Релятивизм как эпистемологическая проблема Текст научной статьи по специальности «Философия, этика, религиоведение»

18 ноября 2003 г. в Институте философии РАН состоялось двенадцатое заседание семинара «Проблемы рациональной философии» (руководители Д.И. Дубровский, И.Т. Касавин). С докладом на тему «Релятивизм как эпистемологическая проблема» выступила Л.А. Микешина, содоклад представил М.А. Розов. Кроме этого, выступали B.C. Степин, И.Т. Касавин, Е.А. Мамчур, Л.А. Маркова, В.М. Межуев, А.Л. Никифоров и др. Некоторые из представленных материалов мы и публикуем сегодня.

елятивизм как эпистемологическая проблема

Л А МИКЕШИНА

Проблема релятивизма сегодня по-прежнему актуальна и не только потому, что она постоянно «возрождается из пепла», но и по причине новых источников, порождаемых современной наукой, допускающей плюрализм как сосуществование и диалог разных концепций и эквивалентных описаний, а также постмодернистских подходов, широко проникающих в различные сферы культуры и, в частности, в эпистемологию. Очевидно, что релятивизм, долгие годы пребывавший на «обочине» гносеологических и методологических исследований и олицетворявший препятствие для получения истинного знания, в современной эпистемологии должен быть переоценен и переосмыслен как концептуальное выражение неотъемлемой релятивности знания, его динамизма и историчности.

Необходимость уточнения понимания релятивизма в познании. Прежде всего должно быть осознанно, что релятивизм как эпистемологическая проблема не исчерпывается упрощенным и «архаическим» его понима-

нием, жестко определяемым абсолютностью и «единственностью» истины. Так, К. Поппер в «Мифе концептуального каркаса» определяет релятивизм как воззрение, отрицающее абсолютную или объективную истину и признающее «существование одной истины для греков, другой для египтян, третьей — для сирийцев и так далее»1. Вместе с тем он признает «идею культурного релятивизма» и более того, как известно, исходит из принципа фаллибилизма, признавая, что научное знание носит лишь гипотетический характер и подвержено ошибкам и предполагает принципиальную фальсифицируемость. , культурно-исторических, социальных, психологических и ценностных факторов. Главные формы: этический (моральный), эпистемологический (познавательный) и культурный релятивизм. Этический релятивизм полагает, что не существуют безусловные, общие для всех культур моральные ценности и нормы, коренящиеся в неизменной, внеисторической человеческой природе. Необходимо принимать во внимание социальный контекст и нормы данного общества, которые признаются правильными для одного и неправильными для другого общества.

Эпистемологический релятивизм, широко обсуждаемый в современной философской литературе, не имеет однозначных оценок и рассматривается как одна из фундаментальных проблем. Известно, что Р. Рорти говорит о существовании двух традиций в современной философии, связанных с различием в понимании истины: одна — это традиция Плато-на-Канта-Гегеля, понимавших путь к истине как движение к верному представлению о мире «как он есть сам по себе», которая основу достоверных X’ суждений видит в чувственных данных и ясных идеях. Фуко, Ж. Деррида, а также представителей американского прагматизма и Ч аналитической философии У. Джемса, Р. Рорти, У. Куайна, Т. Куна и др. К Однако сами они не считают себя противниками рационализма и не ут-I верждают, что истины — всего лишь «удобные фикции», но отказываются от традиционного философского проекта — найти прочные и неизменные критерии и основания для суждений. Я думаю, что позиция Рор-

Ф X (О

н

Поппер К. Логика и рост научного знания. М., 1983. С. 572.

ти требует уточнения: релятивизм не является самостоятельной тенденцией, а тем более направлением среди других, но настойчиво проявляется как неотъемлемое свойство познания вообще, что стало явным особенно в современном познании, где плюрализм и «множественность миров», подходов, критериев, систем ценностей, парадигм становятся общепризнанными.

В контексте и идеалах классической рациональности релятивизм по-прежнему подвергается критике и категорическому неприятию. В представлениях об абсолютной истине, абсолютном наблюдателе, признании истины как объективного, независимого от сознания, определенного, адекватного знания релятивизм не может быть признан как имеющий право быть. Однако многолетняя борьба с этим феноменом не дает результата, а современные науки и постмодернистские подходы вынуждают признать релятивность знания как неотъемлемый и значимый момент познавательной деятельности человека.

Очевидно, что предпосылки релятивизма в познании (и как феномена, и как концепции) — это прежде всего различные объективные свойства материального и духовного мира, такие как изменчивость, развитие, объективная неопределенность явлений и процессов, развитие и изменение самого человека, общества, человечества в целом. Это традиционно признаваемые и описываемые характеристики мира, которые не могут быть отрицаемы, однако, признавая данный факт, философы и ученые не всегда с ними соотносят неизбежность возникновения релятивизма. освобождения сознания и разума от реального человека и мира — это Ц путь трансцендентальной философии, выявившей богатейшие возмож- К ности мира абстракций и идеализаций, но утратившей целостного по- 5 знающего человека. В случае трансцендентального субъекта, или «созпа- ¡0 ния вообще», проблема релятивизма как релятивности знания просто не ® возникает; изменчивость и неопределенность мира и способов представ- «о ления знания либо не принимаются во внимание, либо для них создают Н

логический, математический аппарат, а субъект «живет» по законам предельно абстрактного автономного мира «теоретизма» и априорных принципов. Это сфера точных наук, логики, отчасти философии, если она построена как трансцендентальная система или, например, на основе феноменологической редукции. Близки к этому также логический позитивизм и аналитическая философия с их стремлением к методологически и логически строгому, аргументированному знанию.

Однако кто объявляет войну релятивизму и надеется на победу, тот должен остаться только на этом уровне философского и научного анализа — трансцендентального субъекта, автономной, закрытой системы рассуждения. Но это можно пытаться сделать только в узкой сфере познания — абстрактно-теоретической, формализованной, трудно осуществить в опытных, эмпирических науках и совсем невозможно в гуманитарном и социальном познании, где культурно-исторические, временные и пространственные, социально и индивидуально личностные свойства актора и автора, т.е. эмпирического субъекта, представляют суть дела.

Итак, основаниями для постоянного воспроизводства релятивизма непосредственно в духовной и познавательной деятельности человека служат именно те свойства эмпирического субъекта, которых искусственно лишается «сознание вообще» как трансцендентальный субъект с целью достижения всеобщности и необходимости, преодоления случайного и индивидуально-личностного. В случае эмпирического субъекта речь идет о восстановлении «человеческого измерения» познания и его субъекта, сочетания духовного и телесного начал, соответственно происходит «снижение» уровня абстракции, что создает опасность выйти за пределы собственно философского анализа. «простирающуюся на все времена длительность», истина принадлежит к Ч области абсолютно обязательного, основанного на идеальности. Однако (К Гуссерль позднего периода осознает неполноту и односторонность та-I кой позиции. Стремясь преодолеть объективизм и натурализм в науч-ц ном познании, он ставит проблему введения в науку человеческих смыс-Ф

<0

а

2 Гуссерль Э. Логические исследования. Часть первая. Пролегомены к чистой логике. СПб., 1909. С. 101.

лов и «жизненного мира». Он признал, что истине не чужда и повседневная жизнь человека, хотя «истина и обнаруживается здесь лишь в своей обособленности и релятивности».

Мне представляется, что вся философия в понимании релятивизма должна пройти путь Гуссерля, осознав, что сведение «человеческого измерения» в познании (сознании) только к психологическому (психическому) и толкование релятивизма только на основе «единственности истины» существенно обедняют и даже искажают саму проблему истинного познания. С введением «жизненного мира» и осознанием присутствия человеческих смыслов в основании науки Гуссерль, по существу, признал объективную значимость культурно-исторических и социально-психологических параметров познания (культурный релятивизм), хотя и остался противником психологизма в традиционном (индивидуально-психологи-ческом) смысле.

Проблема релятивизма в социологии познания. Напомню некоторые подходы к этой проблеме в истории философии. Поиск нетрадиционной оценки и решения проблемы релятивизма осуществил КМангейм — один из основоположников социологии познания, исходивший из того, что решение проблемы релятивизма особенно значимо для этой области знания и одновременно связано с переосмыслением эпистемологии, теории познания в целом. Он осознает ограниченные возможности традиционной теории познания, которая базируегся на достаточно узком «эмпирическом поле» — естественных науках. Концепция Мангейма рассматривает моменты многообразия, изменчивости, релятивности, существенно отличающие ее от традиционной рационалистической, а по существу «абсолютистской» и догматически неизменной теории познания.

Мангейм обозначает саму суть проблемы: знание, претендующее на «абсолютность», «истину в себе», — это знание, фиксирующее с помощью логико-эпистемологических средств объект вне времени, изменений и динамизма, вне перспективы и ситуации, но по существу, а не по претензиям, являющееся «частным подходом». В то время как релятивизм открыто не претендует на «истину в себе» и окончательность полученного знания, а стремится найти средства и приемы — «эпистемологический X аппарат» для повременного и ситуационно обусловленного, относитель- и ного и конкретного процесса получения знания. Именно в связи с этим Мангейм вводит понятия «динамических стандартов мышления и практики», «динамической истины», полагая, что «будет создан стандарт ди- Ч намики, ее форма и переопределено соотношение между абсолютным и к

относительным соответствием новому динамическому видению». Такой 2

Л С

>»

ас и

подход позволит преодолеть так называемый «безусловный релятивизм», внутреннюю противоречивость которого отметил еще Платон, указавший, что утверждение относительности само претендует на абсолютную ценность. В то же время не следует считать релятивизмом признание того, Н

что «абсолютное начало» может быть понято только в генетическом процессе и с определенных позиций, во времени и в ситуации, это другое, а именно «статистическое и динамическое качество концепции истины». То, что истина «доступна только в разных плоскостях, — это само по себе аспект этой истины, множественность же этих плоскостей подразумевает не произвольный их характер, а всего-навсего их приближение к подвижному объекту с подвижных позиций»3.

Мангейм вводит понятие реляционизма, понимая под этим соотнесение высказывания с определенной интерпретацией мира и социальной структурой как ее предпосылкой. Открыто не претендуя на окончательность полученного знания, он стремится найти средства и приемы — «эпистемологический аппарат» для «повременного и ситуационно обусловленного», относительного и конкретного процесса получения знания. Реля-ционизм переходит в релятивизм, если он сочетается с идеалом абсолютных, оторванных от наблюдателя и перспективы его видения истин. Историзм, отождествлявшийся с релятивизмом (о чем также писал Гуссерль) и поэтому оценивавшийся отрицательно, прежде также не входил в поле рационального познания. По Мангейму, становление историзма связано с идеей эволюции. Сегодня очевидно, что поскольку реальное, «фактическое» знание имеет свою историю и формируется в контексте истории культуры и социума, то должны быть найдены формы рационального осмысления историзма и введения его в философию познания. Кто и как искал?

В. Дильтей, разрабатывая методологию исторического знания, «критику исторического разума», наук о культуре в целом, искал и предлагал новые способы и типы рациональности, передающие релятивность исторического познания, но стремящиеся сохранить «научность» и преодолеть необоснованный релятивизм.

Французский социолог П. «иначе чем на вероятностных основаниях, невозможно знать, что идея

0) X я

н

‘ Мангейм К. Очерки социологии знания. Теория познания — мировоззрение — историзм. М., 1998. С. 1б9-

разума соответствует независимому объекту»4. Он исходит из того, что после Канта есть лишь два разумных подхода — скептицизм, борьба с которым оборачивается догматизмом, и релятивизм, утверждающий, что знание не имеет абсолютного обоснования. Со времен Платона философы считают необходимым бороться с релятивизмом, но «мало кто глубоко размышлял о его законных источниках». Ситуация усугубляется тем, что отрицательное отношение к «моральному релятивизму» как бы переносится на эпистемологический релятивизм, тем самым «затемняя» правомерность и суть самой проблемы.

Отмечу, что традиционно одной из причин, порождающих релятивизм в познании, считается некорректное решение проблемы ценностей в познании, дихотомии «факт — оценка (ценность)», нарушение стандартов современной науки, требующих жесткого разведения этих феноменов. Однако обращение к античной философии (соотношение знания и добродетели), анализ работ Декарта (например, «Рассуждения о методе»), Лок-ка, Юма показывает, что они не ставили явно проблему свободы науки от ценностей и не разводили жестко, как в современной науке, «факты» и «ценности», полагая, в частности, моральные нормы непосредственно включенными в правила научного метода. Если сегодня настойчиво утверждается, что под влиянием ценностей познание «деформируется», в нем «пускает корни» релятивизм, то можно напомнить, что Кант, напротив, среди причин ошибок и иллюзий теоретического разума видел также отсутствие контроля со стороны морального (т.е. ценностного) сознания, или практического разума.

Отношение к релятивизму в научном познании. Анализ истории науки показывает, что релятивность принципов и правил метода, или, по выражению П. Фейерабенда, «либеральная практика», привычна для науки, «разумна и абсолютно необходима» для ее развития.

Ф

X и X

4 Рокмор Т. Математика, фундаментализм и герменевтика // Вопросы философии, 1997, № 2. С. 89.

5 Фейерабенд П. Избранные труды по методологии науки. М., 1986. С. 177.

<0

н

Обращение к релятивизму в истории идей и принципов математики и физики показывает, что он вовсе не возникает только как следствие культурно-исторических, социальных и психологических факторов развития науки. Мне представляется, что здесь также необходимо провести различение причин релятивизма — внутренних, как филиации идей и логико-методологических принципов, и внешних — социокультурных факторов в науке. Иными словами, нельзя утверждать, что релятивизм появляется потому, что развитие науки философы стремятся объяснить с привлечением факторов культурно-исторического характера — «культурный релятивизм», и именно в этом русле лежит выявление специального направления (или традиции) в философии познания и науки, называемого Рорти «релятивизмом».

Вместе с тем, один из современных философов науки (естествознания) Я. Хакинг в своей известной книге «Представление и вмешательство. Начальные вопросы философии естественных наук» (1982) вообще не употребляет понятия «релятивизм», и не только потому, что его цель — «науч-II ный реализм», а не рациональность и «разум», но и потому, как я понимаю, что его представление о рациональности, истине, «образе науки» в целом не нуждается в этом термине. Он стоит на стороне Фейерабенда, который был «давним врагом догматической рациональности» и призывал к тому, чтобы не было канонов рациональности, привилегированных «хороших оснований», предпочтительной науки или парадигмы. Для него рациональность тоже «лишена очарования», а как способ мыслить о содержании естественной науки реализм «гораздо интереснее», поскольку он принимает объекты, упоминаемые в теории, действительно существующими. Необходимо также считаться с тем, что существует много типов рациональности, стилей мышления, методов, «образов жизни», представляющих различные, но рациональные доводы. ковом пришли в современную философию и культуру из самой науки

© конца XX века, где исследуются как мир малых скоростей, так и мир. где

(О скорость приближается к световой; мир макротел и мир микрочастиц, и

Н т. д. Представители эволюционной эпистемологии рассуждают о мезо-

косме — мире средних размерностей как собственно человеческом мире, определяющем его «коренную интуицию». Современная наука не только допускает, но даже нуждается в сосуществовании и диалоге разных типов рациональности как классической, так и неклассической, признающей релятивизм как неотъемлемое и постоянно воспроизводящееся свойство научного познания.

Итак, исследования эпистемологического релятивизма показали, что фактически существуют различные его смыслы: во-первых, абсолютизируется сам момент релятивности как изменчивости, неустойчивости, связанными с индивидуальными особенностями познающего и именно в этом случае преобладают отрицательные оценки данного феномена, как неплодотворной формы релятивизма, разрушающего классические представления об абсолютности и единственности истины; во-вторых, релятивизм понимается как обязательный учет фундаментальной обусловленности познавательной деятельности многочисленными факторами различной природы, и в этом смысле он предстает неотъемлемым свойством и особенностью как эмпирического, так и теоретического познания.

Сегодня очевидно, что то, что считалось «противосмысленным» — эмпирические элементы, изменчивость, временность, ценностные предпочтения, культурно-историческая обусловленность, — не «помехи», а фундаментальные параметры реального, «живого» человеческого познания, отвлечение от которых либо неправомерно, либо осуществляется но необходимости в силу неразвитости понятийного аппарата и чрезвычайной сложности «живого» релятивного познания. Как я понимаю, за хитроумными уловками выхода к «чистому сознанию» и хирургическими приемами по отношению к психологизму, историзму и релятивизму скрывалось, по-видимому, отсутствие разработанного категориального аппарата и соответствующих приемов философского анализа бесконечно сложного, меняющегося во времени и ситуации человеческого познания.

Современная эпистемология, все чаще обращающаяся к опыту не только естественных, но и социально-гуманитарных наук, нуждается в разработке новых понятий и методов, в расширении сферы и выявлении иных форм рационального. Требуется разработка логических оснований со-циальных и гуманитарных наук, расширение области применения логи- и ки, в том числе неформальной, и это дело не безнадежно. За многими современными проблемами — интерпретации, конвенции, истины и правдоподобия, гипотетического реализма, когнитивной веры, неявного с( знания и других — в той или иной степени стоит проблема релятивизма, IX

разные формы рационального осмысления которого предлагают сегод- х

л с

и

ня философы, методологи и логики. Задача состоит в том, чтобы найти логические понятия, приемы и методы для фиксации в гуманитарном и социальном знании слабо формализуемых рассуждений, расплывчатых идей, а также изменчивых и неопределенных феноменов, служа- н

щих условием и предпосылкой релятивизма в познании. Разумеется, такая задача неизмеримо более сложная, чем применение логики и математики к формализованному, «точному» естественнонаучному знанию.

Чтобы показать, что эта задача уже осознается и существуют попытки ее решения, обратимся к одному из отечественных примеров, особенно значимых для социально-гуманитарного знания.

Еще в работах A.C. Есенина-Вольпина была выдвинута концепция неологицизма, утверждавшая необходимость расширения прерогатив логики не только на естественнонаучное, но и на гуманитарное знание; излагались идеи теории рассуждений и организации знаний в гуманитарных науках и тех научных дисциплинах, понятийный аппарат которых содержит расплывчатые идеи, а способы рассуждений слабо формализованы6.

В.К. Финн, как философ и логик, поддержал идеи неологицизма, рассматривая его в качестве «философии обоснованного знания», особенно для социальных и гуманитарных наук, и осуществил дальнейшее развитие этих идей в новом ключе. Он исходит из того, что синтез логицизма и психологизма возможен, ибо объектом логического исследования теперь становится рассуждение на всех этапах рождения мысли: творческом, контрольном и исполнительском. Это значимо прежде всего для логической проблематики гуманитарного знания, поскольку оно обладает чертами, делающими логическую формализацию трудно выполнимой. Гуманитарное знание опирается не на понятия, а на идеи, при этом идея понимаегся как терм, т.е. имя, окруженное релевантным знанием; формализация рассуждений в этой сфере требует расширения понятия логического вывода и нетривиальных металогических средств. В частности, необходимо применение правил правдоподобного вывода в гуманитарных теориях, имеющих «открытый» характер, т.е. характеризующихся неполнотой знаний, требующих многозначных логик. Дополнительная сложность гуманитарных понятий — отсутствие, как правило, точных определений, отсюда возникает проблема различения понятий, имеющих определения и не имеющих их.

Рассуждение рассматривается как более общая логическая форма, ина-X че — «логический вывод есть частный случай логического рассуждения», и Оно позволяет осуществлять «построение последовательности аргумен-тов, вынуждающих принятие некоторого утверждения, которое и являет-^ ся целью рассуждения». Рассуждение есть синтетическая конструкция, Ч включающая абдукцию (по Ч.С. Пирсу, это принятие гипотез посредством К объяснения исходных данных), индукцию, дедукцию и метатеоретичес-X кие средства управления выводом, — это ДСМ-рассуждения (названы по ц имени Джона Стюарта Милля) и аргументативные рассуждения. По Фин-0) —

X 6 Есенин-Вольпин A.C. Философия. Логика. Поэзия. Защита прав человека. М.,

(б

н

1999 (см., в частности, статьи «О логике нравственных наук», «Теория диспутов и логика доверия»).

ну, в этих типах рассуждений существует проблема релятивизации в определении истинностных значений, а именно: истинностные значения в ар!ументационных теориях определяются относительно заданного множества аргументов и функций оценки. Это не пугает Финна, он осознает и утверждает другое: истинностные значения в этом случае детерминируются не положением дел, но принятыми допущениями и применяемыми процедурами и, таким образом, теория истины для ДСМ-рас-суждений и аргументационных рассуждений является неклассической7.

На этом примере видно, что «борьба» с релятивизмом как с неотъемлемым свойством познания — это не истребление, что невозможно, но его рефлексия, экспликация и «рационализация» с помощью эпистемологических и логических средств, как уже существующих, так и тех, которые должны еще разрабатываться. Одновременно необходимо переосмыслить основные понятия классической теории познания — рациональности, субъекта, объекта и особенно истины, наивно-реалистического понимания ее объективности, «абсолютности» и «единственности», выявить их неклассические смыслы, реализуемые в современной науке.

и

и >•

и

1 Финн В.К. Интеллектуальные системы и общество. М., 2001.

К Я X Л

ц ф

X

(О

н

РЕЛЯТИВИСТСКИЙ — это… Что такое РЕЛЯТИВИСТСКИЙ?

РЕЛЯТИВИСТСКИЙ

РЕЛЯТИВИСТСКИЙ, термин, употребляемый в физике для явлений, обусловленных движением со скоростями, близкими к скорости света, либо сильными полями тяготения. Такие явления описываются относительности теорией.

Современная энциклопедия. 2000.

Синонимы:

• РЕЛЯТИВИЗМ
• РЕМАРК

Смотреть что такое «РЕЛЯТИВИСТСКИЙ» в других словарях:

• релятивистский — релятивистический Словарь русских синонимов. релятивистский прил., кол во синонимов: 1 • релятивистический (1) Словарь синон …   Словарь синонимов

• РЕЛЯТИВИСТСКИЙ — РЕЛЯТИВИСТСКИЙ, релятивистская, релятивистское (филос., научн.). прил. к релятивист. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

• релятивистский — РЕЛЯТИВИЗМ, а, м. В философии: методологическая позиция, сторонники к рой, абсолютизируя относительность и условность всех наших знаний, считают невозможным объективное познание действительности. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю.… …   Толковый словарь Ожегова

• Релятивистский — прил. 1. соотн. с сущ. релятивизм, релятивист, связанный с ними 2. Характеризующийся релятивизмом, связанный с теорией относительности А. Эйнштейна. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 …   Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

• релятивистский — релятивистский, релятивистская, релятивистское, релятивистские, релятивистского, релятивистской, релятивистского, релятивистских, релятивистскому, релятивистской, релятивистскому, релятивистским, релятивистский, релятивистскую, релятивистское,… …   Формы слов

• релятивистский — (лат. relativus относительный) физ. термин, относящийся к явлениям, рассматриваемым на основе спец. (частной) теории относительности (теории движения тел со скоростями, близкими к скорости света) или на основе общей теории относительности (теории …   Словарь иностранных слов русского языка

• релятивистский — релятив истский …   Русский орфографический словарь

• релятивистский — …   Орфографический словарь русского языка

• релятивистский — ая, ое. 1. к Релятивизм и Релятивист. Р ие взгляды, убеждения. Р ая теория познания. 2. Физ. Относящийся к явлениям, рассматриваемым на основе теории относительности. Р ая частица. Р ая скорость (близкая к скорости света) …   Энциклопедический словарь

• релятивистский — ая, ое. 1) к релятивизм и релятивист. Р ие взгляды, убеждения. Р ая теория познания. 2) физ. Относящийся к явлениям, рассматриваемым на основе теории относительности. Р ая частица. Р ая скорость (близкая к скорости света) …   Словарь многих выражений

Признаки релятивистских эффектов в орбитах звезд вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Галактики

ann17051-ru — Объявление

9 августа 2017 г.

9 августа 2017 г.

Новый анализ данных, полученных на Очень Большом Телескопе ESO и других инструментах, дает основания предполагать, что орбиты звезд вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, возможно, демонстрируют слабые эффекты, предсказываемые эйнштейновской общей теорией относительности. Имеются признаки небольших отклонений наблюдаемой орбиты звезды S2 от вычисленной на основе классической физики. Этот интересный результат является прелюдией к гораздо более точным измерениям и проверке релятивистских предсказаний, которые будут выполнены с инструментом GRAVITY в 2018 году, когда S2 окажется совсем близко к черной дыре.

В центре Млечного Пути, на расстоянии 26 000 световых лет от Земли, находится ближайшая к нам сверхмассивная черная дыра с массой в четыре миллиона Солнц. Вокруг этого монстра, в его колоссальном гравитационном поле с большой скоростью обращается несколько звезд. Это идеальная природная лаборатория для проверки теорий тяготения, в частности, общей теории относительности Эйнштейна.

Группа немецких и чешских астрономов применила новые методы анализа к наблюдениям звезд в окрестности черной дыры, накопленным на Очень Большом Телескопе ESO (VLT) в Чили и на других инструментах за последние двадцать лет [1]. Исследователи сравнили измеренные орбиты звезд с предвычисленными на основе классической теории тяготения Ньютона и общей теории относительности.

Ученые обнаружили признаки небольших изменений в движении одной из звезд, обозначаемой S2, которые согласуются с релятивистскими предсказаниями [2]. Изменение в форме орбиты составляет всего несколько процентов, а изменение ее ориентации – около одной шестой части градуса [3]. Если эти данные подтвердятся, это станет первым измерением релятивистских эффектов у звезд в окрестности сверхмассивной черной дыры.

Марзье Парса (Marzieh Parsa), докторант Кёльнского университета в Германии и основной автор работы, в восторге: «Центр Галактики – это поистине идеальная лаборатория для изучения движений звезд в релятивистской среде. Я была восхищена тем, как хорошо мы смогли применить разработанные нами методы копьютерного моделирования звездных орбит к высокоточным данным, полученным для движущихся с большой скоростью звезд в ближайшей окрестности сверхмассивной черной дыры «.

Решающей для успеха исследования оказалась высокая точность позиционных измерений, достигнутая благодаря адаптивной оптической системе VLT для ближнего инфракрасного диапазона [4]. Причем это оказалось очень важно не только для момента, когда звезда приблизилась к черной дыре, но в особенности для того времени, когда S2 была на большом расстоянии от нее. Именно последние данные позволили точно рассчитать форму орбиты и ее изменение под воздействием релятивистских эффектов.

«В процессе нашей работы мы поняли, что для определения релятивистских эффектов у S2 мы обязательно должны с очень большой точностью знать полную форму ее орбиты«, — объясняет Андреас Эккарт (Andreas Eckart), руководитель группы сотрудников Кельнского университета.

Кроме определения орбиты звезды S2, удалось также уточнить массу черной дыры и ее расстояние от Земли [5].

Соавтор работы Владимир Карась (Vladimir Karas) из Чешской Академии наук в Праге с оптимизом смотрит в будущее: «Это исследование открывает широкую дорогу новым теоретическим и экспериментальным работам в данной области науки».

Работа предвосхищает предстоящие активные наблюдения центра Галактики астрономами всего мира. В 2018 г. звезда S2 подойдет к сверхмассивной черной дыре очень близко. Приемник GRAVITY, разработанный большим международным консорциумом во главе с Институтом внеземной физики Макса Планка (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik) в Гархинге, в Германии [6] и установленный на интерферометре VLTI [7], сможет измерить параметры орбиты с гораздо большей точностью, чем это возможно сейчас. И это не только позволит более отчетливо выявить эффекты общей относительности, но и сделает возможным поиск отклонений от этой теории, что может вызвать к жизни новую физику.

Примечания

[1] В работе использованы данные, полученные с инфракрасной камерой ближнего диапазона NACO, установленной сейчас на первом «юните» — Основном телескопе №1 комплекса VLT (Анту), с камерой-спектрометром ближнего инфракрасного диапазона SINFONI на четвертом «юните» (Йепун), а также в обсерватории Кека.

[2] S2 – звезда массой в 15 солнечных масс на эллиптической орбите вокруг сверхмассивной черной дыры. Период ее обращения составляет примерно 15.6 лет; в момент наибольшего приближения к черной дыре она подходит к ней на расстояние в 17 световых часов, или всего на 120 расстояний от Солнца до Земли.

[3] Подобный, хотя и значительно меньший эффект в Солнечной системе наблюдается в изменении орбиты Меркурия. Его измерение, выполненное в конце XIX века, стало одним из первых свидетельств неполноты ньютоновской теории гравитации и необходимости нового подхода к пониманию сильных полей тяготения. Это и привело в конце концов к появлению в 1915 году общей теории относительности Эйнштейна, основанной на представлении об искривлении пространства-времени.

Вычисление орбит звезд и планет на основе общей теории относительности и ньютоновской теории гравитации приводит к несколько различному результату в описании малых изменений формы и ориентации этих орбит со временем. Эти изменения можно измерить и сравнить с предсказаниями обеих теорий.

[4] Система адаптивной оптики в реальном времени компенсирует искажения изображений, вызванные турбулентностью атмосферы. Вследствие этого повышается угловое разрешение телескопа (четкость изображения), которое в принципе ограничено лишь диаметром главного зеркала телескопа и длиной световой волны, на которой ведутся наблюдения.

[5] Группа получила следующие оценки массы черной дыры и ее расстояния от Солнца: 4.2 × 10⁶ солнечных масс и 8.2 килопарсека, т.е., почти 27 000 световых лет.

[6] Кёльнский университет входит в консорциум GRAVITY (http://www.mpe.mpg.de/ir/gravity). Для этой системы его сотрудниками создано спектрометрическое устройство сведения пучков.

[7] Первые наблюдения с инструментом GRAVITY состоялись в начале 2016 г. Сейчас GRAVITY уже ведет наблюдения центра Галактики.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “Investigating the Relativistic Motion of the Stars Near the Black Hole in the Galactic Center”, M.Parsa и др., которая будет опубликована в Astrophysical Journal.

Состав исследовательской группы: Marsieh Parsa, Andreas Eckart (I.Physikalisches Institut of the University of Cologne, Germany; Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany), Banafsheh Shahzamanian (I.Physikalisches Institut of the University of Cologne, Germany), Christian Straubmeier (I.Physikalisches Institut of the University of Cologne, Germany), Vladimir Karas (Astronomical Institute, Academy of Science, Prague, Czech Republic), Michal Zajacek (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany; I.Physikalisches Institut of the University of Cologne, Germany) и J. Anton Zensus (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) — ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы и самая продуктивная в мире наземная астрономическая обсерватория. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), работающий также в режиме крупнейшего в мире оптического телескопа-интерферометра (Very Large Telescope Interferometer, VLTI), и два широкоугольных телескопа с большим полем зрения: крупнейший в мире телескоп для выполнения обзоров неба в инфракрасных лучах VISTA и Обзорный Телескоп VLT (VLT Survey Telescope) — крупнейший инструмент для обзоров неба в видимом свете. ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов на плато Чахнантор: APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Контакты

Marzieh Parsa
I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln
Köln, Germany
Tel: +49(0)221/470-3495
Email: [email protected]

Andreas Eckart
I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln
Köln, Germany
Tel: +49(0)221/470-3546
Email: [email protected]

Vladimir Karas
Astronomical Institute, Academy of Science
Prague, Czech Republic
Tel: +420-226 258 420
Email: [email protected]

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
Email: [email protected]

ФЕНОМЕН ГАЛИЛЕЯ И ЕГО ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЧИНЫ

Специальную теорию относительности (СТО) обычно формулируют, указывая то, чем она отличается от нерелятивистской физики Ньютона. Например, говорят, что динамические уравнения в теории Ньютона инвариантны относительно галилеевых преобразований системы координат, тогда как динамические уравнения в теории относительности инвариантны относительно преобразований Лоренца. Добавляют, что в теории относительности невозможно движение тел со скоростью большей скорости света и нельзя передать сигнал со скоростью большей скорости света. Все эти явления рассматриваются как проявление принципов теории относительности. Однако, если эти явления и представляют собой признаки теории относительности, то это – некоторые вторичные признаки. Принципы теории относительности должны формулироваться без ссылки на способы описания (системы координат), потому что принципы – это наиболее общие закономерности, которые должны допускать бескоординатную формулировку. В частности, если имеется слабое гравитационное поле и геометрия пространстве-времени несколько отличается от геометрии Минковского, то утверждение об инвариантности динамических уравнений относительно преобразований Лоренца становится неверным, поскольку группа Лоренца перестает быть группой движений пространства-времени. Принципы релятивистской физики и физики нерелятивистской представляют собой утверждения о свойствах пространства событий (пространства-времени). В релятивистской физике в пространстве событий имеется только одна пространственно-временная структура \sigma , тогда как в нерелятивистской физике имеется две независимые пространственно-временные структуры: S и T. Каждая из трех структур \sigma, S, T представляет собой вещественное число от двух точек, принадлежащих пространству-времени, причем структура \sigma является функцией от пространственно-временных структур: S и T. \sigma (P,Q) =(c**2T(P,Q) – S(P,Q))/2 (1) для любых P,Q, принадлежащих пространству-времени \Omega. T(P,Q) представляет собой квадрат временного интервала между точками P и Q, тогда как S(P,Q) представляет собой квадрат пространственного интервала между точками P и Q. Что касается \sigma, то \sigma (P,Q) представляет собой пространственно-временной интервал между точками P и Q. Он связан с пространственным и временным интервалами посредством соотношения (1). Под физической геометрией понимается множество точек \Omega, с заданной не нем мировой функцией \sigma (P,Q). На множестве точек (событий) пространства-времени физическая геометрия пространства-времени может быть задана двояко: (1) если в качестве мировой функции взята структура \sigma, то получается релятивистская теория. (2) если в качестве мировой функции взята структура S, то получается нерелятивистская теория. При этом если в качестве мировой функции берется структура S, то к мировой функции добавляется дополнительная структура T. В результате физическая геометрия пространства-времени превращается в обогащенную геометрию, т.е. физическую геометрию с добавленной к ней дополнительной структурой. Пространство-время в нерелятивистской теории описывается обогащенной геометрией, содержащей две структуры S и T, причем обе структуры предполагаются существующими объективно, а не только в расчетах теоретика. Наличие двух структур позволяет построить в пространстве-времени множество (абсолютно) одновременных событий. Например, множество событий Q, одновременных событию Р определяется условием S(P,Q) = 0 (2) В релятивистской теории такое множество построить нельзя, поскольку в релятивистской теории имеется только одна структура. Нерелятивистская теория обогащенной геометрии пространства-времени может строиться с использованием мировой функции \sigma, определяемой через структуры S и T с помощью соотношения (1). В принципе это должно привести к тем же результатам, что и построение обогащенной геометрии с мировой функцией S и T, поскольку физическая геометрия определяется однозначно заданием мировой функции, а обогащенная физическая геометрия определяется однозначно мировой функцией и дополнительной структурой. Однако, при этом некоторые определения могут оказаться различными. Итак, принцип теории относительности заключается в утверждении, что пространство событий описывается только одной пространственно-временной структурой (т.е. описывается геометрией, а не обогащенной геометрией). Какая геометрия и какая мировая функция при этом используются –это детали, которые не упоминаются при формулировке принципа. Нерелятивистское описание становится близким к релятивистскому, когда использование временной структуры Т оказывается несущественным по каким-то причинам. Обычно при нерелятивистском описании обогащенной геометрии пространства событий используется мировая функция S . Если использовать в качестве мировой функции структуру \sigma то описание окажется более приближенным к релятивистскому описанию. Рассмотрим в качестве примера понятие близких событий. Событие (точка) А является близким к событию (точке) В, если точка А находится малой окрестности OB точки В. T(A,B) = 0 и S(A,B) < \epsilon (3) В случае, если в качестве мировой функции используется структура \sigma условие (3) записывается в виде T(A,B) = 0 и -\sigma(A,B) < \epsilon (4) Ясно, что в силу (1) и T(A,B) = 0 соотношения (3) и (4) эквивалентны. Если мы желаем определить понятие близости событий в релятивистском случае, то необходимо отбросить ограничение T(A,B) = 0, как ограничение, порожденное несуществующей пространственно-временной структурой. Условие (3) следует отбросить, поскольку оно содержит структуры, не существующие в релятивистском случае. Тогда возникает следующая дилемма: (1) либо нужно отказаться от понятия близких событий (точек) в релятивистской теории, (2) либо определить малую окрестность OB точки В условием OB = \ set of A satisfying -\sigma(A,B) < \epsilon (5) OB есть множество точек, прилежащих к световому конусу с вершиной в точке В. Если \epsilon стремится к нулю, то OB превращается в световой конус вершиной в точке В. Такое представление о близости событий обладает интранзитивностью, т.е. если точка A близка к точке В и точка В близка к точке С, то, вообще говоря, точка А не близка к точке С . Такая ситуация достаточно неожиданна, поскольку в евклидовой геометрии. если точка A близка к точке В и точка В близка к точке С, то точка А близка к точке С . Другими словами, в евклидовой геометрии условие близости точек обладает транзитивностью. С одной стороны, интранзитивность близости событий в релятивистской концепции пространства-времени очень непривычна и толкает нас к отрицанию понятия близости событий. С другой стороны, электромагнитное взаимодействие заряженных частиц в соответствии с запаздывающим потенциалом Льенара — Вихерта означает, что частицы взаимодействуют друг с другом только через близкие точки. Это может интерпретироваться в том смысле, что заряженные частицы взаимодействуют только в результате прямого столкновения. При этом, с понятием о близости событий, заимствованным из нерелятивистского описания геометрии пространства-времени оказывается несовместимым то обстоятельство, что близкие события могут оказаться разделенными большими пространственными и временными интервалами и что для любого события на мировой линии частицы найдется близкое событие на мировой линии любой другой частицы, существующей достаточно долго. В современном изложении теории относительности понятие близких событий не используется. Иногда используют термин «дальнодействие», когда говорят о прямом электромагнитном взаимодействии частиц без рассмотрения электромагнитного поля как переносчика взаимодействия. Иначе говоря, в релятивистской теории неявно используют нерелятивистское понятие близости (3), основанное на пространственном расстоянии в некоторой системе координат (обычно лабораторной), которое не является инвариантной величиной. Например, два события: вспышка сверхновой в удаленной галактике и наблюдение этой вспышки на Земле являются близкими событиями, разделенными нулевым пространственно-временным интервалом. Однако их рассматривают как далекие события, разделенные очень большим пространственным и временным интервалами. Это — пережиток привычного нам нерелятивистского подхода к описанию физических явлений, который порождает непоследовательность в изложении и восприятии в релятивистской теории пространства-времени, сопровождающуюся необходимостью введения системы координат как опоры нашего восприятия пространства-времени. Представление о прямом гравитационном и электромагнитном взаимодействии частиц не нуждается во введении гравитационного и электромагнитного полей, которые оказываются свойствами пространства-времени. Движение заряженной частицы в заданном электромагнитном поле математически описывается как свободное движение частицы в заданном пятимерном пространстве-времени Калуцы-Клейна. Представление об электромагнитном и гравитационном полях как о свойствах пространства-времени позволяет уменьшить число существующих сущностей, что позволяет эффективнее работать с динамикой частиц. В этом случае свойства электромагнитного (и гравитационного) поля возникают как свойства пространства-времени и описываются его мировой функцией. Происходит процесс, называемый геометризацией физики. По идее геометризация физики должна свести описание физических явлений к описанию в терминах одной величины и тем самым упростить построение теории. Поясню это на примере геометрии. Если геометрия строится на основе нескольких аксиом, описывающих свойства разных геометрических объектов, то мы сталкиваемся с необходимостью согласования всех этих аксиом. Математически это означает, что система аксиом должна быть непротиворечива. Это означает, что получение любого утверждения геометрии разными путями должно приводить к одному и тому же результату. Поскольку геометрических утверждений очень много, а путей их получения во много раз больше, то задача установления непротиворечивости данной системы аксиом представляется неподъемной. Насколько я знаю, непротиворечивость системы аксиом доказана лишь для собственно евклидовой геометрии. Что касается римановой геометрии, то исследователи просто верят в ее непротиворечивость, хотя на самом деле это не так. Об остальных геометрических изысках я уж не говорю. При описании геометрии в терминах и только в терминах мировой функции у нас имеется только одна величина (пусть даже это сложная функция от двух точек). Все остальные утверждения и в величины определяются мировой функцией. Они автоматически изменяются известным образом при изменении мировой функции. Задача состоит лишь в правильном определении мировой функции реального пространства событий. Мы избавлены от выбора многочисленных аксиом и их согласования. В данной ситуации наиболее привлекательной чертой конструкции является ее монизм, т.е. использование одной величины в качестве фундамента теории. Идея построения единой теории поля А.Эйнштейна привлекательна главным образом своим стремлением к монизму. Однако при построении единой теории поля нельзя избежать описания свойств пространства-времени, что нарушает монизм построения. Идея геометризации физики представляется более реальной, поскольку при этом все силовые поля «загоняются» в геометрию и описываются в терминах мировой функции. Иначе говоря, идея геометризации ближе к монизму конечной теории, чем идея теории единого поля. Главным препятствием на пути геометризации физики являются наши убогие знания геометрии, когда мы не умеем описывать геометрию в терминах и только в терминах мировой функции. Мы не можем представить себе геометрию без системы координат, хотя евклидова геометрия излагается в курсе средней школы (учебник Киселева) без упоминания такого понятия, как система координат. Использование системы координат при описании геометрии привносит в описание дополнительную информацию, которой нет в геометрии и от которой нельзя избавиться никаким преобразованием систем координат. Это обусловлено тем, что физическая геометрия (например, дискретная) не имеет определенной (метрической) размерности. Вводя систему координат, мы сами, того не желая, превращаем геометрию в обогащенную геометрию, навязывая ей дополнительные структуры, не существующие в природе. Геометризация физики приводит к геометризации массы частицы, когда вместо мировой линии частицы и приписываемой ей дополнительной величины (массы), рассматривается мировая цепь, состоящая из одинаковых прямолинейных звеньев. Длина каждого звена представляет собой геометрическую массу \mu, связанную с обычной массой m частицы соотношением m = b\mu (6) где b есть некоторая универсальная постоянная. Геометризация массы избавляет нас от дискуссии о природе массы и о связи между инертной и тяжелой массой, поскольку в обоих случаях природа массы и гравитационного поля чисто геометрическая. При переходе от нерелятивистской динамики к релятивистской были модифицированы динамические уравнения движения частицы, а описание состояния частицы осталось прежним нерелятивистским. В нерелятивистской физике состояние частицы описывается положением частицы и ее импульсом (или точкой в фазовом пространстве координат и импульсов). В релятивистском случае состояние частицы описывается точкой на мировой цепи частицы. При этом информация о направлении мировой цепи в рассматриваемой точке является информацией о состоянии частицы. На первый взгляд, можно определить направление мировой цепи вектором (импульсом) и рассматривать состояние частицы как точку в фазовом пространстве. Однако важным является то обстоятельство, что определенный таким образом импульс, задается в определенной системе координат. Рассмотрение состояния частицы как точки в фазовом пространстве можно использовать при описании отдельной детерминированной частицы. Когда рассматривается движение недетерминированной частицы, то рассматривается статистический ансамбль, состоянием которого является плотность состояний. В нерелятивистском случае плотность состояний \rho(x,p) определяется соотношением dN = \rho(x,p)dVdp (7) где dN есть число частиц в элементе фазового объема dVdp.k(x) является 4-вектором. Она не может интерпретироваться как плотность вероятности чего бы то ни было. В этом случае мы вынуждены описывать статистический ансамбль просто как динамическую систему типа сплошной среды. Такое описание будет динамическим описанием. Разумеется, можно использовать динамическое описание и в нерелятивистском случае. Однако, обычно используют вероятностное описание, полагая, что вероятностное описание является общим видом статистического описания. Это является серьезной концептуальной ошибкой, приводящей к важным последствиям. Дело в том, что уравнение Шредингера представляет собой статистической описание недетерминированных частиц. Понять это нельзя с точки зрения вероятностного описания, потому что случайная составляющая движения шредингеровской частицы является релятивистской, хотя среднее движение этой частицы является нерелятивистским. Принято считать, что нельзя рассматривать уравнение Шредингера как уравнение, реализующее статистическое описание недетерминированной частицы, потому что недетерминированная частица описывается уравнением, линейным по плотности вероятности, тогда как шредингеровская частица описывается уравнением линейным по амплитуде вероятности. То обстоятельство, что шредингеровская частица является релятивистской (по случайной составляющей) и ее надо описывать с помощью динамического статистического описания (а не вероятностного), как-то не приходит в голову. Недетерминированость частицы может быть обусловлена геометрией пространства-времени. Тогда квантовые эффекты могут быть сведены к геометрическим эффектам, а квантовая механика может быть изложена в терминах мировой функции, что означает прогресс в геометризации физики. Однако это оказывается невозможным, если описание состояния частицы окажется нерелятивистским при релятивистских динамических уравнениях. Возникает вопрос, почему такая простая вещь как последовательное релятивистское описание движения частиц не было получено в течение почти столетнего развития теоретической физики? Более того, почему работы, содержащие развитие последовательного релятивистского описания, появившиеся в последние годы двадцатого века, не привлекло внимания научной общественности? Краткий ответ будет такой. Мы имеем дело с феноменом Галилея, когда правильные работы, меняющие фундаментальные положения существующей теоретической физики не воспринимаются научным сообществом. Развитие теоретической физики происходит по пути, ведущем в тупик. Теоретическая физика оказывается в кризисе. Попробуем понять, как появилась непоследовательность в развитии теории относительности, когда динамические уравнения были релятивистскими, а уравнение состояния частицы оставалось нерелятивистским. Появление теории относительности в начале двадцатого века не было принято всеми физиками. Изменение фундамента физики воспринималось с большим трудом. Вначале релятивистские эффекты воспринимались просто как поправки к нерелятивистской физике. Старались не менять понятия нерелятивистской физики, или менять их в минимальной степени. Динамические уравнения релятивистской физики, содержащие характерные радикалы, были получены в результате модификации нерелятивистских динамических уравнений. Описание состояния частицы оказалось возможным оставить нерелятивистским, поскольку оно было пригодно для описания детерминированных частиц. Об описании недетерминированных частиц первое время не задумывались. В результате оно осталось нерелятивистским. В дальнейшем изменить его было трудно, во-первых, потому что никто не думал, что нерелятивистские квантовые частицы следует считать релятивистскими, а во-вторых, потому что к нерелятивистскому описанию состояния частицы привыкли и считали его релятивистским. Одним словом, считалось, что с фундаментом релятивистской динамики частиц все в порядке, и решение проблемы выхода из кризиса надо искать не в фундаменте теоретической физики, а на ее поверхности. Считалось, что нужно изобретать новые гипотезы о строении элементарных частиц. В конечном счете, многие нововведения типа струн и увеличения размерности пространства-времени представляли собой модификации геометрии пространства-времени, но не в фундаменте геометрии, а на ее поверхности при сохранении убогого знания и понимания основ геометрии (геометрия рассматривалась как логическое построение, а не как наука о расположении геометрических объектов). Такой подход выродился в подгоночный менталитет теоретиков, когда теоретик отказывается рассматривать какие-либо модификации теории, если они не приводят немедленно к объяснению новых экспериментов и экспериментиков. От изменений фундамента теории до объяснения экспериментов долгий путь. По этой причине лишь немногие решались затрагивать фундамент современной теоретической физики. Процветали верхушечные теории, объясняющие один-два эксперимента и несостоятельные при объяснении других экспериментов. Так выглядит феномен Галилея в современной теоретической физике.

Урок 21. релятивистские эффекты — Физика — 11 класс

Физика, 11 класс

Урок №21. Релятивистские эффекты

На уроке рассматриваются понятия: энергия покоя, полная энергия частиц; связь массы и энергии в специальной теории относительности; релятивистский импульс частицы, релятивистская кинетическая энергия; принцип соответствия.

Глоссарий урока:

Релятивистская механика — раздел физики, где описывается движение частиц со скоростями близкими к скорости света.

Закон взаимосвязи энергии и массы — тело обладает энергией и при нулевой скорости, такую энергию называют энергией покоя.

Релятивистская энергия составляет сумму собственной энергии частицы и релятивистской кинетической энергии.

Безмассовыми называют частицы массы, которых в состоянии покоя равны нулю, они существуют только в движении, при этом во всех инерциальных системах отсчёта их импульс и энергия не равны нулю.

Массовыми называют частицы, для которых масса является важной характеристикой, мерой инертности тела.

Принцип соответствия – это подтверждение законов Ньютона и классических представлений о пространстве и времени, рассматриваются как частный случай релятивистских законов при скоростях намного меньших скорость света.

Согласно принципу соответствия любая теория, претендующая на более глубокое описание явлений и на более широкую сферу применимости, должна включать предыдущую теорию, как предельный случай.

Обязательная литература:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 239 – 241.
2. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 классы. – М.: Дрофа, 2013. — С. 147 – 149

Дополнительная литература:

1. Анциферов Л.И., Физика: электродинамика и квантовая физика. 11кл. Учебник для общеобразовательных учреждений – М.: Мнемозина, 2001. – С. 253-260.
2. Кирик Л.А., Генденштейн Л.Э., Гельфгат И.М.. Задачи по физике. 10-11 классы для профильной школы. – М.: Илекса, 2010. – С. 311-315.
3. Айзексон У., Эйнштейн. Жизнь гения; пер. с анг. А.Ю. Каннуниковой. – М: АСТ, 2016 – С.144-157

Основное содержание темы

«Основы физики претерпели неожиданные и радикальные изменения благодаря смелости молодого и революционно мыслящего гения.»

Вернер Гейзенберг

Эти слова и множество других восхищённых эпитетов будут высказаны в адрес гениального учёного Альберта Эйнштейна. Эйнштейн не боялся опровергать общепринятые утверждения. Он разрушил представление об абсолютном времени и незыблемости пространства. Его теория утверждала, что есть движущиеся системы координат со своим относительным временем. А пространство существует, пока в нём существует всё материальное. Время идёт тем медленнее, если быстрее движется тело. Такие удобные и понятные принципы классической физики: о постоянстве массы, длины, времени, скорости — опровергаются следствиями из постулатов специальной теории относительности Эйнштейна.

Альберт (Einstein) Эйнштейн

14 марта 1879 г. – 18 апреля 1955 г.

Физик-теоретик, один из основателей современной теоретической физики, лауреат Нобелевской премии по физике 1921 года, общественный деятель-гуманист.

По законам классической физики: масса – это мера инертности тела. Но Эйнштейн утверждает другое: масса – это мера энергии, содержащейся в теле.

Любое тело обладает энергией уже в силу своего существования. Альбертом Эйнштейном была установлена пропорциональность между энергией и массой:

На первый взгляд, простая формула, является фундаментальным законом природы, законом взаимосвязи энергии и массы.

Согласно этой формуле тело обладает энергией даже при нулевой скорости, в таком случае энергию называют E энергией покоя. А массу, которая входит в формулу Эйнштейна назовём m₀ массой покоя.

Как же будет выглядеть закон взаимосвязи массы и энергии для движущегося тела? К нему добавляем радикал (релятивистский множитель) из преобразований Лоренца:

Такую формулу называют релятивистской энергией или полной энергией движущегося тела.

Релятивистская механика — раздел физики, где описываются движения тел и частиц со скоростями близкими к скорости света, где используются преобразования Лоренца, перехода из одной инерциальной системы в другую, когда одна система движется относительно другой со скоростью вдоль оси ОХ.

Любые изменения физических величин, связанные с сокращением размеров:

эффект замедления времени:

изменение массы тела при изменении энергии:

закон сложения скоростей:

в специальной теории относительности называют релятивистскими изменениями.

По законам классической физики полная энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий тела или частицы

Отсюда выразим кинетическую энергию тела

Релятивистская энергия составляет сумму собственной энергии частицы и релятивистской кинетической энергии

В классической физике кинетическая энергия вычисляется по формуле

Получим ещё одно выражение

Выразим кинетическую энергию из формулы релятивистской энергии:

Поставим релятивистский радикал, который можно преобразовать при малых скоростях и получим релятивистскую кинетическую энергию частицы:

Или другой способ выражения кинетической энергии, если использовать классическую кинетическую энергию, то получим

— выражение для определения релятивистской кинетической энергии.

Путём не сложных математических вычислений можно доказать, что формула определения кинетической энергии в классической физикеи формула кинетической энергии в релятивистской физике равны между собой.

Давайте проверим работают ли главные законы механики — законы Ньютона в релятивистской физике.

Первый закон Ньютона: существуют системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно, если на него не действуют другие тела.

Первый постулат СТО Эйнштейна: все физические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта, или никакими опытами, проводимыми в инерциальной системе отсчёта, невозможно установить её движение относительно других инерциальных систем.

Внимание! Они не противоречат друг другу!

Третий закон Ньютона: силы с которыми тела действуют друг на друга равны по модулю и направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны. Этот закон тоже работает в релятивистской физике (смотрите первый постулат СТО).

А что же со вторым законом классической механики? Второй закон Ньютона: ускорение тела прямо пропорционально силе и обратно пропорционально его массе.

Рассмотрим предельный случай: если на тело долгое время t (время стремится к бесконечности) действовать с постоянной силой F = const, то ускорение будет постоянным a = const. Ускорение в свою очередь, зависит от скорости, с которой движется тело:

Отсюда скорость тоже будет стремиться к бесконечности, а это невозможно (смотрите второй постулат СТО), так как скорость тела или частицы не может быть больше предельного значения скорости света ()!

Но давайте рассмотрим другую формулировку второго закона Ньютона, когда сила прямо пропорциональна изменению импульсов тела ко времени этого изменения:

В классической механике импульс равен произведению массы тела или частицы на его скорость: , где m – постоянная величина, мера инертности тела.

В релятивистской механике выражение импульса можно записать, используя преобразования Лоренца:

При скоростях намного меньших, чем скорость света 𝟅с, формула принимает вид классической механики Ньютона

Эти проявления — подтверждение законов Ньютона и классических представлений о пространстве и времени, рассматривают как частный случай релятивистских законов при скоростях намного меньших скорости света и называют принципом соответствия. Согласно принципу соответствия любая теория, претендующая на более глубокое описание явлений и на более широкую сферу применимости, должна включать предыдущую теорию, как предельный случай. То есть законы классической механики подтверждаются релятивистской, но только для частиц или тел, движущихся с малыми скоростями.

В природе существуют такие частицы (фотоны, мюоны, нейтрино), скорость которых равна или близка к скорости света. Массы таких частиц в состоянии покоя равны нулю, эти частицы называют безмассовыми. Они существуют только в движении, но во всех инерциальных системах отсчёта их импульс и энергия не равны нулю. Тогда подтверждается утверждение Эйнштейна, что масса – это мера энергии тела. Частицы, для которых масса является важной характеристикой — мерой инертности, называют массовыми.

Найдём соотношение между энергией и импульсом:

Взаимно уничтожаются подкоренные выражения, сокращается произведение массы на скорость света, и мы получим простое соотношение энергии и импульса, где нет зависимости от массы.

Энергия и импульс связаны соотношением

Поэтому во всех инерциальных системах отсчёта импульс и энергия не равны нулю. При превращениях элементарных частиц, обладающих массой покоя , в частицы у которых , их энергия покоя целиком превращается в кинетическую энергию вновь образовавшихся частиц. Этот факт является наиболее очевидным экспериментальным доказательством существования энергии покоя.

Во всех инерциальных системах отсчёта импульс частицы и её энергия связаны соотношением:

или

— эта формула является фундаментальным соотношением энергии и импульса для массовых частиц релятивистской механики. Эти соотношения экспериментально подтверждены.

Следовательно, для безмассовых частиц, где или , выражение примет вид

Основное выражение энергии через её импульс записывают так:

Отсюда, масса, движущейся частицы, будет равна

Если частица покоится, то её значение можно определить из основной формулы Эйнштейна взаимосвязи массы и энергии:

В обычных условиях, при нагревании тела или его охлаждении, при химической реакции, эти приращения массы происходят, их можно вычислить, но изменения массы не так заметны. Энергию, полученную из расщепления ядер на атомных электростанциях, используют на благо человека, где незначительные массы радиоактивного топлива вырабатывают энергию, питающую электроэнергией огромные города. Но, к сожалению, такую энергию, высвобождающуюся при цепной реакции, люди использовали и военных целях, для уничтожения городов, людей. Поэтому, только в последствии, понимая ответственность за свои открытия, учёные искренне становятся общественными деятелями: правозащитниками и борцами за мир.

Рассмотрим задачи тренировочного блока урока:

1. Чтобы выработать количество энергии, которой обладает тело массой 1 кг, Красноярской ГЭС потребуется времени _________ суток (1,5·10⁷; 173,6; 182,3). Мощность Красноярской ГЭС 6000МВт.

Дано:

m = 1 кг

P = 6000 МВт = 6·10⁹ Вт

t — ? (сутки)

Воспользуемся выражением, описывающим зависимость энергии тела от массы:

И зависимостью мощности от работы и времени:

Выразим секунды в часах, а затем в сутках:

Ответ: 173,6 суток.

2. Чему равен импульс протона, летящего со скоростью 8,3·10⁷ м/с? На сколько будет допущена ошибка, если пользоваться формулами классической физики? Данные поученных вычислений занесите в таблицу:

Физические величины	Показатели
Масса покоя протона, m	1,67·10-27 кг
Скорость света, с	3·108 м/с
Скорость движения протона, 𝟅	8,3·107 м/с
Импульс протона по классическим законам, рк	?
Импульс протона по релятивистским законам, рр	?
Разница в вычислениях импульса протона,	?

Воспользуемся формулами для определения импульса релятивистским и классическим способами:

Вычислим разницу показаний:

Физические величины	Показатели
Масса покоя протона, m	1,67·10-27кг
Скорость света, с	3·108 м/с
Скорость движения протона, 𝟅	8,3·107 м/с
Импульс протона по классическим законам, рк	1,38·10-19кг·м/с
Импульс протона по релятивистским законам, рр	5,2·10-19 кг·м/с
Разница в вычислениях импульса протона,	в 3,8 раза

Сексуальные домогательства и моральный релятивизм

• Михаил Смотряев
• Русская служба Би-би-си

3 ноября 2017

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Кевину Спейси дали «Оскара» (дважды) за актерское мастерство или за образцовое поведение?

Если последить за новостями последней недели, начинает казаться, что предыдущие полсотни лет население планеты занималось почти исключительно сексуальными домогательствами друг к другу.

Список тех, кто объявил себя жертвами «сексуального хищника», голливудского продюсера Харви Вайнштейна дополняется и уточняется едва ли не в ежедневном режиме. Параллельно выясняется, что в недостойном поведении ранее были замечены и другие звезды кино, и список провинившихся тоже пополняется регулярно — тут и Кевин Спейси, и Бретт Рэтнер, и Дастин Хоффман.

Голливуд, как мы знаем, не единственное средоточие разврата на планете: ведущий Би-би-си Джимми Сэвил вообще оказался серийным насильником, совершившим, как оказалось, 214 преступлений сексуального характера, включая 34 изнасилования. Правда, выяснилось это уже после его смерти.

Но было бы наивным думать, что лишь работники индустрии развлечений грешат половой распущенностью: в прошлом году на домогательства со стороны тренеров стали жаловаться бывшие британские футболисты, причем по ряду дел полиция начала следствие, а масштаб проблемы, по всей видимости, огромен.

Пару дней назад министр обороны Великобритании сэр Майкл Фэллон подал в отставку, потому что в прошлом его поведение не соответствовало стандартам, принятым среди военных. «В последние дни всплыл ряд утверждений о членах парламента, в том числе и о моем прошлом поведении. Многие из них ложны, но я признаю, что в прошлом я не соответствовал высоким требованиям, которые мы возлагаем на Вооруженные силы, которые я имею честь представлять», — написал он в своем прошении об отставке.

Кстати, и сам парламент — опора и основа британской демократии, — тоже не миновала волна разоблачений. Нескольких парламентариев уже обвинили в излишних вольностях в отношениях с женщинами, да и в крупнейших политических партиях, если верить газетным заголовкам, подобное поведение встречается отнюдь не эпизодически.

Что есть домогательство?

Однако все вышеперечисленное — все же не новость. Нельзя сказать, чтобы мы не подозревали о том, что путь наверх в самых разных областях нашей жизни иногда проще проложить через постель — хотя бы потому, что примеров этого в истории великое множество. Наивно было бы предполагать, что человечество внезапно резко изменилось, и эта практика исчезла навсегда.

Интересно другое: действительно, нормы приемлемого меняются в последние годы стремительно. Заявление Майкла Фэллона служит этому хорошей иллюстрацией. То, что офицер Королевских вооруженных сил мог позволить себе в отношениях с сослуживицей десяток лет назад, не будучи обвинен в попрании этических норм, сегодня уже рассматривается как аморальный поступок со всеми вытекающими последствиями.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Как отличить невинный флирт от домогательства?

Аналогичным образом развиваются отношения полов и «на гражданке».

Как, например, выявил недавний опрос YouGov Eurotrack, 16% респондентов убеждены, что сказать женщине, как она хорошо выглядит — это сексуальное домогательство. 13% полагают, что подмигнуть женщине — это тоже домогательство. Половина опрошенных убеждена, что взглянуть на женскую грудь (например, в лифте) — это тоже пресловутый харасмент.

Общественное негодование растущим числом сексуальных домогательств (в самых разных его проявлениях, включая анекдотические: в упомянутом выше опросе 3% респондентов признались, что пригласить женщину выпить по рюмке после работы они тоже считают домогательством) привело к тому, что нормы морали, в отличие от норм закона, похоже, начинают приобретать обратную силу.

Новые правила

Осудить человека за некий проступок, не являвшийся уголовно наказуемым, скажем, 20 лет назад, сегодня невозможно. Однако остракизм, которому подвергаются фигуранты нынешних скандалов, наверняка будет стоить им как минимум карьеры.

(В скобках заметим, что сказанное выше ни в коей мере не относится к случаям изнасилований, сексуальных отношений с не достигшими «возраста согласия» и других деяний, описанных в уголовном законодательстве. У этих преступлений, к слову, обычно нет или очень большой срок давности, и в любом случае вердикт по ним выносит суд.)

«Правила не изменились, но изменилось все остальное. Революция в средствах контрацепции привела к значительным социальным изменениям, в результате которых миллионы женщин оказались на рабочих местах и в высших учебных заведениях на всех уровнях общества. Это ключевой момент», — считает писатель Нил Линдон, автор книги «No more sex war» («Долой войну полов»).

«Изменения в последние полвека примечательны тем, как гармонично они происходили, а несчастье наше в те же полвека в том, что эти изменения описывались в терминах тоталитаризма XIX века, как будто мужчины навязывают женщинам свою власть, и это единственный способ описать отношения между полами», — подчеркивает он.

С ним согласна социолог Оксана Моргунова, научный сотрудник Международного института миграции и гендерных проблем.

«Сравнительно недавно мужеложство каралось очень сурово, а секс с детьми вообще не был описан в законодательстве, — говорит она. — Сегодня мир совершенно другой. Я вообще не считаю, что мораль была дана нам изначально. Есть общие руководства, которые были спущены тому или иному пророку тем или иным богом. Но если бы все в моральной сфере было так просто, с какой стати писалось бы такое количество книг по этике, писались и переписывались законы, касающиеся моральных аспектов жизни человека? Так что не все так однозначно».

Автор фото, EPA

Подпись к фото,

Карьеру Харви Вайнштейна в Голливуде можно считать законченной независимо от того, чем завершится расследование обвинений против него

Культ жертвы

Определенную сложность представляет и точное определение понятия «сексуального домогательства».

Флирт необходим человечеству для выживания — во всяком случае, пока мы не научимся размножаться почкованием. Психологи считают флирт вполне естественным, а вот у юристов его толкование не столь прямолинейно: что одному — флирт, другому — сексуальное домогательство.

Британский закон 2010 года о равных правах и недопущении дискриминации устанавливает, что сексуальное домогательство — это «нежелательное поведение сексуального характера», которое оскорбляет достоинство человека и «создает запугивающую, недружелюбную, деморализующую и оскорбительную обстановку».

Зачастую действия, попадающие в описанную категорию, оказываются уголовно наказуемы по другим законам, например, по закону 1997 года «Преступные действия назойливого характера» — если вам на почту или в телефон приходят непрошеные фотографии, комментарии или предложения.

Но их, как правило, легко доказать. В случаях с голливудскими звездами, например, это сделать не так-то просто — как правило, это слово одного человека против слова другого.

Для юристов не подкрепленные доказательствами обвинения — это повод для встречных исков о клевете и унижении человеческого достоинства. А вот широкая общественность, как правило, решительно солидаризируется с предполагаемыми жертвами сексуальных домогательств, не утруждая себя поиском доказательств.

«Что мне категорически претит в этой ситуации, так это гламурность скандала и создание некоего культа жертвы. Культ жертвы, как и любой культ, не полезен, — говорит Оксана Моргунова. — Даже культ красоты и здоровья, в общем-то, не полезен. Возможно, это парадоксально, и на меня сейчас набросятся, но я считаю, что любой культ, особенно навязанный общественным мнением, имеет побочные последствия».

Здесь необходимо еще раз оговориться, что многие из недавних случаев сексуальных домогательств, всплывших в связи со скандалом Вайнштейна, скорее всего, будут расследоваться полицией, поскольку там речь идет о серьезных преступлениях на сексуальной почве, в том числе изнасилованиях.

Пещерный человек и мы

Сравнительно недавно о сексуальных домогательствах в обществе практически не говорили, хотя само явление старо, как человечество. Пострадавшие от рук начальников стыдились и боялись огласки, сплетен, неодобрительных взглядов коллег. Собственно, поэтому подобные «делу Вайнштейна» разоблачения нарастают снежным комом: достаточно одному набраться смелости, и многие другие уже не чувствуют себя в одиночестве. Социальные сети тоже максимально упростили процесс.

Однако просто жаловаться, пусть и глобальной истории, на то, как к тебе приставал тренер детской спортивной школы или голливудской киностудии, недостаточно.

Корпоративный мир уже нашел решение: все, что хотя бы отдаленно напоминает сексуальное домогательство, как правило, ведет к немедленному и показательному увольнению «провинившегося». За ним как правило следует публичное заявление с экранов всех телевизоров о том, как именно в этой компании все, от генерального директора до уборщика, искренне привержены делу борьбы за равенство полов, соблюдению техники безопасности на производстве и уважению к правам личности.

Но, вероятно, задача общества в том, чтобы сексуальные домогательства предотвратить?

Об этом давно и настойчиво говорят психологи и активисты: надо менять стереотипы поведения и отношения между полами. Мужчины должны понимать, что их заигрывания не всем и не всегда приятны, женщины должны знать, куда обращаться в случае домогательств и не бояться сообщать о них, и т.д. и т.п.

Рецепты, в общем, не новые.

Применение их на практике — другой вопрос. Социальные сети проникли во все сферы нашей жизни, и, формируя свое мнение, мы зачастую не отдаем себе отчета в том, насколько оно действительно наше собственное, а насколько — плод коллективного творчества нашей френд-ленты. Впрочем, разнообразные проявления психологии толпы — тема для отдельного обсуждения.

Подпись к фото,

Том Джонс знает, что советует

Никто не утверждает, что сексуальное домогательство (не говоря уже о преступлениях на сексуальной почве) — это норма, хотя, возможно, пещерный человек с нами и не согласился бы. Но, как сказал в интервью Би-би-си знаменитый британский певец Том Джонс: «Нужно понять: ты не обязан соглашаться, только потому, что тебе кажется — «я вынужден пойти на это». Ваш разум подскажет вам правильное решение. Это верно не для одного шоу-бизнеса, но для любой сферы вашей жизни».

А если вам неприятны назойливые ухаживания коллеги по работе — вам есть куда обратиться. Есть этические нормы, есть адвокаты, есть полицейские, наконец. В конце концов, этим мы и отличаемся от пещерных людей.

Учёные МГУ разработали метод, позволяющий понять, как устроена Вселенная релятивистских звёзд

Сотрудники и аспиранты МГУ — профессор Владимир Липунов и старший научный сотрудник Евгений Горбовской совместно с аспирантами Даниилом Власенко и Валерией Гриншпун — в лаборатории космического мониторинга (МАСТЕР МГУ) Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга (ГАИШ) МГУ разработали метод, позволяющий понять, как устроена Вселенная релятивистских звёзд. Работа опубликована в престижном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (импакт-фактор 5.5).

Как образуются чёрные дыры учёным до сих пор доподлинно неизвестно. Все галактики Вселенной заполнены звёздами, из которых образуются чёрные дыры. Как правило живут они звёздами недолго — в 1000 раз короче, чем Вселенная и только потому, что внутри идут термоядерные реакции превращения водорода в железо, не давая звезде уплотниться. А железо, как известно, не горит. Так из звёзд получаются чёрные дыры. Но какая часть звезды превращается в чёрную дыру во время коллапса? Учёные МГУ попытались ответить и на этот вопрос.

В последнее десятилетие открыт целый класс голубых звёзд с невидимыми достаточно массивными объектами — кандидатами в чёрные дыры! И, похоже, все они двигаются по круговым орбитам, как будто взрыв сверхновой унес не более 5% массы системы. С помощью созданного в ГАИШ МГУ пакета программ популяционного синтеза двойных звёзд — «Машины сценариев» — астрофизики МГУ промоделировали свойства орбит голубых звёзд с чёрными дырами. «Обнаружилась неожиданная связь между данными гравитационно-волновой астрономии и классической оптической спектроскопии. И там и здесь коэффициент “прожорливости” устремился к 100%! При этом “толстушка” двигалась по абсолютно круговой орбите, как будто во время коллапса она не сбросила лишний вес! Ну, конечно, она прожорлива. Но тут пришлось разбираться с кандидатами в чёрные дыры в обычных звёздных парах с голубыми соседями», — рассказал профессор МГУ Владимир Липунов.

«Машина сценариев» — это компьютерная программа, позволяющая создавать искусственные галактики, в которых звёзды живут не по реальным законам, которых мы еще не знаем, а по неправильным или приблизительным. «Например, мы хотим посчитать, сколько в такой неправильной Вселенной рождается чёрных дыр. При этом мы не знаем, как точно происходит процесс коллапса и просто вводим параметр kBH, который равен доле вещества, превращающегося в чёрную дыру. Эта доля и показывает прожорливость в самоедстве! Наш результат kBH = 0,9 — 1», — объяснил Почётный профессор МГУ Владимир Липунов.

Астрофизики МГУ доказали, что первые результаты новой науки — гравитационно-волновой астрономии — согласуются с классическим сценарием эволюции двойных звёзд, благодаря чему удаётся объяснить большие массы сливающихся чёрных дыр и свойства их предков — двойных систем, состоящих из чёрной дыры и голубой звезды главной последовательности.

«Главным результатом нашей работы стало то, что несмотря на прошедшие десятилетия разработанный метод, позволивший и предсказать главный результат первого детектирования гравитационных волн и теперь позволяет понять, как устроена Вселенная релятивистских звёзд», — добавил профессор Владимир Липунов.

Кроме того, идея популяционного синтеза методом Монте-Карло (группа численных методов, использующих случайное, как это происходит на рулетке в Монте-Карло, разбрасывание начальных параметров задачи), реализованная впервые в ГАИШ МГУ, сейчас получила широкое распространение в ведущих астрономических центрах США, Европы, Китая.

Исследование выполнено при поддержке Программы развития Московского университета.

Доступные должности

Управляющий по счетам — канал 21-0649	Удаленные США	Очная	Продажа
Управляющий по работе с клиентами — Юридическая фирма 21-0278	Удаленные США	Очная	Продажа
Продвинутый инженер по облачной безопасности 20-0678	Краков	Очная	Безопасность
Инженер по усовершенствованию системы безопасности — 21-0612	Удаленный США	Очная	Безопасность
Продвинутый инженер-программист — Data Grid	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Опытный инженер-программист — Юридическое удержание / сбор — 21-0498	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Продвинутый инженер-программист — Обзор — 21-0607	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Продвинутый инженер-программист — VerQu 21-0389	Удаленные США	Очная	Управление продуктами
Продвинутый инженер-программист (передача данных) 21-0105	Краков	Очная	Инженерное дело
Продвинутый инженер-программист (передача данных) 21-0106	Краков	Очная	Инженерное дело
Продвинутый инженер-программист (передача данных) 21-0111	Краков	Очная	Инженерное дело
Продвинутый инженер-программист 20-0648	Краков	Очная	Инженерное дело
Продвинутый инженер-программист 21-0647	Краков	Очная	Инженерное дело
Платформа для продвинутых инженеров-программистов	Удаленный США	Очная	Инженерное дело
Продвинутый инженер-программист — Trace-21-0142	Удаленный США	Очная	Инженерное дело
Продвинутый инженер по безопасности программного обеспечения 21-0056	Краков	Очная	Безопасность
Agile / DevOps Coach	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Аналитик приложений (удаленный, 24/7)	Лодзь	Очная	Успех клиентов
Аналитик приложений (удаленный, 24/7)	Белосток	Очная	Успех клиентов
Аналитик приложений (удаленный, 24/7)	Познань	Очная	Успех клиентов
Аналитик приложений (удаленный, 24/7)	Катовице	Очная	Успех клиентов
Аналитик приложений (удаленный, 24/7)	Жешув	Очная	Успех клиентов
Аналитик приложений (удаленный, 24/7)	Гданьск	Очная	Успех клиентов
Аналитик приложений (удаленный, 24/7)	Варшава	Очная	Успех клиентов
Аналитик приложений (удаленный, 24/7)	Вроцлав	Очная	Успех клиентов
Application Analyst 21-0310 (удаленно, круглосуточно)	Краков	Очная	Успех клиентов
Application Analyst 21-0475 (удаленно, круглосуточно)	Краков	Очная	Успех клиентов
Младший менеджер по работе с клиентами 21-0422	Удаленный США	Очная	Продажа
Заместитель менеджера по продукции — 21-0610	Удаленный США	Очная	Управление продуктами
Заместитель менеджера по продукции — 21-0677	Удаленные США	Очная	Управление продуктами
Аналитик бизнес-процессов 21-0490	Удаленный США	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Советник по коммерческим сделкам 21-0521	Удаленные США	Очная	Legal
Менеджер по работе с клиентами — 21-0501 (удаленный)	Удаленный Гонконг	Очная	Успех клиентов
Менеджер по работе с клиентами — 21-0501 (удаленный)	Сидней	Очная	Успех клиентов
Менеджер по работе с клиентами — 21-0501 (удаленный)	Мельбурн	Очная	Успех клиентов
Менеджер по работе с клиентами 21-0643	Удаленные США	Очная	Успех клиентов
Менеджер по работе с клиентами 21-0645	Вашингтон, Д.С.	Очная	Успех клиентов
Data Scientist-Analytics	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Менеджер программы формирования спроса (маркетинг на основе учетных записей) 21-0180	Удаленные США	Очная	Маркетинг
Менеджер программы формирования спроса (патенты на относительность) 21-0462	Удаленные США	Очная	Маркетинг
Директор по разработке данных AI- 21-0194	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Директор по науке о данных-AI-21-0630	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Директор по маркетингу продукции 21-0152	Удаленные США	Очная	Маркетинг
Менеджер аварийного восстановления — 21-0047	Чикаго	Очная	Инженерное дело
Услуги, связанные с немецким — 21-0627	Краков	Очная	Бизнес-стратегия
Полевой менеджер по маркетингу, DACH — 21-0592 (удаленный)	Дюссельдорф	Очная	Маркетинг
Полевой менеджер по маркетингу, DACH — 21-0592 (удаленный)	Гамбург	Очная	Маркетинг
Полевой менеджер по маркетингу, DACH — 21-0592 (удаленный)	Франкфурт-на-Майне	Очная	Маркетинг
Полевой менеджер по маркетингу, DACH — 21-0592 (удаленный)	Мюнхен	Очная	Маркетинг
Полевой менеджер по маркетингу, DACH — 21-0592 (удаленный)	Берлин	Очная	Маркетинг
Полевой менеджер по маркетингу, DACH- 21-0592 (удаленный)	Дортмунд	Очная	Маркетинг
Полевой менеджер по маркетингу, DACH- 21-0592 (удаленный)	Отдаленная Германия	Очная	Маркетинг
Будущие возможности: группа клиентов — оставайтесь на связи с нами	Чикаго	Очная	Заявитель — Общий
Будущие возможности: группа по персоналу и операциям — оставайтесь на связи с нами	Чикаго	Очная	Заявитель — Общий
Будущие возможности: Группа продуктов — Оставайтесь на связи с нами	Чикаго	Очная	Заявитель — Общий
Менеджер по инцидентам / Менеджер по изменениям-21-0596	Чикаго	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Сотрудник по внутренним продажам	Чикаго	Очная	Патент
Сотрудник по внутренним продажам	Чикаго	Очная	Продажа
Ведущий покупатель — 21-0566	Краков	Очная	Деловые операции
Ведущий покупатель — 21-0566 (удаленный)	Катовице	Очная	Деловые операции
Ведущий покупатель — 21-0566 (удаленный)	Варшава	Очная	Деловые операции
Ведущий покупатель — 21-0566 (удаленный)	Познань	Очная	Деловые операции
Ведущий покупатель — 21-0566 (удаленный)	Вроцлав	Очная	Деловые операции
Ведущий покупатель — 21-0566 (удаленный)	Гданьск	Очная	Деловые операции
Ведущий покупатель — 21-0566 (удаленный)	Лодзь	Очная	Деловые операции
Ведущий инженер-программист — Юридическое удержание / сбор — 20-0499	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Ведущий инженер-программист (передача данных) 21-0101	Краков	Очная	Инженерное дело
Ведущий инженер-программист (SQL PaaS) 21-0039	Краков	Очная	Инженерное дело
Ведущий инженер-программист — платформа 20-0714	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Ведущий инженер-программист-Trace-21-0140	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Ведущий системный инженер — SRE — 21-0468	Удаленные США	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Сотрудник по управлению обучением	Удаленные США	Очная	Маркетинг
Менеджер по корпоративным данным и аналитике	Удаленные США	Очная	Внутренняя технология
Менеджер, Компенсационное товарищество	Удаленные США	Очная	Управление персоналом
Менеджер службы поддержки клиентов 21-0662	Удаленные США	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Менеджер, People Data Science 21-0588	Чикаго	Очная	Управление персоналом
Менеджер по разработке программного обеспечения 21-0451	Краков	Очная	Инженерное дело
Менеджер по разработке программного обеспечения 21-0593	Краков	Очная	Инженерное дело
Менеджер по налогам 21-0487	Удаленные США	Очная	Финансовые операции
Менеджер, Казначейство 21-0526	Удаленные США	Очная	Финансовые операции
Операционный аналитик, Внутренние операции	Чикаго	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Помощник юриста, транзакции и корпоративное право 21-0519	Удаленные США		Legal
Главный специалист по данным-AI-21-0162	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Менеджер по продукту — AI Services — 21-0572	Удаленные США	Очная	Управление продуктами
Менеджер по продукту — Collect — 21-0439	Удаленные США	Очная	Управление продуктами
Менеджер по продукту — Платформа наблюдения — 21-0420	Чикаго	Очная	Управление продуктами
Менеджер по продукту — Обработка — 21-0459	Чикаго	Очная	Управление продуктами
Менеджер по продукту, аутентификация и идентификация — 21-0636	Удаленные США	Очная	Управление продуктами
Менеджер по продукту, платформа для разработчиков — 20-0672	Удаленные США	Очная	Управление продуктами
Менеджер по маркетингу продукции 21-0419	Удаленные США	Очная	Маркетинг
Специалист по маркетингу продукции 21-0419	Удаленные США	Очная	Маркетинг
Менеджер по безопасности продукции 21-0600	Краков	Очная	Безопасность
Менеджер программы, стратегия мероприятий 21-0378	Чикаго	Очная	Маркетинг
Relativity Support Architect-21-0608	Удаленные США	Очная	Успех клиентов
Представитель по развитию продаж	Удаленные США	Очная	Продажа
Представитель по развитию продаж — 21-0167 (удаленно)	Ливерпуль	Очная	Продажа
Представитель по развитию продаж — 21-0167 (удаленно)	Лидс	Очная	Продажа
Представитель по развитию продаж — 21-0167 (удаленно)	Манчестер	Очная	Продажа
Представитель по развитию продаж — 21-0167 (удаленно)	Бирмингем	Очная	Продажа
Представитель по развитию продаж — 21-0411 (удаленно)	Лондон	Очная	Продажа
Представитель по развитию продаж — 21-0671 (удаленный)	Мельбурн	Очная	Продажа
Представитель по развитию продаж — 21-0671 (удаленный)	Сидней	Очная	Продажа
Менеджер по продажам, государственный сектор 21-0617	Удаленные США	Очная	Продажа
Старший бухгалтер	Чикаго	Очная	Бизнес-стратегия
Старший менеджер по работе с клиентами — корпоративный сегмент, DACH (удаленный)	Берлин	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами — корпоративный сегмент, DACH (удаленный)	Гамбург	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами — корпоративный сегмент, DACH (удаленный)	Отдаленная Германия	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами — корпоративный сегмент, DACH (удаленный)	Дортмунд	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами — корпоративный сегмент, DACH (удаленный)	Франкфурт-на-Майне	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами — корпоративный сегмент, DACH (удаленный)	Дюссельдорф	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами (Relativity Trace) 21-0467	Удаленные США	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами, RegTech (удаленный)	Лидс	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами, RegTech (удаленный)	Бирмингем	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами, RegTech (удаленный)	Лондон	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами, RegTech (удаленный)	Манчестер	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами, RegTech (удаленный)	Ливерпуль	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами, Trace 21-0454 (удаленный)	Лондон	Очная	Продажа
Старший менеджер по работе с клиентами, Trace 21-0455 (удаленный)	Лондон	Очная	Продажа
Старший специалист по биллингу 21-0582	Удаленные США	Очная	Финансовые операции
Старший аналитик данных 21-0656	Краков	Очная	Бизнес-стратегия
Старший аналитик данных 21-0656	Отдаленная Польша	Очная	Бизнес-стратегия
Старший аналитик данных 21-0656 (удаленно)	Варшава	Очная	Бизнес-стратегия
Старший аналитик данных 21-0656 (удаленно)	Вроцлав	Очная	Бизнес-стратегия
Старший аналитик данных 21-0656 (удаленно)	Катовице	Очная	Бизнес-стратегия
Старший инженер по данным — AI	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Старший специалист по данным — Trace	Удаленные США	Очная	След
Senior Data Scientist-Analytics-21-0161	Чикаго	Очная	Инженерное дело
Старший менеджер по работе с партнерами ISV 21-0517	Удаленные США	Очная	Продажа
Старший ИТ-менеджер	Краков	Очная	Внутренняя технология
Старший менеджер по маркетингу продуктов — Юридическая фирма 21-0408	Удаленные США	Очная	Маркетинг
Старший менеджер отдела продаж 20-0087	Удаленные США	Очная	Продажа
Старший управляющий юрисконсульт, коммерческие операции 21-0597	Удаленные США	Очная	Legal
Старший инженер по производительности-21-0146	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Старший дизайнер продукта — 21-0587	Удаленные США	Очная	Пользовательский опыт
Старший менеджер по продукту — облачное хранилище — 21-0178	Удаленные США	Очная	Управление продуктами
Старший менеджер по продукции — Поиск — 21-0518	Удаленные США	Очная	Управление продуктами
Старший менеджер проекта — облачная инженерия-21-0638	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист — Data Grid — 21-0496	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист — Патенты — 21-0122	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист (передача данных) 21-0549	Краков	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист (сети) 21-0492	Краков	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист (системный программист) — 21-0190	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист (ориентированный на пользовательский интерфейс) — платформа 21-0145	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист 21-0474	Краков	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист 21-0553	Краков	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист 21-0586	Краков	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист 21-0646	Краков	Очная	Инженерное дело
Старший инженер-программист Cloud-21-0506	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Senior Software Engineer-Platform-21-0540	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Руководитель смены — Служба доставки — Служба поддержки	Удаленные США	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Инженер-программист — облачная инженерия	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Инженер-программист (передача данных) 21-0529	Краков	Очная	Инженерное дело
Инженер-программист 20-0210	Краков	Очная	Инженерное дело
Инженер-программист-Платформа-21-0377	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Инженер-программист-Платформа-21-0594	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Инженер-программист-Платформа-21-0675	Удаленные США	Очная	Инженерное дело
Sourcer — Приобретение талантов	Удаленные США	Очная	Управление персоналом
Системный инженер — VerQu 21-0370	Удаленные США	Очная	Управление продуктами
Технический рекрутер	Чикаго	Очная	Управление персоналом
Специалист службы технической поддержки	Чикаго	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Специалист техподдержки (вечерняя смена)	Чикаго	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Вице-президент по глобальной поддержке-21-0397	Удаленные США	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Рабочий день HRIS Analyst 21-0639	Удаленные США	Очная	Управление персоналом
Аналитик по управлению персоналом 21-0464	Удаленные США	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Управление персоналом, старший аналитик — 21-0652	Удаленные США	Очная	Предоставление услуг по теории относительности
Сотрудник по обслуживанию рабочих мест	Чикаго	Очная	Финансовые операции

Определение релятивизма по Мерриам-Вебстеру

rel · a · tiv · is · tic | \ Re-lə-ti-ˈvi-stik \

2 : движется со скоростью, при которой происходит значительное изменение свойств (таких как масса) в соответствии с теорией относительности. релятивистский электрон

релятивистская механика | физика | Британника

Полная статья

релятивистская механика , наука, изучающая движение тел, относительные скорости которых приближаются к скорости света c , или чьи кинетические энергии сравнимы с произведением их масс m и квадрата скорости света, или mc ² .Такие тела называются релятивистскими, и при изучении их движения необходимо учитывать специальную теорию относительности Эйнштейна. Пока гравитационные эффекты можно игнорировать, что верно до тех пор, пока разность гравитационных потенциальных энергий невелика по сравнению с mc ² , эффекты общей теории относительности Эйнштейна можно спокойно игнорировать.

Рассматриваемые тела могут быть достаточно маленькими, чтобы можно было игнорировать их внутреннюю структуру и размер и рассматривать их как точечные частицы; в этом случае говорят о релятивистской механике точечных частиц; или может потребоваться принять во внимание их внутреннюю структуру, и в этом случае говорят о релятивистской механике сплошной среды.Эта статья посвящена только релятивистской механике точечных частиц. Также предполагается, что квантово-механические эффекты не важны, иначе пришлось бы рассмотреть релятивистскую квантовую механику или релятивистскую квантовую теорию поля — последняя теория является квантово-механическим расширением релятивистской механики сплошной среды. Условие, позволяющее безопасно игнорировать квантовые эффекты, заключается в том, что размеры и расстояния между рассматриваемыми телами больше, чем их комптоновские длины волн.(Комптоновская длина волны тела массой м равна h / mc , где h — постоянная Планка.) Несмотря на эти ограничения, тем не менее в природе существует ряд ситуаций, в которых применима релятивистская механика. . Например, важно принимать во внимание эффекты теории относительности при расчете движения элементарных частиц, ускоренных до более высоких энергий в ускорителях частиц, например, в CERN (Европейская организация ядерных исследований) недалеко от Женевы или в Fermilab (Национальный ускоритель Ферми). Лаборатория) недалеко от Чикаго.Более того, такие частицы сталкиваются, создавая новые частицы; Хотя этот процесс создания можно понять только с помощью квантовой механики, после того, как частицы хорошо разделены, они подчиняются законам специальной теории относительности.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Аналогичные замечания применимы к космическим лучам, которые достигают Земли из космоса. В некоторых случаях они имеют энергию до 10 ²⁰ электрон-вольт (эВ). Электрон с такой энергией имеет скорость, которая отличается от скорости света примерно на 1 часть 10 ²⁸ , как видно из релятивистского соотношения между энергией и скоростью, которое будет дано позже. Для протона той же энергии скорость будет отличаться от скорости света примерно на 1 часть 10 ²² .На более приземленном уровне необходимо использовать релятивистскую механику для расчета энергии электронов или позитронов, испускаемых при распаде радиоактивных ядер. Астрофизикам необходимо использовать релятивистскую механику, когда имеешь дело с источниками энергии звезд, энергией, выделяющейся при взрывах сверхновых, и движением электронов, движущихся в атмосферах пульсаров, или при рассмотрении горячего Большого взрыва. При температурах в очень ранней Вселенной выше 10 ¹⁰ кельвинов (K), при которых типичные тепловые энергии kT (где k — постоянная Больцмана, а T — температура) сопоставимы с энергией массы покоя электрона. , изначальная плазма должна была быть релятивистской.Релятивистская механика также должна учитываться при работе со спутниковыми навигационными системами, используемыми, например, военными, такими как Глобальная система позиционирования (GPS). В этом случае, однако, важен чисто кинематический эффект на ход часов на борту спутников (т.е. замедление времени), а не динамическое влияние теории относительности на движение самих спутников.

Развитие специальной теории относительности

Со времен Галилея стало ясно, что существует класс так называемых инерциальных систем отсчета — i.е., в состоянии равномерного движения относительно друг друга, так что с помощью чисто механических экспериментов невозможно отличить одно от другого. Отсюда следует, что законы механики должны принимать одну и ту же форму во всех инерциальных системах отсчета. С точностью современной техники класс инерциальных систем отсчета можно рассматривать как те, которые не ускоряются и не вращаются относительно далеких галактик. Чтобы указать движение тела относительно системы отсчета, задают его положение x как функцию временной координаты t ( x называется вектором положения и имеет компоненты x, y и z ).

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Первый закон движения Ньютона (который остается верным в специальной теории относительности) гласит, что тело, на которое не действуют никакие внешние силы, будет продолжать двигаться в состоянии равномерного движения относительно инерциальной системы отсчета. Из этого следует, что преобразование между координатами ( t, x ) и ( t ′ , x ′ ) двух инерциальных систем с относительной скоростью u должно быть связано линейным преобразованием.До публикации специальной теории относительности Эйнштейна в 1905 году обычно предполагалось, что временные координаты, измеренные во всех инерциальных системах отсчета, идентичны и равны «абсолютному времени». Таким образом,

Координаты положения x и x ‘ были тогда связаны соотношением

Две формулы (97) и (98) называются преобразованием Галилея. Законы нерелятивистской механики принимают одну и ту же форму во всех системах отсчета, связанных преобразованиями Галилея.Это ограниченный, или галилеев, принцип относительности.

Положение фронта световой волны, движущегося от начала координат в нулевой момент времени, должно удовлетворять в кадре ( t, x ) и в кадре ( t ′, x ′ ). Однако формула (100) не преобразуется в формулу (99) с использованием преобразований Галилея (97) и (98). Иными словами, если использовать преобразования Галилея, можно обнаружить, что скорость света зависит от инерциальной системы отсчета, что противоречит эксперименту Майкельсона-Морли ( см. относительность).Эйнштейн понял, что либо можно определить уникальную абсолютную систему покоя, относительно которой движение световой волны задается уравнением (99), а ее скорость равна c только в этой системе, либо предположение, что все инерциальные наблюдатели измеряют то же самое абсолютное время t — т.е. формула (97) — должно быть неверным. Поскольку он верил в (и эксперимент подтвердил) (расширенный) принцип относительности, который означал, что никоим образом, включая использование световых волн, невозможно различить две инерциальные системы отсчета в однородном относительном движении, Эйнштейн решил отказаться от Преобразования Галилея (97) и (98) и заменили их преобразованиями Лоренца: где x _‖ и x _⊥ являются проекциями x параллельно и перпендикулярно скорости u соответственно, и аналогично для x ′ .

Читатель может проверить, что подстановка формул преобразования Лоренца (101) и (102) в левую часть уравнения (100) приводит к левой части уравнения (99). Для простоты здесь и во всем этом обсуждении предполагается, что пространственные оси не поворачиваются относительно друг друга. Даже в этом случае иногда рассматриваются преобразования Лоренца, более общие, чем преобразования уравнений (101) и (102). Эти более общие преобразования могут изменить чувство времени; я.е., t и t ‘ могут иметь противоположные знаки или могут менять пространственную ориентацию или четность. Чтобы отличить этот более общий класс преобразований от преобразований уравнений (101) и (102), иногда называют (101) и (102) собственно преобразованиями Лоренца.

Законы распространения света одинаковы во всех системах отсчета, связанных преобразованиями Лоренца, и скорость света одинакова во всех таких системах отсчета. То же верно и в отношении законов электромагнетизма Максвелла.Однако обычные законы механики не одинаковы во всех системах отсчета, связанных преобразованиями Лоренца, и поэтому должны быть изменены, чтобы соответствовать принципу относительности.

Уникальная абсолютная система покоя, относительно которой световые волны имели скорость c согласно пререлятивистской точке зрения, часто рассматривалась до Эйнштейна как находящаяся в состоянии покоя относительно предполагаемого всепроникающего эфира. Считалось, что колебания этого эфира объясняют явление электромагнитного излучения.Неспособность экспериментаторов обнаружить движение относительно этого эфира вместе с широким признанием специальной теории относительности Эйнштейна привели к отказу от теории эфира. Поэтому парадоксально отметить, что открытие в 1964 году американскими астрофизиками Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном универсального космического микроволнового излучения 3К показывает, что Вселенная действительно обладает привилегированной инерциальной системой отсчета. Тем не менее, это не противоречит специальной теории относительности, потому что невозможно измерить скорость Земли относительно нее с помощью экспериментов в закрытой лаборатории.На самом деле нужно обнаруживать сами микроволны.

Если относительная скорость u между инерциальными системами отсчета мала по величине по сравнению со скоростью света, то преобразования Галилея и преобразования Лоренца совпадают, как и обычные законы нерелятивистской механики и более точные законы релятивистской механики. Требование, чтобы законы физики принимали одну и ту же форму во всех инерциальных системах отсчета, связанных преобразованиями Лоренца, для краткости называется требованием релятивистской инвариантности.Он стал мощным проводником в формировании новых физических теорий.

Релятивистское пространство-время

Модификация обычных законов механики может быть понята исключительно в терминах формул преобразования Лоренца (101) и (102). Однако немецкий математик Герман Минковский в 1908 году указал, что преобразования Лоренца имеют простую геометрическую интерпретацию, которая одновременно прекрасна и полезна. Движение частицы можно рассматривать как формирование кривой, состоящей из точек, называемых событиями, в четырехмерном пространстве, четыре координаты которого составляют три пространственные координаты x ≡ ( x, y, z ) и время т .

Четырехмерное пространство называется пространством-временем Минковского, а кривая — мировой линией. Часто бывает полезно представить физические процессы в виде пространственно-временных диаграмм, на которых время течет вертикально, а пространственные координаты — горизонтально. Конечно, поскольку пространство-время четырехмерно, по крайней мере одно из пространственных измерений на диаграмме должно быть подавлено.

Первый закон Ньютона можно интерпретировать в четырехмерном пространстве как утверждение, что мировые линии частиц, не испытывающих внешних сил, являются прямыми линиями в пространстве-времени.Линейные преобразования переводят прямые в прямые, а преобразования Лоренца обладают дополнительным свойством, заключающимся в том, что они оставляют неизменным инвариантный интервал τ через два события ( t ₁ , x ₁ ) и ( t ₂ , x ₂ ), заданный формулой

Если правая часть уравнения (103) равна нулю, два события могут быть соединены световым лучом и, как говорят, находятся друг на друге. световые конусы, потому что световой конус любого события ( t, x ) в пространстве-времени представляет собой набор точек, достижимых из него световыми лучами (см. рисунок 1).Таким образом, множество всех событий ( t ₂ , x ₂ ), удовлетворяющих уравнению (103) с нулем в правой части, является световым конусом события ( t ₁ , x ₁ ). Поскольку преобразования Лоренца оставляют неизменным пространственно-временной интервал (103), все инерционные наблюдатели соглашаются с тем, что такое световые конусы. На пространственно-временных диаграммах принято масштабировать временную координату так, чтобы световые конусы имели половину угла 45 °.

Если правая часть уравнения (103) строго положительна, и в этом случае говорят, что два события разделены времениподобно или имеют подобный времени интервал, то можно найти инерциальную систему отсчета, относительно которой два события имеют одинаковое пространственное положение. Прямая мировая линия, соединяющая два события, соответствует оси времени этой инерциальной системы отсчета. Величина τ равна разнице во времени между двумя событиями в этой инерциальной системе отсчета и называется собственным временем между двумя событиями.Собственное время будет измеряться любыми часами, движущимися по прямой мировой линии между двумя событиями.

У ускоряющегося тела будет изогнутая мировая линия, которую можно задать, задав его координаты t и x как функцию собственного времени τ вдоль мировой линии. Законы любого из них можно сформулировать в терминах более знакомой скорости v = d x / dt и ускорения a = d ² 29 / dt ² или в терминах 4-скоростной ( dt / dτ, d x / dτ ) и 4-ускорения ( d ² t / dτ ² , d x / dτ ² ).Так же, как обычный вектор, такой как v , имеет три компонента, v _x , v _y и v _z , 4-вектор имеет четыре компонента. Геометрически 4-скорость и 4-ускорение соответствуют, соответственно, касательному вектору и вектору кривизны мировой линии (см. Рисунок 2). Если частица движется медленнее света, вектор касательной или скорости в каждом событии на мировой линии указывает внутри светового конуса этого события, а вектор ускорения или кривизны указывает за пределы светового конуса.Если частица движется со скоростью света, то касательный вектор лежит на световом конусе в каждом событии на мировой линии. Собственное время τ вдоль мировой линии, движущейся со скоростью меньше скорости света, не является независимой величиной от t и x : оно удовлетворяет

Рисунок 2: Мировая линия ускоряющегося тела, движущегося медленнее чем скорость света; касательный вектор соответствует 4-скорости тела, а вектор кривизны — его 4-ускорению.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Для частицы, движущейся точно со скоростью света, невозможно определить собственное время τ . Однако можно определить так называемый аффинный параметр, который удовлетворяет уравнению (104) с нулем в правой части. Пока это обсуждение будет ограничено частицами, движущимися со скоростью меньше скорости света.

Уравнение (104) не фиксирует знак τ относительно знака t . Обычно эту неоднозначность разрешают, требуя, чтобы собственное время τ увеличивалось с увеличением времени t .Это требование инвариантно относительно преобразований Лоренца вида уравнений (101) и (102). Затем касательный вектор указывает внутрь светового конуса будущего и называется направленным в будущее и подобным времени (см. Рисунок 3). При желании можно прикрепить к мировой линии стрелку, чтобы обозначить этот факт. Говорят, что частица движется вперед во времени. На это указывал швейцарский физик Эрнест К.Г. Штюкельбергом де Брейденбахом и американским физиком Ричардом Фейнманом о том, что мировым линиям, движущимся назад во времени, можно придать какое-то значение — i.е., для тех, для которых обычное время t уменьшается, а собственное время τ увеличивается. Поскольку, как будет показано ниже, энергия E частицы равна mc ² dt / dτ , такие мировые линии соответствуют движению частиц с отрицательной энергией. Эти мировые линии можно интерпретировать с точки зрения античастиц, что будет видно при рассмотрении частиц, движущихся в фоновом электромагнитном поле.

Рисунок 3: Мировая линия частицы, движущейся вперед во времени (см. Текст).

Encyclopædia Britannica, Inc.

Основными законами движения тела массой м в релятивистской механике являются и где м — постоянная так называемая масса покоя тела и величины ( f ⁰ , f ) — компоненты 4-вектора силы. Уравнения (105) и (106), которые связывают кривизну мировой линии с приложенными силами, одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, связанных преобразованиями Лоренца.Величины ( mdt / dτ, md x / dτ ) составляют 4-импульс частицы. Согласно переформулировке Минковского специальной теории относительности, преобразование Лоренца можно рассматривать как обобщенное вращение точек пространства-времени Минковского в самих себя. Он вызывает одинаковое вращение 4-х векторов ускорения и 4-х векторов силы. Сказать, что оба этих 4-вектора испытывают одно и то же обобщенное вращение или преобразование Лоренца, означает просто сказать, что фундаментальные законы движения (105) и (106) одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, связанных преобразованиями Лоренца.Геометрические идеи Минковского предоставили мощный инструмент для проверки математической непротиворечивости специальной теории относительности и расчета ее экспериментальных следствий. У них также есть естественное обобщение в общей теории относительности, которая включает в себя эффекты гравитации.

Релятивистский импульс, масса и энергия

Закон движения (106) также может быть выражен как: где F = f Квадратный корень из √ (1- v ² / c ² ).Уравнение (107) имеет ту же форму, что и второй закон движения Ньютона, который гласит, что скорость изменения количества движения равна приложенной силе. F — это сила Ньютона, но ньютоновское соотношение между импульсом p и скоростью v , в котором p = м v изменяется на Рассмотрим релятивистскую частицу с положительной энергией и электрическим зарядом q , движущуюся в электрическом поле E и магнитном поле B ; на него будет действовать электромагнитная сила, или сила Лоренца, заданная F = q E + q v × B .Если t ( τ ) и x ( τ ) — временные и пространственные координаты частицы, это следует из уравнений (105) и (106), при этом f ⁰ = ( q E · v ) dt / dτ и f = q ( E + v 78 B / dτ , что — t (- τ ) и — x (- τ ) — координаты частицы с положительной энергией и противоположным электрическим зарядом — q движущейся в такое же электрическое и магнитное поле.Частица с противоположным зарядом, но с той же массой покоя, что и исходная частица, называется античастицей исходной частицы. Именно в этом смысле Фейнман и Штюкельберг говорили об античастицах как о частицах, движущихся назад во времени. Эта идея является следствием только специальной теории относительности. Однако это действительно проявляется, когда мы рассматриваем релятивистскую квантовую механику.

Как и в нерелятивистской механике, скорость работы, выполняемая, когда точка приложения силы F перемещается со скоростью v , равна F ∙ v при измерении относительно времени. координата т .Эта работа направлена ​​на увеличение энергии E частицы. Взяв скалярное произведение уравнения (107) на v , получаем

Читатель должен заметить, что 4-импульс равен ( E / c ² , p ). Когда-то довольно часто можно было встретить использование «массы, зависящей от скорости», равной E / c ² . Однако опыт показал, что его введение бесполезно и может привести к путанице, и в этой статье оно не используется.Инвариантной величиной является масса покоя м . По этой причине не было сочтено необходимым добавлять нижний или верхний индекс к m , чтобы подчеркнуть, что это масса покоя, а не величина, зависящая от скорости. Индексы, прикрепленные к массе, указывают на конкретную частицу, массой покоя которой является.

Если приложенная сила F перпендикулярна скорости v , из уравнения (109) следует, что энергия E, или, что то же самое, квадрат скорости v ² , будет постоянным, как и в механике Ньютона.Это будет верно, например, для частицы, движущейся в чисто магнитном поле без электрического поля. Тогда из уравнения (107) следует, что форма орбит частицы одинакова согласно классическому и релятивистскому уравнениям. Однако скорость прохождения орбит различается в соответствии с двумя теориями. Если w — это скорость согласно нерелятивистской теории, а v — согласно специальной теории относительности, то w = v Квадратный корень из √ (1 — v ² / c ² ).

Для скоростей, которые малы по сравнению со скоростью света,

Первый член, mc ² , который остается, даже когда частица находится в состоянии покоя, называется энергией массы покоя. Для отдельной частицы ее включение в выражение для энергии могло бы показаться делом условности: она появляется как произвольная постоянная интегрирования. Однако для систем частиц, испытывающих столкновения, его включение существенно.

И теория, и эксперимент сходятся в том, что в процессе, в котором частицы с массой покоя m ₁ , m ₂ ,… m _n сталкиваются, распадаются или превращаются друг в друга, как полная энергия E ₁ + E ₂ +… + E _n , так и общий импульс p ₁ + p … + p _n одинаковы до и после процесса, даже если количество частиц может быть различным до и после.Это соответствует сохранению полного 4-импульса ( E ₁ + E ₂ +… + E _n ) / c ² , p ₁ + p ₂ +… + p _n ).

Таким образом, релятивистский закон сохранения энергии-импульса объединяет и обобщает в одном релятивистски инвариантном выражении отдельные законы сохранения пререлятивистской физики: сохранение массы, сохранение количества движения и сохранение энергии.Фактически, закон сохранения массы включается в закон сохранения энергии и изменяется, если количество обмениваемой энергии сравнимо с энергией массы покоя любой из частиц.

Например, если частица с массой M в состоянии покоя распадается на две частицы, сумма масс покоя которых m ₁ + m ₂ меньше, чем M (см. Рисунок 4), тогда два импульса p ₁ и p ₂ должны быть равными по величине и противоположными по направлению.Величина T = E — mc ² — кинетическая энергия частицы. В таком распаде начальная кинетическая энергия равна нулю. Поскольку сохранение энергии подразумевает, что в процессе Mc ² = T ₁ + T ₂ + m ₁ c ² + m _{2 c ² , говорят о преобразовании количества ( M — m 1 — m 2 ) c ² энергии массы покоя в кинетическую энергию.Именно этот процесс обеспечивает большое количество энергии, доступной во время ядерного деления, например, при спонтанном делении изотопа урана-235. Противоположный процесс происходит в ядерном синтезе, когда две частицы сливаются, образуя частицу с меньшей общей массой покоя. Разность ( m 1 + m 2 — M ), умноженная на c ² , называется энергией связи. Если две исходные частицы находятся в состоянии покоя, требуется четвертая частица, чтобы удовлетворять закону сохранения энергии и импульса.Масса покоя этой четвертой частицы не изменится, но она приобретет кинетическую энергию, равную энергии связи за вычетом кинетической энергии слитых частиц. Возможно, наиболее важными примерами являются превращение водорода в гелий в центре звезд, таких как Солнце, и во время термоядерных реакций, используемых в атомных бомбах.}

Рис. 4. Распад частицы с массой M на две частицы, сумма масс покоя которых меньше M (см. Текст).

Encyclopædia Britannica, Inc.

До сих пор в этой статье рассматривались только частицы с ненулевой массой покоя, скорости которых всегда должны быть меньше скорости света. Всегда можно найти инерциальную систему отсчета, относительно которой они находятся в состоянии покоя, и их энергия в этой системе координат равна mc ² . Однако специальная теория относительности позволяет обобщить классические идеи, чтобы включить частицы с нулевой массой покоя, которые могут двигаться только со скоростью света.Частицы в природе, которые соответствуют этой возможности и которые, следовательно, не могут быть включены в классическую схему, — это фотон, который связан с передачей электромагнитного излучения, и — более умозрительно — гравитон, который играет ту же роль в отношении гравитационным волнам, как фотон по отношению к электромагнитным волнам. Скорость v любой частицы в релятивистской механике определяется соотношением v = p c ² / E , а соотношение между энергией E и импульсом равно E . ² = м ² c ⁴ + p ² c ² .Таким образом, для безмассовых частиц E = | p | c , а 4-импульс определяется выражением (| p | / c, p ). Из релятивистских законов сохранения энергии и импульса следует, что, если бы безмассовая частица распадалась, это могло бы происходить только в том случае, если бы все рожденные частицы были строго безмассовыми и имели бы их импульсы ₂ ,… p _n все были строго выровнены с импульсом p исходной безмассовой частицы.Поскольку это ситуация с нулевой вероятностью, отсюда следует, что строго безмассовые частицы абсолютно устойчивы.

Отсюда также следует, что одна или несколько массивных частиц не могут распадаться на одну безмассовую частицу, сохраняя при этом как энергию, так и импульс. Однако они могут распадаться на две или несколько безмассовых частиц, и это действительно наблюдается при распаде нейтрального пиона на фотоны и при аннигиляции электрона и пары позитронов на фотоны. В последнем случае мировые линии аннигилирующих частиц встречаются в пространственно-временном событии, где они аннигилируют.Используя интерпретацию Фейнмана и Штюкельберга, можно рассматривать эти две мировые линии как единую непрерывную мировую линию с двумя частями: одна движется вперед во времени, а другая — назад во времени (см. Рисунок 5). Эта интерпретация играет важную роль в квантовой теории таких процессов.

Рис. 5: Мировые линии электрона (движущегося вперед во времени) и позитрона (движущегося назад во времени), которые аннигилируют на два фотона (см. Текст).

Британская энциклопедия, Inc. Гэри Уильям Гиббонс

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

Что такое теория относительности? | Живая наука

Альберт Эйнштейн был знаменит многими вещами, но его величайшее детище — теория относительности. Это навсегда изменило наше понимание пространства и времени.

Что такое теория относительности? Короче говоря, это представление о том, что законы физики везде одинаковы. Мы здесь, на Земле, подчиняемся тем же законам света и гравитации, что и люди в далеком уголке Вселенной.[8 способов увидеть теорию относительности Эйнштейна в реальной жизни]

Универсальность физики означает, что история провинциальна. Разные зрители по-разному увидят время и интервал событий. То, что для нас является миллионом лет, может быть мгновением ока для человека, летящего на высокоскоростной ракете или падающего в черную дыру.

Это все относительно.

Специальная теория относительности

Теория Эйнштейна делится на специальную и общую теорию относительности.

Специальная теория относительности была первой и основана на том, что скорость света постоянна для всех.Это может показаться достаточно простым, но имеет далеко идущие последствия.

Эйнштейн пришел к такому выводу в 1905 году после того, как экспериментальные данные показали, что скорость света не меняется, когда Земля вращается вокруг Солнца.

Этот результат удивил физиков, потому что скорость большинства других вещей зависит от того, в каком направлении движется наблюдатель. Если вы ведете машину по железнодорожным путям, будет казаться, что приближающийся к вам поезд движется намного быстрее, чем если бы вы развернулись и последовали за ним в том же направлении.

Эйнштейн сказал, что все наблюдатели будут измерять скорость света как 186 000 миль в секунду, независимо от того, насколько быстро и в каком направлении они движутся.

Эта максима побудила комика Стивена Райта спросить: «Если вы находитесь в космическом корабле, который движется со скоростью света, и включаете фары, что-нибудь происходит?»

Ответ — фары включаются нормально, но только с точки зрения кого-то внутри космического корабля. Для человека, стоящего снаружи и смотрящего на пролетающий корабль, кажется, что фары не включаются: свет выходит, но движется с той же скоростью, что и космический корабль.

Эти противоречивые версии возникают из-за того, что линейки и часы — вещи, отмечающие время и пространство, — не одинаковы для разных наблюдателей. Если, как сказал Эйнштейн, скорость света должна оставаться постоянной, то время и пространство не могут быть абсолютными; они должны быть субъективными.

Например, космический корабль длиной 100 футов, движущийся со скоростью 99,99% от скорости света, будет казаться неподвижному наблюдателю длиной в один фут, но для находящихся на борту он останется нормальной длиной.

Возможно, что еще более странно, время идет медленнее, чем быстрее.2, где E — энергия, m — масса, c — скорость света.

Общая теория относительности

Эйнштейн не закончил расстраивать наше понимание времени и пространства. Он продолжил обобщать свою теорию, включив в нее ускорение, и обнаружил, что это искажает форму времени и пространства.

Чтобы придерживаться приведенного выше примера: представьте, что космический корабль ускоряется за счет запуска двигателей. Те, кто находится на борту, будут прилипать к земле, как если бы они были на Земле. Эйнштейн утверждал, что сила, которую мы называем гравитацией, неотличима от силы ускоряющегося корабля.[Викторина Эйнштейна: проверьте свои знания о знаменитом гении]

Само по себе это не было таким революционным, но когда Эйнштейн разработал сложную математику (ему потребовалось 10 лет), он обнаружил, что пространство и время искривляются возле массивного объекта. , и эту кривизну мы воспринимаем как силу тяжести.

Трудно представить себе изогнутую геометрию общей теории относительности, но если представить пространство-время как своего рода ткань, тогда массивный объект растягивает окружающую ткань так, что все, что проходит поблизости, больше не следует по прямой.

Уравнения общей теории относительности предсказывают ряд явлений, многие из которых были подтверждены:

Искривление пространства-времени вокруг черной дыры более интенсивное, чем где-либо еще. Если бы космический близнец упал в черную дыру, она бы растянулась, как спагетти.

К ее счастью, через несколько секунд все закончится. Но ее сестра на Земле никогда не увидит этого конца — наблюдая, как ее бедная сестра постепенно приближается к черной дыре с возрастом Вселенной.

Дополнительные ресурсы:

Эта статья была обновлена ​​2 июля 2019 г. автором Live Science Тимом Чайлдерсом.

8 способов увидеть теорию относительности Эйнштейна в реальной жизни

Глубокие последствия

(Изображение предоставлено: Keystone / Hulton Archive / Getty)

Относительность — одна из самых известных научных теорий 20-го века, но насколько хорошо она объясняет то, что мы видим в нашей повседневной жизни?

Теория относительности, сформулированная Альбертом Эйнштейном в 1905 году, представляет собой представление о том, что законы физики везде одинаковы.Теория объясняет поведение объектов в пространстве и времени, и ее можно использовать для предсказания всего, от существования черных дыр до искривления света из-за гравитации и поведения планеты Меркурий на своей орбите.

Теория обманчиво проста. Во-первых, не существует «абсолютной» системы отсчета. Каждый раз, когда вы измеряете скорость объекта, или его импульс, или то, как он ощущает время, это всегда связано с чем-то еще. Во-вторых, скорость света одинакова, независимо от того, кто ее измеряет или с какой скоростью движется человек, который ее измеряет.В-третьих, ничто не может двигаться быстрее света. [Искаженная физика: 7 поразительных открытий]

Самая известная теория Эйнштейна имеет серьезные последствия. Если скорость света всегда одна и та же, это означает, что астронавт, идущий очень быстро относительно Земли, будет измерять секунды, идущие медленнее, чем наблюдатель, привязанный к Земле — время для астронавта существенно замедляется, и это явление называется замедлением времени.

Любой объект в большом гравитационном поле ускоряется, поэтому он также будет испытывать замедление времени.Между тем, космический корабль космонавта будет испытывать сокращение длины, а это означает, что если вы сфотографируете космический корабль, когда он пролетает, он будет выглядеть так, как если бы он был «сдавлен» в направлении движения. Однако для находящегося на борту космонавта все могло показаться нормальным. Вдобавок масса космического корабля с точки зрения людей на Земле будет увеличиваться.

Но вам не обязательно нужен космический корабль, приближающийся со скоростью, близкой к скорости света, чтобы увидеть релятивистские эффекты.Фактически, есть несколько примеров относительности, которые мы можем наблюдать в нашей повседневной жизни, и даже технологии, которые мы используем сегодня, которые демонстрируют, что Эйнштейн был прав. Вот несколько способов увидеть относительность в действии.

Электромагниты

Опоры электропередач поддерживают провода, по которым электричество подается от электростанций в дома. (Изображение предоставлено: long8614 | Shutterstock.com)

Магнетизм — это релятивистский эффект, и если вы используете электричество, вы можете поблагодарить теорию относительности за то, что генераторы вообще работают.

Если вы возьмете петлю из проволоки и проведете ее через магнитное поле, вы получите электрический ток. На заряженные частицы в проводе действует изменяющееся магнитное поле, которое заставляет некоторые из них двигаться и создает ток.

А теперь представьте неподвижный провод и представьте, что магнит движется. В этом случае заряженные частицы в проводе (электроны и протоны) больше не движутся, поэтому магнитное поле не должно на них влиять. Но это происходит, и ток все еще течет.Это показывает, что не существует привилегированной системы координат.

Томас Мур, профессор физики в Колледже Помона в Клермонте, Калифорния, использует принцип относительности, чтобы продемонстрировать, почему закон Фарадея, который гласит, что изменяющееся магнитное поле создает электрический ток, верен.

«Поскольку это основной принцип трансформаторов и электрических генераторов, любой, кто использует электричество, испытывает эффекты теории относительности», — сказал Мур.

Электромагниты тоже работают через относительность.Когда по проводу протекает постоянный ток (DC) электрического заряда, электроны дрейфуют через материал. Обычно провод кажется электрически нейтральным, без положительного или отрицательного заряда. Это следствие примерно одинакового количества протонов (положительных зарядов) и электронов (отрицательных зарядов). Но если вы поместите рядом с ним другой провод с постоянным током, провода притянут или отталкивают друг друга, в зависимости от того, в каком направлении движется ток. [9 интересных фактов о магнитах]

Если предположить, что токи движутся в одном направлении, электроны в первом проводе видят электроны во втором проводе как неподвижные.(Предполагается, что токи примерно одинаковой силы). Между тем, с точки зрения электронов, протоны в обоих проводах выглядят так, как будто они движутся. Из-за релятивистского сокращения длины они кажутся более близко расположенными, поэтому на длину провода больше положительного заряда, чем отрицательного. Поскольку одноименные заряды отталкиваются, два провода также отталкиваются.

Токи в противоположных направлениях приводят к притяжению, потому что с точки зрения первого провода электроны в другом проводе более плотно прижаты друг к другу, создавая чистый отрицательный заряд.Между тем протоны в первом проводе создают чистый положительный заряд, а противоположные заряды притягиваются.

Система глобального позиционирования

(Изображение предоставлено НАСА)

Для того, чтобы GPS-навигация вашего автомобиля работала так же точно, спутники должны учитывать релятивистские эффекты. Это потому, что даже если спутники не двигаются со скоростью, близкой к скорости света, они все равно движутся довольно быстро. Спутники также отправляют сигналы на наземные станции на Земле.Все эти станции (и устройство GPS в вашем автомобиле) испытывают более сильное ускорение из-за силы тяжести, чем спутники на орбите.

Чтобы добиться такой высокой точности, спутники используют часы с точностью до нескольких миллиардных долей секунды (наносекунды). Поскольку каждый спутник находится на высоте 12 600 миль (20 300 километров) над Землей и движется со скоростью около 6000 миль в час (10000 км / ч), существует релятивистское замедление времени, которое составляет около 4 микросекунд каждый день. Добавьте сюда влияние силы тяжести, и цифра увеличится примерно до 7 микросекунд.Это 7000 наносекунд.

Разница очень реальна: если бы не учитывались релятивистские эффекты, то устройство GPS, которое сообщает вам, что до следующей заправочной станции находится 0,8 км, будет 5 миль (8 км) через один день. [10 лучших изобретений, которые изменили мир]

Желтый цвет золота

(Изображение предоставлено: optimarc | Shutterstock.com)

Большинство металлов блестят, потому что электроны в атомах прыгают с разных энергетических уровней, или «орбиталей». Некоторые фотоны, попадающие в металл, поглощаются и переизлучаются, хотя и с большей длиной волны.Однако наиболее видимый свет просто отражается.

Золото — тяжелый атом, поэтому внутренние электроны движутся достаточно быстро, чтобы релятивистское увеличение массы было значительным, а также сокращение длины. В результате электроны вращаются вокруг ядра по более коротким путям и с большим импульсом. Электроны на внутренних орбиталях несут энергию, которая ближе к энергии внешних электронов, а длины волн, которые поглощаются и отражаются, длиннее. [Галерея Sinister Sparkle: 13 таинственных и проклятых драгоценных камней]

Более длинные волны света означают, что часть видимого света, который обычно просто отражается, поглощается, и этот свет находится в синем конце спектра.Белый свет представляет собой смесь всех цветов радуги, но в случае золота, когда свет поглощается и переизлучается, длины волн обычно длиннее. Это означает, что в смеси световых волн, которые мы видим, как правило, меньше синего и фиолетового. Из-за этого золото кажется желтоватым, поскольку желтый, оранжевый и красный свет имеют более длинную волну, чем синий.

Золото не подвержено коррозии

Мелкомасштабная и «кустарная» золотодобыча в настоящее время является крупнейшим источником текущего загрязнения ртутью.(Изображение предоставлено: изображение золотых самородков через Shutterstock)

Релятивистское влияние на электроны золота также является одной из причин того, что металл не корродирует и не реагирует с чем-либо легко.

Золото имеет только один электрон во внешней оболочке, но оно все еще не так реактивно, как кальций или литий. Вместо этого электроны в золоте, будучи «тяжелее», чем они должны быть, все удерживаются ближе к ядру атома. Это означает, что крайний электрон вряд ли находится в месте, где он вообще может реагировать с чем-либо — с такой же вероятностью он будет среди своих собратьев-электронов, которые находятся близко к ядру.

Ртуть — жидкость

(Изображение предоставлено MarcelClemens | Shutterstock.com)

Подобно золоту, ртуть также является тяжелым атомом, электроны которого удерживаются близко к ядру из-за их скорости и, как следствие, увеличения массы. В случае ртути связи между ее атомами слабые, поэтому ртуть плавится при более низких температурах и обычно является жидкостью, когда мы ее видим.

Ваш старый телевизор

(Изображение предоставлено Андреем Малышем | Shutterstock.com)

Всего несколько лет назад большинство телевизоров и мониторов имели экраны с электронно-лучевыми трубками.Электронно-лучевая трубка работает, стреляя электронами по поверхности люминофора с помощью большого магнита. Каждый электрон образует светящийся пиксель, когда попадает в заднюю часть экрана. Электроны выстрелили, заставив картинку двигаться со скоростью до 30 процентов от скорости света. Заметны релятивистские эффекты, и когда производители формировали магниты, им приходилось учитывать эти эффекты.

Свет

Остаток сверхновой W498. Этот вид объединяет инфракрасные изображения с земли (красный, зеленый) с рентгеновскими данными из рентгеновской обсерватории NASA Chandra (синий).(Изображение предоставлено: Caltech / SSC / J. Rho и T. Jarrett и NASA / CXC / SSC / J. Keohane et al.)

Если бы Исаак Ньютон был прав, предполагая, что существует система абсолютного покоя, мы должны были бы придумайте другое объяснение света, потому что этого бы не было вообще.

«Не только не существовало бы магнетизма, но и света, потому что теория относительности требует, чтобы изменения в электромагнитном поле двигались с конечной скоростью, а не мгновенно», — сказал Мур из колледжа Помона.«Если бы теория относительности не навязывала это требование … изменения в электрических полях передавались бы мгновенно … вместо электромагнитных волн, и магнетизм и свет были бы ненужными».

Порог релятивистских эффектов

При каких энергиях частица является релятивистской? Удобно знать диапазоны энергий, в которых нерелятивистские приближения достаточно хороши. Энергии, при которых нерелятивистские выражения для механических количеств электронов и протонов имеют ошибку на 1%, являются разумным порогом для релятивистских трактовок.

Релятивистский импульс p = mv = γm 0 в отклоняется на 1% от нерелятивистского выражения при γ = 1,01. Это происходит при β = 0,14 или v = 0,14 c. Кинетическая энергия при этой скорости равна (γ — 1) m 0 c 2 = 0,01 m 0 c 2 . Тогда 1% -ный порог составляет 5,11 кэВ для электронов и 9,38 МэВ для протонов. Для альфа-частиц 1% -ный порог импульса составляет 37,27 МэВ. Применительно к энергии радиоактивного распада около 1-10 МэВ это говорит о том, что по существу все электроны бета-распада являются релятивистскими, но никакие альфа-частицы не являются релятивистскими.

Релятивистская кинетическая энергия

KE = (γ — 1) м ₀ в ²

отличается от нерелятивистской формы кинетической энергии на 1%, когда

Численное решение дает γ = 1,00673, поэтому порог ошибки 1% для электронов составляет 3,4 кэВ, а для протонов — 6,3 МэВ.

Еще раз взглянув на релятивистский импульс, точное выражение для pc через кинетическую энергию равно

, но для низких энергий квадратом кинетической энергии в этом выражении можно пренебречь, давая более простое приближенное выражение

Это более простое выражение имеет точность в пределах 1% для электронов, когда KE

Рассматривая крайний релятивистский случай, энергия частицы может быть аппроксимирована выражением энергии фотона E = hc / l = pc, когда энергия массы покоя пренебрежимо мала по сравнению с кинетической энергией.Это приближение с точностью до 1%, когда

Приближение E = pc имеет точность менее 1% для электронов, когда pc> 3,6 МэВ, и для протонов, когда pc> 6,6 ГэВ.

Общая теория относительности Эйнштейна

Общая теория относительности — это понимание физиком Альбертом Эйнштейном того, как гравитация влияет на ткань пространства-времени.

Теория, которую Эйнштейн опубликовал в 1915 году, расширила специальную теорию относительности, которую он опубликовал 10 лет назад.Специальная теория относительности утверждала, что пространство и время неразрывно связаны, но эта теория не признавала существование гравитации.

Эйнштейн провел десятилетие между двумя публикациями, определяя, что особенно массивные объекты деформируют ткань пространства-времени, искажение, которое, по данным НАСА, проявляется как гравитация.

Как работает общая теория относительности?

Чтобы понять общую теорию относительности, сначала давайте начнем с гравитации, силы притяжения, которую два объекта оказывают друг на друга.Сэр Исаак Ньютон количественно оценил гравитацию в том же тексте, в котором он сформулировал свои три закона движения, «Начала».

Гравитационная сила, тянущая между двумя телами, зависит от того, насколько массивно каждое из них и насколько далеко друг от друга они лежат. Даже когда центр Земли тянет вас к себе (удерживая вас на земле), ваш центр масс тянет назад к Земле. Но более массивное тело почти не чувствует рывка с вашей стороны, в то время как с вашей гораздо меньшей массой вы обнаруживаете, что прочно укоренились благодаря той же силе.Однако законы Ньютона предполагают, что гравитация — это врожденная сила объекта, которая может действовать на расстоянии.

Альберт Эйнштейн в своей специальной теории относительности определил, что законы физики одинаковы для всех неускоряющихся наблюдателей, и показал, что скорость света в вакууме одинакова независимо от скорости, с которой наблюдатель путешествует, согласно Wired.

В результате он обнаружил, что пространство и время сплетены в единый континуум, известный как пространство-время.И события, которые происходят в одно и то же время для одного наблюдателя, могут происходить в разное время для другого.

Работая над уравнениями для своей общей теории относительности, Эйнштейн понял, что массивные объекты вызывают искажение пространства-времени. Представьте себе, что вы устанавливаете большой объект в центре батута. Предмет давил на ткань, вызывая на ней ямочки. Если затем вы попытаетесь катить шарик по краю батута, шарик будет закручиваться по спирали внутрь к телу, притягиваясь почти так же, как гравитация планеты притягивает скалы в космосе.

Экспериментальные доказательства общей теории относительности

За десятилетия, прошедшие с тех пор, как Эйнштейн опубликовал свои теории, ученые наблюдали бесчисленное количество явлений, соответствующих предсказаниям теории относительности.

Гравитационное линзирование

Свет изгибается вокруг массивного объекта, такого как черная дыра, заставляя его действовать как линза для вещей, которые лежат за ним. Астрономы обычно используют этот метод для изучения звезд и галактик за массивными объектами.

Крест Эйнштейна, квазар в созвездии Пегаса, по данным Европейского космического агентства (ЕКА), является прекрасным примером гравитационного линзирования.Квазар выглядит таким, каким он был около 11 миллиардов лет назад; галактика, за которой она находится, примерно в 10 раз ближе к Земле. Поскольку два объекта совпадают так точно, вокруг галактики появляются четыре изображения квазара, потому что интенсивная гравитация галактики искривляет свет, исходящий от квазара.

Крест Эйнштейна — пример гравитационного линзирования. (Изображение предоставлено НАСА и Европейским космическим агентством (ЕКА))

В таких случаях, как крест Эйнштейна, разные изображения гравитационно линзируемого объекта появляются одновременно, но это не всегда так.Ученым также удалось наблюдать примеры линз, когда свет, движущийся вокруг линзы, проходит разные пути разной длины, разные изображения приходят в разное время, как в случае одной особенно интересной сверхновой.

Изменения в орбите Меркурия

По данным НАСА, орбита Меркурия очень постепенно смещается со временем из-за искривления пространства-времени вокруг массивного Солнца. Через несколько миллиардов лет это колебание может даже вызвать столкновение самой внутренней планеты с Солнцем или планетой.

Перетаскивание кадра пространства-времени вокруг вращающихся тел

Вращение тяжелого объекта, такого как Земля, должно закручивать и искажать пространство-время вокруг него. В 2004 году НАСА запустило Gravity Probe B (GP-B). По данным НАСА, оси точно откалиброванных гироскопов спутника очень незначительно смещались со временем, что соответствовало теории Эйнштейна.

«Представьте себе Землю, как если бы она была погружена в мед», — сказал главный исследователь Gravity Probe-B из Стэнфордского университета Фрэнсис Эверитт из Стэнфордского университета в заявлении НАСА о миссии.

«Когда планета вращается, мед вокруг нее будет вращаться, то же самое с пространством и временем. GP-B подтвердил два самых глубоких предсказания вселенной Эйнштейна, имеющих далеко идущие последствия для астрофизических исследований».

Гравитационное красное смещение

Электромагнитное излучение объекта слегка растягивается внутри гравитационного поля. Подумайте о звуковых волнах, исходящих от сирены на машине скорой помощи; когда транспортное средство движется к наблюдателю, звуковые волны сжимаются, но по мере удаления они растягиваются или смещаются в красную сторону.То же явление, известное как эффект Доплера, происходит с волнами света на всех частотах.

В 1960-х годах, по данным Американского физического общества, физики Роберт Паунд и Глен Ребка стреляли гамма-лучами сначала вниз, а затем вверх по стене башни Гарвардского университета. Паунд и Ребка обнаружили, что гамма-излучение слегка изменяет частоту из-за искажений, вызванных гравитацией.

Гравитационные волны

Эйнштейн предсказал, что сильные события, такие как столкновение двух черных дыр, создают рябь в пространстве-времени, известную как гравитационные волны.А в 2016 году обсерватория гравитационных волн с лазерным интерферометром (LIGO) объявила, что впервые обнаружила такой сигнал.

Это обнаружение произошло 14 сентября 2015 года. LIGO, состоящая из двух объектов в Луизиане и Вашингтоне, недавно была модернизирована и находилась в процессе калибровки перед тем, как выйти в оперативный режим. Первое обнаружение было настолько большим, что, по словам тогдашнего представителя LIGO Габриэлы Гонсалес, команде потребовалось несколько месяцев анализа, чтобы убедить себя, что это реальный сигнал, а не сбой.

[См. Нашу полную историю открытия здесь и наш полный охват исторического научного открытия здесь ]

«Нам очень повезло с первым обнаружением, которое было настолько очевидным», — сказала она во время 228-го заседания Американского астрономического общества в июне 2016 года.

С тех пор ученые начали быстро улавливать гравитационные волны. По словам представителей программы, LIGO и его европейский аналог Дева зарегистрировали в общей сложности 50 гравитационно-волновых событий.

Эти столкновения включали необычные события, такие как столкновение с объектом, который ученые не могут окончательно идентифицировать как черная дыра или нейтронная звезда, слияние нейтронных звезд, сопровождавшееся ярким взрывом, столкновение несовпадающих черных дыр и многое другое.

Вот 12 вещей, которые нужно знать об теории относительности. (Изображение предоставлено Карлом Тейтом / SPACE.COM)

Эта статья была обновлена ​​4 июня 2021 года старшим писателем Space.com Меган Бартельс.

.