การนำเสนอในหัวข้อทฤษฎีสัมพัทธภาพ การนำเสนอในหัวข้อ "ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ" v- ความเร็วของระบบเคลื่อนที่

บ้าน » ผม การนำเสนอในหัวข้อทฤษฎีสัมพัทธภาพ การนำเสนอในหัวข้อ "ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ" v- ความเร็วของระบบเคลื่อนที่

สไลด์ 1

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ สมมุติฐานของบทเรียนทฤษฎีสัมพัทธภาพในชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 จัดทำโดยคุณครูโรงเรียนมัธยม MBOU ร่วมกับ นิกิฟาโรโว อิชนาซาโรวา เอ.อาร์.

สไลด์ 2

SRT ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (SRT) เป็นทฤษฎีที่อธิบายการเคลื่อนที่ กฎของกลศาสตร์ และความสัมพันธ์ระหว่างอวกาศ-เวลาด้วยความเร็วคงที่ของการเคลื่อนที่ ซึ่งน้อยกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ รวมถึงความเร็วที่ใกล้กับความเร็วแสงด้วย ภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กลศาสตร์นิวตันแบบคลาสสิกเป็นการประมาณความเร็วต่ำ ลักษณะทั่วไปของ STR สำหรับสนามโน้มถ่วงเรียกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป การเบี่ยงเบนในกระบวนการทางกายภาพจากการทำนายของกลศาสตร์คลาสสิกที่บรรยายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเรียกว่าผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ และความเร็วที่ทำให้ผลกระทบดังกล่าวมีนัยสำคัญเรียกว่าความเร็วสัมพัทธภาพ

สไลด์ 3

จากประวัติความเป็นมาของสถานีบริการ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการพัฒนาเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดยความพยายามของ G. A. Lorentz, A. Poincaré, A. Einstein และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ พื้นฐานการทดลองสำหรับการสร้าง SRT คือการทดลองของ Michelson ผลลัพธ์ของเขาเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงสำหรับฟิสิกส์คลาสสิกในยุคของเขา: ความเป็นอิสระของความเร็วแสงจากทิศทาง (ไอโซโทรปี) และการเคลื่อนที่ในวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ ความพยายามที่จะตีความผลลัพธ์นี้เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ส่งผลให้เกิดการแก้ไขแนวคิดคลาสสิก และนำไปสู่การสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

สไลด์ 4

สไลด์ 5

เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้แสง กฎแห่งไดนามิกจะเปลี่ยนไป กฎข้อที่สองของนิวตันที่เกี่ยวข้องกับแรงและความเร่ง จะต้องได้รับการแก้ไขสำหรับวัตถุที่มีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง นอกจากนี้ การแสดงออกของโมเมนตัมและพลังงานจลน์ของร่างกายมีการพึ่งพาความเร็วที่ซับซ้อนมากกว่าในกรณีที่ไม่สัมพันธ์กัน

สไลด์ 6

แนวคิดพื้นฐานของการรฟท. ระบบอ้างอิงแสดงถึงตัววัสดุที่เลือกให้เป็นจุดเริ่มต้นของระบบนี้ วิธีการกำหนดตำแหน่งของวัตถุที่สัมพันธ์กับจุดเริ่มต้นของระบบอ้างอิง และวิธีการวัดเวลา โดยปกติแล้วจะมีความแตกต่างระหว่างระบบอ้างอิงและระบบพิกัด การเพิ่มขั้นตอนการวัดเวลาให้กับระบบพิกัดจะ “แปลง” ระบบดังกล่าวให้เป็นระบบอ้างอิง ระบบอ้างอิงเฉื่อย (IRS) คือระบบที่สัมพันธ์กับวัตถุซึ่งไม่อยู่ภายใต้อิทธิพลภายนอก เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง เหตุการณ์คือกระบวนการทางกายภาพใดๆ ที่สามารถแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในอวกาศได้และมีระยะเวลาที่สั้นมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง เหตุการณ์มีลักษณะเฉพาะโดยพิกัด (x, y, z) และเวลา t

สไลด์ 7

โดยทั่วไปจะพิจารณาระบบเฉื่อย S และ S สองระบบ" เวลาและพิกัดของเหตุการณ์บางอย่างที่วัดสัมพันธ์กับระบบ S จะแสดงเป็น (t, x, y, z) และพิกัดและเวลาของเหตุการณ์เดียวกันที่วัดสัมพันธ์กับ ระบบ S แสดงเป็น (t" , x", y", z") จะสะดวกที่จะสมมติว่าแกนพิกัดของระบบขนานกัน และระบบ S" เคลื่อนที่ไปตามแกน x ของระบบ S ด้วยความเร็ว v ปัญหาประการหนึ่งของ SRT คือการค้นหาความสัมพันธ์ที่เชื่อมโยงกัน (t ", x", y", z") และ (t, x, y, z) ซึ่งเรียกว่าการแปลงแบบลอเรนซ์

สไลด์ 8

1 หลักสัมพัทธภาพ กฎแห่งธรรมชาติทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลงในส่วนที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนจากกรอบอ้างอิงเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกกรอบอ้างอิงหนึ่ง (กรอบอ้างอิงเฉื่อยดำเนินไปเหมือนกันทุกกรอบ) ซึ่งหมายความว่าในระบบเฉื่อยทั้งหมด กฎฟิสิกส์ (ไม่ใช่แค่กฎเชิงกล) จะมีรูปแบบเดียวกัน ดังนั้น หลักการสัมพัทธภาพของกลศาสตร์คลาสสิกจึงถูกนำมาใช้ทั่วไปกับกระบวนการทางธรรมชาติทั้งหมด รวมถึงกระบวนการทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย หลักการทั่วไปนี้เรียกว่าหลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

สไลด์ 9

2 หลักสัมพัทธภาพ ความเร็วแสงในสุญญากาศไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดแสงหรือผู้สังเกตการณ์ และจะเท่ากันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด ความเร็วแสงครองตำแหน่งพิเศษในการรฟท. นี่คือความเร็วสูงสุดในการส่งปฏิสัมพันธ์และสัญญาณจากจุดหนึ่งในอวกาศไปยังอีกจุดหนึ่ง

สไลด์ 10

หนึ่งร้อย SRT ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาทั้งหมดของฟิสิกส์ "พรีไอน์สไตน์" และอธิบายผลการทดลองที่ "ขัดแย้งกัน" ในสาขาไฟฟ้าพลศาสตร์และทัศนศาสตร์ที่ทราบในขณะนั้น ต่อมา STR ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลการทดลองที่ได้จากการศึกษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคเร็วในตัวเร่งปฏิกิริยา กระบวนการอะตอม ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ฯลฯ

เปิดใช้งานเอฟเฟ็กต์

1 จาก 13

ปิดการใช้งานเอฟเฟกต์

ดูคล้ายกัน

ฝังโค้ด

VKontakte

เพื่อนร่วมชั้น

โทรเลข

รีวิว

เพิ่มความคิดเห็นของคุณ

สไลด์ 1

บทเรียนในเกรด 11 จัดทำโดยอาจารย์โรงเรียนมัธยม MBOU ร่วมกับ นิกิฟาโรโว อิชนาซาโรวา เอ.อาร์.

สไลด์ 2

หนึ่งร้อย

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (STR) เป็นทฤษฎีที่อธิบายการเคลื่อนที่ กฎของกลศาสตร์ และความสัมพันธ์ระหว่างอวกาศ-เวลาด้วยความเร็วคงที่ของการเคลื่อนที่ ซึ่งน้อยกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ รวมถึงความเร็วที่ใกล้กับความเร็วแสงด้วย ภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กลศาสตร์นิวตันแบบดั้งเดิมเป็นการประมาณความเร็วต่ำ ลักษณะทั่วไปของ STR สำหรับสนามโน้มถ่วงเรียกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป การเบี่ยงเบนในกระบวนการทางกายภาพจากการทำนายของกลศาสตร์คลาสสิกที่บรรยายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเรียกว่าผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ และความเร็วที่ทำให้ผลกระทบดังกล่าวมีนัยสำคัญเรียกว่าความเร็วสัมพัทธภาพ

สไลด์ 3

จากประวัติความเป็นมาของสถานีบริการ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการพัฒนาเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดยความพยายามของ G. A. Lorentz, A. Poincaré, A. Einstein และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ พื้นฐานการทดลองสำหรับการสร้าง SRT คือการทดลองของ Michelson ผลลัพธ์ของเขาเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงสำหรับฟิสิกส์คลาสสิกในยุคของเขา: ความเป็นอิสระของความเร็วแสงจากทิศทาง (ไอโซโทรปี) และการเคลื่อนที่ในวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ ความพยายามที่จะตีความผลลัพธ์นี้เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ส่งผลให้เกิดการแก้ไขแนวคิดคลาสสิก และนำไปสู่การสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

สไลด์ 4

จี.เอ. ลอเรนซ์

ก. ไอน์สไตน์

สไลด์ 5

สไลด์ 6

แนวคิดพื้นฐานของการรฟท.

ระบบอ้างอิงแสดงถึงตัววัสดุที่เลือกให้เป็นจุดเริ่มต้นของระบบนี้ วิธีการกำหนดตำแหน่งของวัตถุที่สัมพันธ์กับจุดเริ่มต้นของระบบอ้างอิง และวิธีการวัดเวลา โดยปกติแล้วจะมีความแตกต่างระหว่างระบบอ้างอิงและระบบพิกัด การเพิ่มขั้นตอนการวัดเวลาให้กับระบบพิกัดจะ “แปลง” ระบบดังกล่าวให้เป็นระบบอ้างอิง ระบบอ้างอิงเฉื่อย (IRS) คือระบบที่สัมพันธ์กับวัตถุซึ่งไม่อยู่ภายใต้อิทธิพลภายนอก เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง เหตุการณ์คือกระบวนการทางกายภาพใดๆ ที่สามารถแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในอวกาศได้และมีระยะเวลาที่สั้นมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง เหตุการณ์มีลักษณะเฉพาะโดยพิกัด (x, y, z) และเวลา t

สไลด์ 7

สไลด์ 8

1 หลักสัมพัทธภาพ

กฎแห่งธรรมชาติทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลงในส่วนที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนจากกรอบอ้างอิงเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกกรอบอ้างอิงหนึ่ง (กรอบอ้างอิงเฉื่อยดำเนินไปเหมือนกันทุกกรอบ) ซึ่งหมายความว่าในระบบเฉื่อยทั้งหมด กฎฟิสิกส์ (ไม่ใช่แค่กฎเชิงกล) จะมีรูปแบบเหมือนกัน ดังนั้น หลักการสัมพัทธภาพของกลศาสตร์คลาสสิกจึงถูกนำมาใช้ทั่วไปกับกระบวนการทางธรรมชาติทั้งหมด รวมถึงกระบวนการทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย หลักการทั่วไปนี้เรียกว่าหลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

สไลด์ 9

2 หลักสัมพัทธภาพ

ความเร็วแสงในสุญญากาศไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดแสงหรือผู้สังเกตการณ์ และจะเท่ากันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด ความเร็วแสงครองตำแหน่งพิเศษในการรฟท. นี่คือความเร็วสูงสุดในการส่งปฏิสัมพันธ์และสัญญาณจากจุดหนึ่งในอวกาศไปยังอีกจุดหนึ่ง

สไลด์ 10

หนึ่งร้อย

SRT ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาทั้งหมดของฟิสิกส์ "พรีไอน์สไตน์" และอธิบายผลการทดลองที่ "ขัดแย้งกัน" ในสาขาไฟฟ้าพลศาสตร์และทัศนศาสตร์ที่ทราบในขณะนั้น ต่อมา STR ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลการทดลองที่ได้จากการศึกษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคเร็วในตัวเร่งปฏิกิริยา กระบวนการอะตอม ปฏิกิริยานิวเคลียร์ เป็นต้น

สไลด์ 11

ตัวอย่าง.

ณ เวลา t = 0 เมื่อแกนพิกัดของระบบเฉื่อย K และ K" สองระบบตรงกัน จะเกิดแสงวาบระยะสั้นที่จุดกำเนิดร่วมของพิกัด ในช่วงเวลา t ระบบจะเลื่อนสัมพันธ์กัน ตามระยะทาง υt และด้านหน้าของคลื่นทรงกลมในแต่ละระบบจะมีรัศมี ct เนื่องจากระบบนั้นเท่ากันและในแต่ละระบบจะมีความเร็วแสงเท่ากับ c จากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ในระบบ K ศูนย์กลางของทรงกลมอยู่ที่จุด O และจากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ในระบบ K นั้นจะอยู่ที่จุด O"

สไลด์ 12

คำอธิบายความขัดแย้ง

เพื่อแทนที่การแปลงแบบกาลิเลโอ STR ได้เสนอสูตรการแปลงอื่นเมื่อย้ายจากระบบเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่ง - ที่เรียกว่าการแปลงแบบลอเรนซ์ ซึ่งที่ความเร็วการเคลื่อนที่ใกล้กับความเร็วแสงทำให้เราสามารถอธิบายผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพทั้งหมดและที่ความเร็วต่ำ ( คุณ

สไลด์ 13

การบ้าน.

ดูสไลด์ทั้งหมด

เชิงนามธรรม

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

แผนการสอน:

ช่วงเวลาขององค์กร

สรุปผลการทดสอบในหัวข้อ: คลื่นแสง

คำอธิบายของหัวข้อใหม่

คำจำกัดความของ STO

จากประวัติศาสตร์

แนวคิดพื้นฐาน

1 หลักสัมพัทธภาพ

2 หลักสัมพัทธภาพ

คำอธิบายความขัดแย้ง

การบ้าน.

วิธีการศึกษาทางเทคนิค: คอมพิวเตอร์ โปรเจคเตอร์

ความคืบหน้าของบทเรียน

ช่วงเวลาขององค์กร

2. สรุปผลการทดสอบในหัวข้อ “คลื่นแสง”

3. หัวข้อใหม่

การบันทึกหัวข้อใหม่ในสมุดบันทึก:“ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ สมมุติฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพ" (สไลด์ 1)

คำจำกัดความของ STO- (สไลด์ 2)

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (STR; หรือทฤษฎีสัมพัทธภาพส่วนตัว) เป็นทฤษฎีที่อธิบายการเคลื่อนที่ กฎของกลศาสตร์ และความสัมพันธ์ระหว่างกาล-อวกาศด้วยความเร็วที่กำหนดของการเคลื่อนที่ ซึ่งน้อยกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ รวมถึงความเร็วที่ใกล้เคียงกับความเร็ว ของแสง ภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กลศาสตร์นิวตันแบบคลาสสิกเป็นการประมาณความเร็วต่ำ ลักษณะทั่วไปของ STR สำหรับสนามโน้มถ่วงเรียกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

การเบี่ยงเบนในกระบวนการทางกายภาพจากการทำนายของกลศาสตร์คลาสสิกที่บรรยายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเรียกว่าผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ และความเร็วที่ทำให้ผลกระทบดังกล่าวมีนัยสำคัญเรียกว่าความเร็วสัมพัทธภาพ

จากประวัติความเป็นมาของทฤษฎีสัมพัทธภาพ

ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพคือการพัฒนาไฟฟ้าพลศาสตร์ในศตวรรษที่ 19 ผลลัพธ์ของการสรุปทั่วไปและความเข้าใจทางทฤษฎีของข้อเท็จจริงและรูปแบบการทดลองในสาขาไฟฟ้าและแม่เหล็กคือสมการของแมกซ์เวลล์ซึ่งอธิบายวิวัฒนาการของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์กับประจุและกระแส ในพลศาสตร์ไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสุญญากาศไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของทั้งแหล่งกำเนิดของคลื่นเหล่านี้และผู้สังเกต และเท่ากับความเร็วแสง ดังนั้นสมการของแมกซ์เวลล์จึงกลายเป็นไม่คงที่ภายใต้การแปลงแบบกาลิลีซึ่งขัดแย้งกับกลศาสตร์ดั้งเดิม

ก. ไอน์สไตน์ ลอเรนซ์ G.A.

ภาพเหมือนของนักวิทยาศาสตร์ (สไลด์ 4)

เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้แสง กฎแห่งไดนามิกจะเปลี่ยนไป กฎข้อที่สองของนิวตันที่เกี่ยวข้องกับแรงและความเร่ง จะต้องได้รับการแก้ไขสำหรับวัตถุที่มีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง นอกจากนี้ การแสดงออกของโมเมนตัมและพลังงานจลน์ของร่างกายมีการขึ้นอยู่กับความเร็วที่ซับซ้อนมากกว่าในกรณีที่ไม่สัมพันธ์กัน (สไลด์ 5)

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการยืนยันจากการทดลองมากมายและเป็นทฤษฎีที่ถูกต้องในสาขาการนำไปประยุกต์ใช้

ลักษณะพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษสำหรับทฤษฎีฟิสิกส์ที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของมัน ได้นำไปสู่ความจริงที่ว่าคำว่า "ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ" นั้นแทบจะไม่ได้ใช้ในบทความทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ พวกเขามักจะพูดถึงแต่ความคงที่ของสัมพัทธภาพเท่านั้น ทฤษฎีที่แยกจากกัน

แนวคิดพื้นฐานของการรฟท.

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษก็เหมือนกับทฤษฎีฟิสิกส์อื่นๆ สามารถกำหนดขึ้นได้บนพื้นฐานของแนวคิดพื้นฐานและหลักสัจพจน์ (สัจพจน์) บวกกับกฎความสอดคล้องกับวัตถุทางกายภาพของมัน

กรอบอ้างอิงแสดงถึงเนื้อวัสดุที่เลือกเป็นจุดเริ่มต้นของระบบนี้ วิธีการกำหนดตำแหน่งของวัตถุที่สัมพันธ์กับจุดเริ่มต้นของระบบอ้างอิง และวิธีการวัดเวลา โดยปกติแล้วจะมีความแตกต่างระหว่างระบบอ้างอิงและระบบพิกัด การเพิ่มขั้นตอนการวัดเวลาให้กับระบบพิกัดจะ “แปลง” ระบบดังกล่าวให้เป็นระบบอ้างอิง

ระบบอ้างอิงเฉื่อย (IRS)- นี่คือระบบที่สัมพันธ์กับวัตถุซึ่งไม่อยู่ภายใต้อิทธิพลจากภายนอก เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง

เหตุการณ์คือกระบวนการทางกายภาพใดๆ ที่สามารถแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในอวกาศได้ และในขณะเดียวกันก็มีระยะเวลาที่สั้นมาก กล่าวอีกนัยหนึ่ง เหตุการณ์มีลักษณะเฉพาะโดยพิกัด (x, y, z) และเวลา t

ตัวอย่างของเหตุการณ์ ได้แก่ แสงวาบ ตำแหน่งของจุดวัตถุ ณ ช่วงเวลาหนึ่ง ฯลฯ

1 หลักสัมพัทธภาพ

ซึ่งหมายความว่าในระบบเฉื่อยทั้งหมด กฎฟิสิกส์ (ไม่ใช่แค่กฎเชิงกล) จะมีรูปแบบเดียวกัน ดังนั้น หลักการสัมพัทธภาพของกลศาสตร์คลาสสิกจึงถูกนำมาใช้ทั่วไปกับกระบวนการทางธรรมชาติทั้งหมด รวมถึงกระบวนการทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย หลักการทั่วไปนี้เรียกว่าหลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ (สไลด์ 8)

2 หลักสัมพัทธภาพ

ความเร็วแสงในสุญญากาศไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดแสงหรือผู้สังเกตการณ์ และจะเท่ากันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด

ความเร็วแสงครองตำแหน่งพิเศษในการรฟท. นี่คือความเร็วสูงสุดในการส่งปฏิสัมพันธ์และสัญญาณจากจุดหนึ่งในอวกาศไปยังอีกจุดหนึ่ง (สไลด์ 9)

ผลที่ตามมาของทฤษฎีที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของหลักการเหล่านี้ได้รับการยืนยันโดยการทดสอบทดลองที่ไม่มีที่สิ้นสุด STR ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาทั้งหมดของฟิสิกส์ "ก่อนไอน์สไตน์" และอธิบายผลลัพธ์ที่ "ขัดแย้งกัน" ของการทดลองในสาขาไฟฟ้าพลศาสตร์และทัศนศาสตร์ที่รู้จักในขณะนั้น ต่อมา รฟท. ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลการทดลองที่ได้จากการศึกษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคเร็วในตัวเร่งปฏิกิริยา กระบวนการอะตอม ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ฯลฯ (สไลด์ 10)

ตัวอย่าง.

หลักการของ SRT ขัดแย้งกับแนวคิดคลาสสิกอย่างเห็นได้ชัด ลองพิจารณาการทดลองทางความคิดต่อไปนี้: ณ ช่วงเวลา t = 0 เมื่อแกนพิกัดของระบบเฉื่อย K และ K" สองระบบตรงกัน แสงวาบระยะสั้นจะเกิดขึ้นที่จุดกำเนิดร่วมของพิกัด ในช่วงเวลา t ระบบจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กันในระยะห่าง υt และหน้าคลื่นทรงกลมแต่ละระบบจะมีรัศมี ct เนื่องจากระบบต่างๆ เท่ากัน และในแต่ละระบบมีความเร็วแสงเท่ากับ c ของผู้สังเกตในระบบ K จุดศูนย์กลางของทรงกลมอยู่ที่จุด O และจากมุมมองของผู้สังเกตในระบบ K จะอยู่ที่จุด O "ด้วยเหตุนี้ ศูนย์กลางของส่วนหน้าทรงกลมจึงอยู่พร้อมๆ กัน ในสองจุดที่แตกต่างกัน! (สไลด์ 11)

คำอธิบายความขัดแย้ง

สาเหตุของความเข้าใจผิดที่เกิดขึ้นนั้นไม่ได้อยู่ที่ความขัดแย้งระหว่างหลักการทั้งสองของการรฟท. แต่เป็นการสันนิษฐานว่าตำแหน่งของส่วนหน้าของคลื่นทรงกลมสำหรับทั้งสองระบบนั้นอ้างอิงถึงช่วงเวลาเดียวกัน ข้อสันนิษฐานนี้มีอยู่ในสูตรการแปลงแบบกาลิลีตามเวลาที่ไหลไปในลักษณะเดียวกันในทั้งสองระบบ: t = t" ด้วยเหตุนี้ สมมุติฐานของไอน์สไตน์จึงไม่ขัดแย้งกันเอง แต่ขัดแย้งกับสูตรการแปลงแบบกาลิเลียน ดังนั้น แทนที่การแปลงแบบกาลิเลโอ SRT เสนอสูตรการแปลงอื่น ๆ เมื่อเปลี่ยนจากระบบเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่ง - ที่เรียกว่าการแปลงแบบลอเรนซ์ซึ่งที่ความเร็วการเคลื่อนที่ใกล้เคียงกับความเร็วแสงทำให้เราสามารถอธิบายผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพทั้งหมดและที่ความเร็วต่ำ (υ<< c) переходят в формулы преобразования Галилея. Таким образом, новая теория (СТО) не отвергла старую классическую механику Ньютона, а только уточнила пределы ее применимости. Такая взаимосвязь между старой и новой, более общей теорией, включающей старую теорию как предельный случай, носит название принципа соответствия. (слайд 12)

เรียนรู้คำจำกัดความ เงื่อนไข สมมุติฐาน

ขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ (สไลด์ 13)

หัวข้อ: ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ. สมมุติฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ –

มันคือบริวารแห่งความคิดของมนุษย์

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:เพื่อให้นักเรียนคุ้นเคยกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ แนะนำแนวคิดพื้นฐาน เปิดเผยเนื้อหาของบทบัญญัติหลักของ SRT แนะนำข้อสรุปของ SRT และข้อเท็จจริงเชิงทดลองที่ยืนยันพวกเขา

แผนการสอน:

ช่วงเวลาขององค์กร

สรุปผลการทดสอบ

หากต้องการใช้ตัวอย่างการนำเสนอ ให้สร้างบัญชี Google และเข้าสู่ระบบ: https://accounts.google.com

คำอธิบายสไลด์:

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ สมมุติฐานของบทเรียนทฤษฎีสัมพัทธภาพในชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 จัดทำโดยอาจารย์โรงเรียนมัธยม MBOU ร่วมกับ นิกิฟาโรโว อิชนาซาโรวา เอ.อาร์.

SRT ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (STR) เป็นทฤษฎีที่อธิบายการเคลื่อนที่ กฎของกลศาสตร์ และความสัมพันธ์ระหว่างอวกาศ-เวลาด้วยความเร็วคงที่ของการเคลื่อนที่ ซึ่งน้อยกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ รวมถึงความเร็วที่ใกล้กับความเร็วแสงด้วย ภายในกรอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กลศาสตร์นิวตันแบบดั้งเดิมเป็นการประมาณความเร็วต่ำ ลักษณะทั่วไปของ STR สำหรับสนามโน้มถ่วงเรียกว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป การเบี่ยงเบนในกระบวนการทางกายภาพจากการทำนายของกลศาสตร์คลาสสิกที่บรรยายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเรียกว่าผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ และความเร็วที่ทำให้ผลกระทบดังกล่าวมีนัยสำคัญเรียกว่าความเร็วสัมพัทธภาพ

จากประวัติความเป็นมาของสถานีบริการน้ำมัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการพัฒนาเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดยความพยายามของ G. A. Lorentz, A. Poincaré, A. Einstein และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ พื้นฐานการทดลองสำหรับการสร้าง SRT คือการทดลองของ Michelson ผลลัพธ์ของเขาเป็นสิ่งที่คาดไม่ถึงสำหรับฟิสิกส์คลาสสิกในยุคของเขา: ความเป็นอิสระของความเร็วแสงจากทิศทาง (ไอโซโทรปี) และการเคลื่อนที่ในวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ ความพยายามที่จะตีความผลลัพธ์นี้เมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ส่งผลให้เกิดการแก้ไขแนวคิดคลาสสิก และนำไปสู่การสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

จี.เอ. ลอเรนซ์ เอ. ไอน์สไตน์

เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้แสง กฎแห่งไดนามิกจะเปลี่ยนไป กฎข้อที่สองของนิวตันที่เกี่ยวข้องกับแรงและความเร่ง จะต้องได้รับการแก้ไขสำหรับวัตถุที่มีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง นอกจากนี้ การแสดงออกของโมเมนตัมและพลังงานจลน์ของร่างกายมีการขึ้นอยู่กับความเร็วที่ซับซ้อนมากกว่าในกรณีที่ไม่สัมพันธ์กัน

1 หลักสัมพัทธภาพ กฎแห่งธรรมชาติทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลงในส่วนที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนจากกรอบอ้างอิงเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกกรอบอ้างอิงหนึ่ง (กรอบอ้างอิงเฉื่อยดำเนินไปเหมือนกันทุกกรอบ) ซึ่งหมายความว่าในระบบเฉื่อยทั้งหมด กฎฟิสิกส์ (ไม่ใช่แค่กฎเชิงกล) จะมีรูปแบบเหมือนกัน ดังนั้น หลักการสัมพัทธภาพของกลศาสตร์คลาสสิกจึงถูกนำมาใช้ทั่วไปกับกระบวนการทางธรรมชาติทั้งหมด รวมถึงกระบวนการทางแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย หลักการทั่วไปนี้เรียกว่าหลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

หนึ่งร้อย STR ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาทั้งหมดของฟิสิกส์ "ก่อนไอน์สไตน์" และอธิบายผลลัพธ์ที่ "ขัดแย้งกัน" ของการทดลองในสาขาไฟฟ้าพลศาสตร์และทัศนศาสตร์ที่รู้จักในขณะนั้น ต่อมา STR ได้รับการสนับสนุนจากข้อมูลการทดลองที่ได้จากการศึกษาการเคลื่อนที่ของอนุภาคเร็วในตัวเร่งปฏิกิริยา กระบวนการอะตอม ปฏิกิริยานิวเคลียร์ ฯลฯ

ตัวอย่าง. ณ เวลา t = 0 เมื่อแกนพิกัดของระบบเฉื่อย K และ K" สองระบบตรงกัน จะเกิดแสงวาบระยะสั้นที่จุดกำเนิดร่วมของพิกัด ในช่วงเวลา t ระบบจะเลื่อนสัมพันธ์กัน ตามระยะทาง υt และด้านหน้าของคลื่นทรงกลมในแต่ละระบบจะมีรัศมี ct เนื่องจากระบบนั้นเท่ากันและในแต่ละระบบจะมีความเร็วแสงเท่ากับ c จากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ในระบบ K ศูนย์กลางของทรงกลมอยู่ที่จุด O และจากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ในระบบ K นั้นจะอยู่ที่จุด O"

คำอธิบายความขัดแย้ง เพื่อแทนที่การแปลงแบบกาลิเลโอ STR ได้เสนอสูตรการแปลงอื่นเมื่อย้ายจากระบบเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่ง - ที่เรียกว่าการแปลงแบบลอเรนซ์ ซึ่งที่ความเร็วการเคลื่อนที่ใกล้กับความเร็วแสงทำให้เราสามารถอธิบายผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพทั้งหมดและที่ความเร็วต่ำ ( คุณ

1 สไลด์

ฟิสิกส์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ งานนี้เสร็จสมบูรณ์โดยนักเรียนชั้น 10 "b" Olga Karpikina 01/30/03-04 ปีการศึกษา

2 สไลด์

สรุปโดยย่อและคำแนะนำในการทำงานกับโปรแกรม งานนี้อธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ อธิบายสมมุติฐานและผลที่ตามมาของสมมุติฐานของทฤษฎีนี้ สูตรพื้นฐาน และตัวอย่างการแก้ปัญหาในหัวข้อนี้ หากต้องการเลื่อนไปยังสไลด์ถัดไป คุณต้องคลิกปุ่มซ้ายของเมาส์บนสไลด์ หากมีคำที่ไม่ชัดเจนในงาน (เน้น) ให้คลิกที่คำนั้นแล้วคุณจะพบว่ามันหมายถึงอะไร หากต้องการไปที่สไลด์ที่ต้องการ ให้คลิกปุ่ม หากต้องการไปที่เนื้อหาให้คลิกปุ่ม

3 สไลด์

4 สไลด์

ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพ (หรือกลศาสตร์สัมพัทธภาพ) เป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในแนวคิดพื้นฐานพื้นฐานของอวกาศ เวลา สสาร และการเคลื่อนที่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR) อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นเมื่อระบบอ้างอิงที่มีความเร่งสัมพันธ์กัน (ไม่เฉื่อย)

5 สไลด์

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (SRT) พิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นใน ISO เท่านั้น

6 สไลด์

หลักการของทฤษฎี 1. กฎธรรมชาติทุกข้อเหมือนกันในกรอบอ้างอิงเฉื่อย 2. ความเร็วแสงจะเท่ากันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด และไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ แหล่งกำเนิดหรือตัวรับแสง (ตัวอย่างจะเป็นหลุมดำ)

7 สไลด์

ผลที่ตามมาของสมมุติฐาน สัมพัทธภาพของความพร้อมกัน: เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นพร้อมกันสองเหตุการณ์ในหน้าต่างอ้างอิงที่อยู่กับที่จะไม่เกิดขึ้นพร้อมกันในหน้าต่างอ้างอิงที่กำลังเคลื่อนที่ V=0 เมตร/วินาที V=0.2 วินาที

8 สไลด์

2. สัมพัทธภาพของช่วงเวลา: ในกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ เวลาจะไหลช้าลง (ความขัดแย้งคู่: ในอวกาศบุคคลจะแก่ช้าลง) การขยายเวลาขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของเวลานั่นเอง – ช่วงเวลา (“tau”) (1 วินาที) 0– เวลาที่เหมาะสม - กรอบอ้างอิงเคลื่อนที่ = 0 / 1- V 2/s2

สไลด์ 9

10 สไลด์

3. สัมพัทธภาพของความยาว: ในกรอบอ้างอิงที่กำลังเคลื่อนที่ ความยาวจะลดลง (ความขัดแย้งคู่: ในอวกาศ ความยาวจะลดลง) L - ความยาว (1 ม.) L0 – ระบบอ้างอิงคงที่ L – ระบบอ้างอิงการเคลื่อนที่ L=L0 * 1-V2 /c2

11 สไลด์

4. กฎการบวกความเร็ว: ที่ความเร็วต่ำเวอร์ชันคลาสสิก (V1 +V2) ที่ความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง (c) เวอร์ชันของไอน์สไตน์: V=(V1 +V2)/(1+V1 *V2/c2 )

12 สไลด์

5. ทฤษฎีสัมพัทธภาพของมวล: ในกรอบอ้างอิงที่กำลังเคลื่อนที่ มวลจะเพิ่มขึ้น (ที่ความเร็วใกล้กับความเร็วแสง มวลมีแนวโน้มที่จะไม่มีที่สิ้นสุด) (ความขัดแย้งคู่: ในอวกาศ มวลของบุคคลจะเพิ่มขึ้น) m– ในกรอบอ้างอิงที่กำลังเคลื่อนที่ m0 – มวลนิ่ง m=m0/ 1-V2/c2

สไลด์ 13

6. พลังงาน E=mc2 E'=m'c2 ' - ความแตกต่าง (ในกรณีนี้: มวล (m-m0) และพลังงาน (E-E0)) ดังนั้น มวลจึงเป็นหน่วยวัดปริมาณทางกายภาพ ได้แก่ ความเฉื่อย แรงโน้มถ่วง และพลังงาน .

สไลด์ 14

ให้ไว้: วิธีแก้ปัญหา V=(V1+V2)/ (1+V1*V2/c2) V1=V2=0.75c V=1.5c/(1+0.5625c2/c2)= ค้นหา: =0.96c V=? ตอบ V=0.96s ตัวอย่างการแก้ปัญหา

15 สไลด์

DICTIONARY ISO (กรอบอ้างอิงเฉื่อย) - ระบบใดๆ ที่เป็นไปตามกฎความเฉื่อย ความเฉื่อย - ปรากฏการณ์ของการรักษาสภาวะการพักหรือความเร็วในการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงสม่ำเสมอโดยได้รับอิทธิพลภายนอกที่ได้รับการชดเชย (แรงภายนอก) พลังงาน - การวัดทั่วไปของค่าต่างๆ รูปแบบการเคลื่อนที่ของสสาร ซึ่งพิจารณาในวิชาฟิสิกส์

16 สไลด์

ความเร็วแสงคือความเร็วสูงสุดของการแพร่กระจายของการโต้ตอบใดๆ ตัววัตถุไม่สามารถมีความเร็วมากกว่าความเร็วแสงได้ (เท่ากับ 300,000 กม./วินาที) หลุมดำเป็นวัตถุทางดาราศาสตร์ที่สนามโน้มถ่วงกักเก็บรังสีและสสารไว้ภายในรัศมีชวาร์ซชิลด์ รัศมีชวาร์ซชิลด์เป็นรัศมีวิกฤตของหลุมดำ สอดคล้องกับความเร็วแสง

18 สไลด์

เกี่ยวกับผู้เขียนโครงการ ฉันเป็นนักเรียนเกรด 10 “b” ที่มีประวัติทางคณิตศาสตร์ที่ Lyceum No. 4, Olga Karpikina ฉันชอบวิชาฟิสิกส์ วิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ เคมี อังกฤษ และคณิตศาสตร์มาก ดังนั้นฉันจึงเลือกโครงงานการศึกษาสาขาฟิสิกส์ คือหัวข้อนี้เพราะฉันชอบทำงานและเรียนพื้นที่ (ในงานนี้มีปรากฏการณ์เช่น Twin Paradox ซึ่งถูกกล่าวถึงในผลที่ตามมาจากสมมุติฐาน) ขอให้โชคดีในวิชาฟิสิกส์!!!

สารบัญ 1. กำเนิดของทฤษฎี 2. หลักการสัมพัทธภาพ 3. การแปลงแบบกาลิลี 4. การแปลงแบบลอเรนซ์ 5. ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ 6. การสร้าง SRT 7. ทฤษฎีสัมพัทธภาพ 8. สมมุติฐานของไอน์สไตน์ 9. แก่นแท้ของ SRT 10. ผลที่ตามมาของ SRT “รถไฟของไอน์สไตน์” “ความขัดแย้งคู่แฝด” 11. องค์ประกอบของพลวัตเชิงสัมพัทธภาพ 12. ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป 13. หลักการพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ความต้องการทฤษฎีสัมพัทธภาพแรงโน้มถ่วง หลักการของความเท่าเทียมกันของมวลแรงโน้มถ่วงและแรงเฉื่อย อวกาศ-เวลา ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและหลักการที่แข็งแกร่งของความเท่าเทียมกัน 14. สมการของไอน์สไตน์ 15. ผลที่ตามมาหลักของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป 16. ปัญหาของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ปัญหาของพลังงาน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปและฟิสิกส์ควอนตัม 17. การทดลองยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

การกำเนิดของทฤษฎีนี้ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันผู้ยิ่งใหญ่ () อาศัยอยู่ในเยอรมนีจนถึงปี พ.ศ. 2476 จากนั้นในสหรัฐอเมริกา สมาชิกของสถาบันวิทยาศาสตร์หลายแห่ง สมาชิกกิตติมศักดิ์ของ USSR Academy of Sciences ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1921 ผลงานที่โดดเด่นของไอน์สไตน์ในด้านวิทยาศาสตร์คือการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพ ในปี พ.ศ. 2448 เขาตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษหรือบางส่วนในรูปแบบที่เกือบจะสมบูรณ์

หลักการสัมพัทธภาพ จี. กาลิเลโอกำหนดไว้ว่าปรากฏการณ์ทางกลทั้งหมดในระบบเฉื่อยต่างๆ ดำเนินไปในลักษณะเดียวกัน กล่าวคือ ไม่มีการทดลองทางกลใดที่ดำเนินการ "ภายใน" ระบบเฉื่อยที่ระบุสามารถระบุได้ว่าระบบนี้อยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ในแนวตรงและสม่ำเสมอ ตำแหน่งนี้เรียกว่าหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ หลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอเป็นลักษณะทั่วไปของการทดลองจำนวนมาก ตามหลักการของกาลิเลโอ ระบบอ้างอิงทั้งหมดที่เคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงสัมพันธ์กับระบบเฉื่อยก็เป็นระบบเฉื่อยเช่นกัน ระบบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่งสัมพันธ์กับระบบเฉื่อยเรียกว่าระบบไม่เฉื่อย

การแปลงแบบกาลิเลโอ สำหรับกรณีที่จำเป็นต้องอธิบายการเคลื่อนไหวของวัตถุในระบบอ้างอิงอื่น เราจะค้นหาสูตรสำหรับการแปลงพิกัดเมื่อย้ายจากระบบอ้างอิงเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่ง สมมติว่าระบบเฉื่อย K´ เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v ไปตามแกน OX สัมพันธ์กับระบบเฉื่อย K อื่น เพื่อความง่าย เราถือว่าแกนพิกัดของระบบ K และ K´ ในช่วงเวลาเริ่มต้น t=t´ =0 ตรงกัน สมมติว่าจุดวัตถุ P อยู่นิ่งสัมพันธ์กับระบบ K สัมพันธ์กับระบบ K' จุดนี้เคลื่อนที่และตำแหน่งของมันในระบบ K' นั้นมีลักษณะเป็นเวกเตอร์รัศมี r' หรือพิกัด x', y', z' z'z v, t v x 0 0' YKY'K' x' x,X' p. t=t'. เวลาในกรอบอ้างอิงเฉื่อย K และ K´ ไหลเหมือนกัน นาฬิกาจะซิงโครไนซ์ กล่าวคือ t=t'.

ความสัมพันธ์ระหว่างเวกเตอร์รัศมี r ' และ r ของจุด P เดียวกันในระบบ K และ K ' มีรูปแบบ r ' = r – vt ความสัมพันธ์นี้สามารถเขียนได้สำหรับพิกัดคาร์ทีเซียนแต่ละพิกัด เมื่อคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่า t=t´ เราได้รับ: x ´ = x – vt, y´ = y, z´ = z, t´= t สมการเหล่านี้เรียกว่าการแปลงแบบกาลิเลียนโดยตรง หากจุดวัสดุ P นั้นหยุดนิ่งในระบบ K´ สมการการเคลื่อนที่ของมันในระบบ K ก็สามารถเขียนได้โดยใช้การแปลงแบบกาลิเลโอผกผัน: r = r´ + vt, x = x ´ + vt, y = y ´, ซ = ซ ´.

การแปลงแบบลอเรนซ์ การแปลงแบบกาลิเลโอมีพื้นฐานอยู่บนสมมติฐานที่ว่าการซิงโครไนซ์นาฬิกาดำเนินการโดยใช้สัญญาณที่แพร่กระจายในทันที อย่างไรก็ตาม สัญญาณดังกล่าวไม่มีอยู่จริง การมีอยู่ของขีดจำกัดบนสำหรับความเร็วของการแพร่กระจายสัญญาณนำไปสู่สูตรการแปลงอื่นๆ ที่อนุญาตให้ค้นหาพิกัดของเหตุการณ์เดียวกันในกรอบเฉื่อยอื่นๆ จากพิกัดและเวลาของเหตุการณ์ใดๆ ก็ตามที่พบในกรอบเฉื่อย K K´ ซึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กับ K ในทิศทางของแกน x เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอด้วยความเร็ว v:

ผลที่ตามมาหลายประการตามมาจากการแปลงแบบลอเรนซ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกมันบอกเป็นนัยถึงผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพของการขยายเวลาและการหดตัวของความยาวของลอเรนเซียน ตัวอย่างเช่น ณ จุดใดจุดหนึ่ง x" ของระบบ K" กระบวนการจะเกิดขึ้นโดยมีระยะเวลา τ 0 = t" 2 – t" 1 (เวลาที่เหมาะสม) โดยที่ t"1 และ t2 คือค่านาฬิกาที่อ่านได้ใน K" ที่ จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของกระบวนการ ระยะเวลา τ ของกระบวนการนี้ในระบบ K จะเท่ากัน สามารถแสดงได้ว่าการลดความยาวเชิงสัมพัทธภาพตามมาจากการแปลงแบบลอเรนซ์

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (SRT) ซึ่งเป็นทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ เป็นทฤษฎีที่แทนที่กลศาสตร์ของนิวตันในการอธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง ที่ความเร็วต่ำ ความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์ของกลศาสตร์ SRT และนิวตันจะไม่มีนัยสำคัญ

การสร้าง SRT ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการพัฒนาเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดยความพยายามของ G. A. Lorentz, A. Poincaré และ A. Einstein ประเด็นสำคัญในการสร้าง STR ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่: บทบัญญัติหลักและเครื่องมือทางคณิตศาสตร์ที่สมบูรณ์ของทฤษฎี รวมถึงคุณสมบัติกลุ่มของการแปลงแบบลอเรนซ์ ได้รับการกำหนดขึ้นครั้งแรกในรูปแบบนามธรรมโดย A. Poincaré ในงาน "เกี่ยวกับพลวัตของ อิเล็กตรอน” ซึ่งอิงจากผลลัพธ์ก่อนหน้าของ G. A. Lorentz และที่มาเชิงนามธรรมที่ชัดเจนของพื้นฐานของทฤษฎีการแปลงของ Lorentz จากสมมุติฐานขั้นต่ำขั้นต่ำ มอบให้โดย A. Einstein ในงานที่เกือบจะพร้อมกัน “บนไฟฟ้าพลศาสตร์ของการเคลื่อนที่ สื่อ” มีบทความแยกต่างหากเกี่ยวกับเรื่องนี้ในวิกิพีเดียภาษาอังกฤษ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ในปี พ.ศ. 2448 ไอน์สไตน์ตีพิมพ์บทความเรื่อง "เกี่ยวกับไฟฟ้าพลศาสตร์ของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่" ซึ่งเขาได้กำหนดบทบัญญัติหลักของทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา - ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ทฤษฎีนี้ เมื่อพิจารณาว่าระบบพิกัดเฉื่อยทั้งหมดมีความเท่าเทียมกันโดยสมบูรณ์ในความสัมพันธ์ระหว่างปรากฏการณ์ทางกลและแม่เหล็กไฟฟ้า และความเร็วของแสงไม่แปรเปลี่ยนในระบบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด จึงได้แก้ไขความขัดแย้งของฟิสิกส์คลาสสิกด้วยการบรรจุมุมมองใหม่ของอวกาศและเวลา ไอน์สไตน์วางหลักสองข้อไว้เป็นพื้นฐานสำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ: 1. หลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ สมการที่แสดงกฎธรรมชาตินั้นไม่แปรเปลี่ยน (ไม่เปลี่ยนแปลง) ในส่วนที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงพิกัดและเวลาจากระบบอ้างอิงเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่ง 2. หลักการคงตัวของความเร็วแสง ความเร็วแสงในสุญญากาศจะเท่ากันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด และไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดหรือตัวรับแสง ความเร็วแสงในสุญญากาศจะคงที่เสมอและเท่ากับ km/s ซึ่งเป็นความเร็วสูงสุดของการแพร่กระจายของสัญญาณใดๆ 2. หลักการคงตัวของความเร็วแสง ความเร็วแสงในสุญญากาศจะเท่ากันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด และไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดหรือตัวรับแสง ความเร็วแสงในสุญญากาศจะคงที่เสมอและเท่ากับ km/s ซึ่งเป็นความเร็วสูงสุดในการแพร่กระจายของสัญญาณใดๆ

สมมุติฐานของไอน์สไตน์ SRT มีพื้นฐานมาจากสมมุติฐาน 2 ประการ ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของกฎหมายที่จัดทำขึ้นจากการทดลอง 1. ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยใดๆ ปรากฏการณ์ทางกายภาพทั้งหมดดำเนินไปในลักษณะเดียวกัน (หลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์) หลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์เป็นการสรุปหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ ซึ่งระบุถึงความเหมือนกันของปรากฏการณ์ทางกลในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด 2. ความเร็วแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของแหล่งกำเนิดในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด การกำหนดสมมุติฐานที่สองอาจกว้างกว่านั้น: “ความเร็วของแสงคงที่ในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด” การตรวจสอบเชิงทดลองของสมมุติฐานของ STR นั้นซับซ้อนในระดับหนึ่งเนื่องจากปัญหาทางปรัชญา: ความเป็นไปได้ในการเขียนสมการของสมการใดๆ ทฤษฎีในรูปแบบคงที่โดยไม่คำนึงถึงเนื้อหาทางกายภาพ และความยากในการตีความแนวคิดเรื่อง "ความยาว" "เวลา" และ "กรอบอ้างอิงเฉื่อย" ในเงื่อนไขของผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ

สาระสำคัญของ SRT ผลที่ตามมาของสมมุติฐานของ SRT คือการแปลงแบบลอเรนซ์ ซึ่งมาแทนที่การแปลงแบบกาลิเลโอสำหรับการเคลื่อนไหว "คลาสสิก" ที่ไม่สัมพันธ์กัน การแปลงเหล่านี้เชื่อมโยงพิกัดและเวลาของเหตุการณ์เดียวกันที่สังเกตได้จากระบบอ้างอิงเฉื่อยที่ต่างกัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการยืนยันจากการทดลองมากมายและเป็นทฤษฎีที่ถูกต้องโดยไม่มีเงื่อนไขในสาขาการนำไปประยุกต์ใช้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษหยุดทำงานในระดับจักรวาลทั้งหมด เช่นเดียวกับในกรณีของสนามโน้มถ่วงที่รุนแรง ซึ่งถูกแทนที่ด้วยทฤษฎีทั่วไปที่มากกว่า ซึ่งก็คือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษยังนำไปใช้ได้ในไมโครเวิลด์อีกด้วย การสังเคราะห์ด้วยกลศาสตร์ควอนตัมคือทฤษฎีสนามควอนตัม

ผลที่ตามมาของการรฟท. ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 การพัฒนาทางฟิสิกส์ได้นำไปสู่การตระหนักถึงความขัดแย้งและความไม่ลงรอยกันของข้อกำหนดพื้นฐานสามประการของกลศาสตร์คลาสสิก: ความเร็วของแสงในพื้นที่ว่างจะคงที่เสมอ โดยไม่คำนึงถึงการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดหรือตัวรับแสง ความเร็วแสงในพื้นที่ว่างจะคงที่เสมอ โดยไม่คำนึงถึงการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดหรือตัวรับแสง ในระบบพิกัดสองระบบที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอสัมพันธ์กัน กฎธรรมชาติทั้งหมดเหมือนกันอย่างเคร่งครัด และไม่มีวิธีตรวจจับการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอสัมบูรณ์ (หลักการของสัมพัทธภาพ) ในระบบพิกัดสองระบบที่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอสัมพันธ์กัน กฎธรรมชาติทั้งหมดเหมือนกันอย่างเคร่งครัด และไม่มีวิธีตรวจจับการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอสัมบูรณ์ (หลักการของสัมพัทธภาพ) พิกัดและความเร็วจะถูกแปลงจากระบบเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งตามการแปลงแบบกาลิลีคลาสสิก พิกัดและความเร็วจะถูกแปลงจากระบบเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งตามการแปลงแบบกาลิลีคลาสสิก อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ แสดงให้เห็นความขัดแย้งที่เกิดขึ้นกับการทดลองทางความคิดที่เรียกว่า “รถไฟของไอน์สไตน์”: อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ แสดงให้เห็นความขัดแย้งที่เกิดขึ้นกับการทดลองทางความคิดที่เรียกว่า “รถไฟของไอน์สไตน์”:

ลองจินตนาการถึงผู้สังเกตการณ์ที่กำลังเดินทางอยู่บนรถไฟและวัดความเร็วแสงที่ปล่อยออกมาในทิศทางของรถไฟด้วยไฟถนนที่อยู่ข้างทาง เช่น เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว c ในหน้าต่างอ้างอิง - รางรถไฟสัมพันธ์กับที่รถไฟเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v ความเร็วแสงสัมพันธ์กับรถม้าที่กำลังเคลื่อนที่เป็นเท่าใด? มันเท่ากับ w = c-v เหล่านั้น. ปรากฎว่าความเร็วแสงแตกต่างกันตามระบบอ้างอิงเฉื่อยที่ต่างกัน ซึ่งในกรณีนี้คือรางรถไฟและรถที่กำลังเคลื่อนที่ ในด้านหนึ่ง สิ่งนี้ขัดแย้งกับหลักการสัมพัทธภาพ ซึ่งกระบวนการทางกายภาพเกิดขึ้นเหมือนกันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด ในทางกลับกันให้อยู่ในตำแหน่งประมาณความเร็วแสงคงที่เพราะว่า ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าความเร็วแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของแหล่งกำเนิดแสงและจะเท่ากันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด มันมีจำกัดและเป็นความเร็วจำกัดของการแพร่กระจายของสัญญาณใดๆ"

“The Gemini Paradox” จากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ มันไม่ได้ติดตามเฉพาะสัมพัทธภาพของเหตุการณ์สองเหตุการณ์พร้อมกันที่เกิดขึ้นที่จุดต่างๆ ในอวกาศเท่านั้น แต่ยังติดตามสัมพัทธภาพของการวัดความยาวและช่วงเวลาในระบบอ้างอิงที่ต่างกันซึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กับแต่ละเหตุการณ์ด้วย อื่น. นั่นคือระยะห่างระหว่างจุดวัสดุสองจุด (ความยาวของลำตัว) และระยะเวลาของกระบวนการที่เกิดขึ้นในร่างกายนั้นไม่แน่นอน แต่เป็นค่าสัมพัทธ์ เมื่อเคลื่อนที่เข้าใกล้ความเร็วแสงมากขึ้น เวลาจะช้าลง กระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นในระบบรวมถึงสิ่งมีชีวิต ช้าลง การเปลี่ยนแปลง - มิติตามยาว (ตามการเคลื่อนไหว) ของร่างกายจะลดลง ตัวอย่างในเรื่องนี้เรียกว่า “ความขัดแย้งคู่” ในบรรดาฝาแฝดทั้งสองนั้น นักบินอวกาศที่กลับมายังโลกจะมีอายุน้อยกว่าน้องชายของเขาที่ยังคงอยู่บนโลกเพราะว่า บนยานอวกาศที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วมหาศาล เวลาจะช้าลง และกระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นช้ากว่าบนโลก Twin Paradox ได้รับการยืนยันจากการทดลองแล้ว อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของการขยายเวลามีน้อยมาก (v 0 / s

เช่นเดียวกับในกรณีของกลศาสตร์ควอนตัม การทำนายทฤษฎีสัมพัทธภาพหลายอย่างนั้นขัดกับสัญชาตญาณ ดูเหมือนเหลือเชื่อและเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพไม่ถูกต้อง ในความเป็นจริง วิธีที่เราเห็น (หรืออยากเห็น) โลกรอบตัวเรากับวิธีที่เป็นจริงอาจแตกต่างกันมาก เป็นเวลากว่าศตวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกพยายามหักล้าง SRT ความพยายามเหล่านี้ไม่พบข้อบกพร่องแม้แต่น้อยในทฤษฎี ความจริงที่ว่าทฤษฎีนี้มีความถูกต้องทางคณิตศาสตร์นั้นเห็นได้จากรูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวดและความชัดเจนของสูตรทั้งหมด ความจริงที่ว่า SRT อธิบายโลกของเราได้อย่างแท้จริงนั้นพิสูจน์ได้จากประสบการณ์การทดลองมากมาย ผลที่ตามมาหลายประการของทฤษฎีนี้ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติ เห็นได้ชัดว่าความพยายามทั้งหมดที่จะหักล้าง SRT นั้นถึงวาระที่จะล้มเหลว หากเพียงเพราะว่าทฤษฎีนั้นตั้งอยู่บนพื้นฐานของสมมุติฐานสามประการของกาลิเลโอ (ซึ่งค่อนข้างขยายออกไป) บนพื้นฐานของกลไกของนิวตันที่ถูกสร้างขึ้น เช่นเดียวกับสมมุติฐานเพิ่มเติม เกี่ยวกับความคงตัวของความเร็วแสงในระบบอ้างอิงทั้งหมด ทั้งสี่ไม่มีข้อสงสัยใดๆ ยิ่งไปกว่านั้น ความแม่นยำในการตรวจสอบยังสูงมากจนความคงตัวของความเร็วแสงเป็นพื้นฐานในการกำหนดหน่วยวัดความยาว ซึ่งส่งผลให้ความเร็วแสงกลายเป็นค่าคงที่โดยอัตโนมัติหากทำการวัดใน ตามข้อกำหนดทางมาตรวิทยา

องค์ประกอบของพลวัตเชิงสัมพัทธภาพ สมการทั้งหมดที่อธิบายกฎของธรรมชาติจะต้องไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงแบบลอเรนซ์ เมื่อถึงเวลาสร้าง STR ก็มีทฤษฎีที่สอดคล้องกับเงื่อนไขนี้มีอยู่แล้ว - นี่คือพลศาสตร์ไฟฟ้าของ Maxwell อย่างไรก็ตาม สมการของกลศาสตร์ดั้งเดิมของนิวตันกลายเป็นไม่คงที่ภายใต้การแปลงแบบลอเรนซ์ ดังนั้น SRT จึงจำเป็นต้องมีการแก้ไขและชี้แจงกฎของกลศาสตร์ ไอน์สไตน์ใช้การแก้ไขนี้โดยอาศัยข้อกำหนดด้านความพึงพอใจของกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมและกฎการอนุรักษ์พลังงานในระบบปิด เพื่อให้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเป็นไปตามกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมดจำเป็นต้องเปลี่ยนคำจำกัดความของโมเมนตัมของวัตถุ แทนที่จะเป็นแรงกระตุ้นแบบคลาสสิกใน STR แรงกระตุ้นเชิงสัมพัทธภาพของวัตถุที่มีมวล m เคลื่อนที่ด้วยความเร็วจะถูกเขียนในรูปแบบ

โมเมนตัมสัมพัทธภาพของร่างกายถือได้ว่าเป็นผลคูณของมวลสัมพัทธภาพของร่างกายและความเร็วของการเคลื่อนที่ มวลสัมพัทธภาพ m ของร่างกายจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วที่เพิ่มขึ้นตามกฎ โดยที่ m คือมวลที่เหลือของร่างกาย V คือความเร็วของการเคลื่อนที่ โดยที่ m คือมวลส่วนที่เหลือของร่างกาย V คือความเร็วของการเคลื่อนที่ เมื่อการแสดงออกของโมเมนตัมกลายเป็นนิพจน์ที่ใช้ในกลศาสตร์ของนิวตัน โดยที่ m เข้าใจว่าเป็นมวลนิ่ง (m=m o) เพราะเมื่อความแตกต่างระหว่าง m และ m o ไม่มีนัยสำคัญ

กฎสัดส่วนของมวลและพลังงานเป็นหนึ่งในข้อสรุปที่สำคัญที่สุดของการรฟท. มวลและพลังงานเป็นคุณสมบัติของสสารที่แตกต่างกัน มวลของร่างกายบ่งบอกถึงความเฉื่อย เช่นเดียวกับความสามารถของร่างกายในการเข้าสู่ปฏิกิริยาแรงโน้มถ่วงกับวัตถุอื่นๆ คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของพลังงานคือความสามารถในการแปลงจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่งในปริมาณที่เท่ากันในระหว่างกระบวนการทางกายภาพต่างๆ - นี่คือเนื้อหาของกฎการอนุรักษ์พลังงาน สัดส่วนของมวลและพลังงานเป็นการแสดงออกถึงแก่นแท้ภายในของสสาร สูตรของไอน์สไตน์ E 0 = mc 2 แสดงถึงกฎพื้นฐานของธรรมชาติ ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่ากฎแห่งความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน สำหรับอนุภาคที่อยู่นิ่ง (p = 0) E = E 0 = mc 2 อนุภาคดังกล่าวเรียกว่าไม่มีมวล สำหรับอนุภาคไร้มวล ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานและโมเมนตัมจะแสดงด้วยความสัมพันธ์อย่างง่าย E = pc

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในรอบปี ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้ถูกสร้างขึ้น ซึ่งผสมผสานวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ด้านอวกาศและเวลาเข้ากับทฤษฎีแรงโน้มถ่วง ในแง่ของขนาดของการปฏิวัติที่ไอน์สไตน์ทำได้ในวิชาฟิสิกส์ เขามักจะถูกเปรียบเทียบกับนิวตัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GTR) เป็นทฤษฎีทางกายภาพของกาลอวกาศและแรงโน้มถ่วง โดยมีพื้นฐานอยู่บนหลักการทดลองเรื่องความสมมูลของมวลความโน้มถ่วงและมวลเฉื่อย และสมมติฐานของความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างมวลกับผลกระทบของความโน้มถ่วงที่เกิดขึ้น

หลักการพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ความจำเป็นในการใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพแรงโน้มถ่วง ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันมีพื้นฐานอยู่บนแนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็นแรงในระยะไกลที่กระทำทันทีที่ระยะห่างใดๆ ธรรมชาติของการกระทำที่เกิดขึ้นทันทีทันใดนี้ไม่เข้ากันกับกระบวนทัศน์ภาคสนามของฟิสิกส์สมัยใหม่ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ซึ่งได้รับมาจากไอน์สไตน์ ปัวน์กาเร และลอเรนซ์ในปี 1905 ตามทฤษฎีนี้ ไม่มีข้อมูลใดสามารถแพร่กระจายได้เร็วกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ ด้วยหลักการของการไม่เปลี่ยนแปลงของกฎธรรมชาติ ซึ่งเป็นธรรมชาติสากลที่ไอน์สไตน์สันนิษฐานไว้ นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มต้น "การแสวงหาจอกศักดิ์สิทธิ์" ของทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่จะเข้ากันได้กับทฤษฎีนี้ ผลลัพธ์ของการค้นหาครั้งนี้คือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งมีพื้นฐานอยู่บนหลักการเอกลักษณ์ของมวลความโน้มถ่วงและมวลเฉื่อย

หลักการแห่งความเท่าเทียมกันของมวลความโน้มถ่วงและมวลเฉื่อย ในกลศาสตร์คลาสสิกของนิวตัน มีแนวคิดเรื่องมวลอยู่ 2 แนวคิด แนวคิดแรกหมายถึงกฎข้อที่สองของนิวตัน และแนวคิดที่สองเกี่ยวกับกฎความโน้มถ่วงสากล มวลเฉื่อยแรก (หรือเฉื่อย) คืออัตราส่วนของแรงที่ไม่โน้มถ่วงที่กระทำต่อร่างกายต่อความเร่ง มวลความโน้มถ่วงที่สอง (หรือที่บางครั้งเรียกว่าหนัก) เป็นตัวกำหนดแรงดึงดูดของวัตถุโดยวัตถุอื่นและแรงดึงดูดของวัตถุนั้นเอง โดยทั่วไปแล้ว มวลทั้งสองนี้จะถูกวัดดังที่เห็นได้จากคำอธิบายในการทดลองต่างๆ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเป็นสัดส่วนซึ่งกันและกันเลย สัดส่วนที่เข้มงวดทำให้เราสามารถพูดถึงมวลกายเดียวได้ในปฏิกิริยาที่ไม่ใช่แรงโน้มถ่วงและแรงโน้มถ่วง ด้วยการเลือกหน่วยที่เหมาะสม มวลเหล่านี้สามารถทำให้เท่ากันได้ บางครั้งหลักการความเท่าเทียมกันของมวลความโน้มถ่วงและมวลเฉื่อยเรียกว่าหลักการสมมูลแบบอ่อน อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นหลัก

GTR อวกาศ-เวลา และหลักการที่แข็งแกร่งของความเท่าเทียมกัน มักเชื่อกันอย่างไม่ถูกต้องว่าพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นหลักการของความเท่าเทียมกันของสนามโน้มถ่วงและสนามเฉื่อยซึ่งโดยปกติจะมีสูตรดังนี้: “ระบบทางกายภาพที่มีขนาดเล็กเพียงพอตั้งอยู่ ในสนามโน้มถ่วงนั้นแยกไม่ออกจากพฤติกรรมของระบบเดียวกันซึ่งอยู่ในกรอบอ้างอิงความเร่ง (สัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงเฉื่อย) ซึ่งจมอยู่ในอวกาศ-เวลาแบนของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ” บางครั้งหลักการเดียวกันนี้ถูกตั้งสมมติฐานว่าเป็น "ความถูกต้องเฉพาะจุดของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ" หรือเรียกว่า "หลักการสมมูลอย่างเข้มข้น"

ในอดีต หลักการนี้มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป และไอน์สไตน์ใช้ในการพัฒนาทฤษฎีนี้ อย่างไรก็ตาม ในรูปแบบสุดท้ายของทฤษฎีนั้นไม่มีอยู่จริง เนื่องจากกาล-อวกาศ ทั้งในความเร่งและในกรอบอ้างอิงดั้งเดิมในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ มีลักษณะแบนไม่โค้ง และในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป มันโค้งไปตามวัตถุใดๆ และความโค้งของมันเองที่ทำให้เกิดแรงดึงดูดจากแรงโน้มถ่วงของวัตถุ ในทำนองเดียวกัน ชื่อ "ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป" ก็ไม่ถูกต้องทั้งหมด นี่เป็นเพียงหนึ่งในหลายทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่นักฟิสิกส์กำลังพิจารณาอยู่ ในขณะที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไปโดยชุมชนวิทยาศาสตร์ และเป็นรากฐานสำคัญของพื้นฐานของฟิสิกส์สมัยใหม่

ความสำคัญของ GTR สำหรับภาพทางกายภาพสมัยใหม่ของโลก หาก SRT เชื่อมโยงอวกาศและเวลาเข้าด้วยกัน GRT จะสร้างการเชื่อมต่อแบบไตรลักษณ์: อวกาศ-เวลา-เรื่อง ไอน์สไตน์อธิบายสาระสำคัญของการเชื่อมโยงนี้เองว่า “เคยเชื่อกันว่าหากสสารทั้งหมดหายไปจากจักรวาล พื้นที่และเวลาก็จะยังคงอยู่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพระบุว่าเมื่อรวมกับสสารทั้งอวกาศและเวลาจะหายไป” หาก STR เชื่อมโยงอวกาศและเวลาเข้าด้วยกัน GRT จะสร้างการเชื่อมต่อแบบสามส่วน: อวกาศ-เวลา-เรื่อง ไอน์สไตน์อธิบายสาระสำคัญของการเชื่อมโยงนี้เองว่า “เคยเชื่อกันว่าหากสสารทั้งหมดหายไปจากจักรวาล พื้นที่และเวลาก็จะยังคงอยู่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพระบุว่าเมื่อรวมกับสสารทั้งอวกาศและเวลาจะหายไป” ทฤษฎีสัมพัทธภาพได้ละทิ้งแนวคิดเกี่ยวกับอวกาศ เวลา และสสารที่มีอยู่ในฟิสิกส์คลาสสิกโดยสิ้นเชิง การวัดทั้งหมดในอวกาศและเวลาไม่เพียงสัมพันธ์กันเท่านั้น (เนื่องจากขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของผู้สังเกต) แต่ยังรวมถึงโครงสร้างของกาล-เวลาด้วย ซึ่งถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของสสารในจักรวาล และเนื่องจากสสารมีการกระจายไม่เท่ากันในจักรวาล พื้นที่จึงโค้งงอและเวลาจึงไหลด้วยความเร็วต่างกันในส่วนต่างๆ ของจักรวาล ทฤษฎีสัมพัทธภาพได้ละทิ้งแนวคิดเกี่ยวกับอวกาศ เวลา และสสารที่มีอยู่ในฟิสิกส์คลาสสิกโดยสิ้นเชิง การวัดทั้งหมดในอวกาศและเวลาไม่เพียงสัมพันธ์กันเท่านั้น (เนื่องจากขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของผู้สังเกต) แต่ยังรวมถึงโครงสร้างของกาล-เวลาด้วย ซึ่งถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของสสารในจักรวาล และเนื่องจากสสารมีการกระจายไม่เท่ากันในจักรวาล พื้นที่จึงโค้งงอและเวลาจึงไหลด้วยความเร็วต่างกันในส่วนต่างๆ ของจักรวาล

ผลที่ตามมาหลักของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ผลที่ตามมาจากการทำนายและการตรวจสอบเชิงทดลองครั้งแรกของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเป็นผลคลาสสิกสามประการ ดังรายการด้านล่างตามลำดับเวลาของการตรวจสอบครั้งแรก: 1. การเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมในจุดใกล้ดวงอาทิตย์สุดลูกหูลูกตาของวงโคจรของดาวพุธเมื่อเปรียบเทียบกับการทำนายจากนิวตัน กลศาสตร์. 2. การโก่งตัวของลำแสงในสนามโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ 3. แรงโน้มถ่วงสีแดงหรือสิ่งที่เหมือนกันคือการขยายเวลาในสนามโน้มถ่วง

ปัญหาของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ปัญหาของพลังงาน เนื่องจากพลังงานจากมุมมองของฟิสิกส์คณิตศาสตร์เป็นปริมาณที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้เนื่องจากความเป็นเนื้อเดียวกันของเวลา และในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ต่างจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ กล่าวโดยทั่วไป เวลาเป็นเนื้อเดียวกัน กฎการอนุรักษ์พลังงานสามารถแสดงได้ใน GTR เป็นเพียงท้องถิ่นเท่านั้น นั่นคือใน GTR ไม่มีปริมาณดังกล่าวเทียบเท่ากับพลังงานใน STR ในลักษณะที่ว่าอินทิกรัลของมันเหนืออวกาศจะถูกรักษาไว้เมื่อเคลื่อนที่ผ่านกาลเวลา GTR และฟิสิกส์ควอนตัม ปัญหาหลักของ GTR จากมุมมองสมัยใหม่คือความเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างแบบจำลองสนามควอนตัมด้วยวิธีที่เป็นที่ยอมรับ ความยากในการใช้โปรแกรมสำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นมีสามประการ ประการแรก การเปลี่ยนจากคลาสสิกไปเป็นควอนตัมแฮมิลตันนั้นคลุมเครือ เนื่องจากตัวดำเนินการของตัวแปรไดนามิกไม่ได้สับเปลี่ยนกัน ประการที่สองสนามโน้มถ่วงเป็นประเภทของสนามที่มีการเชื่อมต่อซึ่งโครงสร้างของสเปซเฟสคลาสสิกอยู่แล้วนั้นค่อนข้างซับซ้อนและการหาปริมาณด้วยวิธีที่ตรงที่สุดนั้นเป็นไปไม่ได้ ประการที่สาม ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ไม่มีทิศทางของเวลาที่ชัดเจน ซึ่งทำให้ยากต่อการแยกมันออกจากกัน และก่อให้เกิดปัญหาในการตีความผลลัพธ์ที่ได้

การทดลองที่ยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป การทดสอบหลักการสมมูล เนื่องจากทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ตั้งอยู่บนหลักการสมมูล การทดสอบด้วยความแม่นยำสูงสุดที่เป็นไปได้จึงเป็นงานทดลองที่สำคัญที่สุด L. Eotvos ใช้เครื่องชั่งแบบบิดได้พิสูจน์ความถูกต้องของหลักการสมมูลด้วยความแม่นยำ 10 -8, R. Dicke และเพื่อนร่วมงานของเขานำความแม่นยำมาสู่ และ V.B. Braginsky และพนักงานของเขา - มากถึง

การโก่งตัวของรังสีแสงในสนามดวงอาทิตย์ หนึ่งในการยืนยันการทดลองทางอ้อมของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคือการโก่งตัวของรังสีแสงในสนามดวงอาทิตย์ จากการทดลองพบว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีปฏิกิริยาโต้ตอบกับสนามโน้มถ่วง เราวัดเวลาที่เราไม่ได้เห็นดาวดวงนี้ (การทดลองเหล่านี้เกิดขึ้นระหว่างสุริยุปราคาเต็มดวง) และแยกมุมของลำแสงออกจากเส้นตรง จากทฤษฎี มุมโก่งของดวงอาทิตย์เท่ากับ: รัศมีความโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์อยู่ที่ไหน พารามิเตอร์การกระแทก (ในการทดลองนี้ จะเท่ากับรัศมีของดวงอาทิตย์โดยประมาณ)

ความล่าช้าของสัญญาณในสนามดวงอาทิตย์ การทดลองทางอ้อมอีกประการหนึ่งที่ยืนยันทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคือการหน่วงเวลาของสัญญาณในสนามดวงอาทิตย์ สัญญาณจะถูกส่งไปยังดาวศุกร์และเวลาที่สัญญาณกลับมาถึงจะถูกบันทึกไว้ ค่าของเวลาที่สัญญาณเดินทางกลับไปกลับมาในสนามของดวงอาทิตย์ (วัตถุโน้มถ่วงบิดเบือนอวกาศ-เวลา) จะแตกต่างจากค่าหากไม่มีดวงอาทิตย์ (พื้นที่ว่าง - ไม่มีการบิดเบือน)

เป็นเวลากว่า 80 ปีแล้วที่ทฤษฎีของไอน์สไตน์ได้แสดงให้เห็นถึงความกลมกลืนที่ไม่ธรรมดา ความประหยัดในการก่อสร้าง และความสวยงาม ในขณะนี้ มีการทดลองและการสังเกตมากมายที่ยืนยันความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ และไม่มีปรากฏการณ์ทางกายภาพที่สังเกตได้ซึ่งขัดแย้งกับทฤษฎีดังกล่าว ดังนั้นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจึงมีแนวโน้มที่จะเป็นจริงมากกว่าไม่จริง การทำงานกับทฤษฎีนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย ไอน์สไตน์เขียนว่า: “ในแง่ของความรู้ที่บรรลุแล้ว ความสำเร็จนี้หรือความสำเร็จนั้นดูเหมือนเกือบจะปรากฏชัดในตัวเอง และนักเรียนที่มีความรู้ไม่มากก็น้อยสามารถเข้าใจแก่นแท้ของความรู้นั้นได้โดยไม่ยาก แต่หลายปีของการค้นหาอันเหน็ดเหนื่อยในความมืด เต็มไปด้วยความปรารถนาอันแรงกล้าต่อความจริง ความมั่นใจและความผิดหวังที่สลับกัน และท้ายที่สุด การตีพิมพ์ผลงาน - มีเพียงผู้ที่มีประสบการณ์ทั้งหมดนี้เท่านั้นที่จะเข้าใจสิ่งนี้”

รีวิว

หนึ่งร้อย

จากประวัติความเป็นมาของสถานีบริการ

จี.เอ. ลอเรนซ์

แนวคิดพื้นฐานของการรฟท.

1 หลักสัมพัทธภาพ

2 หลักสัมพัทธภาพ

หนึ่งร้อย

ตัวอย่าง.

คำอธิบายความขัดแย้ง

การบ้าน.

เชิงนามธรรม

คำอธิบายสไลด์:

ความงาม

จิตวิทยา

เด็ก

ความสัมพันธ์

ผม

แฟชั่นและสไตล์

แต่งหน้า

ตระกูล