Теорията на относителността доказа, че пространството и времето. Специалната теория на относителността на Айнщайн: накратко и с прости думи

Въведение

2. Общата теория на относителността на Айнщайн

Заключение

Списък на използваните източници

Въведение

Още в края на 19-ти век повечето учени са били склонни към гледната точка, че физическата картина на света е изградена в основата си и ще остане непоклатима в бъдеще - остават само подробностите за изясняване. Но през първите десетилетия на двадесети век физическите възгледи се променят радикално. Това беше следствие от „каскада” от научни открития, направени през изключително кратък исторически период, обхващащ последните години на 19-ти век и първите десетилетия на 20-ти, много от които бяха напълно несъвместими с разбирането на обикновения човешки опит. Ярък пример е теорията на относителността, създадена от Алберт Айнщайн (1879-1955).

Принципът на относителността е установен за първи път от Галилей, но получава окончателната си формулировка едва в Нютоновата механика.

Принципът на относителността означава, че във всички инерциални системи всички механични процеси протичат по един и същи начин.

Когато в естествознанието доминираше механистичната картина на света, принципът на относителността не беше подложен на никакво съмнение. Ситуацията се промени драматично, когато физиците започнаха сериозно да изучават електрически, магнитни и оптични явления. Недостатъчността на класическата механика за описание на природните явления стана очевидна за физиците. Възникна въпросът: важи ли принципът на относителността и за електромагнитните явления?

Описвайки хода на своите разсъждения, Алберт Айнщайн посочва два аргумента, които свидетелстват в полза на универсалността на принципа на относителността:

Този принцип се изпълнява с голяма точност в механиката и следователно може да се надяваме, че ще бъде правилен и в електродинамиката.

Ако инерциалните системи не са еквивалентни за описание на природни явления, тогава е разумно да се приеме, че законите на природата се описват най-лесно само в една инерциална система.

Например, помислете за движението на Земята около Слънцето със скорост 30 километра в секунда. Ако в този случай принципът на относителността не беше изпълнен, тогава законите на движението на телата биха зависели от посоката и пространствената ориентация на Земята. Нищо подобно, т.е. физическо неравенство на различни посоки не беше открито. Тук обаче има очевидна несъвместимост на принципа на относителността с добре установения принцип за постоянството на скоростта на светлината във вакуум (300 000 km/s).

Възниква дилема: отхвърляне или на принципа за постоянството на скоростта на светлината, или на принципа на относителността. Първият принцип е установен толкова точно и недвусмислено, че изоставянето му би било очевидно неоправдано; не по-малко трудности възникват при отричането на принципа на относителността в областта на електромагнитните процеси. Всъщност, както показа Айнщайн:

„Законът за разпространение на светлината и принципът на относителността са съвместими.“

Привидното противоречие на принципа на относителността със закона за постоянството на скоростта на светлината възниква, защото класическата механика, според Айнщайн, се основава на „две неоправдани хипотези“: интервалът от време между две събития не зависи от състоянието на движение. на референтното тяло и пространственото разстояние между две точки на твърдо тяло не зависи от състоянието на движение на референтното тяло. В хода на разработването на своята теория той трябваше да изостави: Галилеевите трансформации и да приеме трансформациите на Лоренц; от концепцията на Нютон за абсолютното пространство и определението за движението на тяло спрямо това абсолютно пространство.

Всяко движение на тяло се извършва спрямо конкретно референтно тяло и следователно всички физически процеси и закони трябва да се формулират във връзка с точно определена референтна система или координати. Следователно няма абсолютно разстояние, дължина или разширение, както не може да има абсолютно време.

Новите концепции и принципи на теорията на относителността значително промениха физическите и общите научни концепции за пространството, времето и движението, които доминираха в науката повече от двеста години.

Всичко посочено по-горе оправдава актуалността на избраната тема.

Целта на тази работа е цялостно изследване и анализ на създаването на специални и общи теории на относителността от Алберт Айнщайн.

Работата се състои от въведение, две части, заключение и списък с използвана литература. Общият обем на работата е 16 страници.

1. Специалната теория на относителността на Айнщайн

През 1905 г. Алберт Айнщайн, въз основа на невъзможността за откриване на абсолютно движение, заключава, че всички инерциални референтни системи са равни. Той формулира два най-важни постулата, които формират основата на нова теория за пространството и времето, наречена Специална теория на относителността (STR):

1. Принципът на относителността на Айнщайн - този принцип е обобщение на принципа на относителността на Галилей за всякакви физически явления. Там се казва: всички физически процеси при едни и същи условия в инерционни отправни системи (IRS) протичат по един и същи начин. Това означава, че никакви физически експерименти, проведени в затворена ISO, не могат да установят дали тя е в покой или се движи равномерно и праволинейно. По този начин всички IFR са напълно равни и физическите закони са инвариантни по отношение на избора на IFR (т.е. уравненията, изразяващи тези закони, имат една и съща форма във всички инерциални референтни системи).

2. Принцип на постоянство на скоростта на светлината – скоростта на светлината във вакуум е постоянна и не зависи от движението на източника и приемника на светлина. То е еднакво във всички посоки и във всички инерциални отправни системи. Скоростта на светлината във вакуум – пределната скорост в природата – е една от най-важните физически константи, така наречените световни константи.

Един задълбочен анализ на тези постулати показва, че те противоречат на идеите за пространството и времето, приети в Нютоновата механика и отразени в трансформациите на Галилей. В действителност, съгласно принцип 1, всички закони на природата, включително законите на механиката и електродинамиката, трябва да бъдат инвариантни по отношение на едни и същи трансформации на координати и време, извършвани при преминаване от една референтна система към друга. Уравненията на Нютон отговарят на това изискване, но уравненията на електродинамиката на Максуел не, т.е. се оказват неинвариантни. Това обстоятелство доведе Айнщайн до заключението, че уравненията на Нютон се нуждаят от изясняване, в резултат на което както уравненията на механиката, така и уравненията на електродинамиката ще се окажат инвариантни по отношение на едни и същи трансформации. Необходимата модификация на законите на механиката е извършена от Айнщайн. В резултат на това възниква механика, която е в съответствие с принципа на относителността на Айнщайн - релативистка механика.

Създателят на теорията на относителността формулира обобщения принцип на относителността, който сега обхваща електромагнитните явления, включително движението на светлината. Този принцип гласи, че никакви физически експерименти (механични, електромагнитни и т.н.), проведени в дадена референтна система, не могат да установят разликата между състоянията на покой и равномерното линейно движение. Класическото добавяне на скорости не е приложимо за разпространение на електромагнитни вълни и светлина. За всички физически процеси скоростта на светлината има свойството на безкрайна скорост. За да се придаде на едно тяло скорост, равна на скоростта на светлината, е необходима безкрайно много енергия и затова е физически невъзможно никое тяло да достигне тази скорост. Този резултат беше потвърден от измервания, извършени върху електрони. Кинетичната енергия на точкова маса расте по-бързо от квадрата на нейната скорост и става безкрайна за скорост, равна на скоростта на светлината.

Скоростта на светлината е максималната скорост на разпространение на материалните влияния. Тя не може да се сумира при никаква скорост и се оказва постоянна за всички инерционни системи. Всички движещи се тела на Земята имат скорост нула спрямо скоростта на светлината. Всъщност скоростта на звука е само 340 m/s. Това е неподвижност в сравнение със скоростта на светлината.

От тези два принципа - постоянството на скоростта на светлината и разширения принцип на относителността на Галилей - всички разпоредби на специалната теория на относителността следват математически. Ако скоростта на светлината е постоянна за всички инерциални системи и всички те са еднакви, тогава физическите величини дължина на тялото, интервал от време, маса ще бъдат различни за различните референтни системи. Така дължината на тялото в движеща се система ще бъде най-малка по отношение на неподвижна. Според формулата:

където /" е дължината на тяло в движеща се система със скорост V спрямо неподвижна система; / е дължината на тяло в неподвижна система.

За период от време, продължителността на един процес, важи обратното. Времето ще се простира, ще тече по-бавно в движеща се система в сравнение с неподвижна, в която този процес ще бъде по-бърз. Според формулата:

Да припомним, че ефектите от специалната теория на относителността ще се засичат при скорости, близки до светлинните. При скорости, значително по-малки от скоростта на светлината, формулите на SRT се трансформират във формулите на класическата механика.

Фиг. 1. Експеримент "Влакът на Айнщайн"

Айнщайн се опитва ясно да покаже как протичането на времето се забавя в движеща се система по отношение на неподвижна. Да си представим железопътна платформа, покрай която минава влак със скорост, близка до скоростта на светлината (фиг. 1).

Дълго време нито един учен в света не можеше да се сравни с Исак Нютон по влиянието, което той оказа върху представите на човечеството за природата. Такъв човек е роден през 1879 г. в германския град Улм и се казва Алберт Айнщайн.

Айнщайн е роден в семейството на търговец на електрически стоки, учи в обикновена гимназия в Мюнхен, не е особено усърден, след това не успява да издържи приемните изпити в Цюрихската политехника и завършва кантонално училище в град Арау. Едва от втория си опит влиза в Политехниката. Младият мъж се бореше с езиците и историята, но рано показа големи способности в математиката, физиката и музиката, като стана добър цигулар.

През лятото на 1900 г. Айнщайн получава диплома за учител по физика. Само две години по-късно по препоръка на приятели получава постоянна работа като експерт във Федералното патентно ведомство в Берн. Айнщайн работи там от 1902 до 1909 г. Служебните му задължения му оставят достатъчно време да мисли за научни проблеми. 1905 година се оказва най-успешната за Айнщайн - 26-годишният физик публикува пет статии, които по-късно са признати за шедьоври на научната мисъл. Работата „От евристична гледна точка за появата и трансформацията на светлината“ съдържа хипотеза за светлинните кванти - елементарни частици на електромагнитното излъчване. Хипотезата на Айнщайн позволи да се обясни фотоелектричният ефект: появата на ток, когато веществото се освети с късовълнова радиация. Ефектът е открит през 1886 г. от Херц и не се вписва в рамката на вълновата теория на светлината. За тази работа Айнщайн по-късно получава Нобелова награда. Откритието на Айнщайн създаде идеологическата основа за модела на Ръдърфорд-Бор на атома, според който светлината се излъчва и поглъща на части (кванти), и концепцията на Луи дьо Бройл за „вълните на материята“. Не много преди това Макс Планк откри, че топлината се излъчва и от кванти. Извършен е синтез на две на пръв поглед несъвместими гледни точки за природата на светлината, изразени по едно време от Хюйгенс и Нютон.

Статията на Айнщайн „За електродинамиката на движещите се тела“, публикувана през същата 1905 г., може да се счита за въведение в специалната теория на относителността, която революционизира идеите за пространството и времето.

Природонаучните идеи за пространството и времето са изминали дълъг път на развитие. Дълго време основните бяха обикновените представи за пространството и времето, като някакви външни условия на съществуване, в които е поставена материята и които биха се запазили, дори ако материята изчезне. Този възглед направи възможно формулирането на концепцията за абсолютно пространство и време, която получи най-ясната си формулировка в работата на Нютон „Математическите принципи на естествената философия“.

Специалната теория на относителността, създадена през 1905 г. от Айнщайн, е резултат от обобщение и синтез на класическата механика на Галилей - Нютон и електродинамиката на Максуел - Лоренц. Той описва законите на всички физически процеси при скорости на движение, близки до скоростта на светлината, но без да се отчита гравитационното поле. С намаляването на скоростта на движение се свежда до класическата механика, която се оказва нейният частен случай. Отправната точка на тази теория беше принципът на относителността, от който следва, че няма принципна разлика между покой и движение - ако е равномерно и праволинейно. Понятията почивка и движение придобиват смисъл само когато е посочена отправна точка. В съответствие със специалната теория на относителността, която обединява пространството и времето в единен четириизмерен пространствено-времеви континуум, пространствено-времевите свойства на телата зависят от скоростта на тяхното движение. Пространствените размери намаляват по посока на движение, тъй като скоростта на телата се доближава до скоростта на светлината във вакуум (300 хил. km/s), времевите процеси се забавят в бързо движещите се системи и масата на тялото се увеличава.

Намирайки се в съпътстваща отправна система, т.е. движейки се успоредно и на същото разстояние от измерваната система, е невъзможно да забележите тези ефекти, които се наричат релативистични, тъй като всички пространствени мащаби и части, използвани в измерванията, ще се променят по абсолютно същия начин . Според принципа на относителността всички процеси в инерциалните отправни системи протичат по един и същ начин. Но ако системата е неинерционна, тогава релативистичните ефекти могат да бъдат забелязани и променени. Така че, ако въображаем релативистичен кораб отиде до далечни звезди, тогава след като се върне на Земята, в системата на кораба ще мине по-малко време, отколкото на Земята, и тази разлика ще бъде по-голяма, колкото по-далеч е направен полетът и скоростта на кораба ще бъде по-близо до скоростта на светлината. Теорията на Айнщайн използва основната позиция, че нищо във Вселената не може да се движи по-бързо от светлината във вакуум и скоростта на светлината остава постоянна за всички наблюдатели, независимо от скоростта на собственото им движение в пространството.

Статията „Зависи ли инерцията на тялото от съдържанието на енергия в него?“ завърши създаването на релативистка теория (от латински relativus - „относителен“). Тук за първи път е доказана връзката между маса и енергия, в съвременните обозначения – E = mc2. Айнщайн пише: „...ако едно тяло излъчва енергия E под формата на радиация, тогава масата му намалява с E/c2... Масата на едно тяло е мярка за енергията, съдържаща се в него.“ Това откритие надхвърли границите на физиката, технологиите и философията и до днес косвено определя съдбата на човечеството. И така, атомната енергия е, строго погледнато, маса, преобразувана в енергия.

Появата на такива епохални творби не донесе незабавно признание на Айнщайн, той все пак беше принуден да продължи да работи в патентното ведомство. Едва през пролетта на 1909 г. Айнщайн е избран за професор по теоретична физика в Цюрихската политехника и той успява да напусне бюрото. През 1913 г. ученият е избран за член на Пруската академия на науките. В Берлин Айнщайн получава благоприятни условия да продължи научната си работа. През 1916 г. той публикува „Основи на общата теория на относителността“. Идеите на Айнщайн имаха в очите на учените теоретици и още повече в неговите собствени очи не толкова тясно практическо, колкото философско значение. Той създаде хармонична картина на Вселената.

През 1921 г. Айнщайн получава Нобелова награда за „заслуги към теоретичната физика и особено за откриването на закона за фотоелектричния ефект“. Присъждането на тази награда на евреин доведе до рязко нарастване на антисемитските настроения в Германия. Атаките срещу Айнщайн се засилват, но той продължава активната си научна дейност и изнася много публични лекции.

През 1932 г. физикът заминава на ново пътуване до САЩ и никога не се връща у дома - Хитлер идва на власт там и международно признатият гений не очаква нищо добро от него. От този момент нататък Айнщайн работи в Америка. През 1939 г. той изпраща писмо до президента Рузвелт, призовавайки за създаването на атомна бомба възможно най-бързо, за да се премахне монополът от страна на Германия. Последният никога не е получил това ужасно оръжие, но проектът, подкрепен от правителството на САЩ, както знаем, приключи „успешно“ и Айнщайн има много общо с това. Въпреки това той остро осъди бомбардировките над Хирошима и Нагасаки. Ученият умира в Принстън през 1955 г. Той е запомнен от съвременниците си не само с теорията на относителността, която всъщност е поне приблизително разбрана от незначителен процент от населението на света, но и със своята ексцентричност и неподражаем хумор.

Теория на относителността- физическа теория на пространство-времето, т.е. теория, която описва универсалните пространствено-времеви свойства на физическите процеси. Терминът е въведен през 1906 г. от Макс Планк, за да подчертае ролята на принципа на относителността
в специалната теория на относителността (и по-късно общата теория на относителността).

В тесен смисъл теорията на относителността включва специална и обща теория на относителността. Специална теория на относителността(по-нататък - SRT) се отнася до процеси, при изследването на които гравитационните полета могат да бъдат пренебрегнати; обща теория на относителността(наричана по-нататък GTR) е теория на гравитацията, която обобщава тази на Нютон.

Специален, или специалната теория на относителността е теория за структурата на пространство-времето. За първи път е въведен през 1905 г. от Алберт Айнщайн в неговия труд „За електродинамиката на движещите се тела“. Теорията описва движението, законите на механиката, както и пространствено-времевите отношения, които ги определят, при всяка скорост на движение,
включително такива, близки до скоростта на светлината. Класическа нютонова механика
в рамките на SRT, това е приближение за ниски скорости.

Една от причините за успеха на Алберт Айнщайн е, че той цени експерименталните данни пред теоретичните. Когато редица експерименти разкриха резултати, които противоречат на общоприетата теория, много физици решиха, че тези експерименти са грешни.

Алберт Айнщайн е един от първите, които решават да изградят нова теория, базирана на нови експериментални данни.

В края на 19-ти век физиците са в търсене на мистериозния етер - среда, в която според общоприетите предположения трябва да се разпространяват светлинни вълни, подобно на акустичните вълни, за чието разпространение е необходим въздух или друга среда - твърдо вещество, течни или газообразни. Вярата в съществуването на етера доведе до убеждението, че скоростта на светлината трябва да варира в зависимост от скоростта на наблюдателя по отношение на етера. Алберт Айнщайн изоставя концепцията за етера и приема, че всички физически закони, включително скоростта на светлината, остават непроменени независимо от скоростта на наблюдателя - както показват експериментите.

SRT обясни как да интерпретира движенията между различни инерционни референтни рамки - просто казано, обекти, които се движат с постоянна скорост един спрямо друг. Айнщайн обясни, че когато два обекта се движат с постоянна скорост, трябва да се вземе предвид тяхното движение един спрямо друг, вместо да се приема един от тях като абсолютна референтна система. Така че, ако двама астронавти летят на два космически кораба и искат да сравнят своите наблюдения, единственото нещо, което трябва да знаят, е скоростта един спрямо друг.

Специалната теория на относителността разглежда само един частен случай (откъдето и името), когато движението е праволинейно и равномерно.

Въз основа на невъзможността да се открие абсолютното движение, Алберт Айнщайн заключава, че всички инерциални отправни системи са равни. Той формулира два най-важни постулата, които формират основата на нова теория за пространството и времето, наречена Специална теория на относителността (STR):

1. Принципът на относителността на Айнщайн - този принцип беше обобщение на принципа на относителността на Галилей (твърди същото, но не за всички закони на природата, а само за законите на класическата механика, оставяйки отворен въпроса за приложимостта на принципа на относителността към оптиката и електродинамиката) към всякакви физически. Той гласи: всички физически процеси при едни и същи условия в инерциалните отправни системи (IRS) протичат по един и същи начин. Това означава, че никакви физически експерименти, проведени в затворена ISO, не могат да установят дали тя е в покой или се движи равномерно и праволинейно. По този начин всички IFR са напълно равни и физическите закони са инвариантни по отношение на избора на IFR (т.е. уравненията, изразяващи тези закони, имат една и съща форма във всички инерциални референтни системи).

2. Принципът на постоянството на скоростта на светлината- скоростта на светлината във вакуум е постоянна и не зависи от движението на източника и приемника на светлина. То е еднакво във всички посоки и във всички инерциални отправни системи. Скоростта на светлината във вакуум е пределната скорост в природата -това е една от най-важните физически константи, така наречените световни константи.

Най-важната последица от SRT беше известната Формулата на Айнщайн за връзката между маса и енергия E=mc 2 (където С е скоростта на светлината), което показва единството на пространството и времето, изразено в съвместна промяна на техните характеристики в зависимост от концентрацията на масите и тяхното движение и потвърдено от данните на съвременната физика. Времето и пространството престанаха да се разглеждат независимо едно от друго и възникна идеята за пространствено-времевия четириизмерен континуум.

Според теорията на великия физик, когато скоростта на едно материално тяло се увеличава, доближавайки скоростта на светлината, се увеличава и неговата маса. Тези. Колкото по-бързо се движи един обект, толкова по-тежък става. При достигане на скоростта на светлината масата на тялото, както и енергията му стават безкрайни. Колкото по-тежко е тялото, толкова по-трудно е да се увеличи скоростта му; Ускоряването на тяло с безкрайна маса изисква безкрайно количество енергия, така че е невъзможно материалните обекти да достигнат скоростта на светлината.

В теорията на относителността "два закона - законът за запазване на масата и запазването на енергията - загубиха своята независима валидност и се оказаха обединени в един закон, който може да се нарече закон за запазване на енергията или масата." Благодарение на фундаменталната връзка между тези две понятия, материята може да се превърне в енергия и обратно – енергията в материя.

Обща теория на относителността- теория за гравитацията, публикувана от Айнщайн през 1916 г., върху която той работи 10 години. Това е по-нататъшно развитие на специалната теория на относителността. Ако материално тяло се ускори или се завърти настрани, законите на STR вече не важат. Тогава влиза в сила ОТО, което обяснява движенията на материалните тела в общия случай.

Общата теория на относителността постулира, че гравитационните ефекти са причинени не от силовото взаимодействие на телата и полетата, а от деформацията на самото пространство-време, в което те се намират. Тази деформация е свързана отчасти с наличието на маса-енергия.

Общата теория на относителността в момента е най-успешната теория на гравитацията, добре подкрепена от наблюдения. GR обобщи SR до ускорени, т.е. неинерционни системи. Основните принципи на общата теория на относителността се свеждат до следното:

- ограничаване на приложимостта на принципа за постоянство на скоростта на светлината в региони, където гравитационните сили могат да бъдат пренебрегнати(където гравитацията е висока, скоростта на светлината се забавя);

- разширяване на принципа на относителността към всички движещи се системи(и не само инерционни).

В ОТО, или теорията на гравитацията, тя също изхожда от експерименталния факт за еквивалентността на инерционните и гравитационните маси или еквивалентността на инерционните и гравитационните полета.

Принципът на еквивалентността играе важна роля в науката. Винаги можем директно да изчислим ефекта на инерционните сили върху всяка физическа система и това ни дава възможност да разберем ефекта на гравитационното поле, абстрахирайки се от неговата хетерогенност, която често е много незначителна.

Бяха получени редица важни заключения от общата теория на относителността:

1. Свойствата на пространство-времето зависят от движещата се материя.

2. Светлинен лъч, който има инертна и следователно гравитационна маса, трябва да бъде огънат в гравитационното поле.

3. Честотата на светлината под въздействието на гравитационното поле трябва да се измести към по-ниски стойности.

Дълго време имаше малко експериментални доказателства за общата теория на относителността. Съгласието между теория и експеримент е доста добро, но чистотата на експериментите е нарушена от различни сложни странични ефекти. Ефектите от кривината на пространство-времето обаче могат да бъдат открити дори в умерени гравитационни полета. Много чувствителни часовници, например, могат да открият забавяне на времето на повърхността на Земята. За да се разшири експерименталната база на общата теория на относителността, през втората половина на 20-ти век бяха проведени нови експерименти: еквивалентността на инерционните и гравитационните маси беше тествана (включително чрез лазерно измерване на Луната);
с помощта на радар е изяснено движението на перихелия на Меркурий; измерено е гравитационното отклонение на радиовълните от Слънцето и е извършен радар на планетите от Слънчевата система; беше оценено влиянието на гравитационното поле на Слънцето върху радиовръзките с космически кораби, изпратени до далечните планети на Слънчевата система и др. Всички те по един или друг начин потвърдиха прогнозите, получени на базата на общата теория на относителността.

И така, специалната теория на относителността се основава на постулатите за постоянството на скоростта на светлината и едни и същи закони на природата във всички физически системи, а основните резултати, до които тя достига, са следните: относителността на свойствата на пространството - време; относителност на масата и енергията; еквивалентност на тежки и инертни маси.

Най-значимият резултат от общата теория на относителността от философска гледна точка е установяването на зависимостта на пространствено-времевите свойства на околния свят от местоположението и движението на гравитиращите маси. Това е благодарение на влиянието на телата
При големи маси пътищата на светлинните лъчи се огъват. Следователно гравитационното поле, създадено от такива тела, в крайна сметка определя пространствено-времевите свойства на света.

Специалната теория на относителността се абстрахира от действието на гравитационните полета и затова нейните заключения са приложими само за малки области от пространство-времето. Основната разлика между общата теория на относителността и предшестващите я фундаментални физични теории е отхвърлянето на редица стари концепции и формулирането на нови. Заслужава да се каже, че общата теория на относителността направи истинска революция в космологията. На негова основа се появиха различни модели на Вселената.

Голяма открита тайна

Александър Гришаев, фрагмент от статията „ Разливи и фитили с универсална гравитация»

„Англичаните не чистят оръжията си с тухли: нека и нашите не чистят, иначе, не дай си боже война, не стават за стрелба...“ –Н. Лесков.

8 параболични огледала на приемно-предавателния антенен комплекс ADU-1000 са част от приемния комплекс на Плутон на Центъра за комуникации в дълбокия космос...

В ранните години на изследване на дълбокия космос редица съветски и американски междупланетни станции бяха за съжаление изгубени. Дори ако изстрелването се проведе без повреди, както казват експертите, „в нормален режим“, всички системи работеха нормално, всички предварително осигурени корекции на орбитата продължиха нормално, комуникацията с устройствата беше неочаквано прекъсната.

Стига се дотам, че през следващия благоприятен за пускане „прозорец“ се пускат партиди, едно след друго, идентични устройства с една и съща програма – с надеждата поне едно да бъде доведено до победен край. Но – къде е! Имаше определена причина, която прекъсна връзката при приближаване на планетите, което не даде отстъпки.

Разбира се, те премълчаха това. Глупавата общественост беше информирана, че станцията е преминала на разстояние, да речем, 120 хиляди километра от планетата. Тонът на тези съобщения беше толкова весел, че човек не можеше да не си помисли: „Момчетата стрелят! Сто и двадесет хиляди не е лошо. Можех да го направя с триста хиляди! Давате нови, по-точни изстрелвания!“ Никой нямаше представа за интензитета на драмата - че експертите са намислили нещо не разбра направо.

В крайна сметка решихме да опитаме това. Сигналът, използван за комуникация, нека бъде известно, отдавна е представен под формата на вълни - радиовълни. Най-лесният начин да си представите какви са тези вълни е „ефектът на доминото“. Комуникационният сигнал се разпространява в пространството като вълна от падащи домино.

Скоростта на разпространение на вълната зависи от скоростта, с която пада всяко отделно домино, и тъй като всички домино са еднакви и падат за еднакво време, скоростта на вълната е постоянна стойност. Разстоянието между доминото се нарича от физиците "дължина на вълната".

Пример за вълна - "ефект на доминото"

Сега да приемем, че имаме небесно тяло (да го наречем Венера), отбелязано на тази фигура с червена драскулка. Да кажем, че ако бутнем първоначалното домино, тогава всяко следващо домино ще падне върху следващото за една секунда. Ако точно 100 домино са поставени от нас до Венера, вълната ще достигне до нея, след като всичките 100 домино паднат последователно, прекарвайки по една секунда всяко. Общо вълната от нас ще достигне Венера за 100 секунди.

Това е така, ако Венера стои неподвижно. Ами ако Венера не стои неподвижна? Да кажем, докато падат 100 домино, нашата Венера успява да „изпълзи“ на разстояние, равно на разстоянието между няколко домино (няколко дължини на вълната), какво ще се случи тогава?

Академиците решиха, че какво ще стане, ако вълната настигне Венера според същия закон, който учениците от началното училище използват в задачи като: „От точка А влакът тръгва със скорост Акм/час, а от точката б в същото време пешеходец излиза със скорост bв същата посока колко време ще отнеме на влака да настигне пешеходеца?“

Когато академиците разбраха, че трябва да решат такъв прост проблем за по-малки ученици, нещата започнаха да се подобряват. Ако не беше тази изобретателност, нямаше да видим изключителните постижения на междупланетната астронавтика.

И какво толкова хитро има тук, ще вдигне ръце неопитният Незнайко в науките?! И напротив, Знайка, опитен в науките, ще извика: пази, спри негодника, това е лъженаука! Според истинската, правилната наука, правилно, този проблем трябва да се реши съвсем различно! В края на краищата нямаме работа с някакви бавно движещи се кораби на лисици, а със сигнал, който се втурва след Венера със скоростта на светлината, който колкото и да бягате вие или Венера, все пак ви настига със скоростта на светлина! Освен това, ако се втурнете към него, няма да го срещнете по-бързо!

Принципи на относителността

„Това е така“, ще възкликне Непознат, „оказва се, че ако от точката б за мен, който съм в космическия кораб в точката А Те ще ви уведомят, че имат опасна епидемия на борда, за която имам лекарство; безполезно е да се обръщам, за да ги посрещна, защото... Все още няма да се срещнем по-рано, ако космическият кораб, изпратен до мен, се движи със скоростта на светлината? А това означава, че мога с чиста съвест да продължа пътуването си към точката ° С да достави товар от памперси за маймуните, които трябва да се родят следващия месец?

„Точно“, ще ви отговори Знайка, „ако бяхте на велосипед, тогава ще трябва да карате, както показва пунктираната стрелка - към колата, която тръгва за вас.“ Но ако към вас се движи превозно средство със скорост на светлината, тогава дали ще се придвижите към него или ще се отдалечите от него, или ще останете на място, няма значение - Часът на срещата не може да се променя.

„Как е възможно“, ще се върне Незнайко към нашите домина, „доминото ще започне ли да пада по-бързо?“ Това няма да помогне - просто ще бъде проблем Ахил да настигне костенурка, без значение колко бързо бяга Ахил, пак ще му отнеме известно време, за да измине допълнителното разстояние, изминато от костенурката.

Не, тук всичко е по-хладно - ако лъч светлина ви настигне, тогава вие, движейки се, разтягате пространството. Поставете същото домино върху ластик и го издърпайте - червеният кръст върху него ще се движи, но доминото също ще се движи, разстоянието между доминото се увеличава, т.е. Дължината на вълната се увеличава и по този начин ще има същия брой домино между вас и началната точка на вълната през цялото време. Еха!

Аз бях този, който популярно очерта основите на Айнщайн Теории на относителността, единствената правилна, научна теория, според която трябва да се вземе предвид преминаването на подсветлинен сигнал, включително при изчисляване на режимите на комуникация с междупланетни сонди.

Нека да изясним една точка: в релативистките теории (а има две от тях: СТО– специална теория на относителността и GTO– обща теория на относителността) скоростта на светлината е абсолютна и не може да бъде надвишена по никакъв начин. И един полезен термин за ефекта от увеличаване на разстоянието между кокалчетата се нарича " Доплер ефект» – ефектът на увеличаване на дължината на вълната, ако вълната следва движещ се обект, и ефектът на скъсяване на дължината на вълната, ако обектът се движи към вълната.

Така че академиците вярваха, че според единствената правилна теория само сондите са останали за млякото. Междувременно, през 60-те години на 20 век, редица страни произвеждат Радар Венера. С радарно откриване на Венера този постулат за релативистично добавяне на скорости може да бъде проверен.

американски Би Джей Уолъспрез 1969 г., в статията „Радарна проверка на относителната скорост на светлината в космоса“, той анализира осем радарни наблюдения на Венера, публикувани през 1961 г. Анализът го убеди, че скоростта на радиолъча ( противно на теорията на относителността) се добавя алгебрично към скоростта на въртене на Земята. Впоследствие той имаше проблеми с публикуването на материали по тази тема.

Нека изброим статиите, посветени на споменатите експерименти:

1. В.А. Котелников и др. „Радарна инсталация, използвана в радара на Венера през 1961 г.“ Радиотехника и електроника, 7, 11 (1962) 1851.

2. В.А. Котелников и др. „Радарни резултати на Венера през 1961 г.“ Пак там, страница 1860.

3. В.А. Морозов, З.Г. Трунова „Анализатор на слаб сигнал, използван в радара на Венера през 1961 г.“ Пак там, страница 1880.

заключения, които са формулирани в третата статия, са разбираеми дори за Непознат, който е разбрал теорията за падащите домино, която е изложена тук в началото.

В последната статия, в частта, където описваха условията за откриване на сигнал, отразен от Венера, имаше следната фраза: „ Теснолентовият компонент се разбира като компонент на ехо сигнала, съответстващ на отражението от неподвижен точков рефлектор...»

Тук „теснолентовият компонент“ е откритият компонент на сигнала, връщащ се от Венера, и той се открива, ако Венера се счита за ... неподвижен! Тези. момчетата не са го написали директно Доплеров ефект не се открива, вместо това са написали, че сигналът се разпознава от приемника само ако не се вземе предвид движението на Венера в същата посока като сигнала, т.е. когато ефектът на Доплер е нула според която и да е теория, но тъй като Венера се движеше, тогава не се случи ефектът на удължаване на вълната, който беше предписан от теорията на относителността.

За голяма тъга на теорията на относителността, Венера не разтегли пространството и „доминото“ бяха подредени много повече, когато сигналът пристигна на Венера, отколкото в момента на изстрелването му от Земята. Венера, като костенурката на Ахил, успя да изпълзи от стъпките на вълните, които я настигаха със скоростта на светлината.

Очевидно американските изследователи са направили същото, както се вижда от гореспоменатия случай с Уолъс, на когото не беше позволено да публикува статия за интерпретацията на резултатите, получени при сканирането на Венера. Така че комисиите за борба с псевдонауката функционират редовно не само в тоталитарния Съветски съюз.

Между другото, удължаването на вълните, както разбрахме, според теорията трябва да показва разстоянието на космическия обект от наблюдателя и се нарича червено отместване, и точно това червено отместване, открито от Хъбъл през 1929 г., е в основата на космогоничната теория за Големия взрив.

Показано местоположение на Венера отсъствиетова много компенсации, и отсега нататък, от момента на успешните резултати от местоположението на Венера, тази теория - теорията за Големия взрив - както и хипотезите за "черни дупки" и други релативистични глупости, преминават в категорията на науката измислица. Научна фантастика, за която дават нобелови награди не по литература, а по физика!!! Чудни са делата ти, Господи!

P.S. По повод 100-годишнината на SRT и съвпадащата 90-годишнина от Общата теория на относителността беше открито, че нито едната, нито другата теория са експериментално потвърдени! По случай годишнината проектът „Гравитационна сонда B (GP-B) ” на стойност 760 милиона долара, което трябваше да даде поне едно потвърждение на тези нелепи теории, но всичко завърши с голям срам. Следващата статия е точно за това...

OTO на Айнщайн: „и кралят е гол!“

„През юни 2004 г. Общото събрание на ООН реши да обяви 2005 г. за Международна година на физиката. Асамблеята покани ЮНЕСКО (Организацията на Обединените нации за образование, наука и култура) да организира дейности за честването на Годината в сътрудничество с дружества по физика и други заинтересовани групи по света...“– Съобщение от Бюлетина на ООН

Все пак бих! – Следващата година се навършват 100 години от Специалната теория на относителността ( СТО), 90 години – Обща теория на относителността ( GTO) - сто години непрекъснат триумф на новата физика, която свали от пиедестала архаичната нютонова физика, така вярваха служители на ООН, очаквайки честванията и почитта на най-великия гений на всички времена и народи догодина, както и неговите последователи.

Но последователите знаеха по-добре от другите, че „брилянтните“ теории не са се проявили по никакъв начин в продължение на почти сто години: на тяхна база не са правени прогнози за нови явления и не са правени обяснения за вече откритите, но необяснени от класическа нютонова физика. Съвсем нищо, НИЩО!

Общата теория на относителността няма нито едно експериментално потвърждение!

Всичко, което се знаеше, беше, че теорията е брилянтна, но никой не знаеше какъв е смисълът от нея. Е, да, редовно я хранеше с обещания и закуски, за които се плащаха колосални суми, а в края на краищата - научнофантастични романи за черни дупки, за които се дават Нобелови награди не по литература, а по физика. , колайдери се строяха един след друг, един по-голям от друг, гравитационни интерферометри се множаха по целия свят, в които, перифразирайки Конфуций, в „тъмната материя“ търсеха черна котка, която освен това я нямаше, и никой дори не е виждал самата „тъмна материя“.

Затова през април 2004 г. стартира най-амбициозният проект, който беше внимателно подготвян в продължение на около четиридесет години и за последния етап на който бяха отпуснати 760 милиона долара - "Гравитационна сонда B (GP-B)". Гравитационен тест Бтрябваше да навие, ни повече, ни по-малко, Айнщайново пространство-време, в размер на 6,6 дъгови секунди, на прецизни жироскопи (тоест върхове), за приблизително една година полет - точно за големия юбилей.

Веднага след изстрелването чакахме победоносните доклади, в духа на „Адютанта на Негово превъзходителство“ - „писмото“ последва N-тия километър: „Първата дъгова секунда от пространство-времето беше успешно навита“. Но победните доклади, за които вярващите в най-грандиозни Измама от 20 век, някак си всичко не последва.

И без победни репортажи какво, по дяволите, е юбилей - тълпи врагове на най-прогресивното учение с химикалки и калкулатори наготово чакат да оплюят великото учение на Айнщайн. Така ме разочароваха „Международна година на физиката“на спирачките - премина тихо и незабелязано.

Нямаше победни доклади веднага след приключването на мисията, през август на юбилейната година: имаше само съобщение, че всичко върви добре, брилянтната теория беше потвърдена, но ние ще обработим малко резултатите и точно след година ще има точен отговор. Нямаше отговор дори след година-две. В крайна сметка те обещаха да финализират резултатите до март 2010 г.

И къде е този резултат?! След като потърсих в Google Интернет, намерих тази интересна бележка в LiveJournal на един блогър:

Гравитационна сонда B (GP-B) – отследи760 милиона долара. $

И така - съвременната физика не се съмнява в GTR, изглежда, защо тогава има нужда от експеримент на стойност 760 милиона долара, насочен към потвърждаване на ефектите от GTR?

В крайна сметка това са глупости - същото е като да похарчите почти милиард, например, за да потвърдите закона на Архимед. Въпреки това, съдейки по резултатите от експеримента, тези пари не са били насочени към експеримента, парите са похарчени за PR.

Експериментът е проведен с помощта на сателит, изстрелян на 20 април 2004 г., оборудван с оборудване за измерване на ефекта на Ленс-Тиринг (като пряко следствие от общата теория на относителността). Сателит Гравитационна сонда B носеше на борда си най-точните жироскопи в света по това време. Експерименталният дизайн е описан доста добре в Wikpedia.

Още по време на периода на събиране на данни започнаха да възникват въпроси относно експерименталния дизайн и точността на оборудването. В крайна сметка, въпреки огромния бюджет, оборудването, предназначено за измерване на ултрафини ефекти, никога не е било тествано в космоса. По време на събирането на данни бяха разкрити вибрации, дължащи се на кипене на хелий в дюара, имаше неочаквани спирания на жироскопите с последващо въртене поради повреди в електрониката под въздействието на енергийни космически частици; Имаше компютърни повреди и загуби на масиви от „научни данни“, а най-значимият проблем се оказа ефектът „polhode“.

Концепция "полходе"Неговите корени се връщат към 18 век, когато изключителният математик и астроном Леонхард Ойлер получава система от уравнения за свободното движение на твърди тела. По-специално, Ойлер и неговите съвременници (D'Alembert, Lagrange) изследват флуктуации (много малки) в измерванията на географската ширина на Земята, които очевидно се дължат на флуктуации на Земята спрямо оста на въртене (полярната ос) ...

Жироскопи GP-B, вписани в Книгата на Гинес като най-сферичните обекти, правени някога от човешка ръка. Сферата е изработена от кварцово стъкло и покрита с тънък слой от свръхпроводим ниобий. Кварцовите повърхности са полирани до атомно ниво.

След обсъждането на аксиалната прецесия имате право да зададете директен въпрос: защо жироскопите GP-B, които са вписани в Книгата на Гинес като най-сферичните обекти, също демонстрират аксиална прецесия? Наистина, в напълно сферично и хомогенно тяло, в което и трите главни оси на инерция са идентични, полходният период около която и да е от тези оси би бил безкрайно голям и за всички практически цели не би съществувал.

Роторите GP-B обаче не са „перфектни“ сфери. Сферичната форма и хомогенността на разтопения кварцов субстрат позволяват да се балансират инерционните моменти спрямо осите до една част от милион - това вече е достатъчно, за да се изисква да се вземе предвид периодът на полухолд на ротора и да се фиксира пистата по протежение на който краят на оста на ротора ще се движи.

Всичко това се очакваше. Преди изстрелването на сателита беше симулирано поведението на роторите GP-B. Но все пак преобладаващият консенсус беше, че тъй като роторите бяха почти идеални и почти еднакви, те ще дадат много малка амплитуда на полходната писта и толкова дълъг период, че полходното въртене на оста няма да се промени значително по време на експеримента.

Въпреки това, противно на добрите прогнози, роторите GP-B в реалния живот направиха възможно да се види значителна аксиална прецесия. Като се има предвид почти перфектно сферичната геометрия и хомогенния състав на роторите, има две възможности:

– вътрешно разлагане на енергията;

– външно въздействие с постоянна честота.

Оказва се, че комбинация от двете работи. Въпреки че роторът е симетричен, като Земята, описана по-горе, жироскопът все още е еластичен и изпъква на екватора с около 10 nm. Тъй като оста на въртене се движи, изпъкналостта на повърхността на тялото също се движи. Поради малки дефекти в структурата на ротора и локални гранични дефекти между материала на сърцевината на ротора и неговото ниобиево покритие, ротационната енергия може да се разсейва вътрешно. Това кара пътя на дрейфа да се променя, без да се променя общият ъглов импулс (нещо като когато сурово яйце се върти).

Ако ефектите, предвидени от общата теория на относителността, действително се проявят, тогава за всяка година Гравитационна сонда B в орбита, осите на въртене на неговите жироскопи трябва да се отклоняват съответно с 6,6 дъгови секунди и 42 дъгови секунди

Два от жироскопите за 11 месеца поради този ефект завъртян на няколко десетки градуса, защото се въртят по оста на минимална инерция.

В резултат на това жироскопите, предназначени за измерване милисекундиъглова дъга, бяха изложени на непланирани ефекти и грешки до няколко десетки градуса! Всъщност беше така провал на мисията, обаче резултатите просто бяха премълчани. Ако окончателните резултати от мисията първоначално бяха планирани да бъдат обявени в края на 2007 г., те бяха отложени за септември 2008 г., а след това напълно за март 2010 г.

Както бодро съобщава Франсис Еверит, „Поради взаимодействието на електрически заряди, „замразени“ в жироскопите и стените на техните камери (ефектът на пластира)и неотчетените по-рано ефекти от показанията за четене, които все още не са напълно изключени от получените данни, точността на измерванията на този етап е ограничена до 0,1 дъгови секунди, което прави възможно потвърждаването с точност, по-добра от 1% ефект на геодезическа прецесия (6,606 дъгови секунди на година), но все още не дава възможност да се изолира и провери феноменът на плъзгане на инерционната референтна система (0,039 дъгови секунди на година). В ход е интензивна работа за изчисляване и извличане на шума от измерванията..."

Имам предвид как коментирах това изказване ZZCW : „от десетки градуси се изваждат десетки градуси и остават ъглови милисекунди с точност от един процент (и тогава декларираната точност ще бъде още по-висока, защото за пълен комунизъм трябва да се потвърди ефектът на Ленс-Тиринг), съответстващ на ключов ефект от общата теория на относителността...”

Нищо чудно, че НАСА отказаотпуска допълнителни милиони безвъзмездни средства на Станфорд за 18-месечна програма за „по-нататъшно подобряване на анализа на данни“, която беше планирана за периода октомври 2008 г. до март 2010 г.

Учени, които искат да получат RAW(сурови данни) за независимо потвърждение, бяха изненадани да установят, че вместо това RAWи източници NSSDCте получават само „данни от второ ниво“. „Ниво две“ означава, че „данните са леко обработени...“

В резултат на това екипът на Станфорд, лишен от финансиране, публикува окончателен доклад на 5 февруари, който гласи:

След изваждане на корекциите за слънчевия геодезичен ефект (+7 marc-s/год) и правилното движение на водещата звезда (+28 ± 1 marc-s/год), резултатът е −6,673 ± 97 marc-s/год, да бъдат сравнени с прогнозираните -6 606 marc-s/год от Общата теория на относителността

Това е мнението на непознат за мен блогър, чието мнение ще считаме за гласа на момчето, което извика: „ И кралят е гол!»

И сега ще цитираме твърденията на много компетентни специалисти, чиято квалификация е трудно да се оспори.

Николай Левашов „Теорията на относителността е фалшива основа на физиката“

Николай Левашов „Теорията на Айнщайн, астрофизика, заглушени експерименти“

Повече информацияи разнообразна информация за събития, които се провеждат в Русия, Украйна и други страни на нашата красива планета, можете да получите на Интернет конференции, които се провеждат постоянно на уебсайта „Ключове на знанието“. Всички конференции са открити и изцяло Безплатно. Каним всички будни и заинтересовани...

В реч на 27 април 1900 г. в Кралския институт на Великобритания лорд Келвин каза: „Теоретичната физика е хармонична и завършена сграда. В ясното небе на физиката има само два малки облака - постоянството на скоростта на светлината и кривата на интензитета на излъчване в зависимост от дължината на вълната. Мисля, че тези два конкретни въпроса скоро ще бъдат решени и на физиците от 20-ти век няма да им остане какво да правят.” Лорд Келвин се оказа абсолютно прав в посочването на ключовите области на изследване във физиката, но той не оцени правилно тяхното значение: теорията на относителността и квантовата теория, които се родиха от тях, се оказаха безкрайни пространства за изследвания, които са заели научни умове повече от сто години.

Тъй като не описва гравитационното взаимодействие, Айнщайн скоро след завършването му започва да разработва обща версия на тази теория, чието създаване той прекарва 1907-1915 г. Теорията беше красива в своята простота и съгласуваност с природните явления, с изключение на едно нещо: по времето, когато Айнщайн състави теорията, разширяването на Вселената и дори съществуването на други галактики все още не бяха известни, затова учените от онова време вярваха, че Вселената е съществувала неограничено време и е била неподвижна. В същото време от закона на Нютон за универсалната гравитация следва, че неподвижните звезди трябва в даден момент просто да бъдат събрани в една точка.

Не намирайки по-добро обяснение за това явление, Айнщайн въвежда в своите уравнения , които компенсират числено и по този начин позволяват стационарната Вселена да съществува, без да нарушава законите на физиката. Впоследствие Айнщайн започва да смята въвеждането на космологичната константа в своите уравнения за най-голямата си грешка, тъй като тя не е необходима за теорията и не е потвърдена от нищо друго освен от привидно стационарната Вселена по това време. А през 1965 г. е открито космическо микровълново фоново лъчение, което означава, че Вселената има начало и константата в уравненията на Айнщайн се оказва напълно ненужна. Независимо от това, космологичната константа все пак е открита през 1998 г.: според данните, получени от телескопа Хъбъл, далечните галактики не забавят разширяването си поради гравитационно привличане, а дори ускоряват разширяването си.

Основна теория

В допълнение към основните постулати на специалната теория на относителността тук беше добавено нещо ново: Нютоновата механика даде числена оценка на гравитационното взаимодействие на материалните тела, но не обясни физиката на този процес. Айнщайн успява да опише това чрез кривината на 4-измерното пространство-време от масивно тяло: тялото създава смущение около себе си, в резултат на което околните тела започват да се движат по геодезични линии (примери за такива линии са линиите на земната ширина и дължина, които за вътрешния наблюдател изглеждат като прави линии, но в действителност са леко извити). Светлинните лъчи също се огъват по същия начин, което изкривява видимата картина зад масивния обект. При успешно съвпадение на позициите и масите на обектите това води до (когато кривината на пространство-времето действа като огромна леща, което прави източника на далечна светлина много по-ярък). Ако параметрите не съвпадат напълно, това може да доведе до образуването на „кръст на Айнщайн“ или „кръг на Айнщайн“ в астрономически изображения на отдалечени обекти.

Сред прогнозите на теорията имаше и гравитационно забавяне на времето (което при приближаване на масивен обект действа върху тялото по същия начин като забавянето на времето поради ускорение), гравитационно (когато лъч светлина, излъчван от масивно тяло, преминава в червената част на спектъра в резултат на загубата на енергия за работната функция на излизане от „гравитационния кладенец“), както и гравитационни вълни (смущение на пространство-времето, което се произвежда от всяко тяло с маса по време на неговото движение) .

Състояние на теорията

Първото потвърждение на общата теория на относителността е получено от самия Айнщайн през същата 1915 г., когато е публикувана: теорията описва с абсолютна точност изместването на перихелия на Меркурий, което преди това не можеше да бъде обяснено с помощта на Нютоновата механика. Оттогава бяха открити много други явления, които бяха предсказани от теорията, но по време на публикуването й бяха твърде слаби, за да бъдат открити. Последното подобно откритие досега беше откриването на гравитационни вълни на 14 септември 2015 г.