सापेक्षता का सिद्धांत - यह क्या है? सापेक्षता के सिद्धांत का अनुकरण। सापेक्षता के सिद्धांत में समय और स्थान

20 वीं शताब्दी की शुरुआत में, इसे तैयार किया गया थासापेक्षता के सिद्धांत। यह क्या है और इसका निर्माता कौन है, आज हर स्कूली बच्चा जानता है। यह इतना आकर्षक है कि विज्ञान से दूर लोग भी इसमें रुचि रखते हैं। यह लेख एक सुलभ भाषा में सापेक्षता के सिद्धांत का वर्णन करता है: यह क्या है, इसके पद और अनुप्रयोग क्या हैं।

वे कहते हैं कि इसके निर्माता अल्बर्ट आइंस्टीन को,एक पल में अंतर्दृष्टि आ गई। वैज्ञानिक को बर्न, स्विट्जरलैंड में ट्राम की सवारी लग रही थी। उसने सड़क की घड़ी को देखा और अचानक महसूस किया कि यदि ट्राम प्रकाश की गति को तेज कर देती है तो यह घड़ी बंद हो जाएगी। इस मामले में, कोई समय नहीं होगा। समय सापेक्षता के सिद्धांत में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। आइंस्टीन द्वारा तैयार किए गए पदों में से एक यह है कि विभिन्न पर्यवेक्षक वास्तविकता को अलग तरह से समझते हैं। यह विशेष रूप से समय और दूरी पर लागू होता है।

पर्यवेक्षक की स्थिति को ध्यान में रखते हुए

उस दिन, अल्बर्ट ने महसूस किया कि, भाषा मेंविज्ञान, किसी भी भौतिक घटना या घटना का वर्णन इस बात पर निर्भर करता है कि पर्यवेक्षक किस फ्रेम के संदर्भ में है। उदाहरण के लिए, यदि ट्राम पर कोई यात्री अपना चश्मा गिराता है, तो वे उसके संबंध में लंबवत रूप से नीचे की ओर गिरेंगे। यदि आप सड़क पर पैदल चलने वाले व्यक्ति की स्थिति को देखते हैं, तो उनके गिरने का निशान एक परबोला के अनुरूप होगा, क्योंकि ट्राम घूम रहा है और उसी समय बिंदु गिर रहे हैं। इस प्रकार, हर किसी के पास संदर्भ का अपना फ्रेम है। हम अधिक विस्तार से विचार करने का प्रस्ताव करते हैं सापेक्षता के सिद्धांत के मूल आसनों।

वितरित गति कानून और सापेक्षता का सिद्धांत

इस तथ्य के बावजूद कि जब संदर्भ के फ्रेम बदलते हैंघटनाओं के विवरण बदलते हैं, सार्वभौमिक चीजें हैं जो अपरिवर्तित रहती हैं। इसे समझने के लिए, किसी व्यक्ति को चश्मे के गिरने के बारे में नहीं, बल्कि प्रकृति के नियम से यह सवाल पूछना चाहिए कि क्या यह गिरावट का कारण बनता है। किसी भी पर्यवेक्षक के लिए, चाहे वह एक चलती या स्थिर समन्वय प्रणाली में हो, इसका उत्तर अपरिवर्तित रहता है। इस कानून को वितरित यातायात का कानून कहा जाता है। यह ट्राम और सड़क दोनों पर समान काम करता है। दूसरे शब्दों में, यदि घटनाओं का वर्णन हमेशा इस बात पर निर्भर करता है कि कौन उन्हें देख रहा है, तो यह प्रकृति के नियमों पर लागू नहीं होता है। वे हैं, जैसा कि वैज्ञानिक भाषा में खुद को व्यक्त करने के लिए प्रथागत है, अपरिवर्तनीय। यह सापेक्षता का सिद्धांत है।

आइंस्टीन के दो सिद्धांत

यह सिद्धांत, किसी भी अन्य परिकल्पना की तरह,हमारी वास्तविकता में संचालित होने वाली प्राकृतिक घटनाओं के साथ इसे संबद्ध करने के लिए पहले इसकी जांच करना आवश्यक था। आइंस्टीन ने सापेक्षता के सिद्धांत से 2 सिद्धांतों को काट दिया। हालांकि संबंधित, उन्हें अलग माना जाता है।

निजी, या विशेष, सापेक्षता का सिद्धांत(एसआरटी) इस प्रस्ताव पर आधारित है कि सभी प्रकार के संदर्भों के लिए, जिसकी गति स्थिर है, प्रकृति के नियम समान हैं। सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत (जीआर) इस सिद्धांत को संदर्भ के किसी भी फ्रेम तक विस्तारित करता है, जिसमें त्वरण के साथ आगे बढ़ना भी शामिल है। 1905 में ए। आइंस्टीन ने पहला सिद्धांत प्रकाशित किया। गणितीय उपकरण के संदर्भ में दूसरा, अधिक जटिल, 1916 तक पूरा हो गया था। एसआरटी और जीआरटी दोनों के सापेक्षता के सिद्धांत का निर्माण भौतिकी के विकास में एक महत्वपूर्ण चरण बन गया। आइए उनमें से प्रत्येक पर अधिक विस्तार से ध्यान दें।

सापेक्षता का विशेष सिद्धांत

यह क्या है, इसका सार क्या है?आइए इस सवाल का जवाब देते हैं। यह सिद्धांत है कि कई विरोधाभासी प्रभावों की भविष्यवाणी करता है जो हमारे सहज विचारों के विपरीत है कि दुनिया कैसे काम करती है। ये वे प्रभाव हैं जो तब दिखाई देते हैं जब गति की गति प्रकाश की गति के करीब पहुंच जाती है। उनमें से सबसे प्रसिद्ध समय फैलाव (घड़ी) का प्रभाव है। पर्यवेक्षक के सापेक्ष चलने वाली घड़ी उसके लिए धीमी हो जाती है जो उसके हाथों में होती है।

समन्वय प्रणाली में जब गति के साथ चलती है,प्रकाश की गति के करीब, पर्यवेक्षक के सापेक्ष समय बढ़ाया जाता है, और वस्तुओं की लंबाई (स्थानिक सीमा), इसके विपरीत, इस आंदोलन की दिशा की धुरी के साथ संपीड़ित होती है। वैज्ञानिकों ने इस आशय को लोरेंज-फिट्जगेराल्ड संकुचन कहा है। 1889 में वापस, यह एक इतालवी भौतिक विज्ञानी जॉर्ज फिट्जगेराल्ड द्वारा वर्णित किया गया था। और 1892 में एक डचमैन हेंड्रिक लॉरेंज ने इसे पूरक बनाया। यह प्रभाव मिशेलसन-मॉर्ले प्रयोग के नकारात्मक परिणाम की व्याख्या करता है, जिसमें बाहरी अंतरिक्ष में हमारे ग्रह की गति की गति "ईथर हवा" को मापकर निर्धारित की जाती है। ये सापेक्षता के सिद्धांत (विशेष) के मूल आसन हैं। आइंस्टीन ने इन समीकरणों को एक बड़े पैमाने पर परिवर्तन सूत्र के साथ पूरक किया, जो सादृश्य द्वारा बनाया गया था। उनके अनुसार, जैसे-जैसे शरीर की गति प्रकाश की गति के करीब आती है, वैसे-वैसे शरीर का द्रव्यमान बढ़ता जाता है। उदाहरण के लिए, यदि गति 260 हजार किमी / सेकंड है, यानी प्रकाश की गति का 87%, एक पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण से, जो संदर्भ के आराम फ्रेम में है, तो वस्तु का द्रव्यमान दोगुना हो जाएगा।

एसटीओ की पुष्टि

ये सभी प्रावधान, चाहे वे विरोधाभास ही क्यों न होंसामान्य ज्ञान, चूंकि आइंस्टीन का समय कई प्रयोगों में प्रत्यक्ष और पूर्ण पुष्टि पाता है। उनमें से एक मिशिगन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों द्वारा किया गया था। यह जिज्ञासु अनुभव भौतिकी में सापेक्षता के सिद्धांत की पुष्टि करता है। शोधकर्ताओं ने एक एयरलाइन पर एक अल्ट्रा-सटीक परमाणु घड़ी रखी जो नियमित रूप से ट्रान्साटलांटिक उड़ानें बनाती थी। हर बार हवाई अड्डे पर लौटने के बाद, नियंत्रण के खिलाफ इन घड़ियों की रीडिंग की जाँच की गई। यह पता चला कि प्लेन की घड़ी हर बार नियंत्रण घड़ी के पीछे और अधिक बढ़ जाती है। बेशक, हम केवल तुच्छ आंकड़ों के बारे में बात कर रहे थे, एक दूसरे के अंश, लेकिन तथ्य ही बहुत संकेत है।

पिछली आधी सदी से, शोधकर्ता अध्ययन कर रहे हैंत्वरक पर प्राथमिक कण - विशाल हार्डवेयर परिसर। उनमें, इलेक्ट्रॉनों या प्रोटॉन के बीम, अर्थात् चार्ज किए गए उप-परमाणु कणों को तेज किया जाता है, जब तक कि उनकी गति प्रकाश की गति के करीब नहीं पहुंच जाती। इसके बाद वे परमाणु ठिकानों पर फायर करते हैं। इन प्रयोगों में, इस तथ्य को ध्यान में रखना आवश्यक है कि कणों का द्रव्यमान बढ़ता है, अन्यथा प्रयोग के परिणाम व्याख्या की व्याख्या करते हैं। इस संबंध में, SRT अब केवल एक काल्पनिक सिद्धांत नहीं है। यह उन उपकरणों में से एक बन गया है, जो मैकेनिक्स के न्यूटनियन कानूनों के साथ, लागू इंजीनियरिंग में उपयोग किए जाते हैं। सापेक्षता के सिद्धांत के सिद्धांतों को आज महान व्यावहारिक अनुप्रयोग मिला है।

एसआरटी और न्यूटन के नियम

वैसे, न्यूटन के नियमों का बोलना (इस का एक चित्र)वैज्ञानिक ऊपर प्रस्तुत किया गया है), यह कहा जाना चाहिए कि सापेक्षता का विशेष सिद्धांत, जो उन्हें विरोधाभासी प्रतीत होता है, वास्तव में न्यूटन के नियमों के समीकरणों को लगभग ठीक करता है यदि इसका उपयोग उन निकायों का वर्णन करने के लिए किया जाता है जिनकी गति की गति की गति की तुलना में बहुत कम है रोशनी। दूसरे शब्दों में, यदि विशेष सापेक्षता को लागू किया जाता है, तो न्यूटनियन भौतिकी को रद्द नहीं किया जाता है। यह सिद्धांत, इसके विपरीत, इसका पूरक और विस्तार करता है।

प्रकाश की गति एक सार्वभौमिक स्थिरांक है

सापेक्षता के सिद्धांत का उपयोग करते हुए, कोई भी समझ सकता हैक्यों दुनिया की संरचना के इस मॉडल में यह प्रकाश की गति है जो बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और कुछ और नहीं। यह सवाल उन लोगों से पूछा जाता है जो अभी भौतिकी से परिचित हैं। प्रकाश की गति इस तथ्य के कारण एक सार्वभौमिक स्थिरांक है कि इसे प्राकृतिक विज्ञान कानून द्वारा परिभाषित किया गया है (आप मैक्सवेल के समीकरणों का अध्ययन करके इसके बारे में अधिक जान सकते हैं)। संदर्भ के किसी भी फ्रेम में सापेक्षता के सिद्धांत की कार्रवाई के कारण एक वैक्यूम में प्रकाश की गति समान है। आप सोच सकते हैं कि यह सामान्य ज्ञान के विपरीत है। यह पता चला है कि प्रकाश एक साथ एक स्थिर स्रोत और एक चलती (दोनों के साथ गति की परवाह किए बिना जिस गति से चलता है) पर्यवेक्षक तक पहुंचता है। हालाँकि, यह नहीं है। प्रकाश की गति, इसकी विशेष भूमिका के कारण, न केवल विशेष में, बल्कि सामान्य सापेक्षता में भी एक केंद्रीय स्थान दिया जाता है। चलिए इसके बारे में भी बात करते हैं।

सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत

यह प्रयोग किया जाता है, जैसा कि हमने कहा, सभी के लिएसंदर्भ के फ्रेम, जरूरी नहीं कि जिनकी गति एक दूसरे के सापेक्ष स्थिर हो। गणितीय रूप से, यह सिद्धांत एक विशेष की तुलना में बहुत अधिक जटिल दिखता है। यह इस तथ्य को स्पष्ट करता है कि उनके प्रकाशनों के बीच 11 साल बीत चुके हैं। सामान्य सापेक्षता में विशेष मामले के रूप में विशेष शामिल हैं। नतीजतन, न्यूटन के नियम भी इसमें शामिल हैं। हालांकि, सामान्य सापेक्षता अपने पूर्ववर्तियों की तुलना में बहुत अधिक है। उदाहरण के लिए, यह नए तरीके से गुरुत्वाकर्षण की व्याख्या करता है।

चौथा आयाम

सामान्य सापेक्षता के लिए धन्यवाद, दुनिया चौपट हो जाती है:समय को तीन स्थानिक आयामों में जोड़ा जाता है। वे सभी अविभाज्य हैं, इसलिए, स्थानिक दूरी के बारे में बात करना आवश्यक नहीं है जो दो वस्तुओं के बीच तीन आयामी दुनिया में मौजूद है। अब हम विभिन्न घटनाओं के बीच अंतरिक्ष-समय अंतराल के बारे में बात कर रहे हैं, दोनों को एक-दूसरे से स्थानिक और लौकिक दूरस्थता को एकजुट करते हुए। दूसरे शब्दों में, सापेक्षता के सिद्धांत में समय और स्थान को एक प्रकार का चार आयामी सातत्य माना जाता है। इसे स्पेस-टाइम के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। इस निरंतरता में, जो पर्यवेक्षक एक-दूसरे के सापेक्ष चलते हैं, उनके बारे में अलग-अलग राय होगी कि क्या दो घटनाएं एक साथ हुई थीं, या क्या उनमें से एक दूसरे से पहले हुई थी। हालांकि, कारण और प्रभाव संबंध का उल्लंघन नहीं किया जाता है। दूसरे शब्दों में, ऐसी समन्वय प्रणाली का अस्तित्व, जहाँ दो घटनाएँ अलग-अलग क्रमों में घटित होती हैं और एक साथ नहीं, सामान्य सापेक्षता की भी अनुमति नहीं देती हैं।

सामान्य सापेक्षता और गुरुत्वाकर्षण का नियम

सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम के अनुसार खोजा गयान्यूटन, किसी भी दो निकायों के बीच ब्रह्मांड में पारस्परिक आकर्षण का बल मौजूद है। इस स्थिति से, पृथ्वी सूर्य के चारों ओर घूमती है, क्योंकि उनके बीच आपसी आकर्षण की ताकत होती है। फिर भी, सामान्य सापेक्षता हमें इस घटना को दूसरी तरफ से देखने के लिए मजबूर करती है। गुरुत्वाकर्षण, इस सिद्धांत के अनुसार, अंतरिक्ष-समय के "वक्रता" (विरूपण) का एक परिणाम है, जो द्रव्यमान के प्रभाव में मनाया जाता है। शरीर भारी (हमारे उदाहरण में, सूर्य), अधिक अंतरिक्ष-समय इसके नीचे "झुकता" है। तदनुसार, इसका गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र अधिक मजबूत है।

सिद्धांत के सार को बेहतर ढंग से समझने के लिएसापेक्षता, चलो तुलना करने के लिए बारी है। पृथ्वी, सामान्य सापेक्षता के अनुसार, एक छोटी सी गेंद की तरह सूर्य के चारों ओर घूमती है, जो सूर्य के "अंतरिक्ष" समय को धकेलने के परिणामस्वरूप बनाई गई एक फ़नल के शंकु के चारों ओर घूमती है। और क्या हम गुरुत्वाकर्षण बल पर विचार करने के आदी हैं, वास्तव में इस वक्रता का एक बाहरी प्रकटीकरण है, न कि बल का न्यूटन की समझ में। आज तक, सामान्य सापेक्षता में प्रस्तावित एक से गुरुत्वाकर्षण की घटना का कोई बेहतर स्पष्टीकरण नहीं मिला है।

सामान्य सापेक्षता की जाँच के लिए तरीके

ध्यान दें कि जीआरटी को सत्यापित करना आसान नहीं है, क्योंकि इसकेप्रयोगशाला स्थितियों में परिणाम लगभग सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के कानून के अनुरूप हैं। हालांकि, वैज्ञानिकों ने कई महत्वपूर्ण प्रयोग किए। उनके परिणाम हमें यह निष्कर्ष निकालने की अनुमति देते हैं कि आइंस्टीन के सिद्धांत की पुष्टि की जाती है। सामान्य सापेक्षता भी अंतरिक्ष में देखी गई विभिन्न घटनाओं को समझाने में मदद करती है। उदाहरण के लिए, इसकी स्थिर कक्षा से बुध के छोटे विचलन हैं। न्यूटोनियन शास्त्रीय यांत्रिकी के दृष्टिकोण से, उन्हें समझाया नहीं जा सकता। यही कारण है कि दूर के तारों से निकलने वाले विद्युत चुम्बकीय विकिरण के रूप में यह सूर्य के पास से गुजरता है।

सामान्य सापेक्षता द्वारा अनुमानित परिणाम वास्तव में हैंन्यूटन के नियमों (उनके चित्र को ऊपर प्रस्तुत किया गया है) देने वाले लोगों से काफी भिन्न हैं, केवल जब सुपरस्ट्रॉन्ग गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र हैं। नतीजतन, सामान्य सापेक्षता के एक पूर्ण सत्यापन के लिए, विशाल द्रव्यमान या ब्लैक होल की वस्तुओं की या तो बहुत सटीक माप की आवश्यकता होती है, क्योंकि हमारे सामान्य विचार उनके लिए अनुपयुक्त हैं। इसलिए, इस सिद्धांत के परीक्षण के लिए प्रयोगात्मक विधियों का विकास आधुनिक प्रयोगात्मक भौतिकी के मुख्य कार्यों में से एक है।

कई वैज्ञानिकों का मन, और विज्ञान से दूर लोगों काआइंस्टीन द्वारा बनाई गई सापेक्षता के सिद्धांत द्वारा कब्जा कर लिया गया है। यह क्या है, हमने संक्षेप में बताया। यह सिद्धांत दुनिया के बारे में हमारे सामान्य विचारों को पलट देता है, इसलिए इसमें रुचि अभी भी दूर नहीं होती है।