavljivanje. Naslov je bio “O elektrodinamici pokretnih tijela” i odražavao je Einsteinov pokušaj povezivanja Maxwellovih jednadžbi s načelom relativnosti. Besso je dobio posebnu zahvalu.

rujna 1905.: masa i energija

Ovaj prvi rad, međutim, nije bio i posljednji. Einstein je bio opsjednut relativnošću sve do ljeta 1905., au rujnu je predao drugi rad za objavljivanje, ovaj put retrospektivno.

Temeljio se na drugom misaonom eksperimentu. Zamislite objekt koji miruje, rekao je. Sada zamislite da istovremeno emitira dva identična pulsa svjetlosti u suprotnim smjerovima. Predmet će ostati na mjestu, ali budući da svaki puls odnosi određenu količinu energije, energija sadržana u predmetu će se smanjiti.

Sada, napisao je Einstein, kako bi ovaj proces izgledao promatraču u pokretu? S njegove točke gledišta, objekt će se jednostavno nastaviti kretati u ravnoj liniji dok dva pulsa odlete. Ali čak i ako brzina dvaju impulsa ostane ista - brzina svjetlosti - njihove će energije biti različite. Impuls koji se kreće naprijed u smjeru kretanja imat će veću energiju od onog koji se kreće u suprotnom smjeru.

Dodavši malo algebre, Einstein je pokazao da, da bi ovo bilo dosljedno, objekt ne samo da mora izgubiti energiju kada šalje svjetlosne impulse, već i masu. Ili bi masa i energija trebale biti međusobno zamjenjive. Einstein je zapisao jednadžbu koja ih povezuje. I postala je najpoznatija jednadžba u povijesti znanosti: E = mc 2.

Posebna teorija relativnosti (STR).

SRT se temelji na dva principa ili postulata koji ne objašnjavaju zašto bi se stvari trebale dogoditi ovako, a ne drugačije. Međutim, teorija izgrađena na njihovom prihvaćanju omogućuje točan opis događaja koji se događaju u svijetu.

Svi fizikalni zakoni moraju izgledati isto u svim inercijskim referentnim okvirima.

Brzina svjetlosti u vakuumu se ne mijenja kada se promijeni stanje gibanja izvora svjetlosti.

Posljedice koje slijede iz prvog načela:

• · Ne samo zakoni mehaničko kretanje, kao što je bio slučaj u klasičnoj mehanici, ali i zakonima drugih fizičke pojave moraju izgledati ili se manifestirati isto u svim inercijalnim referentnim okvirima.
• · Svi inercijski sustavi brojevi su jednaki. Stoga ne postoji preferirani referentni okvir, bila to Zemlja ili eter.

Koncept etera kao apsolutnog referentnog sustava lišen je fizičkog značenja.

Posljedice koje proizlaze iz drugog načela:

• · U svijetu ne postoji beskonačno velika brzina širenja fizičke interakcije.
• · U fizičkom svijetu, interakcija se ne događa trenutno pri brzinama većim od brzine svjetlosti.

Posljedice koje zajedno proizlaze iz dva principa SRT-a:

• · U svijetu ne postoje istodobni događaji.
• · Nemoguće je prostor i vrijeme smatrati svojstvima fizičkog svijeta neovisnima jedno o drugom.

Lorentzove transformacije imaju fizičko značenje. Ružavin G.I. Koncepti moderna prirodna znanost: udžbenik za sveučilišta. - M.: Kultura i sport, UNITY, 2006.

Dokaz povezanosti prostora i vremena može se ilustrirati sljedećim primjerom, pri čemu treba imati na umu da se prema SRT svjetlost širi jednakom brzinom u svim inercijskim referentnim okvirima. Pretpostavimo da postoje dva inercijalna referentna sustava koji su ravnopravni u opisivanju fizičkih događaja, odnosno svaki daje objektivne opise: osoba koja stoji na željezničkom peronu (redar) i putnik vlaka koji se kreće istom brzinom relativno do platforme i stacionarnog čuvara. Iznad putnikove glave nalazi se električna žarulja koja bljesne u trenutku kada se putnik koji sjedi na prozoru vagona i domar koji stoji na peronu nađu točno jedan nasuprot drugog u kretanju vlaka. Klasična mehanika daje sljedeći opis ovaj događaj.

Vrijeme ima apsolutno značenje, dakle ne ovisi o prostornom kretanju događaja. Domar stoji, putnik se kreće, ali ritam vremena im je isti. STO daje drugo rješenje:

Za putnika u vagonu, svjetlost će doprijeti do obje stijenke vagona u isto vrijeme, budući da će u svim inercijalnim referentnim sustavima svjetlost putovati u svim smjerovima istom brzinom.

Domar će imati drugačije gledište. Reći će da će svjetlo prije stići do stražnjeg zida (ono se kreće prema svjetlu dok vlak napreduje) nego do prednjeg zida vagona, budući da ga sustiže dok vlak napreduje.

Nadalje, ako unaprijed postavite isto vrijeme na satovima čuvara i putnika vlaka, tada za šef stanice sat na stražnjem zidu kočije će pokazivati ​​različito vrijeme od vremena na satu na prednjem zidu. Oni će pokazati da svjetlost dopire do stražnjeg zida prije prednjeg zida. Posljedično, neki satovi idu brže, drugi sporije. Dakle, prostor i vrijeme, prema SRT-u, međusobno su povezani i nisu apsolutni, kao što je bio slučaj s Galilejem i Newtonom, već relativni: brzina sata ovisi o njegovom položaju u prostoru, položaj njegova položaja u prostoru utječe na brzina sata.

Nedostaci benzinskih postaja:

U tome govorimo o samo o inercijalnim referentnim sustavima. Ali većina referentnih sustava postoji stvaran život neinercijalni (ubrzanje i brzina se mijenjaju s vremenom).

Ne uzima u obzir utjecaj gravitacijske sile na svjetlost.Potraga za otklanjanjem ovih nedostataka STR dovela je do stvaranja GTR.

Opća teorija relativnosti (OTR).

Opća teorija relativnosti temelji se na dva principa ili postulata:

• · Načelo relativnosti.
• · Načelo ekvivalencije mase teškog i inertnog tijela.

Prvo načelo kaže da bi zakoni fizike trebali imati isti oblik ne samo u inercijalnim okvirima, već iu neinercijalnim referentnim okvirima, tj. inercijski referentni okviri ne bi se trebali smatrati privilegiranim referentnim okvirima, kao što je to činila klasična mehanika. . Analizirajući neinercijalne referentne sustave koji se gibaju istom akceleracijom, Einstein je došao do neočekivanog zaključka da u tim sustavima nastaje pojava slična pojavi gravitacije u jednoličnom gravitacijskom polju. Homogeno gravitacijsko polje je neka vrsta apstrakcije ili idealizacije. U ovom polju gravitacijska sila ima istu veličinu u svim svojim smjerovima iu svakoj točki. Uzimajući u obzir tu sličnost, A. Einstein je došao do zaključka da se gravitacija može stvoriti ili uništiti prijelazom na referentni sustav koji se kreće ubrzano. Na primjer, ako je osoba u dizalu bez prozora izvan sile gravitacije, tada će biti u bestežinskom stanju. Svi predmeti koji ga okružuju i on sam neće biti privučeni podom dizala. Ako mentalno povučete dizalo pomoću užeta brzinom jednakom ubrzanju slobodnog pada na Zemlji, tada će ta osoba osjetiti učinke gravitacijske sile, koja će biti slična gravitacijskoj sili u jednoličnom gravitacijskom polju, gdje u svakoj točki akceleracija slobodnog pada tijela ima istu veličinu. Zapravo iz vanjski sustav računajući, ispravno je reći da se dizalo, njegov kat, kreće prema osobi i predmetima u njemu.

Načelo ekvivalencije teške i inertne mase. Ovo načelo sadrži odgovor na pitanje koje si je postavio Einstein: o čemu ovisi djelovanje gravitacije, kako se ono određuje? U Newtonovoj fizici, gravitacija ovisi isključivo o masi tijela. Iz zakona slobodnog pada tijela, koji je otkrio Galileo, proizlazi da između teške i inertne mase tijela postoji proporcionalna ovisnost, što nam omogućuje da pretpostavimo da nema značajne razlike između ovih tjelesnih masa kada govorimo o djelovanju sile teže.

Budući da sva toplina pada s istom akceleracijom bez obzira na njihovu težinu, to sugerira da je inercijalna masa tijela proporcionalna njihovoj gravitacijskoj masi. Stav Mi ? mi (gdje je mi inercijalna masa bilo kojeg tijela, Mi je gravitacijska masa istog tijela) tijekom slobodnog pada tijela ostaje konstantna za sve temperature, bez obzira na njihovu stvarnu fizičku prirodu (od drveta ili metala itd.). Godine 1890. mađarski fizičar Eötvös eksperimentalno je dokazao valjanost pretpostavke Galileo-Newtonove fizike o proporcionalnosti inercijske i gravitacijske mase tijela. Za Newtona je taj omjer bio manji od 10-8 (M1,/m1< 10-8). В дальнейшем эта величина оказалась еще меньше, что позволяет говорить о равенстве, эквивалентности этих масс тела.

Analizirajući fizičko značenje proporcionalne korespondencije između inercijske i teške mase tijela, kao i prirodu sličnosti djelovanja gravitacijske sile s pojavom koja nastaje u neinercijskom referentnom sustavu koji se kreće konstantnom akceleracijom, Einstein je došao do zaključka da gravitacijska sila ne ovisi o masi tijela. Naravno, postavilo se pitanje: o čemu to ovisi? Einstein je na to pitanje dao sljedeći odgovor: s teorijske točke gledišta, postoji osnova za tvrdnju da je sila gravitacije ekvivalentna zakrivljenosti prostora i da je zakrivljenost prostora ekvivalentna djelovanju gravitacije. Ovim rješenjem sila tromosti, koja se u Newtonovoj fizici smatrala nestvarnom silom, dobiva stvarni status. Na primjer, kada se vlak kreće, putnici promatraju vidljivo kretanje objekata izvan vlaka u suprotnom smjeru. Einsteinova teorija daje stvarno značenje ovoj sili. Pretpostavimo da postoji dizalo koje je pričvršćeno za uže na takav način da na objekte koji se nalaze u njemu ne djeluje sila gravitacije. Tada će se objekti nalaziti na istoj liniji u odnosu na pod dizala. U trenutku kada je uže prerezano, nastat će inercijalna sila, koja će nastojati zadržati početni položaj svakog predmeta u dizalu. Budući da je gravitacijska sila usmjerena prema središtu Zemlje, smjer inercijske sile za svaki objekt dizala neće biti isti, već će ovisiti o njegovoj udaljenosti od središta dizala. Za neke objekte bit će usmjerena prema gore, gdje će sila gravitacije biti okomita na središte Zemlje. Na drugim mjestima u dizalu, smjer inercijske sile bit će pod određenim kutom u odnosu na smjer gravitacijske sile. Kao rezultat toga, prostor unutar padajućeg dizala bit će zakrivljen. Za promatrača izvan dizala, predmeti se neće nalaziti na ravnoj vodoravnoj liniji paralelnoj s podom, već na zakrivljenoj liniji. Svjetlost se u takvom prostoru neće širiti pravocrtno, kako zahtijeva SRT, već duž zakrivljene linije.

Posljedice opće relativnosti.

Svjetlost u zakrivljenom prostor-vremenu ne može se širiti istom brzinom, kao što zahtijeva SRT. U blizini izvora gravitacije širi se sporije nego daleko od njega.

Brzina sata usporava kako se približava izvoru gravitacije.

U strukturi prostor - vrijeme - energija (materija, polje, zračenje) moguće su formacije, strukture, gdje je gravitacijska sila, predstavljena odgovarajućom vrijednošću tenzora zakrivljenosti, toliko jaka da energija ne može pobjeći iz te strukture, poput vrsta “crne rupe” u obliku svjetlosti, polja i materije. Einsteinova jednadžba gravitacije uključuje tenzor "energije-momenta" od 10 komponenti za opisivanje ubrzanja tijela u pokretnom mediju. Dodavanje ovom tenzoru informacija (komponenti) o silama koje djeluju u samom pokretnom mediju, gdje se tijelo nalazi, daje sustav jednadžbi za opisivanje evolucijski procesi u Svemiru.

Stvorivši opću teoriju relativnosti, A. Einstein je ukazao na tri fenomena, čija su objašnjenja njegovom teorijom i Newtonovom teorijom dala različite rezultate: rotacija ravnine Merkurove orbite, skretanje svjetlosnih zraka koje prolaze blizu Sunca i crveni pomak. spektralnih linija svjetlosti emitiranih s površine masivnih tijela. Učinak rotacije ravnine Merkurove orbite otkrio je astronom Leverrier (1811.-1877.). Newtonova teorija nije dala objašnjenje za ovaj fenomen. Govorimo o rotaciji ravnine Merkurove orbite oko velike osi elipse po kojoj se Merkur kreće oko Sunca.

Prema općoj teoriji relativnosti A. Einsteina, planeti se nakon pune revolucije oko Sunca ne mogu vratiti na isto mjesto, već se pomiču malo naprijed, a njihove se orbite polagano okreću u svojoj ravnini. Taj je učinak predvidio A. Einstein. Provjera izračuna točno se poklopila s predviđanjima opće relativnosti. Koncepti suvremene prirodne znanosti: udžbenik za studente / ur. V.N. Lavrinenko, V.P. Ratnikova. - 4. izdanje, revidirano. i dodatni - M.: UNITY-DANA, 2008.

Ideja o stvaranju teorije mjernih polja usko je povezana s razvojem teorije opće relativnosti. Njemački matematičar G. Weyl (1862-1943) u svom djelu “Prostor, vrijeme i materija” (1918) formulirao je princip prema kojem fizikalni zakoni moraju biti invarijantni (imati isti izgled) u vezi s promjenama mjernih skala u sustavima prostor-vrijeme-materija. Transformacija ili promjena mjernih ljestvica može biti ili homogena ili nehomogena od jedne točke do druge u prostorno-vremenskim strukturama.

Nehomogene transformacije nazivamo baždarnim transformacijama. U općoj teoriji relativnosti, duljina i vremenska skala ne ovise o lokaciji, vremenu i stanju gibanja promatrača. G. Weylova teorija dopušta samo promjene vremenskih skala u prostorno-vremenskim strukturama.

Zakrivljeni prostor se može zamisliti na sljedeći način. Ako razvučete tanki komad gume i stavite težak predmet u njegovu sredinu, guma ispod će se uleknuti. Ako sada kotrljate malu lopticu duž ovog preklopa, ona će biti povučena prema udubljenju. Ako je udubljenje duboko, tada će se lopta okretati oko predmeta koji je formirao udubljenje.

Prvi fizičar koji je s oduševljenjem prihvatio otkriće elementarnog kvanta djelovanja i kreativno ga razvio bio je A. Einstein. Godine 1905. prenio je briljantnu ideju kvantizirane apsorpcije i oslobađanja energije tijekom toplinskog zračenja na zračenje općenito i time potkrijepio novu doktrinu svjetlosti. Ako je M. Planck (1900.) kvantizirao samo energiju materijalnog oscilatora, tada je Einstein uveo ideju o diskretnoj, kvantnoj strukturi samog svjetlosnog zračenja, smatrajući potonje protokom svjetlosnih kvanta, odnosno fotona (fotonska teorija svjetlo). Tako je Einstein zaslužan za teoretsko otkriće fotona kojeg je 1922. eksperimentalno otkrio A. Compton.

Ideja o svjetlosti kao struji brzo pokretnih kvanta bila je iznimno hrabra, gotovo odvažna, i malo tko je u početku vjerovao u njezinu ispravnost. Prije svega, sam M. Planck nije se slagao s proširenjem kvantne hipoteze na kvantnu teoriju svjetlosti, pozivajući svoju kvantnu formulu samo na zakone koje je smatrao toplinsko zračenje crno tijelo.

A. Einstein je sugerirao da govorimo o prirodnom zakonu univerzalne prirode. Ne osvrćući se na prevladavajuća stajališta u optici, primijenio je Planckovu hipotezu na svjetlost i došao do zaključka da treba prepoznati korpuskularnu strukturu svjetlosti. Koncepti suvremene prirodne znanosti: udžbenik za studente / ur. V.N. Lavrinenko, V.P. Ratnikova. - 4. izdanje, revidirano. i dodatni - M.: UNITY-DANA, 2008.

Kvantna teorija svjetlosti, ili teorija fotona, A. Einsteina tvrdila je da je svjetlost valni fenomen koji se neprestano širi u prostoru. A pritom je svjetlosna energija, da bi bila fizički učinkovita, koncentrirana samo na određenim mjestima, pa svjetlost ima isprekidanu strukturu. Svjetlost se može smatrati strujom nedjeljivih energetskih zrnaca, kvanta svjetlosti ili fotona. Njihova energija određena je elementarnim kvantom Planckovog djelovanja i odgovarajućim brojem titraja. Svjetlost različitih boja sastoji se od svjetlosnih kvanta različitih energija.

Einsteinova ideja o svjetlosnim kvantima pomogla je razumjeti i vizualizirati fenomen fotoelektričnog efekta, čija je bit izbijanje elektrona iz tvari pod utjecajem Elektromagnetski valovi. Eksperimenti su pokazali da prisutnost ili odsutnost fotoelektričnog efekta nije određena intenzitetom upadnog vala, već njegovom frekvencijom. Ako pretpostavimo da svaki elektron izbaci jedan foton, tada postaje jasno sljedeće: učinak se događa samo ako je energija fotona, a time i njegova frekvencija, dovoljno visoka da nadvladaju sile vezivanja između elektrona i materije. .

Ispravnost ove interpretacije fotoelektričnog efekta (za ovaj rad Einstein je 1922. Nobelova nagrada u fizici) 10 godina kasnije potvrđeno je u eksperimentima američkog fizičara R.E. Millikan (1868. - 1953.). Otkrio ga je 1923. američki fizičar A.H. Compton (1892. - 1962.) fenomen (Comptonov efekt), koji se opaža kada se atomi sa slobodnim elektronima izlože vrlo jakim X-zrakama, ponovno je i konačno potvrdio kvantnu teoriju svjetlosti. Ova je teorija jedna od najviše eksperimentalno potvrđenih fizikalne teorije. Ali valna priroda svjetlosti već je bila čvrsto utvrđena eksperimentima o interferenciji i difrakciji.

Nastala je paradoksalna situacija: otkriveno je da se svjetlost ne ponaša samo kao val, već i kao tok korpuskula. U pokusima difrakcije i interferencije, svoj valna svojstva, a s fotoelektričnim efektom - korpuskularni. U ovom slučaju pokazalo se da je foton vrlo posebna vrsta korpuskule. Glavna karakteristika njegove diskretnosti - njegov inherentni dio energije - izračunata je kroz čisto valnu karakteristiku - frekvenciju.

Kao i sva velika prirodoznanstvena otkrića, nova doktrina svjetlosti imala je temeljno teoretsko i epistemološko značenje. Staro stajalište o kontinuitetu prirodnih procesa, koje je M. Planck temeljito poljuljao, Einstein je isključio iz mnogo šireg područja fizikalnih pojava.

Moderna relativistička kozmologija gradi modele Svemira polazeći od osnovne jednadžbe gravitacije koju je A. Einstein uveo u Opću teoriju relativnosti (OTR). Likhin A.F. Pojmovi moderne prirodne znanosti: udžbenik. - M.: TK Welby, Izdavačka kuća Prospekt, 2006.

Osnovna jednadžba opće relativnosti povezuje geometriju prostora (točnije metrički tenzor) s gustoćom i raspodjelom materije u prostoru. Po prvi put u znanosti svemir se pojavio kao fizički objekt. Teorija uključuje njegove parametre: masu, gustoću, veličinu, temperaturu.

Einsteinova jednadžba gravitacije nema jedno, već mnogo rješenja, što objašnjava postojanje mnogih kozmoloških modela Svemira. Prvi model razvio je A. Einstein 1917. Odbacio je postavke Newtonove kozmologije o apsolutnosti i beskonačnosti prostora. U skladu s kozmološkim modelom Svemira A. Einsteina svjetski prostor homogena i izotropna, materija je u njoj u prosjeku ravnomjerno raspoređena, gravitacijsko privlačenje masa kompenzira se univerzalnim kozmološkim odbijanjem. A. Einsteinov model je stacionaran u prirodi, budući da se metrika prostora smatra neovisnom o vremenu. Postojanje Svemira je beskonačno, tj. nema početka ni kraja, a prostor je neograničen, ali konačan.

Svemir u kozmološki model A. Einstein je stacionaran, beskonačan u vremenu i neograničen u prostoru.

Ovaj se model u to vrijeme činio sasvim zadovoljavajućim, jer se svima slagao poznate činjenice. Ali nove ideje koje je iznio A. Einstein potaknule su daljnja istraživanja i ubrzo se pristup problemu odlučno promijenio.

Iste 1917. nizozemski astronom W. de Sitter (1872-1934) predložio je još jedan model, koji je također bio rješenje gravitacijskih jednadžbi. Ovo rješenje je imalo svojstvo da bi postojalo čak i kada bi postojao "prazan" Svemir, bez materije. Ako su se mase pojavile u takvom Svemiru, tada je rješenje prestalo biti stacionarno: pojavila se vrsta kozmičkog odbijanja između masa, koja ih je težila udaljavati jedne od drugih. Tendencija širenja, prema W. de Sitteru, postala je uočljiva tek na vrlo velikim udaljenostima.

Godine 1922. ruski matematičar i geofizičar A.A. Friedman (1888. - 1925.) odbacio je postulat klasične kozmologije o stacionarnosti Svemira i dobio rješenje jednadžbi A. Einsteina, koje opisuje Svemir sa prostorom koji se "širi".

einsteinova relativnost kvantna gravitacija