Манзараи муосири физикии Олам

Консепсияи нисбияти фазо ва вақт

1. Мафҳуми фазо ва вақт дар механикаи классикӣ.
2. Мафҳумҳо ва принсипҳои асосии назарияи махсуси нисбияти Эйнштейн.
3. Назарияи умумии нисбияти Эйнштейн.
4. Хулосаҳои умумиилмӣ аз назарияи нисбияти Эйнштейн.
5. Мафҳуми фазо ва вақт дар механикаи классикӣ

Дар манзараи механикии Олам мафҳумҳои фазои мутлақ ва вақти мутлақ, ки ҳанӯз И. Нютон дохил намуда буд, нақши асосӣ мебозанд. Ин мафҳумҳо асоси консепсияи механикии фазо ва вақтро ташкил медиҳанд, ки мувофиқи он материя, фазои мутлақ ва вақти мутлақ мафҳумҳои аз якдигар новобаста ҳисобида мешаванд. Мувофиқи ақидаи Нютон фазои мутлақ ҷойгаҳи беҳаракат ва холии ҷисмҳои мутаҳаррик, вақти мутлақ давомнокии ҳолати ин ҷисмҳо мебошанд. Нютон гумон дошт, ки фазои мутлақ ва вақти мутлақ мафҳумҳои ҳақиқии тавсифкунандаи олами воқеӣ мебошанд, вале хусусиятҳои онҳо эҳсоснашаванда буда, эҳтимол дар оянда физика имкон пайдо мекунад, ки системаҳои реалии ифодакунандаи ин мафҳумҳоро пешниҳод намояд. Дар таҷрибаи ҳаррӯзаи худ бошад, инсон бо ҳаракатҳои нисбӣ, фазои нисбӣ ва вақти нисбӣ сару кордор мешавад.

Барои тасвири ҳаракати механикии ҷисмҳо мафҳуми системаи сарҳисоб дохил карда мешавад, ки аз системаи координатаҳо ва соат иборат мебошад. Системаҳои сарҳисоб нисбат ба ҳамдигар дар ҳолати оромӣ, дар ҳаракати ростхаттаю мунтазам ва ҳаракати соҳибшитоб буда метавонанд. Системаҳои сарҳисоб, ки нисбат ба ҳамдигар дар ҳолати оромӣ ва ё дар ҳаракати ростхаттаю мунтазаманд, системаҳои сарҳисоби инерсиалӣ номида мешаванд.

Дар механикаи классикӣ принсипи нисбияти Галилей ҷой дорад, ки онро чунин таъриф додан мумкин аст:

— дар системаҳои сарҳисоби инерсиалӣ ҳолати оромӣ ва ҳаракати ростхаттаю мунтазами ҷисмҳоро фарқ кардан имкон надорад;

— гузариш аз як системаи сарҳисоби инерсиалӣ ба системаи сарҳисоби инерсиалии дигар намуди қонунҳои механикаро тағйир намедиҳад.

Аз ин принсип бармеояд, ки фазо ва вақт мафҳумҳои сирф мутлақанд, аз ҳамдигар ва аз хосиятҳои объектҳои материалӣ вобаста намебошанд. Барои ин ҳолатро маънидод намудан таърифи дақиқи принсипи нисбиятро дида мебароем. Гузариш аз як системаи инерсиалӣ ба системаи инерсиалии дигар як тарзи табдилёбиҳои координатаҳо мебошанд, ки онро табдилёбиҳои Галилей меноманд ва мувофиқи он принсипи нисбияти механикаи классикӣ ҳамчун принсипи ковариантнокии қонунҳои механика тасвия мешавад.

Расми 8. Системаҳои сарҳисоби беҳаракат K ва ҳаракаткунанда K′

Бигузор ду системаи сарҳисоби К ва К’ мавҷуд аст (расми 8). Фарз мекунем, ки системаи К ором буда, системаи К’ нисбат системаи К ростхатта ва мунтазам ба самти тири х бо суръати V ҳаракат мекунад. Онгоҳ тирҳои координатаҳои мувофиқ дар ҳарду система параллел мешаванд. Фарз мекунем, ки дар лаҳзаи t = t₀ ибтидои системаи координатаҳо якҷояанд. Координатаҳои нуқтаи А-ро дар системаи К’ бо воситаи координатаҳои нуқтаи А дар системаи К дар лаҳзаи t = t’ ифода мекунем. Азбаски ҳаракат аз рӯи тири x сурат мегирад, гузариш аз як система ба системаи дигар бо ёрии муодилаҳои зерин ифода карда мешавад (нигар ба расми 6):

Агар ба ин муодилаҳо баробарии илова карда шавад, системаи пурраи табдилёбиҳои Галилей ҳосил мегардад:

(1)

Нишон додан мумкин аст, ки нисбат ба ин табдилёбиҳо қонунҳои механика ковариант мебошанд. Масалан, қонуни асосии механика – қонуни дуюми Нютон дар системаҳои К ва К’ намуди якхела дорад:

Аз табдилёбиҳои Галилей бармеояд, ки координатаҳои фазоӣ ва вақтӣ ба муодилаҳои (1) баробарқувва дохил намешаванд, яъне x’ аз x ва t вобаста аст, вале t’ танҳо аз t вобаста буда, аз x вобаста намебошад. Ҳамин тавр, вақт ҳамчун бузургии мустақил ва новобаста аз фазо тасаввур мешавад.

Характеристикаҳои ченшавандаи асосии фазо ва вақт масофаи байни ду нуқта дар фазо (дарозӣ) ва муддати байни ду ҳодиса дар давоми вақт (фосила) мебошанд. Аз табдилёбиҳои Галилей бармеояд, ки дарозӣ ва фосилаи вақт характери мутлақ доранд. Дар ҳақиқат, аз баробарии t’ = t мутлақияти вақт бармеояд, яъне фосилаи вақт аз системаи сарҳисоб вобаста набуда, дар ҳамаи системаҳо якхела аст. Барои тасдиқи мутлақияти дарозӣ порчаи АВ, ки нисбат ба тири x параллел аст, дида мебароем (расми 9). Координатаҳои аввалу охири порчаро

Расми 9. Новобастагии байни фазо ва вақт мувофиқи механикаи классикӣ

дар системаи К ва К’ мувофиқан бо x₁, x₂ ва x₁‘, x₂‘ ишора мекунем. Онгоҳ дарозии порчаи АВ дар системаи К x₂ – x₁ ва дар системаи К’ x₂‘ – x₁‘ мешавад. Аз системаи К’ ба системаи К бо ёрии табдилёбиҳои (1) гузошта ҳосил мекунем:

Дида мешавад, ки дарозии порча дар системаи ҳаракаткунанда К’ x₂‘ – x₁‘ ва системаи ороми К x₂ – x₁ баробаранд, яъне дарозӣ характери мутлақ дорад ва аз системаи сарҳисоб вобаста намебошад. Ҳамин тавр, механикаи классикӣ ба он ақида асос ёфтааст, ки мафҳумҳои фазо ва вақт сирф мутлақанд, аз ҳамдигар вобаста намебошанд. Бар замми он фарз карда мешавад, ки фазо ва вақт аз хосиятҳои объектҳои материалӣ низ новобастаанд.

Мафҳумҳо ва принсипҳои асосии назарияи махсуси нисбияти Эйнштейн

Замонҳое, ки дар табиатшиносӣ манзараи механикии Олам ҳукмронӣ дошт ва кулли ҳодисаҳои табиатро қонунҳои механикаи классикӣ маънидод мекард, принсипи нисбияти Галилей бе шакку шубҳа қобили қабул буд. Мувофиқи ин принсип агар ҷисм дар ду шакли ҳаракат иштирок кунад, суръати умумии он ҷамъ ё тарҳ мешавад (V ± v). Вале вақте физикон ба омӯхтани ҳодисаҳои электрикӣ, магнитӣ ва оптикӣ шурӯъ намуданд, вазъият куллан тағйир ёфт. Пайдоиши назарияи майдони электромагнитӣ ва тасдиқи таҷрибавии мавҷудияти реалии он саволе ба миён гузошт, ки оё принсипи нисбияти Галилей, ки барои ҳодисаҳои механикӣ ҷой дорад, барои ҳодисаҳои электромагнитӣ ҳам иҷрошаванда аст? Гап дар он аст, ки ба муодилаҳои асосии назарияи электромагнитизм – муодилаҳои Максвелл коэффисиенти доимӣ дохил мешавад, ки он суръати рӯшноӣ буда, тақрибан ба c = 300000 км/сон баробар аст. Пас саволи табиӣ ба миён меояд, ки суръати рӯшноӣ нисбат ба чӣ? Посух ҳам ба ин савол бояд табиӣ бошад: нисбат ба фазои мутлақ ва ором, яъне эфир (он солҳо мавҷи рӯшноиро лаппиши як муҳити умумиҷаҳонии универсалии беҳаракат – эфир мепиндоштанд). Агар ин тавр бошад, пас дар системаи сарҳисоби дилхоҳи нисбат ба эфир бо суръати доимии v ҳаракаткунанда, суръати рӯшноӣ бояд ба c ± v баробар бошад. Бинобар он, агар мо суръати рӯшноиро нисбат ба эфир ва нисбат ба системаи сарҳисоби ҳаракаткунанда ёбем, онгоҳ суръати системаи сарҳисобро нисбат ба эфир, ё худ суръати мутлақро нисбат ба фазои мутлақ ёфта метавонем. Дар асоси ин ақида таҷрибаи машҳури физики амрикоӣ А. Майкелсон гузаронида шуд, ки он бояд ҳаракати Заминро нисбат ба эфир ошкор намояд. Вале ин таҷриба сарфи назар аз он, ки борҳо ва бо саҳеҳии калон гузаронида шуд, натиҷаи манфӣ дод. Мақсад аз ин таҷриба ёфтани фарқи байни суръати рӯшноӣ ба самти ҳаракати Замин ва ба самти ба ҳаракати Замин перпендикуляр буд. Вале таҷриба дақиқ нишон дод, ки суръати рӯшноӣ дар ҳама самтҳо якхелааст, яъне ҳаракати Замин ба суръати рӯшноӣ таъсир намерасонад. Аз натиҷаи таҷрибаи Майкелсон принсипи доимии суръати рӯшноӣ бармеояд, ки мувофиқи он суръати рӯшноӣ дар фазои холӣ новобаста аз ҳаракати манбаъ ва ё қабулкунаки рӯшноӣ доимӣ мебошад.

Ҳамин тавр, охирҳои асри 19 ва ибтидои асри 20 инкишофи физика ба дарки ихтилоф ва номувофиқатӣ байни ду принсипи дар алоҳидагӣ дуруст ва дар таҷриба исбот шуда – принсипи нисбияти Галилей ва принсипи тағйирнопазирии (доимии) суръати рӯшноӣ овард.

Ҳалли ин проблема, ки А. Эйнштейн пешниҳод намуд, аз як тараф бағоят оддӣ буда, аз тарафи дигар ақидаи гениалӣ ва аҳамияти муҳими илмӣ дошта ҳисобида мешавад. Эйнштейн изҳор дошт: принсипҳое, ки бо роҳи таҷрибавӣ исбот шудаанд, ба ҳам зид буда наметавонанд. Бо вуҷуди ин агар зиддият пайдо шавад, пас сабаби онро бояд дар шартҳои заминавии ин принсипҳо ҷуст. Барои бартараф намудани зиддияти зикршуда Эйнштейн ба хулоса омад, ки бояд аз табдилёбиҳои Галилей ва бинобар он, аз ақидаи мутлақияти фазо ва вақт даст кашид. Аз ҷумла ӯ ба ақидаи қатъӣ омад, ки мафҳуми яквақтагии ҳодиса характери нисбӣ дорад, яъне, масалан, ду ҳодисае, ки дар як системаи сарҳисоб яквақтаанд, нисбат ба системаи сарҳисоби дигар яквақта намебошанд ва баръакс. Ин чунин маъно дорад, ки ба мафҳуми вақти мутлақ хотима дода шавад: дар системаҳои сарҳисоби гуногун вақт якхела ҷорӣ намешавад.

Дар натиҷаи таҳлили мафҳуми яквақтагии ҳодисаҳо А. Эйнштейн бар ивази табдилёбиҳои Галилей табдилёбиҳоеро истифода мекунад, ки табдилёбиҳои Лоренс номида мешаванд ва намуди зерин доранд:

Бояд гуфт, ки табдилёбиҳои (2) –ро физики ҳолландӣ Х.А. Лоренс ҳанӯз соли 1896 пешниҳод карда буд, вале ба онҳо маънои физикӣ дода натавонист. Вале А. Эйнштейн нишон дода тавонист, ки маҳз ҳамин табдилёбиҳо ифодаи математикии нисбӣ будани фазо ва вақт мебошанд. Воқеан, аз табдилёбиҳои Лоренс бармеояд, ки

а) андозаи ҷисм ба самти ҳаракат кӯтоҳ мешавад — эффекти кӯтоҳшавии релятивии андозаи ҷисм ба самти ҳаракат:

Ин ҷо L₀ ва L мувофиқан дарозии ҷисм дар системаҳои сарҳисоби К ва К’.

б) ҷоришавии вақт дар системаи сарҳисоби ҳаракаткунанда суст мешавад – эффекти сустшавии релятивии ҷоришавии вақт дар системаи сарҳисоби ҳаракаткунанда:

,

ин ҷо Δt₀ ва Δt – мувофиқан фосилаи вақт дар системаҳои сарҳисоби К ва К’.

Бо осонӣ дида мешавад, ки барои суръатҳои нисбат ба суръати рӯшноӣ ниҳоят хурд L = L₀ ва , яъне эффекти релятивӣ амалан ҷой надорад ва фазову вақт амалан аз ҳамдигар вобаста намебошанд. Ба дигар маънӣ барои ҳолатҳои аз табдилёбиҳои Лоренс (2) табдилёбиҳои Галилей (1) ҳосил мешаванд. Дар шароитҳои оддии рӯизаминӣ мо бо суръатҳои аз суръати рӯшноӣ ниҳоят хурд сару кордор мешавем. Масалан, суръати калонтарини киштиҳои кайҳонии имрӯза (15 км/сон) аз суръати рӯшноӣ тақрибан 20 ҳазор маротиба хурд аст. Бинобарон фарқи байни амалан ночизанд.

Дар механикаи классикӣ бузургии массаи ҷисм доимӣ ҳисобида мешавад. Аз назарияи махсуси нисбият бармеояд, ки бо зиёдшавии суръат масса низ меафзояд. Агар массаи ҷисми оромро бо m₀ ишора намоем, онгоҳ массаи ҳамин ҷисми бо суръати V ҳаракаткунанда намуди зерин дорад:

Аз ин баробарӣ дида мешавад, ки бо афзудани суръати ҳаракати ҷисм массаи он зиёд мешавад. Ин эффект барои зарраҳои элементарӣ (электронҳо ва ғ.) кайҳо исбот карда шудааст.

Аз формулаҳои (3), (4) ва (5) дида мешавад, ки агар ҷисм бо суръати рӯшноӣ ҳаракат кунад, бояд андозаи он баробари нол шавад, дар ҳамон системаи ҳаракатнок ҷоришавии вақт қатъ гардад ва массаи ҷисм беохир калон шавад. Азбаски аз назари физикӣ чунин ҳолатҳо маъно надоранд, пас ба хулоса омадан мумкин аст, ки ҷисми дорои масса буда бо суръати рӯшноӣ ҳаракат карда наметавонад.

Назарияи умумии нисбияти Эйнштейн

Дар назарияи махсуси нисбият системаҳои сарҳисоб инерсиалӣ ҳисобида мешаванд. Назарияи махсуси нисбият муқаррар менамояд, ки дар ҳамаи системаҳои инерсиалӣ просесҳои физикӣ якхела сурат мегиранд. Саволе бармеояд, ки оё ин принсипро барои системаҳои ғайриинерсиалӣ татбиқ намудан мумкин аст? Дар назари аввал чунин менамояд, ки мумкин нест, зеро дар системаҳои ғайриинерсиалӣ бо ёрии таҷриба ғайриинерсиалӣ будани онҳоро муайян кардан мушкил нест. Масалан, дар мошини ростхатта ва мунтазам ҳаракат карда истода нишаста мо гуфта наметавонем, ки мошини мо дар ҳаракат аст, ё биною дарахтони сари роҳ. Вале агар мошинро тормоз диҳем, ба пеш такон мехӯрем ва маълум мешавад, ки маҳз мошини мо дар ҳаракат аст. Чунин системаи сарҳисоби сустшаванда (ва ё тезшаванда) ҳаракат карда истода, системаи ғайриинерсиалӣ мешавад.

Ҳамин тавр, дар дохили системаи ғайриинерсиалии маҳдуд истода, мушоҳидабаранда бо роҳи таҷрибавӣ метавонад ҳаракати онро муқаррар намояд. Вале оё ин кор ҳама вақт имконпазир аст? Посух ба ин савол моҳияти асосии назарияи умумии нисбияти Эйнштейнро ташкил медиҳад. Маҳз дар ҳалли ин проблема интуитсияи (гувоҳии дили) доҳиёнаи А Эйнштейн зоҳир мегардад. Асоси назарияи умумии нисбиятро ду ақида ташкил медиҳад:

а) назарияи махсуси нисбият

б) факти баробарии массаи инертӣ ва массаи ҷозибавии (гравитатсионии) ҷисмҳо.

Расми 10. Лифти Эйнштейн а) дар ҳолати ором будан; б) дар ҳолати афтиши озод.

Агар назарияи махсуси нисбиятро А. Эйнштейн соли 1905 пешниҳод карда бошад, пас факти баробарии массаи инертӣ ва массаи ҷозибавӣ ҳанӯз аз замони И. Нютон маълум буд. Вале физикаи классикӣ моҳияти ин баробариро маънидод карда натавонист. Аз ин рӯ, физикон ин фактро на қонунияти фундаменталӣ, балки чун ҳодисаи тасодуфӣ мепиндоштанд. Эйнштейн бошад баробарии массаи инертӣ ва массаи гравитатсиониро мавриди таҳлили чуқури мантиқӣ қарор дод. Тавре маълум аст, қувваи ба ҷисми озод афтанда таъсиркунандаро бо ёрии ду формула ифода кардан мумкин аст. Аз як тараф, ҳар як қувва ба ҷисм шитоб медиҳад ва мувофиқи қонуни дуюми Нютон F = m_ua мешавад, ки ин ҷо F- қувваи ба ҷисм таъсиркунанда, m_u — массаи инертии ҷисм ва а — шитоби он аст. Аз тарафи дигар, қувваи майдони ҷозибаро ба намуди F = m_ҷg навиштан мумкин аст, ки ин ҷо m_ҷ — массаи ҷозибавии ҷисм ва g = 9,8м/сон² – шитоби озодафтии ҷисм аст. Мувофиқи қонуни ҷозибаи умумиолам буда, — доимии гравитатсионӣ, M = 6 * 10²⁴ кг – массаи Замин ва R = 6,4 * 10⁶ м – радиуси он мебошад.

Барои ба моҳияти назарияи умумии нисбият сарфаҳм рафтан таҷрибаи хаёлии зеринро дида мебароем, ки бо номи «лифти Эйнштейн» маъруф аст (расми 10). Ба сифати системаи ғайриинерсиалӣ лифти дар майдони ҷозибаи Замин озод афтандаро дида мебароем.

Савол чунин аст: оё мушоҳидачии дохили лифт буда муайян карда метавонад, ки системаи сарҳисоби вай (яъне лифт) ҳаракати соҳибшитоб мекунад? Эйнштейн нишон дода тавонист, ки бо ҳеҷ гуна таҷрибаи дар дохили лифт гузаронидашуда яке аз ду ҳолатро аз якдигар фарқ кардан имкон надорад:

1. Лифт дар майдони ҷозиба ҳаракати соҳибшитоб мекунад;
2. Лифт ором аст, вале майдони ҷозиба барҳам хӯрд.

Дар ҳақиқат, бигузор дар ибтидо лифт дар майдони ҷозибаи Замин ором истодааст. Дар ин ҳол агар ба паллаи тарозуи пружинӣ санги яккилограммаро гузорем, ақрабаки тарозу ба як тақсимот (1 кг) майл мекунад. Акнун агар симтанобро буррем лифт озод меафтад, яъне бошитоб ҳаракат мекунад. Дар дохили лифт ин ҳодиса чун барҳам хӯрдани қувваи ҷозиба зоҳир мешавад, зеро ақрабаки тарозу дар рақами сифр (0) қарор мегирад. Шахси дар дохили лифт буда ба як хулоса омада наметавонад, ки майдони ҷозиба барҳам хӯрд, ё лифт озод афтида истодааст. Таҷрибаро акнун тағйир медиҳем: фарз мекунем, ки бо ягон роҳ майдони ҷозибаи заминро бартараф кардем. Онгоҳ лифт дар ҳолати оромӣ қарор мегирад ва ақрабаки тарозуи сангдор рақами сифр (0) – ро нишон медиҳад. Агар аз ягон лаҳза сар карда лифтро бо шитоби доимии g ба ба боло кашем, ақрабаки тарозу боз рақами 1-ро нишон медиҳад ва шахси дар дохили он буда боз ҳам гуфта наметавонад, ки кадоме аз ин ду ҳодиса рӯй дод:

1. Майдони ҷозиба пайдо шуд, вале лифт ором аст:

2. Майдони ҷозиба чун пештара мавҷуд нест, вале лифт бошитоб боло меравад.

Аз ин таҷрибаҳои хаёлӣ хулоса бароварда А. Эйнштейн принсипи эквивалентнокиро пешниҳод кард. Мувофиқи ин принсип майдони ҷозиба ва майдоне ки тавассути ҳаракати соҳибшитоб пайдо мешавад, аз назари физикӣ ҳамон яканд. Ин принсип баробарии массаи инертӣ ва массаи ҷозибавиро аз як баробарии

тасодуфӣ ба қонуни фундаменталӣ табдил медиҳад. Зиёда аз он, аз ин принсип бармеояд, ки қонунҳои табиат дар ҳамагуна системаҳои сарҳисоб (ҳам инерсиалӣ ва ҳам ғайриинерсиалӣ) намуди якхела доранд.

Аз назарияи умумии нисбият як хулосаи ниҳоят муҳим бармеояд: дар майдони ҷозиба дастаи рӯшноӣ каҷхатта паҳн мешавад (расми 11). Ин натиҷа барои санҷидан ва асоснок намудани назарияи мазкур аҳамияти фавқулодда муҳим дорад, зеро онро бо роҳи таҷрибавӣ мушоҳида намудан мумкин аст. Воқеан, ченкуниҳои дақиқи дар аснои гирифтани пурраи офтоб гузаронидашуда (с. 1919) ин пешгӯиро пурра тасдиқ намуд. Каҷшавии дастаи рӯшноӣ дар майдони ҷозиба аз он шаҳодат медиҳад, ки суръати рӯшноӣ дар ин гуна майдон доимӣ набуда, балки аз як нуқта ба нуқтаи дигар (вобаста аз шадидияти майдон) тағйир меёбад.

Расми 11. Таъсири гравитатсионии Офтоб ба траекторияи рӯшноӣ а) каҷшавии траекторияи рӯшноии аз ситораи S ба Замин афтанда аз таъсири майдони гравитатсионии Офтоб, ба назари мо мавқеи ситора дар ҳолати S′ намоён мегардад; б) дар лаҳзаи гирифти Офтоб мо ҳолати аслии ситораро мебинем.

Аз ин натиҷа баъзе олимон ба хулоса омаданд, ки назарияи умумии нисбият назарияи махсуси нисбиятро беэътибор менамояд, зеро принсипи асосии назарияи махсуси нисбият тағйирнопазирӣ (доимӣ) – и суръати рӯшноӣ мебошад. Муаллифи ин ду назария А. Эйнштейн ин гуна хулосаҳоро комилан нодуруст меҳисобад. Дар амал, мегӯяд ӯ, аз ин муқоиса танҳо ба он хулоса омадан мумкин аст, ки назарияи махсуси нисбият соҳаи муайяни татбиқи худро дорад, яъне ин назария то он замон эътибор дошта метавонад, ки таъсири майдони ҷозибаро ба ҳодисаҳо ба назар нагирифтан мумкин бошад.

Хулосаҳои умумиилмӣ аз назарияи нисбияти Эйнштейн

Назарияи нисбияти Эйнштейн аввалин назарияи физикӣ буд, ки нуқтаи назари олимонро оид ба фазо, вақт ва ҳаракат куллан тағйир дод. Агар дар механикаи классикӣ фазо ва вақтро новобаста аз ҳамдигар ва аз ҳаракати ҷисмҳои материалӣ, яъне мафҳумҳои мутлақ меҳисобиданд, пас бо бунёди назарияи махсуси нисбият қатъиян муқаррар гардид, ки:

1. Ҳама гуна ҳаракати ҷисмҳо танҳо нисбат ба ҷисмҳои дигар, ки чун системаҳои сарҳисоб ҳисобидан мумкин аст, тасвир карда мешавад;
2. Фазо ва вақт байни худ вобастагии зич доранд, зеро танҳо дар якҷоягӣ онҳо ҳолати ҷисми мутаҳаррикро муайян карда метавонанд. Маҳз бо ҳамин сабаб дар назарияи нисбият системаи координатаҳои чорченака дохил мекунанд, ки дар он координатаи чорӯм вақт аст;
3. Назарияи махсуси нисбият нишон дод, ки принсипи нисбият дар системаҳои сарҳисоби инерсиалӣ барои қонунҳои электродинамика низ ҷой дорад, танҳо дар ин ҳол бар ивази табдилёбиҳои Галилей табдилёбиҳои Лоренс истифода мешаванд;
4. Дар асоси ба просесҳои электромагнитӣ татбиқ намудани принсипи нисбият, доимии суръати рӯшноӣ ҳамчун постулат қабул карда мешавад.
5. Назарияи умумии нисбият аз чунин маҳдудиятҳо ба монанди бартарияти системаҳои сарҳисоби инерсиалӣ, ва принсипи доимии суръати рӯшноӣ даст мекашад ва ба хулоса меоварад, ки ҳама гуна системаҳои сарҳисоб барои тасвири қонунҳои табиат баробарқувваанд.

Аз назари умумиилмӣ натиҷаи муҳимтарини назарияи умумии нисбият аз он иборат аст, ки вай вобастагии хусусиятҳои фазову вақтии Оламро аз мавқеъ ва ҳаракати массаҳои ҷозибавӣ муқаррар намуд. Фазо ва вақт бидуни материя ҳеҷ аст ва маъно надорад. Фазову вақт шакли мавҷудияти материя мебошад ва ҳамчун ифодакунандаи муносибатҳои умумитарини объектҳои материалӣ берун аз материя мавҷуд буда наметавонад.

Саволҳои тестӣ

1. Манзараи электромагнитии Олам дар асоси кадом назария пайдо шудааст?

а) механикаи классики Нютон

б) механикаи квантӣ

в) назарияи Максвелл

г) назарияи Эйнштейн

2. Назарияи нисбиятро кадом олим пешниҳод кардааст?

а) И. Нютон

б) А. Эйнштейн

в) М. Планк

г) Луи де-Бройл

1. Кӯтоҳшавии релятивии андозаи ҷисм аз кадом назария бармеояд?

а) механикаи классикӣ

б) механикаи квантӣ

в) назарияи махсуси нисбияти Эйнштейн

г) назарияи умумии нисбияти Эйнштейн

1. Сустшавии релятивии ҷоришавии вақт аз кадом назария бармеояд?

а) механикаи классикӣ

б) механикаи квантӣ

в) назарияи махсуси нисбияти Эйнштейн

г) назарияи умумии нисбияти Эйнштейн

1. Принсипи нисбият дар механикаи классикӣ ба кадом олим тааллуқ дорад?

а) Г. Галилей

б) И. Нютон

в) А. Эйнштейн

г) Ҷ. Максвелл

1. Қонуни ҷозибаи умумиоламро кӣ кашф кардааст?

а) Г. Галилей

б) И. Нютон

в) А. Эйнштейн

г) Максвелл

1. Кадоме аз ин ҷавобҳо қонуни ҷозибаи умумиоламро пурра маънидод мекунад?

а) ҷисмҳои дорои масса ба ҳамдигар ҷазб мешаванд

б) ҷисмҳои дорои масса якдигарро тела медиҳанд

в) ҷисмҳои дорои заряд ба ҳамдигар ҷазб мешаванд

г) ҷисмҳои дорои заряд якдигарро тела медиҳанд

1. Паҳншавии каҷхаттаи рӯшноӣ аз кадом назария бармеояд?

а) назарияи ҷозибаи И. Нютон

б) назарияи махсуси нисбият

в) назарияи умумии нисбият

г) ҷавоби дуруст нест

Манзараи муосири физикии Олам. Консепсияи нисбияти фазо ва вақт

1. Мафҳуми фазо ва вақт дар механикаи классикӣ.
2. Мафҳумҳо ва принсипҳои асосии назарияи махсуси нисбияти Эйнштейн.
3. Назарияи умумии нисбияти Эйнштейн.
4. Хулосаҳои умумиилмӣ аз назарияи нисбияти Эйнштейн.
5. Мафҳуми фазо ва вақт дар механикаи классикӣ

Дар манзараи механикии Олам мафҳумҳои фазои мутлақ ва вақти мутлақ, ки ҳанӯз И. Нютон дохил намуда буд, нақши асосӣ мебозанд. Ин мафҳумҳо асоси консепсияи механикии фазо ва вақтро ташкил медиҳанд, ки мувофиқи он материя, фазои мутлақ ва вақти мутлақ мафҳумҳои аз якдигар новобаста ҳисобида мешаванд. Мувофиқи ақидаи Нютон фазои мутлақ ҷойгаҳи беҳаракат ва холии ҷисмҳои мутаҳаррик, вақти мутлақ давомнокии ҳолати ин ҷисмҳо мебошанд. Нютон гумон дошт, ки фазои мутлақ ва вақти мутлақ мафҳумҳои ҳақиқии тавсифкунандаи олами воқеӣ мебошанд, вале хусусиятҳои онҳо эҳсоснашаванда буда, эҳтимол дар оянда физика имкон пайдо мекунад, ки системаҳои реалии ифодакунандаи ин мафҳумҳоро пешниҳод намояд. Дар таҷрибаи ҳаррӯзаи худ бошад, инсон бо ҳаракатҳои нисбӣ, фазои нисбӣ ва вақти нисбӣ сару кордор мешавад.

Барои тасвири ҳаракати механикии ҷисмҳо мафҳуми системаи сарҳисоб дохил карда мешавад, ки аз системаи координатаҳо ва соат иборат мебошад. Системаҳои сарҳисоб нисбат ба ҳамдигар дар ҳолати оромӣ, дар ҳаракати ростхаттаю мунтазам ва ҳаракати соҳибшитоб буда метавонанд. Системаҳои сарҳисоб, ки нисбат ба ҳамдигар дар ҳолати оромӣ ва ё дар ҳаракати ростхаттаю мунтазаманд, системаҳои сарҳисоби инерсиалӣ номида мешаванд.

Дар механикаи классикӣ принсипи нисбияти Галилей ҷой дорад, ки онро чунин таъриф додан мумкин аст:

— дар системаҳои сарҳисоби инерсиалӣ ҳолати оромӣ ва ҳаракати ростхаттаю мунтазами ҷисмҳоро фарқ кардан имкон надорад;

— гузариш аз як системаи сарҳисоби инерсиалӣ ба системаи сарҳисоби инерсиалии дигар намуди қонунҳои механикаро тағйир намедиҳад.

Аз ин принсип бармеояд, ки фазо ва вақт мафҳумҳои сирф мутлақанд, аз ҳамдигар ва аз хосиятҳои объектҳои материалӣ вобаста намебошанд. Барои ин ҳолатро маънидод намудан таърифи дақиқи принсипи нисбиятро дида мебароем. Гузариш аз як системаи инерсиалӣ ба системаи инерсиалии дигар як тарзи табдилёбиҳои координатаҳо мебошанд, ки онро табдилёбиҳои Галилей меноманд ва мувофиқи он принсипи нисбияти механикаи классикӣ ҳамчун принсипи ковариантнокии қонунҳои механика тасвия мешавад.

Расми 8. Системаҳои сарҳисоби беҳаракат K ва ҳаракаткунанда K′

Бигузор ду системаи сарҳисоби К ва К’ мавҷуд аст (расми 8). Фарз мекунем, ки системаи К ором буда, системаи К’ нисбат системаи К ростхатта ва мунтазам ба самти тири х бо суръати V ҳаракат мекунад. Онгоҳ тирҳои координатаҳои мувофиқ дар ҳарду система параллел мешаванд. Фарз мекунем, ки дар лаҳзаи t = t₀ ибтидои системаи координатаҳо якҷояанд. Координатаҳои нуқтаи А-ро дар системаи К’ бо воситаи координатаҳои нуқтаи А дар системаи К дар лаҳзаи t = t’ ифода мекунем. Азбаски ҳаракат аз рӯи тири x сурат мегирад, гузариш аз як система ба системаи дигар бо ёрии муодилаҳои зерин ифода карда мешавад (нигар ба расми 6):

Агар ба ин муодилаҳо баробарии илова карда шавад, системаи пурраи табдилёбиҳои Галилей ҳосил мегардад:

(1)

Нишон додан мумкин аст, ки нисбат ба ин табдилёбиҳо қонунҳои механика ковариант мебошанд. Масалан, қонуни асосии механика – қонуни дуюми Нютон дар системаҳои К ва К’ намуди якхела дорад:

Аз табдилёбиҳои Галилей бармеояд, ки координатаҳои фазоӣ ва вақтӣ ба муодилаҳои (1) баробарқувва дохил намешаванд, яъне x’ аз x ва t вобаста аст, вале t’ танҳо аз t вобаста буда, аз x вобаста намебошад. Ҳамин тавр, вақт ҳамчун бузургии мустақил ва новобаста аз фазо тасаввур мешавад.

Характеристикаҳои ченшавандаи асосии фазо ва вақт масофаи байни ду нуқта дар фазо (дарозӣ) ва муддати байни ду ҳодиса дар давоми вақт (фосила) мебошанд. Аз табдилёбиҳои Галилей бармеояд, ки дарозӣ ва фосилаи вақт характери мутлақ доранд. Дар ҳақиқат, аз баробарии t’ = t мутлақияти вақт бармеояд, яъне фосилаи вақт аз системаи сарҳисоб вобаста набуда, дар ҳамаи системаҳо якхела аст. Барои тасдиқи мутлақияти дарозӣ порчаи АВ, ки нисбат ба тири x параллел аст, дида мебароем (расми 9). Координатаҳои аввалу охири порчаро

Расми 9. Новобастагии байни фазо ва вақт мувофиқи механикаи классикӣ

дар системаи К ва К’ мувофиқан бо x₁, x₂ ва x₁‘, x₂‘ ишора мекунем. Онгоҳ дарозии порчаи АВ дар системаи К x₂ – x₁ ва дар системаи К’ x₂‘ – x₁‘ мешавад. Аз системаи К’ ба системаи К бо ёрии табдилёбиҳои (1) гузошта ҳосил мекунем:

Дида мешавад, ки дарозии порча дар системаи ҳаракаткунанда К’ x₂‘ – x₁‘ ва системаи ороми К x₂ – x₁ баробаранд, яъне дарозӣ характери мутлақ дорад ва аз системаи сарҳисоб вобаста намебошад. Ҳамин тавр, механикаи классикӣ ба он ақида асос ёфтааст, ки мафҳумҳои фазо ва вақт сирф мутлақанд, аз ҳамдигар вобаста намебошанд. Бар замми он фарз карда мешавад, ки фазо ва вақт аз хосиятҳои объектҳои материалӣ низ новобастаанд.

1. Мафҳумҳо ва принсипҳои асосии назарияи махсуси нисбияти Эйнштейн

Замонҳое, ки дар табиатшиносӣ манзараи механикии Олам ҳукмронӣ дошт ва кулли ҳодисаҳои табиатро қонунҳои механикаи классикӣ маънидод мекард, принсипи нисбияти Галилей бе шакку шубҳа қобили қабул буд. Мувофиқи ин принсип агар ҷисм дар ду шакли ҳаракат иштирок кунад, суръати умумии он ҷамъ ё тарҳ мешавад (V ± v). Вале вақте физикон ба омӯхтани ҳодисаҳои электрикӣ, магнитӣ ва оптикӣ шурӯъ намуданд, вазъият куллан тағйир ёфт. Пайдоиши назарияи майдони электромагнитӣ ва тасдиқи таҷрибавии мавҷудияти реалии он саволе ба миён гузошт, ки оё принсипи нисбияти Галилей, ки барои ҳодисаҳои механикӣ ҷой дорад, барои ҳодисаҳои электромагнитӣ ҳам иҷрошаванда аст? Гап дар он аст, ки ба муодилаҳои асосии назарияи электромагнитизм – муодилаҳои Максвелл коэффисиенти доимӣ дохил мешавад, ки он суръати рӯшноӣ буда, тақрибан ба c = 300000 км/сон баробар аст. Пас саволи табиӣ ба миён меояд, ки суръати рӯшноӣ нисбат ба чӣ? Посух ҳам ба ин савол бояд табиӣ бошад: нисбат ба фазои мутлақ ва ором, яъне эфир (он солҳо мавҷи рӯшноиро лаппиши як муҳити умумиҷаҳонии универсалии беҳаракат – эфир мепиндоштанд). Агар ин тавр бошад, пас дар системаи сарҳисоби дилхоҳи нисбат ба эфир бо суръати доимии v ҳаракаткунанда, суръати рӯшноӣ бояд ба c ± v баробар бошад. Бинобар он, агар мо суръати рӯшноиро нисбат ба эфир ва нисбат ба системаи сарҳисоби ҳаракаткунанда ёбем, онгоҳ суръати системаи сарҳисобро нисбат ба эфир, ё худ суръати мутлақро нисбат ба фазои мутлақ ёфта метавонем. Дар асоси ин ақида таҷрибаи машҳури физики амрикоӣ А. Майкелсон гузаронида шуд, ки он бояд ҳаракати Заминро нисбат ба эфир ошкор намояд. Вале ин таҷриба сарфи назар аз он, ки борҳо ва бо саҳеҳии калон гузаронида шуд, натиҷаи манфӣ дод. Мақсад аз ин таҷриба ёфтани фарқи байни суръати рӯшноӣ ба самти ҳаракати Замин ва ба самти ба ҳаракати Замин перпендикуляр буд. Вале таҷриба дақиқ нишон дод, ки суръати рӯшноӣ дар ҳама самтҳо якхелааст, яъне ҳаракати Замин ба суръати рӯшноӣ таъсир намерасонад. Аз натиҷаи таҷрибаи Майкелсон принсипи доимии суръати рӯшноӣ бармеояд, ки мувофиқи он суръати рӯшноӣ дар фазои холӣ новобаста аз ҳаракати манбаъ ва ё қабулкунаки рӯшноӣ доимӣ мебошад.

Ҳамин тавр, охирҳои асри 19 ва ибтидои асри 20 инкишофи физика ба дарки ихтилоф ва номувофиқатӣ байни ду принсипи дар алоҳидагӣ дуруст ва дар таҷриба исбот шуда – принсипи нисбияти Галилей ва принсипи тағйирнопазирии (доимии) суръати рӯшноӣ овард.

Ҳалли ин проблема, ки А. Эйнштейн пешниҳод намуд, аз як тараф бағоят оддӣ буда, аз тарафи дигар ақидаи гениалӣ ва аҳамияти муҳими илмӣ дошта ҳисобида мешавад. Эйнштейн изҳор дошт: принсипҳое, ки бо роҳи таҷрибавӣ исбот шудаанд, ба ҳам зид буда наметавонанд. Бо вуҷуди ин агар зиддият пайдо шавад, пас сабаби онро бояд дар шартҳои заминавии ин принсипҳо ҷуст. Барои бартараф намудани зиддияти зикршуда Эйнштейн ба хулоса омад, ки бояд аз табдилёбиҳои Галилей ва бинобар он, аз ақидаи мутлақияти фазо ва вақт даст кашид. Аз ҷумла ӯ ба ақидаи қатъӣ омад, ки мафҳуми яквақтагии ҳодиса характери нисбӣ дорад, яъне, масалан, ду ҳодисае, ки дар як системаи сарҳисоб яквақтаанд, нисбат ба системаи сарҳисоби дигар яквақта намебошанд ва баръакс. Ин чунин маъно дорад, ки ба мафҳуми вақти мутлақ хотима дода шавад: дар системаҳои сарҳисоби гуногун вақт якхела ҷорӣ намешавад.

Дар натиҷаи таҳлили мафҳуми яквақтагии ҳодисаҳо А. Эйнштейн бар ивази табдилёбиҳои Галилей табдилёбиҳоеро истифода мекунад, ки табдилёбиҳои Лоренс номида мешаванд ва намуди зерин доранд:

Бояд гуфт, ки табдилёбиҳои (2) –ро физики ҳолландӣ Х.А. Лоренс ҳанӯз соли 1896 пешниҳод карда буд, вале ба онҳо маънои физикӣ дода натавонист. Вале А. Эйнштейн нишон дода тавонист, ки маҳз ҳамин табдилёбиҳо ифодаи математикии нисбӣ будани фазо ва вақт мебошанд. Воқеан, аз табдилёбиҳои Лоренс бармеояд, ки

а) андозаи ҷисм ба самти ҳаракат кӯтоҳ мешавад — эффекти кӯтоҳшавии релятивии андозаи ҷисм ба самти ҳаракат:

Ин ҷо L₀ ва L мувофиқан дарозии ҷисм дар системаҳои сарҳисоби К ва К’.

б) ҷоришавии вақт дар системаи сарҳисоби ҳаракаткунанда суст мешавад – эффекти сустшавии релятивии ҷоришавии вақт дар системаи сарҳисоби ҳаракаткунанда:

,

ин ҷо Δt₀ ва Δt – мувофиқан фосилаи вақт дар системаҳои сарҳисоби К ва К’.

Бо осонӣ дида мешавад, ки барои суръатҳои нисбат ба суръати рӯшноӣ ниҳоят хурд L = L₀ ва , яъне эффекти релятивӣ амалан ҷой надорад ва фазову вақт амалан аз ҳамдигар вобаста намебошанд. Ба дигар маънӣ барои ҳолатҳои аз табдилёбиҳои Лоренс (2) табдилёбиҳои Галилей (1) ҳосил мешаванд. Дар шароитҳои оддии рӯизаминӣ мо бо суръатҳои аз суръати рӯшноӣ ниҳоят хурд сару кордор мешавем. Масалан, суръати калонтарини киштиҳои кайҳонии имрӯза (15 км/сон) аз суръати рӯшноӣ тақрибан 20 ҳазор маротиба хурд аст. Бинобарон фарқи байни амалан ночизанд.

Дар механикаи классикӣ бузургии массаи ҷисм доимӣ ҳисобида мешавад. Аз назарияи махсуси нисбият бармеояд, ки бо зиёдшавии суръат масса низ меафзояд. Агар массаи ҷисми оромро бо m₀ ишора намоем, онгоҳ массаи ҳамин ҷисми бо суръати V ҳаракаткунанда намуди зерин дорад:

Аз ин баробарӣ дида мешавад, ки бо афзудани суръати ҳаракати ҷисм массаи он зиёд мешавад. Ин эффект барои зарраҳои элементарӣ (электронҳо ва ғ.) кайҳо исбот карда шудааст.

Аз формулаҳои (3), (4) ва (5) дида мешавад, ки агар ҷисм бо суръати рӯшноӣ ҳаракат кунад, бояд андозаи он баробари нол шавад, дар ҳамон системаи ҳаракатнок ҷоришавии вақт қатъ гардад ва массаи ҷисм беохир калон шавад. Азбаски аз назари физикӣ чунин ҳолатҳо маъно надоранд, пас ба хулоса омадан мумкин аст, ки ҷисми дорои масса буда бо суръати рӯшноӣ ҳаракат карда наметавонад.

1. Назарияи умумии нисбияти Эйнштейн

Дар назарияи махсуси нисбият системаҳои сарҳисоб инерсиалӣ ҳисобида мешаванд. Назарияи махсуси нисбият муқаррар менамояд, ки дар ҳамаи системаҳои инерсиалӣ просесҳои физикӣ якхела сурат мегиранд. Саволе бармеояд, ки оё ин принсипро барои системаҳои ғайриинерсиалӣ татбиқ намудан мумкин аст? Дар назари аввал чунин менамояд, ки мумкин нест, зеро дар системаҳои ғайриинерсиалӣ бо ёрии таҷриба ғайриинерсиалӣ будани онҳоро муайян кардан мушкил нест. Масалан, дар мошини ростхатта ва мунтазам ҳаракат карда истода нишаста мо гуфта наметавонем, ки мошини мо дар ҳаракат аст, ё биною дарахтони сари роҳ. Вале агар мошинро тормоз диҳем, ба пеш такон мехӯрем ва маълум мешавад, ки маҳз мошини мо дар ҳаракат аст. Чунин системаи сарҳисоби сустшаванда (ва ё тезшаванда) ҳаракат карда истода, системаи ғайриинерсиалӣ мешавад.

Ҳамин тавр, дар дохили системаи ғайриинерсиалии маҳдуд истода, мушоҳидабаранда бо роҳи таҷрибавӣ метавонад ҳаракати онро муқаррар намояд. Вале оё ин кор ҳама вақт имконпазир аст? Посух ба ин савол моҳияти асосии назарияи умумии нисбияти Эйнштейнро ташкил медиҳад. Маҳз дар ҳалли ин проблема интуитсияи (гувоҳии дили) доҳиёнаи А Эйнштейн зоҳир мегардад. Асоси назарияи умумии нисбиятро ду ақида ташкил медиҳад:

а) назарияи махсуси нисбият

б) факти баробарии массаи инертӣ ва массаи ҷозибавии (гравитатсионии) ҷисмҳо.

Расми 10. Лифти Эйнштейн а) дар ҳолати ором будан; б) дар ҳолати афтиши озод.

Агар назарияи махсуси нисбиятро А. Эйнштейн соли 1905 пешниҳод карда бошад, пас факти баробарии массаи инертӣ ва массаи ҷозибавӣ ҳанӯз аз замони И. Нютон маълум буд. Вале физикаи классикӣ моҳияти ин баробариро маънидод карда натавонист. Аз ин рӯ, физикон ин фактро на қонунияти фундаменталӣ, балки чун ҳодисаи тасодуфӣ мепиндоштанд. Эйнштейн бошад баробарии массаи инертӣ ва массаи гравитатсиониро мавриди таҳлили чуқури мантиқӣ қарор дод. Тавре маълум аст, қувваи ба ҷисми озод афтанда таъсиркунандаро бо ёрии ду формула ифода кардан мумкин аст. Аз як тараф, ҳар як қувва ба ҷисм шитоб медиҳад ва мувофиқи қонуни дуюми Нютон F = m_ua мешавад, ки ин ҷо F- қувваи ба ҷисм таъсиркунанда, m_u — массаи инертии ҷисм ва а — шитоби он аст. Аз тарафи дигар, қувваи майдони ҷозибаро ба намуди F = m_ҷg навиштан мумкин аст, ки ин ҷо m_ҷ — массаи ҷозибавии ҷисм ва g = 9,8м/сон² – шитоби озодафтии ҷисм аст. Мувофиқи қонуни ҷозибаи умумиолам буда, — доимии гравитатсионӣ, M = 6 * 10²⁴ кг – массаи Замин ва R = 6,4 * 10⁶ м – радиуси он мебошад.

Барои ба моҳияти назарияи умумии нисбият сарфаҳм рафтан таҷрибаи хаёлии зеринро дида мебароем, ки бо номи «лифти Эйнштейн» маъруф аст (расми 10). Ба сифати системаи ғайриинерсиалӣ лифти дар майдони ҷозибаи Замин озод афтандаро дида мебароем.

Савол чунин аст: оё мушоҳидачии дохили лифт буда муайян карда метавонад, ки системаи сарҳисоби вай (яъне лифт) ҳаракати соҳибшитоб мекунад? Эйнштейн нишон дода тавонист, ки бо ҳеҷ гуна таҷрибаи дар дохили лифт гузаронидашуда яке аз ду ҳолатро аз якдигар фарқ кардан имкон надорад:

1. Лифт дар майдони ҷозиба ҳаракати соҳибшитоб мекунад;
2. Лифт ором аст, вале майдони ҷозиба барҳам хӯрд.

Дар ҳақиқат, бигузор дар ибтидо лифт дар майдони ҷозибаи Замин ором истодааст. Дар ин ҳол агар ба паллаи тарозуи пружинӣ санги яккилограммаро гузорем, ақрабаки тарозу ба як тақсимот (1 кг) майл мекунад. Акнун агар симтанобро буррем лифт озод меафтад, яъне бошитоб ҳаракат мекунад. Дар дохили лифт ин ҳодиса чун барҳам хӯрдани қувваи ҷозиба зоҳир мешавад, зеро ақрабаки тарозу дар рақами сифр (0) қарор мегирад. Шахси дар дохили лифт буда ба як хулоса омада наметавонад, ки майдони ҷозиба барҳам хӯрд, ё лифт озод афтида истодааст. Таҷрибаро акнун тағйир медиҳем: фарз мекунем, ки бо ягон роҳ майдони ҷозибаи заминро бартараф кардем. Онгоҳ лифт дар ҳолати оромӣ қарор мегирад ва ақрабаки тарозуи сангдор рақами сифр (0) – ро нишон медиҳад. Агар аз ягон лаҳза сар карда лифтро бо шитоби доимии g ба ба боло кашем, ақрабаки тарозу боз рақами 1-ро нишон медиҳад ва шахси дар дохили он буда боз ҳам гуфта наметавонад, ки кадоме аз ин ду ҳодиса рӯй дод:

1. Майдони ҷозиба пайдо шуд, вале лифт ором аст:

2. Майдони ҷозиба чун пештара мавҷуд нест, вале лифт бошитоб боло меравад.

Аз ин таҷрибаҳои хаёлӣ хулоса бароварда А. Эйнштейн принсипи эквивалентнокиро пешниҳод кард. Мувофиқи ин принсип майдони ҷозиба ва майдоне ки тавассути ҳаракати соҳибшитоб пайдо мешавад, аз назари физикӣ ҳамон яканд. Ин принсип баробарии массаи инертӣ ва массаи ҷозибавиро аз як баробарии

тасодуфӣ ба қонуни фундаменталӣ табдил медиҳад. Зиёда аз он, аз ин принсип бармеояд, ки қонунҳои табиат дар ҳамагуна системаҳои сарҳисоб (ҳам инерсиалӣ ва ҳам ғайриинерсиалӣ) намуди якхела доранд.

Аз назарияи умумии нисбият як хулосаи ниҳоят муҳим бармеояд: дар майдони ҷозиба дастаи рӯшноӣ каҷхатта паҳн мешавад (расми 11). Ин натиҷа барои санҷидан ва асоснок намудани назарияи мазкур аҳамияти фавқулодда муҳим дорад, зеро онро бо роҳи таҷрибавӣ мушоҳида намудан мумкин аст. Воқеан, ченкуниҳои дақиқи дар аснои гирифтани пурраи офтоб гузаронидашуда (с. 1919) ин пешгӯиро пурра тасдиқ намуд. Каҷшавии дастаи рӯшноӣ дар майдони ҷозиба аз он шаҳодат медиҳад, ки суръати рӯшноӣ дар ин гуна майдон доимӣ набуда, балки аз як нуқта ба нуқтаи дигар (вобаста аз шадидияти майдон) тағйир меёбад.

Расми 11. Таъсири гравитатсионии Офтоб ба траекторияи рӯшноӣ а) каҷшавии траекторияи рӯшноии аз ситораи S ба Замин афтанда аз таъсири майдони гравитатсионии Офтоб, ба назари мо мавқеи ситора дар ҳолати S′ намоён мегардад; б) дар лаҳзаи гирифти Офтоб мо ҳолати аслии ситораро мебинем.

Аз ин натиҷа баъзе олимон ба хулоса омаданд, ки назарияи умумии нисбият назарияи махсуси нисбиятро беэътибор менамояд, зеро принсипи асосии назарияи махсуси нисбият тағйирнопазирӣ (доимӣ) – и суръати рӯшноӣ мебошад. Муаллифи ин ду назария А. Эйнштейн ин гуна хулосаҳоро комилан нодуруст меҳисобад. Дар амал, мегӯяд ӯ, аз ин муқоиса танҳо ба он хулоса омадан мумкин аст, ки назарияи махсуси нисбият соҳаи муайяни татбиқи худро дорад, яъне ин назария то он замон эътибор дошта метавонад, ки таъсири майдони ҷозибаро ба ҳодисаҳо ба назар нагирифтан мумкин бошад.

1. Хулосаҳои умумиилмӣ аз назарияи нисбияти Эйнштейн

Назарияи нисбияти Эйнштейн аввалин назарияи физикӣ буд, ки нуқтаи назари олимонро оид ба фазо, вақт ва ҳаракат куллан тағйир дод. Агар дар механикаи классикӣ фазо ва вақтро новобаста аз ҳамдигар ва аз ҳаракати ҷисмҳои материалӣ, яъне мафҳумҳои мутлақ меҳисобиданд, пас бо бунёди назарияи махсуси нисбият қатъиян муқаррар гардид, ки:

1. Ҳама гуна ҳаракати ҷисмҳо танҳо нисбат ба ҷисмҳои дигар, ки чун системаҳои сарҳисоб ҳисобидан мумкин аст, тасвир карда мешавад;
2. Фазо ва вақт байни худ вобастагии зич доранд, зеро танҳо дар якҷоягӣ онҳо ҳолати ҷисми мутаҳаррикро муайян карда метавонанд. Маҳз бо ҳамин сабаб дар назарияи нисбият системаи координатаҳои чорченака дохил мекунанд, ки дар он координатаи чорӯм вақт аст;
3. Назарияи махсуси нисбият нишон дод, ки принсипи нисбият дар системаҳои сарҳисоби инерсиалӣ барои қонунҳои электродинамика низ ҷой дорад, танҳо дар ин ҳол бар ивази табдилёбиҳои Галилей табдилёбиҳои Лоренс истифода мешаванд;
4. Дар асоси ба просесҳои электромагнитӣ татбиқ намудани принсипи нисбият, доимии суръати рӯшноӣ ҳамчун постулат қабул карда мешавад.
5. Назарияи умумии нисбият аз чунин маҳдудиятҳо ба монанди бартарияти системаҳои сарҳисоби инерсиалӣ, ва принсипи доимии суръати рӯшноӣ даст мекашад ва ба хулоса меоварад, ки ҳама гуна системаҳои сарҳисоб барои тасвири қонунҳои табиат баробарқувваанд.

Аз назари умумиилмӣ натиҷаи муҳимтарини назарияи умумии нисбият аз он иборат аст, ки вай вобастагии хусусиятҳои фазову вақтии Оламро аз мавқеъ ва ҳаракати массаҳои ҷозибавӣ муқаррар намуд. Фазо ва вақт бидуни материя ҳеҷ аст ва маъно надорад. Фазову вақт шакли мавҷудияти материя мебошад ва ҳамчун ифодакунандаи муносибатҳои умумитарини объектҳои материалӣ берун аз материя мавҷуд буда наметавонад.

Саволҳои тестӣ

1. Манзараи электромагнитии Олам дар асоси кадом назария пайдо шудааст?

а) механикаи классики Нютон

б) механикаи квантӣ

в) назарияи Максвелл

г) назарияи Эйнштейн

2. Назарияи нисбиятро кадом олим пешниҳод кардааст?

а) И. Нютон

б) А. Эйнштейн

в) М. Планк

г) Луи де-Бройл

1. Кӯтоҳшавии релятивии андозаи ҷисм аз кадом назария бармеояд?

а) механикаи классикӣ

б) механикаи квантӣ

в) назарияи махсуси нисбияти Эйнштейн

г) назарияи умумии нисбияти Эйнштейн

1. Сустшавии релятивии ҷоришавии вақт аз кадом назария бармеояд?

а) механикаи классикӣ

б) механикаи квантӣ

в) назарияи махсуси нисбияти Эйнштейн

г) назарияи умумии нисбияти Эйнштейн

1. Принсипи нисбият дар механикаи классикӣ ба кадом олим тааллуқ дорад?

а) Г. Галилей

б) И. Нютон

в) А. Эйнштейн

г) Ҷ. Максвелл

1. Қонуни ҷозибаи умумиоламро кӣ кашф кардааст?

а) Г. Галилей

б) И. Нютон

в) А. Эйнштейн

г) Максвелл

1. Кадоме аз ин ҷавобҳо қонуни ҷозибаи умумиоламро пурра маънидод мекунад?

а) ҷисмҳои дорои масса ба ҳамдигар ҷазб мешаванд

б) ҷисмҳои дорои масса якдигарро тела медиҳанд

в) ҷисмҳои дорои заряд ба ҳамдигар ҷазб мешаванд

г) ҷисмҳои дорои заряд якдигарро тела медиҳанд

1. Паҳншавии каҷхаттаи рӯшноӣ аз кадом назария бармеояд?

а) назарияи ҷозибаи И. Нютон

б) назарияи махсуси нисбият

в) назарияи умумии нисбият

г) ҷавоби дуруст нест