Теорія відносності
Кінець XIX ст. Майкельсон і Морлі за допомогою явиша інтерференції порівнювали швидкості поширення світла вздовж лінії руху Землі та в пер-
пендикулярному напрямі. Згідно з теоремою додавання швидкостей, вони
не повинні бути однаковими. Але швидкість світла виявилася однаковою в обох випадках, тобто не залежала від руху самої Землі, що суперечило законам класичної механіки. Оскільки Земля рухається по орбіті у світовому просторі, який вважався абсолютно нерухомим, то на швидкість світла мав впливати рух Землі.
Ці суперечливі результати призвели до того, що, образно висловлюючись, захитався класичний фундамент фізики, закладений Ньютоном, загрожуючи, здавалося б, звалити всю побудовану на ньому грандіозну споруду науки, створену за два століття. Проте не можна було робити висновок, що механіка Ньютона хибна. Суперечили їй лише досліди. пов'язані з визначенням швидкості світла або з рухом частинок зі швидкостями, близькими до неї.
Щоб узгодити теорію і результати експериментів, було створено нову механіку для швидкостей, близьких до швидкості світла у вакуумі. Названа
вона була релятивістською механікою. Ця механіка не спростовувала класич-
ну механіку, вона лише встановлювала межі її застосування. Релятивістська механіка уточнила і доповнила класичну механіку для випадку руху зі швидкістю, сумірною зі швидкістю світла у вакуумі. В її основу були покладені постулати А. Ейнштейна.
Пригадаймо ці постулати.
Перший принцип відносності: усі процеси природи (не лише механічні)
протікають однаково в усіх інерціальних системах відліку.
Другий принцип — принцип сталості швидкостей світла: швидкість
світла у вакуумі однакова для всіх інсрціальних систем відліку: вона не залежить ні віл швидкості джерела, ні від швидкості приймача світлового сигналу.
У першому постулаті Ейнштейн розширює принцип відносності Галілея,
а в другому пояснює результат дослідів Майксльсона і Морлі.
Але, віддаючи належне «блискучому генію Ньютона». Ейнштейн став перекроювати Всесвіт по-своєму. Він перекреслив поняття «абсолютного часу» й «абсолютного простору», створив теорію відносності, яку закінчив 1916р. За нею із самого початку закріпилася слава незбагненної. Спершу казали, що її в усьому світі розуміють лише троє людей, включаючи автора. Потім її стали розуміти 12 чоловік.
Пригадаймо, як уявляв Ейнштейн просторові розміри і час у теорії відносності щодо різних систем відліку. Особливий інтерес становлять міркування Ейнштейна щодо різного перебігу часу відносно різних систем відліку. У рухомій системі відліку час сповільнюється, порівняно з нерухомою системою, залежно від значення швидкості. З цього приводу можна навести приклад, який у фізиці називається «парадоксом близнюків». Парадокс полягає ось у чому. На Землі живуть два брати-близнюки. Один із них залишається на космодромі, а друпій вирушає до далекої зорі на космічному кораблі, здатному розвинути швидкість, близьку до швидкості світла. З погляд брата, який залишився на Землі, час тече швидко. Проходить 10, 20, 30 років, і він, нарешті, з радістю дізнається, що корабель з його братом повертається. Коли космічний корабель приземлився і брати зустрілися, близнюк, який залишався на Землі, побачив, що його брат залишився майже таким, яким був 30 років тому.
Це тому, що він, рухаючись із такою швидкістю, прожив за своїм годинником усього 5 років. Ці розрахунки підтверджуються фізичними дослідами.
Пригадаймо, що теорія відносності Ейнштейна здобула широке застосування в астрономії, пояснила чимало астрономічних явищ.
1. Ейнштейн зазначав, шо під час проходження світла поблизу великих мас чає спостерігатися викривлення променів. Це було підтверджено у 1919 році, Під час повного сонячного затемнення учасники Міжнародної експедиції сфотографували зоряне небо в момент затемнення. Порівнюючи ці фотографії з фотографіями тієї самої ділянки неба, але без Сонця, вчені виявили, шо зорі змістилися. Це результат зміщення світлових променів від зір при проходженні їх поблизу Сонця. І
2. Годинники йдуть повільніше поблизу масивних тіл. |
3. Доведено, що під час руху планет навколо Сонця площини їхніх орбіт повертаються.
4. У 30-х роках XX стодітгя було відкрито явище «розбігання галактик», причому швидкість розбігання пропорційнадо відстані від галактики до спостерігача. Це відкриття узгоджується з висновком, якого дійшову 1922 році молодий російський учений О. О. Фрідман, розв'язавши систему рівнянь
Ейнштейна із загальної теорії відносності, яку Ейнштейн створив у 191б році.
5. Доведено існування гравітаційних хвиль.
Нові докази на користь теорії Ейнштейна
Виступи учнів
1. Ейнштейн знову виявився правий. Супутники, які трохи відхилилися від орбіти, показують, що Земля під час обертання дійсно викривляє тканину простору-часу, заявили вчені. Вони відзначили, що їхні висновки вперше
оцінюють і доводять той важливий аспект загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна, що обертове тіло деформує і спотворює «тканину», яка включає в себе три виміри простору і четвертий — часу.
2. «Коли Земля обертається, вона дійсно деформує простір і час. Чим ближче до Землі, тим більше спотворення»,— заявив Майкл Саламон, фізик НАСА у Вашингтоні. «Це спотворення простору-часу, яке називають також розтягненням структури, ніколи раніше не спостерігали безпосередньо,— сказав
Саламон.— Це перший реальний прямий доказ того, що ми маємо справу з деформацією простору-часу, викликаною рухом обертового тіла». За словами Саламона, побічні докази розтягнення структури були й раніше, але виміри
зроблені вперше.
3. Еррікос Павліс з Об'єднаного центру технології земних систем НАСА і його колеги вели спостереження за двома супутниками, які знаходяться на орбіті, і встановили, що вони зміщуються, коли планета притягує до себе простір. «Ми вимірювали відстань від Землі до супутників з точністю до мілі-
метрів»,— заявив Павліс.
4. Лазерний геодинамічний супутник І (LAGEOS I), космічний корабель
НАСА і LAGEOS II. спільний супутник НАСА й Італійського космічного агентства являють собою брили металу, покриті відбивачами, які полегшують спостереження за ними і ведення вимірів із Землі. Їх орбітам надана форма метелика, яка повинна стимулювати рух обертових гіроскопів. Відповідно
до теорії Ейнштейна, тіло, яке обертається поблизу так, як Земля, буде притягати до себе простір, змушуючи гіроскопи трохи відхилятися від своїх осей. Немає доказів того, що на супутники не діє якась інша сила, відзначив Павліс, але це малоймовірно. «Це повинна бути дуже розумна сила, здатна точно імітувати загальну відносність,— заявив він.— Ми усунули всі відомі нам сили — припливи тощо, так само, як і похибки гравітаційної моделі». Павліс порівнює цей ефект з обертанням ложки в патоці. «Точно так само Земля при
обертанні притягає до себе простір і час, які її оточують. Це змішує орбіти супутників поруч із Землею»,— сказав він.
5. У квітні 2004 року НАСА запустило Graviti Probe B. зонд із чотирма гіроскопами, який, на думку вчених. повинен підтвердити теорію Ейнштейна в майбутньому році, коли будуть отримані результати.
Учитель. 1905 рік був дійсно унікальним як для науки, так і для самого Ейнштейна, оскільки саме цього рокувін у віці 26 років оприлюднив три з чотирьох головних наукових робіт фізики, які змінили наші уявлення про Всесвіт. У них він пояснив принципи броуніпського руху природу та розмір атомів, заклав основи квантової теорії та теорії відносності, революціонізував уявлення про простір і час.Пізніше він також описав фотоелектричний ефект та вивів свою славетну формулу Е = mc2, якою пов'язав енергію матерії з її масою та швидкістю світла. На жаль, останнє відкриття стало поштовхом до створення ядерної бомби, хоча воно має також величезну кількість позитивних застосувань. Ще на початку 1905 року прізвище Ейнштейна було відоме хіба що вузькому колу вчених, але наприкінці цього року його знали вчені усього світу. Лише через 15 років, коли найбільш дивні та незвичайні теорії Ейнштейна здобули своє підтвердження, він був визнаний найяскравішою науковою зіркою світу.
Ейнштейн і в наш час залишається одним із найбільш популярних учених світу. І не лише завдяки нестандартності та складності його ідей, а також «зірковій аурі» його особистості. Його фото зі скуйовдженим волоссям та висунутим язиком є однією з найпопулярніших фотографій останнього століття. Невимушеністю власної поведінки, гостротою розуму, влучністю висловлюваньтадотепністю він довів, що великий учений не обов'язково повинен бути «лабораторним сухарем».
Його особисте життя було більш ніж заплутаним. Він був двічі одруженим,
але не цурався позашлюбних афер, народжував одних дітей та всиновлював
інших, відмовившись при цьому від власної доньки. Після смерті 1955 року
у віці 76 років його прах був розсіяний у таємному міст. а мозок залишився у США з наукових причин. Сааме тому рік Ейнштейна буде складатися не лише з формалізованих наукових закладів та конференцій, а нагадуватиме цілорічне яскраве шоу.
У 1905 р. Альберт Ейнштейн опублікував свої роботи з теорії відносності і квантової механіки, шо лягли в основу сучасних уявлень про будову Всесвіту. А рівно через півстоліття —18 квітня 1955 р. — великий учений помер. Ці дві знаменні лати наштовхнули членів Європейського фізичного товариства на думку оголосити 2005 рік Роком фізики.