ทฤษฎีทั่วไปและทฤษฎีพิเศษของไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไป

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ . ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (SRT) ซึ่งตีพิมพ์โดยไอน์สไตน์ในปี ค.ศ. 1905 อธิบายถึงกระบวนการและปรากฏการณ์สัมพัทธภาพ และปรากฏออกมาด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง เพื่อสร้าง SRT ไอน์สไตน์เอา สองสมมุติฐาน: 1) ความเร็วของแสงในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมดยังคงที่ 2) กฎแห่งธรรมชาติในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมดเป็นค่าคงที่ (เหมือนกัน) นอกจากนี้ เขายังใช้การเปลี่ยนแปลงของนักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวดัตช์ เฮนดริก ลอเรนซ์.

ความสัมพันธ์ของอวกาศและเวลา แสดงในกาลอวกาศสี่มิติ ความสัมพันธ์นี้สะท้อนให้เห็นอย่างชัดเจนในสูตรสำหรับระยะทางระหว่างสองเหตุการณ์ใน สี่มิติช่องว่าง:

โดยที่ - เวลา ∆ℓ - ระยะห่างระหว่างจุดสองจุดใน สามมิติช่องว่าง.

การเปลี่ยนแปลง ลอเรนซ์ยังมีความสัมพันธ์ระหว่างอวกาศและเวลาในรูปแบบของความสัมพันธ์ระหว่างพิกัดของระบบอ้างอิงที่ไม่เคลื่อนที่ (K) และการเคลื่อนที่ (K 1) х 1 = γּ(х─ ) และ t 1 = γּ(t─ ) ที่ไหน γ = 1/- เรียกว่า สัมประสิทธิ์สัมพัทธภาพ. Lorentz พบนิพจน์สำหรับ γ โดยพิจารณาจากความเป็นเส้นตรงของการเปลี่ยนแปลงและความคงตัวของความเร็วของแสงในการเคลื่อนที่ (K 1) และเฟรมอ้างอิงที่ไม่เคลื่อนที่ (K)

โดยใช้การแปลงลอเรนซ์ ไอน์สไตน์สร้างสัมพัทธภาพทั่วไปตามความยาวของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ หดตัวตามกฎหมาย:

มวลของร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว ลุกขึ้นตามกฎหมาย:

กาลเวลาเคลื่อนผ่านนาฬิกา ช้าลงตามกฎหมาย:

τ = τ 0 ּ ,

ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงการขยายเวลาเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงให้ชัดเจนยิ่งขึ้น สมมติว่ายานอวกาศเริ่มด้วยความเร็ว 0.99 กม./วินาที และกลับมาหลังจาก 50 ปี ตามการรฟท. ตามนาฬิกาของนักบินอวกาศ เที่ยวบินนี้ใช้เวลาเพียงหนึ่งปี หากนักบินอวกาศอายุ 20 ปีทิ้งลูกชายที่เพิ่งเกิดใหม่บนโลก ลูกชายวัย 50 ปีก็จะได้พบกับพ่ออายุ 21 ปี

ใน SRT ได้สูตรต่อไปนี้มาแทนที่ กฎการรวมความเร็ว:

1 = (+u)/(1+u/c2) ,

ถ้าร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง =ซ.และกรอบอ้างอิงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง u= คจากนั้นเราได้รับ: 1 = กับ. ดังนั้นความเร็วของแสงจึงคงที่โดยไม่คำนึงถึงความเร็วของกรอบอ้างอิง

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป . ในกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง หลักการของความเฉื่อยหรือกฎของกลศาสตร์ไม่เป็นจริง จำเป็นต้องสร้างทฤษฎีที่อธิบายการเคลื่อนที่ของวัตถุในกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย Einstein ทำงานนี้สำเร็จด้วยการสร้าง ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป(อปท.).

ในGR ไอน์สไตน์ขยายหลักการของสัมพัทธภาพไปยังกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย มันเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่ามวลแรงโน้มถ่วงและแรงเฉื่อยของร่างกายมีค่าเท่ากัน ย้อนกลับไปในปี 1890 นักฟิสิกส์ชาวฮังการี L. Eötvöshemความเท่าเทียมกันของมวลแรงโน้มถ่วงและแรงเฉื่อยของร่างกายสูงถึง 10 -9 ได้รับการยืนยันด้วยความแม่นยำสูง ข้อความเกี่ยวกับความเท่าเทียมกันของมวลโน้มถ่วงและมวลเฉื่อยนี้ถือเป็นพื้นฐานของ GR

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปพบว่าพื้นที่ใกล้กับความเข้มข้นของมวล บิดเบี้ยวและมีลักษณะของพื้นที่รีมันน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปแทนที่กฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตันด้วยกฎสัมพัทธภาพความโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ ซึ่งกฎของนิวตันจะปฏิบัติตามในบางกรณี ในปี พ.ศ. 2462 และ พ.ศ. 2465 เรียนในช่วงสุริยุปราคา การโก่งตัวของลำแสงมาจากดาวที่ห่างไกล จากความตรงในสนามโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ การทดลองได้แสดงให้เห็น ความโค้งของอวกาศใกล้ดวงอาทิตย์จึงพิสูจน์ความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอธิบายกฎความโน้มถ่วงว่าเป็นผลของสสารต่อคุณสมบัติของอวกาศและเวลา และคุณสมบัติของพื้นที่และเวลาส่งผลต่อกระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้น ดังนั้นการเคลื่อนที่ของจุดวัสดุในพื้นที่สี่มิติจึงเกิดขึ้นตามแนวเส้นเรขาคณิตของพื้นที่ส่วนโค้ง ดังนั้น สมการการเคลื่อนที่ของจุดวัสดุจึงอธิบายเส้นพิกัดของพื้นที่โค้ง ไอน์สไตน์พบสมการนี้ มันประกอบด้วย 10 สมการ. ในสมการเหล่านี้ สนามโน้มถ่วงอธิบายโดยใช้ศักย์สนาม 10 อย่าง เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปนั้นซับซ้อน ปัญหาเกือบทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปยังไม่ได้รับการแก้ไข ยกเว้นปัญหาที่ง่ายที่สุด ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามทำความเข้าใจความหมายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ หรือที่รู้จักในชื่อทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ เป็นแบบจำลองเชิงพรรณนาที่ซับซ้อนสำหรับความสัมพันธ์ระหว่างกาลอวกาศ การเคลื่อนไหว และกฎของกลศาสตร์ สร้างขึ้นในปี 1905 โดย Albert Einstein ผู้ได้รับรางวัลโนเบล

เมื่อเข้าสู่ภาควิชาฟิสิกส์ทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยมิวนิก Max Planck ได้ขอคำแนะนำจากศาสตราจารย์ Philipp von Jolly ซึ่งในเวลานั้นรับผิดชอบภาควิชาคณิตศาสตร์ของมหาวิทยาลัยแห่งนี้ ซึ่งเขาได้รับคำแนะนำว่า "ในพื้นที่นี้ เกือบทุกอย่างเปิดอยู่แล้ว และเหลือเพียงเพื่อปิดปัญหาที่ไม่สำคัญมาก" Young Planck ตอบว่าเขาไม่ต้องการค้นพบสิ่งใหม่ แต่ต้องการเพียงเข้าใจและจัดระบบความรู้ที่รู้จักอยู่แล้ว ผลที่ตามมาก็คือ จาก "ปัญหาที่ไม่สำคัญมาก" อย่างใดอย่างหนึ่งจึงเกิดขึ้น ทฤษฎีควอนตัม และจากอีกปัญหาหนึ่ง - ทฤษฎีสัมพัทธภาพ ซึ่ง Max Planck และ Albert Einstein ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์

ทฤษฎีของไอน์สไตน์แตกต่างจากทฤษฎีอื่นๆ มากมายที่อาศัยการทดลองทางกายภาพ ทฤษฎีของไอน์สไตน์มีพื้นฐานมาจากการทดลองทางความคิดของเขาเกือบทั้งหมด และต่อมาได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติเท่านั้น ย้อนกลับไปในปี พ.ศ. 2438 (ตอนอายุเพียง 16 ปี) เขาคิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าเขาเคลื่อนที่ขนานไปกับลำแสงด้วยความเร็วของมัน ในสถานการณ์เช่นนี้ ปรากฏว่าสำหรับผู้สังเกตภายนอก อนุภาคของแสงควรแกว่งไปมารอบ ๆ จุด ซึ่งขัดแย้งกับสมการของแมกซ์เวลล์และหลักการสัมพัทธภาพ (ซึ่งระบุว่ากฎทางกายภาพไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าคุณอยู่ที่ไหนและความเร็ว ที่คุณเคลื่อนไหว) ดังนั้นไอน์สไตน์อายุน้อยจึงได้ข้อสรุปว่าความเร็วของแสงไม่น่าจะบรรลุได้สำหรับวัตถุและอิฐก้อนแรกถูกวางบนพื้นฐานของทฤษฎีในอนาคต

การทดลองครั้งต่อไปดำเนินการโดยเขาในปี ค.ศ. 1905 และประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าที่ปลายรถไฟที่กำลังเคลื่อนที่มีแหล่งกำเนิดแสงพัลซิ่งสองแห่งที่จุดไฟในเวลาเดียวกัน สำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอกที่เดินผ่านรถไฟ เหตุการณ์ทั้งสองนี้เกิดขึ้นพร้อมกัน อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ตรงกลางรถไฟ เหตุการณ์เหล่านี้ดูเหมือนจะเกิดขึ้นคนละเวลาตั้งแต่แสงวาบจากจุดเริ่มต้น ของรถจะมาเร็วกว่าจุดสิ้นสุดของมัน (เนื่องจากความเร็วแสงคงที่)

จากสิ่งนี้ เขาได้ข้อสรุปที่ชัดเจนและกว้างไกลว่าเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นพร้อมกันนั้นสัมพันธ์กัน เขาตีพิมพ์การคำนวณที่ได้รับจากการทดลองเหล่านี้ในงาน "On the Electrodynamics of Moving Bodies" ในกรณีนี้ สำหรับผู้สังเกตที่กำลังเคลื่อนที่ หนึ่งในพัลส์เหล่านี้จะมีพลังงานมากกว่าอีกพัลส์ เพื่อไม่ให้กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมถูกละเมิดในสถานการณ์เช่นนี้ระหว่างการเปลี่ยนจากกรอบอ้างอิงเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกกรอบหนึ่ง จำเป็นที่วัตถุจะต้องสูญเสียมวลไปพร้อม ๆ กับการสูญเสียพลังงานด้วย ดังนั้นไอน์สไตน์จึงได้คิดค้นสูตรที่แสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่างมวลและพลังงาน E = mc 2 ซึ่งอาจจะเป็นสูตรทางกายภาพที่มีชื่อเสียงที่สุดในขณะนี้ ผลการทดลองนี้เผยแพร่โดยเขาในปีนั้น

สัจพจน์พื้นฐาน

ความคงตัวของความเร็วแสง- ในปี พ.ศ. 2450 ได้ทำการทดลองเพื่อวัดด้วยความแม่นยำ ± 30 กม. / วินาที (ซึ่งมากกว่าความเร็วของวงโคจรของโลก) ซึ่งไม่ได้เปิดเผยการเปลี่ยนแปลงในระหว่างปี นี่เป็นข้อพิสูจน์ครั้งแรกของความแปรปรวนของความเร็วแสง ซึ่งต่อมาได้รับการยืนยันจากการทดลองอื่นๆ อีกมากมาย ทั้งโดยผู้ทดลองบนโลกและอุปกรณ์อัตโนมัติในอวกาศ

หลักการสัมพัทธภาพ– หลักการนี้กำหนดความไม่แปรผันของกฎทางกายภาพ ณ จุดใดๆ ในอวกาศและในกรอบอ้างอิงเฉื่อยใดๆ นั่นคือไม่ว่าคุณจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 30 กม. / วินาทีในวงโคจรของดวงอาทิตย์พร้อมกับโลกหรือใน ยานอวกาศเกินขอบเขตของมัน - โดยการตั้งค่าการทดสอบทางกายภาพ คุณจะได้พบกับผลลัพธ์เดียวกันเสมอ (หากเรือของคุณไม่เร่งหรือลดความเร็วในขณะนั้น) หลักการนี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองทั้งหมดบนโลก และไอน์สไตน์ถือว่าหลักการนี้เป็นจริงสำหรับส่วนที่เหลือของจักรวาลเช่นกัน

ผลที่ตามมา

จากการคำนวณตามสมมติฐานทั้งสองนี้ Einstein ได้ข้อสรุปว่าเวลาสำหรับผู้สังเกตการณ์ที่เคลื่อนที่ในเรือควรช้าลงด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นและตัวเขาเองพร้อมกับเรือควรลดขนาดในทิศทางของการเคลื่อนไหว (ตามลำดับ เพื่อชดเชยผลกระทบของการเคลื่อนไหวและสังเกตหลักการสัมพัทธภาพ) จากเงื่อนไขความจำกัดของความเร็วของวัตถุนั้น มันก็เป็นไปตามกฎสำหรับการเพิ่มความเร็ว (ซึ่งมีรูปแบบเลขคณิตอย่างง่ายในกลศาสตร์ของนิวตัน) ควรแทนที่ด้วยการแปลงแบบลอเรนซ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น - ในกรณีนี้ แม้ว่าเราจะบวกสอง ความเร็วถึง 99% ของความเร็วแสง เราจะได้ 99.995% ของความเร็วนี้ แต่จะไม่เกินความเร็วนั้น

สถานะของทฤษฎี

เนื่องจากไอน์สไตน์ใช้เวลาเพียง 11 ปีในการสร้างเวอร์ชันทั่วไปจากทฤษฎีใดทฤษฎีหนึ่ง จึงไม่มีการทดลองใดๆ เพื่อยืนยัน SRT โดยตรง อย่างไรก็ตาม ในปีเดียวกับที่มีการตีพิมพ์ ไอน์สไตน์ยังได้ตีพิมพ์การคำนวณของเขาด้วย ซึ่งอธิบายการเปลี่ยนแปลงของขอบฟ้าของดาวพุธเป็นเศษส่วนของเปอร์เซ็นต์ โดยไม่ต้องใช้ค่าคงที่ใหม่และสมมติฐานอื่นๆ ที่ทฤษฎีอื่นๆ จำเป็นต้องอธิบายกระบวนการนี้ ตั้งแต่นั้นมา ความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้รับการยืนยันจากการทดลองด้วยความแม่นยำ 10 -20 และมีการค้นพบมากมายบนพื้นฐานของมัน ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงความถูกต้องของทฤษฎีนี้อย่างชัดเจน

แชมป์เปี้ยนชิพ

เมื่อไอน์สไตน์ตีพิมพ์บทความแรกของเขาเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและเริ่มเขียนฉบับทั่วไป นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้ค้นพบส่วนสำคัญของสูตรและแนวคิดที่เป็นรากฐานของทฤษฎีนี้แล้ว สมมติว่าการเปลี่ยนแปลงแบบลอเรนซ์ในรูปแบบทั่วไปเกิดขึ้นครั้งแรกโดย Poincaré ในปี 1900 (5 ปีก่อน Einstein) และได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่ Hendrik Lorentz ผู้ซึ่งได้รับแบบจำลองโดยประมาณของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ แม้ว่าในบทบาทนี้ Voldemar Vogt ก็ยังนำหน้า เขา.

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการพัฒนาเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 โดยความพยายามของ G. A. Lorentz, A. Poincaré และ A. Einstein

สัจธรรมของไอน์สไตน์

รฟท. ได้มาอย่างสมบูรณ์ที่ระดับความรุนแรงทางกายภาพจากสองสมมุติฐาน (สมมติฐาน):

หลักการสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์นั้นใช้ได้จริง ซึ่งเป็นการขยายหลักการสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ

ความเร็วของแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของแหล่งกำเนิดแสงในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด

การตรวจสอบเชิงทดลองของสมมุติฐานของ SRT ถูกขัดขวางโดยปัญหาที่มีลักษณะทางปรัชญา: ความเป็นไปได้ในการเขียนสมการของทฤษฎีใดๆ ในรูปแบบที่ไม่เปลี่ยนแปลง โดยไม่คำนึงถึงเนื้อหาทางกายภาพ และความซับซ้อนของการตีความแนวคิดเรื่อง "ความยาว" , "เวลา" และ "กรอบอ้างอิงเฉื่อย" ในเงื่อนไขของผลกระทบเชิงสัมพันธ์

สาระสำคัญของ SRT

ผลที่ตามมาของสมมุติฐานของ SRT คือการแปลงแบบลอเรนซ์ ซึ่งมาแทนที่การแปลงแบบกาลิเลียนสำหรับการเคลื่อนไหว "แบบคลาสสิก" ที่ไม่สัมพันธ์กัน การแปลงเหล่านี้เชื่อมโยงพิกัดและเวลาของเหตุการณ์เดียวกันที่สังเกตได้จากกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่แตกต่างกัน

พวกเขาเป็นผู้อธิบายเอฟเฟกต์ที่มีชื่อเสียงเช่นการชะลอเวลาและลดความยาวของวัตถุที่เคลื่อนไหวเร็วการมีอยู่ของความเร็วที่ จำกัด ของร่างกาย (ซึ่งเป็นความเร็วของแสง) ทฤษฎีสัมพัทธภาพของแนวคิดเรื่องพร้อมกัน (เหตุการณ์สองเหตุการณ์เกิดขึ้นพร้อมกันตามนาฬิกาในกรอบอ้างอิงเดียว แต่ ณ จุดต่างๆ ในเวลาตามชั่วโมงในระบบอ้างอิงอื่น)

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการยืนยันจากการทดลองมากมาย และไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นทฤษฎีที่ถูกต้องในด้านความเกี่ยวข้อง ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษหยุดทำงานในระดับของจักรวาลทั้งหมด เช่นเดียวกับในกรณีของสนามโน้มถ่วงอย่างแรง ซึ่งมันถูกแทนที่ด้วยทฤษฎีทั่วไปที่มากกว่า - ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษยังสามารถใช้ได้ในพิภพเล็ก การสังเคราะห์ด้วยกลศาสตร์ควอนตัมเป็นทฤษฎีสนามควอนตัม

ความคิดเห็น

เช่นเดียวกับในกรณีของกลศาสตร์ควอนตัม การทำนายมากมายของทฤษฎีสัมพัทธภาพนั้นขัดกับสัญชาตญาณ ดูเหมือนเหลือเชื่อและเป็นไปไม่ได้ อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพผิด ในความเป็นจริง เรามองเห็น (หรือต้องการเห็น) โลกรอบตัวเราอย่างไรและเป็นอย่างไรอาจแตกต่างกันมาก นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกพยายามหักล้าง SRT มานานกว่าศตวรรษ ความพยายามเหล่านี้ไม่สามารถพบข้อบกพร่องแม้แต่น้อยในทฤษฎี ความจริงที่ว่าทฤษฎีนั้นถูกต้องทางคณิตศาสตร์นั้นพิสูจน์ได้จากรูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวดและความชัดเจนของสูตรทั้งหมด ความจริงที่ว่า รฟท. อธิบายโลกของเราอย่างแท้จริงนั้นพิสูจน์ได้จากประสบการณ์การทดลองครั้งใหญ่ ผลที่ตามมามากมายของทฤษฎีนี้ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติ เห็นได้ชัดว่าความพยายามทั้งหมดในการ "หักล้าง SRT" นั้นถึงวาระที่จะล้มเหลวเพราะทฤษฎีนี้มีพื้นฐานอยู่บนสมมติฐานสามประการของกาลิเลโอ (ซึ่งค่อนข้างขยาย) บนพื้นฐานของกลไกของนิวตันที่สร้างขึ้น เช่นเดียวกับสมมติฐานเพิ่มเติมของ ความคงตัวของความเร็วแสงในทุกกรอบอ้างอิง ทั้งสี่ไม่ทำให้เกิดข้อสงสัยใด ๆ ในความแม่นยำสูงสุดของการวัดสมัยใหม่: ดีกว่า 10 - 12 และในบางแง่มุม - สูงถึง 10 - 15 นอกจากนี้ความแม่นยำของการตรวจสอบนั้นสูงมากจนความคงตัวของความเร็วแสง ถูกกำหนดให้เป็นพื้นฐานของคำจำกัดความของเมตร - หน่วยของความยาวซึ่งเป็นผลมาจากความเร็วของแสงจะคงที่โดยอัตโนมัติหากการวัดดำเนินการตามข้อกำหนดทางมาตรวิทยา

รฟท. อธิบายปรากฏการณ์ทางกายภาพที่ไม่เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงด้วยความแม่นยำสูงมาก แต่สิ่งนี้ไม่ได้ยกเว้นความเป็นไปได้ของการชี้แจงและเพิ่มเติม ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคือการปรับแต่ง SRT ที่คำนึงถึงปรากฏการณ์ความโน้มถ่วง การพัฒนาทฤษฎีควอนตัมยังคงดำเนินต่อไป และนักฟิสิกส์หลายคนเชื่อว่าทฤษฎีที่สมบูรณ์ในอนาคตจะตอบคำถามทุกข้อที่มีความหมายทางกายภาพ และจะให้ทั้ง SRT ร่วมกับทฤษฎีสนามควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปภายในขอบเขต เป็นไปได้มากว่า SRT จะต้องเผชิญกับชะตากรรมเดียวกันกับกลไกของนิวตัน - ขอบเขตของการบังคับใช้จะได้รับการระบุไว้อย่างถูกต้อง ในเวลาเดียวกัน ทฤษฏีทั่วไปอย่างสูงสุดดังกล่าวยังคงเป็นอนาคตที่ห่างไกล และไม่ใช่นักวิทยาศาสตร์ทุกคนที่เชื่อว่าการสร้างทฤษฎีนี้เป็นไปได้ด้วยซ้ำ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป(GR) เป็นทฤษฎีทางเรขาคณิตของแรงโน้มถ่วงที่ตีพิมพ์โดย Albert Einstein ในปี 1915-1916 ภายในกรอบของทฤษฎีนี้ ซึ่งเป็นการพัฒนาต่อไปของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ มีสมมติฐานว่าผลกระทบของแรงโน้มถ่วงไม่ได้เกิดจากแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุและสนามที่อยู่ในอวกาศ-เวลา แต่เกิดจากการเสียรูปของกาล-อวกาศ ตัวเองซึ่งเกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการมีอยู่ของมวลพลังงาน

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปัจจุบัน (2007) เป็นทฤษฎีความโน้มถ่วงที่ประสบความสำเร็จมากที่สุด ซึ่งได้รับการยืนยันอย่างดีจากการสังเกต ความสำเร็จครั้งแรกของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคือการอธิบายการเคลื่อนตัวผิดปกติของจุดใกล้สุดขอบฟ้าของดาวพุธ จากนั้นในปี 1919 อาร์เธอร์ เอดดิงตันได้รายงานการสังเกตการโก่งตัวของแสงใกล้ดวงอาทิตย์ในขณะนั้น สุริยุปราคาเต็มดวงซึ่งยืนยันการทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป นอกจากนี้ การสังเกตจำนวนมากยังถูกตีความว่าเป็นการยืนยันการทำนายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่ลึกลับและแปลกใหม่ที่สุดแห่งหนึ่ง นั่นคือการมีอยู่ของหลุมดำ

แม้จะประสบความสำเร็จอย่างล้นหลามของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แต่ก็มีเรื่องไม่สบายใจในชุมชนวิทยาศาสตร์ที่ไม่สามารถจัดรูปแบบใหม่ให้เป็นขีดจำกัดแบบคลาสสิกของทฤษฎีควอนตัมได้เนื่องจากการปรากฏตัวของความแตกต่างทางคณิตศาสตร์ที่เอาออกไม่ได้เมื่อพิจารณาถึงหลุมดำและภาวะเอกฐานกาลกาลอวกาศโดยทั่วไป เพื่อแก้ปัญหานี้ จำนวน ทฤษฎีทางเลือก. หลักฐานการทดลองในปัจจุบันบ่งชี้ว่าการเบี่ยงเบนประเภทใดก็ตามจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปควรมีขนาดเล็กมาก หากมีอยู่เลย

ไอน์สไตน์เริ่มค้นหาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่เข้ากันได้กับหลักการความไม่แปรปรวนของกฎธรรมชาติที่เกี่ยวกับกรอบอ้างอิงใดๆ ผลลัพธ์ของการค้นหานี้คือทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป โดยอาศัยหลักการของเอกลักษณ์ของมวลความโน้มถ่วงและมวลเฉื่อย

หลักความเท่าเทียมกันของมวลแรงโน้มถ่วงและแรงเฉื่อย

ในกลศาสตร์ของนิวตันแบบคลาสสิก มีแนวคิดเกี่ยวกับมวลอยู่สองแนวคิด: แนวคิดแรกหมายถึงกฎข้อที่สองของนิวตัน และแนวคิดที่สองคือกฎความโน้มถ่วงสากล มวลแรก - เฉื่อย (หรือเฉื่อย) - คืออัตราส่วน ไม่ใช่แรงโน้มถ่วงแรงที่กระทำต่อร่างกายเพื่อเร่งให้เร็วขึ้น มวลที่สองคือความโน้มถ่วง (หรือที่บางครั้งเรียกว่า หนัก) - กำหนดแรงดึงดูดของร่างกายโดยวัตถุอื่นและแรงดึงดูดของมันเอง โดยทั่วไปแล้ว มวลทั้งสองนี้ถูกวัด ดังที่เห็นได้จากคำอธิบาย ในการทดลองต่างๆ กัน ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเป็นสัดส่วนซึ่งกันและกันเลย สัดส่วนที่เข้มงวดทำให้เราสามารถพูดถึงมวลกายเดียวในปฏิสัมพันธ์ที่ไม่ใช่แรงโน้มถ่วงและแรงโน้มถ่วง โดยการเลือกหน่วยที่เหมาะสม มวลเหล่านี้สามารถสร้างให้เท่ากันได้

หลักการเคลื่อนที่ตามแนว geodesic

ถ้ามวลโน้มถ่วงเท่ากับมวลเฉื่อยพอดี ดังนั้นในนิพจน์ของการเร่งความเร็วของวัตถุซึ่งมีเพียงแรงโน้มถ่วงกระทำเท่านั้น มวลทั้งสองจะยกเลิก ดังนั้นความเร่งของร่างกายจึงทำให้วิถีโคจรไม่ขึ้นกับมวลและ โครงสร้างภายในร่างกาย. หากวัตถุทั้งหมดที่จุดเดียวกันในอวกาศได้รับการเร่งความเร็วเท่ากัน ความเร่งนี้สามารถเชื่อมโยงกับคุณสมบัติของวัตถุไม่ได้ แต่กับคุณสมบัติของพื้นที่เอง ณ จุดนี้

ดังนั้น คำอธิบายของปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุสามารถลดลงเป็นคำอธิบายของกาล-อวกาศที่วัตถุเคลื่อนที่ได้ เป็นเรื่องปกติที่จะสมมติเหมือนที่ไอน์สไตน์ทำ ว่าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเฉื่อย นั่นคือในลักษณะที่ความเร่งในกรอบอ้างอิงของพวกมันเองเป็นศูนย์ เส้นทางโคจรของร่างกายจะเป็นเส้น geodesic ซึ่งเป็นทฤษฎีที่นักคณิตศาสตร์พัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 19

การทดลองสมัยใหม่ยืนยันการเคลื่อนที่ของวัตถุตามแนว geodesic ด้วยความแม่นยำเช่นเดียวกับความเท่าเทียมกันของมวลแรงโน้มถ่วงและแรงเฉื่อย

ความโค้งของกาล-อวกาศ

หากวัตถุสองชิ้นถูกปล่อยจากจุดใกล้สองจุดขนานกัน ในสนามโน้มถ่วงวัตถุจะค่อยๆ เข้าใกล้หรือเคลื่อนตัวออกจากกัน ผลกระทบนี้เรียกว่าการเบี่ยงเบนของเส้น geodesic สามารถสังเกตผลกระทบที่คล้ายกันได้โดยตรงหากปล่อยลูกบอลสองลูกขนานกันบนเมมเบรนยางซึ่งมีวัตถุขนาดใหญ่วางอยู่ตรงกลาง ลูกบอลจะกระจายตัว: ลูกบอลที่อยู่ใกล้วัตถุที่ผลักผ่านเมมเบรนจะพุ่งเข้าหาจุดศูนย์กลางอย่างแรงกว่าลูกบอลที่อยู่ไกลออกไป ความคลาดเคลื่อนนี้ (ส่วนเบี่ยงเบน) เกิดจากความโค้งของเมมเบรน

ผลที่ตามมาของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

ตามหลักการโต้ตอบ ในสนามโน้มถ่วงที่อ่อน การทำนายของสัมพัทธภาพทั่วไปตรงกับผลของการใช้กฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตันด้วยการแก้ไขเล็กน้อยซึ่งจะเพิ่มขึ้นเมื่อความแรงของสนามเพิ่มขึ้น

ผลการทดลองที่ทำนายและตรวจสอบครั้งแรกของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคือผลคลาสสิกสามรายการที่แสดงด้านล่างใน ลำดับเวลาการตรวจสอบครั้งแรกของพวกเขา:

1. การเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมในแนวรัศมีของวงโคจรของดาวพุธเมื่อเทียบกับการคาดคะเนของกลศาสตร์ของนิวตัน
2. การโก่งตัวของลำแสงในสนามโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์
3. redshift ความโน้มถ่วงหรือการขยายเวลาในสนามโน้มถ่วง

ต้องดัดแปลงด้วยความเร็วของร่างกายใกล้เคียงกับความเร็วแสง นอกจากนี้ การแสดงออกของโมเมนตัมและพลังงานจลน์ของร่างกายมีการพึ่งพาความเร็วที่ซับซ้อนกว่าในกรณีที่ไม่สัมพันธ์กัน

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษได้รับการยืนยันจากการทดลองมากมายและเป็นทฤษฎีที่แท้จริงในด้านความเกี่ยวข้อง (ดู ฐานรากการทดลองของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ) ตามคำกล่าวอ้างของแอล เพจ “ในยุคของไฟฟ้า สมอหมุนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทุกเครื่องและมอเตอร์ไฟฟ้าทุกเครื่องประกาศอย่างไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อยถึงความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพ - คุณเพียงแค่ต้องสามารถฟังได้”

ธรรมชาติพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษสำหรับทฤษฎีทางกายภาพที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของมันได้นำไปสู่ความจริงที่ว่าคำว่า "ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ" นั้นแทบจะไม่ได้ใช้ในสมัยใหม่ บทความทางวิทยาศาสตร์มักจะพูดถึงความแปรปรวนเชิงสัมพันธ์ของทฤษฎีเดียวเท่านั้น

แนวคิดพื้นฐานและสมมติฐานของ SRT

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ เช่นเดียวกับทฤษฎีทางกายภาพอื่นๆ สามารถกำหนดสูตรบนพื้นฐานของแนวคิดพื้นฐานและสัจพจน์ (สัจพจน์) บวกกับกฎการโต้ตอบกับวัตถุทางกายภาพของมัน

แนวคิดพื้นฐาน

การซิงโครไนซ์เวลา

รฟท. คาดคะเนความเป็นไปได้ในการพิจารณาเวลาเพียงครั้งเดียวภายในกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่กำหนด ในการดำเนินการนี้ จะมีการแนะนำขั้นตอนการซิงโครไนซ์สำหรับนาฬิกาสองตัวที่จุดต่างๆ ของ ISO ให้ส่งสัญญาณ (ไม่จำเป็นต้องสว่าง) จากนาฬิกาแรกไปยังนาฬิกาที่สองด้วยความเร็วคงที่ ทันทีที่ถึงนาฬิกาที่สอง (ตามค่าที่อ่านได้ ณ เวลา t) สัญญาณจะถูกส่งกลับด้วยความเร็วคงที่เท่าเดิมและไปถึงนาฬิกาแรกในเวลา t นาฬิกาจะถือว่าซิงโครไนซ์หากความสัมพันธ์เป็นที่น่าพอใจ

สันนิษฐานว่าขั้นตอนดังกล่าวในกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่กำหนดสามารถดำเนินการได้สำหรับนาฬิกาใดๆ ที่อยู่กับที่ซึ่งสัมพันธ์กัน ดังนั้นคุณสมบัติของทรานซิติวิตีจึงใช้ได้: ถ้านาฬิกา อาตรงกับนาฬิกา บีและนาฬิกา บีตรงกับนาฬิกา คแล้วนาฬิกา อาและ คจะถูกซิงโครไนซ์ด้วย

หน่วยวัดความกลมกลืน

ในการทำเช่นนี้ จำเป็นต้องพิจารณาเฟรมเฉื่อยสามเฟรม S1, S2 และ S3 ให้ความเร็วของระบบ S2 เทียบกับระบบ S1 เป็น ความเร็วของระบบ S3 เทียบกับ S2 คือ และเทียบกับ S1 ตามลำดับ การเขียนลำดับของการแปลง (S2, S1), (S3, S2) และ (S3, S1) เราสามารถรับความเท่าเทียมกันดังต่อไปนี้:

การพิสูจน์

การแปลง (S2, S1) (S3, S2) มีรูปแบบ:

ที่ไหน ฯลฯ การทดแทนจากระบบแรกเป็นระบบที่สองให้:

ความเท่าเทียมกันที่สองคือบันทึกการเปลี่ยนแปลงระหว่างระบบ S3 และ S1 หากเราเปรียบสัมประสิทธิ์ที่ ในสมการแรกของระบบและ ณ ในสมการที่สอง ดังนั้น:

การหารสมการหนึ่งด้วยสมการอีกสมการหนึ่ง จะทำให้ได้อัตราส่วนที่ต้องการได้ง่าย

เนื่องจากความเร็วสัมพัทธ์ของกรอบอ้างอิงเป็นปริมาณตามอำเภอใจและเป็นอิสระ ดังนั้น ความเท่าเทียมกันนี้จะสำเร็จได้ก็ต่อเมื่ออัตราส่วนเท่ากับค่าคงที่บางค่า ซึ่งเท่ากันสำหรับกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด และดังนั้น .

การมีอยู่ของการแปลงผกผันระหว่าง IFR ซึ่งแตกต่างจากการเปลี่ยนแปลงทางตรงเท่านั้นโดยการเปลี่ยนเครื่องหมายของความเร็วสัมพัทธ์ ทำให้สามารถค้นหาฟังก์ชันได้

การพิสูจน์

สมมุติฐานความคงตัวของความเร็วแสง

บทบาทสำคัญทางประวัติศาสตร์ในการสร้าง SRT เล่นโดยสมมุติฐานที่สองของ Einstein ซึ่งระบุว่าความเร็วของแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของแหล่งกำเนิดและจะเหมือนกันในทุกกรอบอ้างอิงเฉื่อย ด้วยความช่วยเหลือของสมมติฐานนี้และหลักการของสัมพัทธภาพที่ทำให้ Albert Einstein ในปี 1905 ได้รับการแปลง Lorentz ด้วยค่าคงที่พื้นฐานที่มีความหมายถึงความเร็วของแสง จากมุมมองของการสร้างจริงของ SRT ที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น สมมุติฐานที่สองของไอน์สไตน์กลายเป็นทฤษฎีบทของทฤษฎีและติดตามโดยตรงจากการแปลงลอเรนซ์ (ดู การเพิ่มความสัมพันธ์ของความเร็ว) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความสำคัญทางประวัติศาสตร์ การดัดแปลงแบบลอเรนซ์ดังกล่าวจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวรรณกรรมเพื่อการศึกษา

ควรสังเกตว่าโดยทั่วไปแล้วไม่จำเป็นต้องมีสัญญาณไฟเมื่อทำการยืนยัน รฟท. แม้ว่าความไม่แปรผันของสมการของแมกซ์เวลล์ในส่วนที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของกาลิลีจะนำไปสู่การสร้าง SRT แต่สมการหลังมีลักษณะทั่วไปมากกว่าและใช้ได้กับปฏิสัมพันธ์และกระบวนการทางกายภาพทุกประเภท ค่าคงที่พื้นฐานที่เกิดขึ้นในการแปลงแบบลอเรนซ์มีความหมายของการจำกัดความเร็วของการเคลื่อนที่ของวัตถุ ในเชิงตัวเลข มันเกิดขึ้นพร้อมกับความเร็วของแสง แต่ความจริงข้อนี้เกี่ยวข้องกับความไร้มวลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า แม้ว่าโฟตอนจะมีมวลไม่เท่ากับศูนย์ การแปลงแบบลอเรนซ์ก็จะไม่เปลี่ยนจากสิ่งนี้ ดังนั้นจึงควรแยกความแตกต่างระหว่างความเร็วพื้นฐานกับความเร็วของแสง ค่าคงที่แรกสะท้อน คุณสมบัติทั่วไปพื้นที่และเวลาในขณะที่ส่วนที่สองเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของปฏิสัมพันธ์เฉพาะ ในการวัดความเร็วพื้นฐาน ไม่จำเป็นต้องทำการทดลองอิเล็กโทรไดนามิก ตัวอย่างเช่น การใช้กฎสัมพัทธภาพสำหรับการเพิ่มความเร็วตามค่าความเร็วของวัตถุที่สัมพันธ์กับ ISO สองชุด ก็เพียงพอแล้ว เพื่อให้ได้ค่าความเร็วพื้นฐาน .

ความสม่ำเสมอของทฤษฎีสัมพัทธภาพ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพเป็นทฤษฎีที่สอดคล้องกันตามตรรกะ ซึ่งหมายความว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะสรุปการยืนยันบางอย่างจากตำแหน่งเริ่มต้นพร้อมกับการปฏิเสธตามหลักเหตุผล ดังนั้นสิ่งที่เรียกว่าบุคคลที่ผิดธรรมดาจำนวนมาก (เช่น ความขัดแย้งคู่) จึงปรากฏชัด สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นจากการประยุกต์ใช้ทฤษฎีอย่างไม่ถูกต้องกับปัญหาบางอย่าง และไม่ได้เกิดจากความไม่สอดคล้องเชิงตรรกะของรฟท.

ความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพก็เหมือนกับทฤษฎีฟิสิกส์อื่นๆ นอกจากนี้ ความสอดคล้องเชิงตรรกะของ รฟท. สามารถพิสูจน์ได้ด้วยสัจพจน์ ตัวอย่างเช่น ภายในแนวทางแบบกลุ่ม การแปลงแบบลอเรนซ์สามารถได้มาจากเซตย่อยของสัจพจน์ของกลศาสตร์แบบคลาสสิก ข้อเท็จจริงนี้ช่วยลดการพิสูจน์ความสอดคล้องของ SRT ไปสู่การพิสูจน์ความสอดคล้องของกลไกคลาสสิก แท้จริงแล้ว หากผลที่ตามมาของระบบสัจพจน์ที่กว้างขึ้นมีความสอดคล้องกัน ผลนั้นก็จะยิ่งสอดคล้องกันมากขึ้นหากใช้สัจพจน์เพียงบางส่วนเท่านั้น จากมุมมองของตรรกะ ความขัดแย้งอาจเกิดขึ้นเมื่อมีการเพิ่มสัจพจน์ใหม่เข้ากับสัจพจน์ที่มีอยู่ซึ่งไม่สอดคล้องกับสัจพจน์เดิม ในการสร้างจริงของ รฟท. ที่อธิบายไว้ข้างต้น สิ่งนี้ไม่เกิดขึ้น ดังนั้น รฟท. จึงเป็นทฤษฎีที่สอดคล้องกัน

วิธีการทางเรขาคณิต

แนวทางอื่นในการสร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเป็นไปได้ หลังจาก Minkowski และงานก่อนหน้าของ Poincaré เราสามารถสรุปการมีอยู่ของกาลอวกาศสี่มิติแบบเมตริกเดียวที่มี 4 พิกัดได้ ในกรณีที่ง่ายที่สุดของพื้นที่ราบ เมตริกที่กำหนดระยะห่างระหว่างจุดปิดที่ไม่สิ้นสุดสองจุดอาจเป็นแบบยุคลิดหรือแบบยุคลิดเทียม (ดูด้านล่าง) กรณีหลังสอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ การแปลงแบบลอเรนซ์เป็นการหมุนเวียนในพื้นที่ดังกล่าวโดยปล่อยให้ระยะห่างระหว่างจุดสองจุดไม่เปลี่ยนแปลง

เป็นไปได้อีกแนวทางหนึ่ง ซึ่งโครงสร้างทางเรขาคณิตของสเปซความเร็วถูกตั้งสมมติฐานไว้ แต่ละจุดของช่องว่างดังกล่าวสอดคล้องกับกรอบอ้างอิงเฉื่อย และระยะห่างระหว่างจุดสองจุดสอดคล้องกับโมดูลัสของความเร็วสัมพัทธ์ระหว่าง ISO โดยอาศัยหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพ จุดทุกจุดของช่องว่างดังกล่าวจะต้องเท่ากันในสิทธิ ดังนั้น พื้นที่ของความเร็วจึงเป็นเนื้อเดียวกันและเป็นไอโซโทรปิก หากคุณสมบัติของมันถูกกำหนดโดยเรขาคณิตของรีมันเนียน ก็มีความเป็นไปได้สามอย่างและสามอย่างเท่านั้น: พื้นที่ราบ พื้นที่ที่มีความโค้งบวกและลบคงที่ กรณีแรกสอดคล้องกับกฎคลาสสิกสำหรับการเพิ่มความเร็ว พื้นที่ของความโค้งเชิงลบคงที่ (พื้นที่ Lobachevsky) สอดคล้องกับกฎสัมพัทธภาพของการบวกความเร็วและทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

สัญกรณ์ที่แตกต่างกันของการแปลงลอเรนซ์

ให้แกนพิกัดของกรอบอ้างอิงเฉื่อยสองกรอบ S และ S" ขนานกัน (t, x, y, z) เป็นเวลาและพิกัดของเหตุการณ์บางเหตุการณ์ที่สังเกตได้สัมพันธ์กับกรอบ S และ (t", x" , y", z") - เวลาและพิกัด เหมือนเหตุการณ์ที่สัมพันธ์กับระบบ S" หากระบบ S" เคลื่อนที่อย่างสม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงด้วยความเร็ว v ที่สัมพันธ์กับ S การแปลงแบบลอเรนซ์จะถูกต้อง:

ความเร็วแสงอยู่ที่ไหน ที่ความเร็วน้อยกว่าความเร็วแสง () มาก การแปลงแบบลอเรนซ์จะเปลี่ยนเป็นการแปลงแบบกาลิเลียน:

เส้นทางสู่ขอบเขตดังกล่าวเป็นภาพสะท้อนของหลักการโต้ตอบ ตามทฤษฎีทั่วไปที่มากกว่า (SRT) มีกรณีที่จำกัดเป็นทฤษฎีทั่วไปที่น้อยกว่า (ในกรณีนี้คือ กลศาสตร์คลาสสิก)

การแปลงแบบลอเรนซ์สามารถเขียนได้ในรูปแบบเวกเตอร์ เมื่อความเร็วของระบบอ้างอิงมีทิศทางไปในทิศทางใดก็ได้ (ไม่จำเป็นต้องตามแนวแกน):

โดยที่ปัจจัยลอเรนซ์คือเวกเตอร์รัศมีของเหตุการณ์เทียบกับระบบ S และ S"

ผลที่ตามมาจากการเปลี่ยนแปลงของลอเรนซ์

เพิ่มความเร็ว

ผลที่ตามมาโดยตรงของการแปลงแบบลอเรนซ์คือกฎสัมพัทธภาพสำหรับการเพิ่มความเร็ว หากวัตถุบางอย่างมีองค์ประกอบความเร็วที่สัมพันธ์กับระบบ S และ - สัมพันธ์กับ S" แสดงว่ามีความสัมพันธ์ระหว่างวัตถุเหล่านี้:

ในความสัมพันธ์เหล่านี้ ความเร็วสัมพัทธ์ของกรอบอ้างอิง v ถูกชี้ไปตามแกน x การบวกความเร็วเชิงสัมพัทธภาพ เช่น การแปลงแบบลอเรนซ์ที่ความเร็วต่ำ () จะกลายเป็น กฎหมายคลาสสิกการเพิ่มความเร็ว

หากวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงตามแนวแกน x ที่สัมพันธ์กับระบบ S วัตถุนั้นจะมีความเร็วเท่ากันเมื่อเทียบกับ S ": ซึ่งหมายความว่าความเร็วจะไม่เปลี่ยนแปลง (เท่ากัน) ใน IFR ทั้งหมด

เวลาชะลอตัว

หากนาฬิกาหยุดนิ่งในระบบ เหตุการณ์ต่อเนื่องกันสองเหตุการณ์จะเกิดขึ้น นาฬิกาดังกล่าวเคลื่อนที่สัมพันธ์กับระบบตามกฎหมาย ดังนั้น ช่วงเวลามีความสัมพันธ์กันดังนี้

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าในสูตรนี้ ช่วงเวลาจะถูกวัด ตามลำพังนาฬิกาเคลื่อนที่ เปรียบเทียบกับหลักฐาน หลายนาฬิกาทำงานแบบซิงโครนัสต่างๆ ที่อยู่ในระบบ ซึ่งนาฬิกาจะเคลื่อนผ่าน จากการเปรียบเทียบนี้ ปรากฎว่านาฬิกาเคลื่อนที่ทำงานช้ากว่านาฬิกาที่อยู่กับที่ ที่เกี่ยวข้องกับเอฟเฟกต์นี้คือสิ่งที่เรียกว่า Twin Paradox

หากนาฬิกาเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแปรผันที่สัมพันธ์กับหน้าต่างอ้างอิงเฉื่อย เวลาที่วัดโดยนาฬิกานี้ (เรียกว่าเวลาที่เหมาะสม) จะไม่ขึ้นอยู่กับความเร่ง และสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

โดยวิธีการรวมเข้าด้วยกัน ช่วงเวลาในกรอบอ้างอิงเฉื่อยเฉพาะที่ (ที่เรียกว่า IFR ที่มาพร้อมกับทันที) จะถูกสรุป

สัมพัทธภาพของความพร้อมกัน

หากเหตุการณ์สองเหตุการณ์ที่เว้นระยะห่างกันในอวกาศ (เช่น แสงวาบ) เกิดขึ้นพร้อมกันในกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ เหตุการณ์เหล่านั้นจะไม่เกิดขึ้นพร้อมกันเมื่อเทียบกับกรอบที่ "คงที่" ที่ จากการแปลง Lorentz เป็นไปตาม

ถ้า แล้ว และ . ซึ่งหมายความว่าจากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ที่อยู่นิ่ง เหตุการณ์ด้านซ้ายเกิดขึ้นก่อนเหตุการณ์ด้านขวา ทฤษฏีสัมพัทธภาพของความพร้อมกันนำไปสู่ความเป็นไปไม่ได้ของการซิงโครไนซ์นาฬิกาในกรอบอ้างอิงเฉื่อยต่างๆ ทั่วทั้งอวกาศ

จากมุมมองของระบบ S

จากมุมมองของระบบ S"

ให้ระบบอ้างอิงสองระบบตามแกน x มีนาฬิกาที่ซิงโครไนซ์ในแต่ละระบบ และในช่วงเวลาที่นาฬิกา "ศูนย์กลาง" บังเอิญ (ในรูปด้านล่าง) แสดงในเวลาเดียวกัน

รูปด้านซ้ายแสดงให้เห็นว่าสถานการณ์นี้มีลักษณะอย่างไรจากมุมมองของผู้สังเกตในกรอบ S นาฬิกาในกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนไหวจะแสดงเวลาที่ต่างกัน นาฬิกาในทิศทางของการเคลื่อนไหวอยู่ข้างหลัง และนาฬิกาที่อยู่ตรงกันข้ามกับการเคลื่อนไหวอยู่ข้างหน้าของนาฬิกา "ศูนย์กลาง" สถานการณ์คล้ายกันสำหรับผู้สังเกตการณ์ใน S" (รูปขวา)

การลดขนาดเชิงเส้น

หากความยาว (รูปร่าง) ของวัตถุเคลื่อนที่ถูกกำหนดโดยการกำหนดพิกัดของพื้นผิวพร้อมกัน จากนั้นจากการแปลง Lorentz จะลดขนาดเส้นตรงของวัตถุดังกล่าวที่สัมพันธ์กับกรอบอ้างอิง "คงที่" ลง:

,

โดยที่ความยาวตามแนวทิศทางของการเคลื่อนที่สัมพันธ์กับกรอบอ้างอิงคงที่ และเป็นความยาวในกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ซึ่งสัมพันธ์กับเนื้อหา (เรียกว่าความยาวที่เหมาะสมของร่างกาย) ซึ่งจะช่วยลดขนาดตามยาวของร่างกาย (นั่นคือวัดตามทิศทางการเคลื่อนที่) ขนาดตามขวางไม่เปลี่ยนแปลง

การลดขนาดนี้เรียกอีกอย่างว่าการหดตัวของลอเรนซ์ เมื่อสังเกตวัตถุที่เคลื่อนไหวด้วยสายตา นอกจากการหดตัวของลอเรนซ์แล้ว ยังจำเป็นต้องคำนึงถึงเวลาการแพร่กระจายของสัญญาณแสงจากพื้นผิวของร่างกายด้วย เป็นผลให้ร่างกายที่เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็วดูเหมือนหมุน แต่ไม่บีบอัดในทิศทางของการเคลื่อนไหว

ดอปเปลอร์เอฟเฟกต์

ให้แหล่งกำเนิดเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v แผ่สัญญาณเป็นระยะด้วยความเร็วแสงด้วยความถี่ ความถี่นี้วัดโดยผู้สังเกตการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแหล่งกำเนิด (ที่เรียกว่าความถี่ธรรมชาติ) หากผู้สังเกต "นิ่ง" ลงทะเบียนสัญญาณเดียวกัน ความถี่ของสัญญาณจะแตกต่างจากความถี่ธรรมชาติ:

มุมระหว่างทิศทางถึงแหล่งกำเนิดและความเร็วอยู่ที่ไหน

แยกแยะระหว่างเอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ตามยาวและตามขวาง ในกรณีแรก กล่าวคือ ต้นทางและตัวรับอยู่บนเส้นตรงเดียวกัน หากแหล่งสัญญาณเคลื่อนออกจากเครื่องรับ ความถี่จะลดลง (redshift) และหากเข้าใกล้ ความถี่จะเพิ่มขึ้น (blueshift):

ผลตามขวางเกิดขึ้นเมื่อ นั่นคือ ทิศทางไปยังแหล่งกำเนิดตั้งฉากกับความเร็วของมัน (เช่น แหล่งกำเนิด "บินผ่าน" เครื่องรับ) ในกรณีนี้ ผลของการขยายเวลาจะปรากฏโดยตรง:

ไม่มีความคล้ายคลึงกันของเอฟเฟกต์ตามขวางในฟิสิกส์คลาสสิก และนี่คือเอฟเฟกต์เชิงสัมพัทธภาพล้วนๆ ในทางตรงกันข้าม เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์ตามยาวเกิดจากทั้งองค์ประกอบแบบคลาสสิกและเอฟเฟกต์การขยายเวลาแบบสัมพัทธภาพ

ความคลาดเคลื่อน

ยังคงใช้ได้ในทฤษฎีสัมพัทธภาพ อย่างไรก็ตาม อนุพันธ์ของเวลานำมาจากโมเมนตัมเชิงสัมพัทธภาพ ไม่ใช่จากโมเมนตัมเชิงสัมพัทธภาพ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าความสัมพันธ์ระหว่างแรงและความเร่งแตกต่างอย่างมากจากความสัมพันธ์แบบคลาสสิก:

เทอมแรกประกอบด้วย "มวลสัมพัทธภาพ" เท่ากับอัตราส่วนของแรงต่อความเร่ง หากแรงกระทำในแนวตั้งฉากกับความเร็ว ในงานแรกเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพเรียกว่า "มวลตามขวาง" มันคือ "การเติบโต" ของเธอที่สังเกตได้จากการทดลองเกี่ยวกับการโก่งตัวของอิเล็กตรอนด้วยสนามแม่เหล็ก เทอมที่สองประกอบด้วย "มวลตามยาว" ซึ่งเท่ากับอัตราส่วนของแรงต่อความเร่ง หากแรงกระทำขนานกับความเร็ว:

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น แนวความคิดเหล่านี้ล้าสมัยและมีความเกี่ยวข้องกับความพยายามที่จะคงไว้ซึ่งสมการการเคลื่อนที่แบบคลาสสิกของนิวตัน

อัตราการเปลี่ยนแปลงของพลังงานเท่ากับผลคูณสเกลาร์ของแรงและความเร็วของร่างกาย:

สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่า องค์ประกอบของแรงในแนวตั้งฉากกับความเร็วของอนุภาคจะไม่เปลี่ยนพลังงานของมัน เช่นเดียวกับในกลศาสตร์คลาสสิก (เช่น ส่วนประกอบแม่เหล็กในแรงลอเรนซ์)

การแปลงพลังงานและโมเมนตัม

เช่นเดียวกับการแปลงลอเรนซ์สำหรับเวลาและพิกัด พลังงานสัมพัทธภาพและโมเมนตัมที่วัดเทียบกับกรอบอ้างอิงเฉื่อยต่างๆ ก็สัมพันธ์กันด้วยความสัมพันธ์บางอย่างเช่นกัน:

โดยที่องค์ประกอบของเวกเตอร์โมเมนตัมอยู่ ความเร็วสัมพัทธ์และทิศทางของกรอบอ้างอิงเฉื่อย S, S" ถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับในการแปลงแบบลอเรนซ์

สูตรโควาเรียนต์

อวกาศ-เวลาสี่มิติ

การแปลงแบบลอเรนซ์ปล่อยให้ปริมาณต่อไปนี้คงที่ (ไม่เปลี่ยนแปลง) ซึ่งเรียกว่าช่วงเวลา:

โดยที่ ฯลฯ - คือความแตกต่างของเวลาและพิกัดของสองเหตุการณ์ ถ้า เหตุการณ์จะถูกแบ่งตามช่วงเวลา ถ้า แล้ว spacelike สุดท้าย ถ้า ช่วงเวลาดังกล่าวเรียกว่า lightlike ช่วงเวลาคล้ายแสงสอดคล้องกับเหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับสัญญาณที่แพร่กระจายด้วยความเร็วแสง ค่าคงที่ช่วงหมายความว่ามี ค่าเท่ากันเกี่ยวกับกรอบอ้างอิงเฉื่อยสองกรอบ:

ในรูปแบบ ช่วงเวลาคล้ายกับระยะทางในอวกาศแบบยุคลิด อย่างไรก็ตาม มันมีสัญญาณที่แตกต่างกันสำหรับองค์ประกอบเชิงพื้นที่และเวลาของเหตุการณ์ ดังนั้นพวกเขาจึงกล่าวว่าช่วงเวลานั้นระบุระยะทางในอวกาศ-เวลาสี่มิติหลอก-ยุคลิด เรียกอีกอย่างว่ากาลอวกาศ Minkowski การแปลงแบบลอเรนซ์มีบทบาทในการหมุนเวียนในพื้นที่ดังกล่าว การหมุนพื้นฐานในปริภูมิ-เวลาสี่มิติ ผสมผสานพิกัดเวลาและอวกาศของเวกเตอร์ 4 ตัวเข้าด้วยกัน ดูเหมือนการเปลี่ยนผ่านไปยังกรอบอ้างอิงที่เคลื่อนที่ และคล้ายกับการหมุนในพื้นที่สามมิติทั่วไป ในกรณีนี้ การคาดคะเนของช่วงเวลาสี่มิติระหว่างเหตุการณ์บางอย่างบนแกนเวลาและแกนอวกาศของระบบอ้างอิงจะเปลี่ยนแปลงไปตามธรรมชาติ ซึ่งก่อให้เกิดผลกระทบเชิงสัมพันธ์ของการเปลี่ยนแปลงช่วงเวลาและช่วงเวลาของอวกาศ มันเป็นโครงสร้างคงที่ของพื้นที่นี้ กำหนดโดยสมมุติฐานของ SRT ที่ไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อย้ายจากกรอบอ้างอิงเฉื่อยหนึ่งไปยังอีกกรอบหนึ่ง การใช้พิกัดเชิงพื้นที่เพียงสองพิกัด (x, y) สามารถแสดงพื้นที่สี่มิติเป็นพิกัด (t, x, y) เหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับเหตุการณ์กำเนิด (t=0, x=y=0) โดยสัญญาณไฟ (ช่วงคล้ายแสง) อยู่บนกรวยแสงที่เรียกว่า (ดูรูปทางด้านขวา)

เมตริกเทนเซอร์

ระยะห่างระหว่างเหตุการณ์ที่ใกล้เคียงกันอย่างไม่สิ้นสุดสองเหตุการณ์สามารถเขียนได้โดยใช้เมตริกซ์เทนเซอร์ในรูปแบบเทนเซอร์:

โดยที่ และมากกว่าดัชนีซ้ำ ๆ จะมีการสรุปผลรวมจาก 0 ถึง 3 ในระบบอ้างอิงเฉื่อยที่มีพิกัดคาร์ทีเซียนเมตริกเทนเซอร์มีรูปแบบดังต่อไปนี้:

โดยย่อ เมทริกซ์แนวทแยงนี้แสดงดังนี้: .

การเลือกระบบพิกัดที่ไม่ใช่คาร์ทีเซียน (เช่น เปลี่ยนเป็น พิกัดทรงกลม) หรือการพิจารณากรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อยนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในค่าขององค์ประกอบของเมตริกเทนเซอร์ แต่ลายเซ็นยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ภายในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ มีการเปลี่ยนแปลงพิกัดและเวลาทั่วโลกซึ่งทำให้เมตริกซ์เทนเซอร์ในแนวทแยงกับส่วนประกอบต่างๆ อยู่เสมอ สถานการณ์ทางกายภาพนี้สอดคล้องกับการเปลี่ยนไปใช้กรอบอ้างอิงเฉื่อยด้วยพิกัดคาร์ทีเซียน กล่าวอีกนัยหนึ่งกาลอวกาศ-เวลาสี่มิติของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษนั้นแบนราบ (pseudo-Euclidean) ในทางตรงกันข้าม ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR) จะพิจารณาช่องว่างโค้งซึ่งเมตริกซ์เทนเซอร์ไม่สามารถลดลงเป็นรูปแบบเทียมแบบยุคลิดในอวกาศทั้งหมดโดยการแปลงพิกัดใดๆ แต่ลายเซ็นของเมตริกซ์ยังคงเหมือนเดิม

4-เวกเตอร์

ความสัมพันธ์ SRT สามารถเขียนในรูปแบบเทนเซอร์ได้โดยการแนะนำเวกเตอร์ที่มีองค์ประกอบสี่ส่วน (ตัวเลขหรือดัชนีที่ด้านบนขององค์ประกอบคือตัวเลข ไม่ใช่ดีกรี!) องค์ประกอบที่เป็นศูนย์ของเวกเตอร์ 4-เวกเตอร์เรียกว่า ชั่วขณะ และส่วนประกอบที่มีดัชนี 1,2,3 เรียกว่า เชิงพื้นที่ พวกมันสอดคล้องกับองค์ประกอบของเวกเตอร์สามมิติธรรมดา ดังนั้นเวกเตอร์ 4-เวกเตอร์จึงถูกแสดงดังนี้: .

องค์ประกอบของเวกเตอร์ 4- ซึ่งวัดโดยเทียบกับกรอบอ้างอิงเฉื่อยสองกรอบที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสัมพัทธ์ มีความสัมพันธ์กันดังนี้:

ตัวอย่างของเวกเตอร์ 4 ตัว ได้แก่ จุดในกาลอวกาศเสมือนที่อธิบายเหตุการณ์ และโมเมนตัมพลังงาน:

.

การใช้เมตริกซ์เทนเซอร์ คุณสามารถแนะนำสิ่งที่เรียกว่า covectors ซึ่งเขียนแทนด้วยตัวอักษรเดียวกัน แต่มีตัวห้อย:

สำหรับเมตริกซ์เมตริกในแนวทแยงที่มีลายเซ็น โคเวคเตอร์แตกต่างจากเวกเตอร์ 4-โดยเครื่องหมายด้านหน้าส่วนประกอบเชิงพื้นที่ ดังนั้น ถ้า แล้ว . การบิดของเวกเตอร์และเวกเตอร์เป็นค่าคงที่และมีค่าเท่ากันในกรอบอ้างอิงเฉื่อยทั้งหมด:

ตัวอย่างเช่น การบิด (สี่เหลี่ยม - 4-เวกเตอร์) ของพลังงาน-โมเมนตัมเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของมวลอนุภาค:

.

ฐานรากทดลองของ SRT

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษรองรับฟิสิกส์สมัยใหม่ทั้งหมด ดังนั้นจึงไม่มีการทดสอบ "พิสูจน์" SRT แยกต่างหาก ข้อมูลการทดลองทั้งหมดในฟิสิกส์พลังงานสูง ฟิสิกส์นิวเคลียร์ สเปกโทรสโกปี ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ อิเล็กโทรไดนามิกส์ และสาขาฟิสิกส์อื่นๆ มีความสอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพในความแม่นยำของการทดลอง ตัวอย่างเช่น ในควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิก (รวม SRT ทฤษฎีควอนตัมและสมการของแมกซ์เวลล์) ค่าของโมเมนต์แม่เหล็กผิดปกติของอิเล็กตรอนเกิดขึ้นพร้อมกับการทำนายเชิงทฤษฎีด้วยความแม่นยำสัมพัทธ์

ในความเป็นจริง รฟท. เป็นวิทยาศาสตร์วิศวกรรมศาสตร์ ใช้สูตรในการคำนวณเครื่องเร่งอนุภาคมูลฐาน การประมวลผลชุดข้อมูลขนาดใหญ่เกี่ยวกับการชนกันของอนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสัมพัทธภาพในสนามแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเป็นไปตามกฎของพลวัตเชิงสัมพัทธภาพซึ่งไม่พบความเบี่ยงเบน การแก้ไขต่อไปนี้จาก SRT และ GRT ใช้ในระบบนำทางด้วยดาวเทียม (GPS) รฟท.เป็นหัวใจสำคัญของพลังงานนิวเคลียร์เป็นต้น

ทั้งหมดนี้ไม่ได้หมายความว่า รฟท. ไม่มีข้อจำกัดในการบังคับใช้ ในทางตรงกันข้าม พวกมันมีอยู่จริง เช่นเดียวกับในทฤษฎีอื่น ๆ และการตรวจจับของพวกมันเป็นภารกิจสำคัญของฟิสิกส์ทดลอง ตัวอย่างเช่น ในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ (GR) การวางภาพรวมของสเปซเสมือนแบบยุคลิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษถือเป็นกรณีของกาลอวกาศ-เวลาที่มีความโค้ง ซึ่งทำให้สามารถอธิบายข้อมูลที่สังเกตได้ทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์และจักรวาลวิทยาส่วนใหญ่ได้ มีการพยายามตรวจหาแอนไอโซโทรปีในอวกาศและผลกระทบอื่นๆ ที่สามารถเปลี่ยนความสัมพันธ์ของ SRT ได้ อย่างไรก็ตาม ต้องเข้าใจว่าหากค้นพบพวกเขาจะนำไปสู่ทฤษฎีทั่วไปมากขึ้น กรณีจำกัดซึ่งจะเป็น รฟท. อีกครั้ง ในทำนองเดียวกัน ที่ความเร็วต่ำ กลศาสตร์คลาสสิก ซึ่งเป็นกรณีพิเศษของทฤษฎีสัมพัทธภาพยังคงเป็นจริง โดยทั่วไป โดยอาศัยหลักการโต้ตอบ ทฤษฎีที่ได้รับการยืนยันจากการทดลองจำนวนมากไม่สามารถกลายเป็นว่าไม่ถูกต้อง แม้ว่าแน่นอน พื้นที่ของการบังคับใช้อาจถูกจำกัด

ด้านล่างนี้เป็นเพียงการทดลองบางส่วนที่แสดงให้เห็นถึงความถูกต้องของ SRT และข้อกำหนดส่วนบุคคล

การขยายเวลาสัมพัทธภาพ

ความจริงที่ว่าเวลาของวัตถุเคลื่อนที่ช้ากว่านั้นได้รับการยืนยันอย่างต่อเนื่องในการทดลองที่ทำในฟิสิกส์พลังงานสูง ตัวอย่างเช่น อายุการใช้งานของมิวออนในเครื่องเร่งความเร็ววงแหวนที่ CERN เพิ่มขึ้นด้วยความแม่นยำตามสูตรสัมพัทธภาพ ในการทดลองนี้ ความเร็วของมิวออนเท่ากับ 0.9994 ของความเร็วแสง ซึ่งส่งผลให้อายุขัยเพิ่มขึ้น 29 เท่า การทดลองนี้ก็มีความสำคัญเช่นกันเพราะที่รัศมี 7 เมตรของวงแหวน การเร่งความเร็วของมิวออนถึงค่าจากการเร่งการตกอย่างอิสระ ในทางกลับกัน สิ่งนี้บ่งชี้ว่าผลกระทบของการขยายเวลาเกิดจากความเร็วของวัตถุเท่านั้นและไม่ขึ้นอยู่กับความเร่งของวัตถุ

การวัดการขยายเวลายังดำเนินการด้วยวัตถุขนาดมหึมา ตัวอย่างเช่น ในการทดลอง Hafele-Keating การอ่านนาฬิกาอะตอมแบบอยู่กับที่เปรียบเทียบกับนาฬิกาอะตอมที่บินบนเครื่องบิน

ความเป็นอิสระของความเร็วแสงจากการเคลื่อนที่ของแหล่งกำเนิดแสง

ในช่วงเริ่มต้นของทฤษฎีสัมพัทธภาพ แนวคิดของวอลเตอร์ ริทซ์ ได้รับความนิยมว่าผลลัพธ์เชิงลบของการทดลองของมิเชลสันสามารถอธิบายได้โดยใช้ทฤษฎีขีปนาวุธ ในทฤษฎีนี้ สันนิษฐานว่าแสงถูกปล่อยออกมาด้วยความเร็วที่สัมพันธ์กับแหล่งกำเนิด และเพิ่มความเร็วของแสงและความเร็วของแหล่งกำเนิดตามกฎคลาสสิกในการเพิ่มความเร็ว โดยธรรมชาติแล้ว ทฤษฎีนี้ขัดแย้งกับ รฟท.

การสังเกตทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์เป็นการพิสูจน์ข้อพิสูจน์ที่น่าเชื่อถือของแนวคิดดังกล่าว ตัวอย่างเช่น เมื่อสังเกตดาวคู่ที่หมุนรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วม ตามทฤษฎีของริทซ์ ผลกระทบจะเกิดขึ้นซึ่งไม่ได้สังเกตพบจริงๆ (ข้อโต้แย้งของพี่เลี้ยง) แท้จริงแล้วความเร็วของแสง ("รูปภาพ") จากดาวฤกษ์ที่เข้าใกล้โลกจะสูงกว่าความเร็วของแสงจากดาวที่ถอยระหว่างการหมุน ที่ระยะห่างขนาดใหญ่จากระบบเลขฐานสอง "ภาพ" ที่เร็วกว่าก็จะแซงหน้าภาพที่ช้ากว่าอย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้มีการเคลื่อนไหวที่ชัดเจน ดาวคู่มันจะดูค่อนข้างแปลกที่ไม่ได้สังเกต

บางครั้งมีข้อโต้แย้งว่าสมมติฐานของริทซ์นั้น "จริง" ถูกต้อง แต่แสงเมื่อเคลื่อนที่ผ่านอวกาศระหว่างดวงดาว ถูกปล่อยออกมาอีกครั้งโดยอะตอมไฮโดรเจนซึ่งมีความเร็วเฉลี่ยเป็นศูนย์เมื่อเทียบกับโลกและได้รับความเร็วอย่างรวดเร็ว .

อย่างไรก็ตาม หากเป็นกรณีนี้ จะมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในรูปภาพของดาวคู่ในช่วงสเปกตรัมที่แตกต่างกัน เนื่องจากผลกระทบของ "การตกกระทบ" ของแสงโดยตัวกลางนั้นขึ้นอยู่กับความถี่ของมันอย่างมาก

ในการทดลองของ Tomaszek (1923) ได้เปรียบเทียบรูปแบบการรบกวนจากแหล่งบนบกและนอกโลก (ดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ดาวพฤหัสบดี ดาวซิริอุส และอาร์คทูรัส) เปรียบเทียบโดยใช้อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ วัตถุเหล่านี้ทั้งหมดมีความเร็วต่างกันเมื่อเทียบกับโลก อย่างไรก็ตาม ไม่พบการเปลี่ยนแปลงของขอบรบกวนที่คาดหวังในแบบจำลอง Ritz การทดลองเหล่านี้ซ้ำหลายครั้งในภายหลัง ตัวอย่างเช่น ในการทดลองของ A. M. Bonch-Bruevich และ V. A. Molchanov (1956) ความเร็วของแสงถูกวัดจากขอบด้านต่างๆ ของดวงอาทิตย์ที่กำลังหมุน ผลของการทดลองเหล่านี้ยังขัดแย้งกับสมมติฐานของริทซ์

เค้าโครงประวัติศาสตร์

ความสัมพันธ์กับทฤษฎีอื่นๆ

แรงโน้มถ่วง

กลศาสตร์คลาสสิก

ทฤษฎีสัมพัทธภาพมีความขัดแย้งอย่างมีนัยสำคัญกับบางแง่มุมของกลศาสตร์คลาสสิก ตัวอย่างเช่น ความขัดแย้งของ Ehrenfest แสดงให้เห็นถึงความไม่ลงรอยกันของ SRT กับแนวคิดเรื่องตัวถังที่แข็งกระด้าง ควรสังเกตว่าแม้ในฟิสิกส์คลาสสิกจะถือว่าการกระทำทางกลบนวัตถุที่เป็นของแข็งแพร่กระจายด้วยความเร็วของเสียงและไม่มีทางสิ้นสุด (เนื่องจากควรอยู่ในสื่อที่เป็นของแข็งในจินตนาการ)

กลศาสตร์ควอนตัม

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (ตรงข้ามกับทั่วไป) เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์กับกลศาสตร์ควอนตัม การสังเคราะห์ของพวกมันคือทฤษฎีสนามควอนตัมเชิงสัมพัทธภาพ อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีทั้งสองค่อนข้างเป็นอิสระจากกัน เป็นไปได้ที่จะสร้างกลศาสตร์ควอนตัมทั้งสองแบบโดยใช้หลักการสัมพัทธภาพแบบไม่เชิงสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ (ดูสมการชโรดิงเงอร์) และทฤษฎีที่อิงจาก SRT โดยไม่สนใจผลควอนตัมโดยสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีสนามควอนตัมสามารถกำหนดเป็นทฤษฎีที่ไม่สัมพันธ์กันได้ ในเวลาเดียวกัน ปรากฏการณ์ทางกลควอนตัมเช่น สปิน , ตามลำดับไม่สามารถอธิบายได้โดยไม่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ (ดูสมการ Dirac)

การพัฒนาทฤษฎีควอนตัมยังคงดำเนินต่อไป และนักฟิสิกส์หลายคนเชื่อว่าทฤษฎีที่สมบูรณ์ในอนาคตจะตอบคำถามทุกข้อที่มีความหมายทางกายภาพ และจะให้ทั้ง SRT ร่วมกับทฤษฎีสนามควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปภายในขอบเขต เป็นไปได้มากว่า SRT จะต้องเผชิญกับชะตากรรมเดียวกันกับกลไกของนิวตัน - ขอบเขตของการบังคับใช้จะได้รับการระบุไว้อย่างถูกต้อง ในขณะเดียวกัน ทฤษฏีทั่วไปอย่างสูงสุดดังกล่าวก็ยังเป็นเพียงอนาคตที่ห่างไกล

ดูสิ่งนี้ด้วย

หมายเหตุ

แหล่งที่มา

1. กินซ์เบิร์ก วี.แอล. ของสะสมของ Einstein, 1966. - M.: Nauka, 1966. - S. 363. - 375 p. - 16,000 เล่ม
2. กินซ์เบิร์ก วี.แอล.อย่างไรและใครเป็นผู้สร้างทฤษฎีสัมพัทธภาพ? ใน คอลเล็กชั่นของ Einstein, 1966. - M.: Nauka, 1966. - S. 366-378 - 375 น. - 16,000 เล่ม
3. Satsunkevich I. S.รากทดลองของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ - ครั้งที่ 2 - M.: URSS, 2003. - 176 p. - ISBN 5-354-00497-7
4. มิซเนอร์ ซี., ธอร์น เค., วีลเลอร์ เจ.แรงโน้มถ่วง. - M.: Mir, 1977. - T. 1 - S. 109. - 474 p.
5. Einstein A. "Zur Elektrodynamik bewegter Korper" Ann Phys.- 1905.- Bd 17.- S. 891 การแปล: Einstein A. "เกี่ยวกับไฟฟ้ากระแสสลับของร่างกายที่กำลังเคลื่อนที่" ไอน์สไตน์ เอ.การประชุม เอกสารทางวิทยาศาสตร์. - M.: Nauka, 1965. - T. 1 - S. 7-35. - 700 วิ - 32,000 เล่ม
6. Matveev A.N.กลศาสตร์และทฤษฎีสัมพัทธภาพ - ครั้งที่ 2 แก้ไขแล้ว - ม.: สูงกว่า โรงเรียน 2529 - ส. 78-80 - 320 วิ - 28,000 เล่ม
7. พอลลี่ ดับบลิว.ทฤษฎีสัมพัทธภาพ - ม.: วิทยาศาสตร์ ฉบับที่ 3 แก้ไขแล้ว - 328 น. - 17,700 เล่ม - ไอเอสบีเอ็น 5-02-014346-4
8. ฟอน ฟิลิปป์ แฟรงค์ und Hermann Rothe"Über die Transformation der Raumzeitkoordinaten von ruhenden auf bewegte Systeme" แอน เดอร์ ฟิสิกส์, เซอร์. 4, ฉบับที่. 34 ไม่ 5, 1911, น. 825-855 (การแปลภาษารัสเซีย)
9. ฟอก วี.เอ.ทฤษฎีอวกาศ-เวลาและแรงโน้มถ่วง - ฉบับที่ 2 เสริม - ม.: รัฐ ed. ฟิสิกส์.-คณิต. สว่าง, 2504. - ส. 510-518. - 568 น. - 10,000 เล่ม
10. "การเปลี่ยนแปลงของลอเรนซ์" ในโลกสัมพัทธภาพ
11. Kittel Ch. , Nait W. , Ruderman M.หลักสูตรฟิสิกส์เบิร์กลีย์ - ครั้งที่ 3 แก้ไขแล้ว - M.: Nauka, 1986. - T.I. กลศาสตร์. - ส. 373,374. - 481 น.
12. ฟอน W.v. อิกนาตอฟสกี้"Einige allgemeine Bemerkungen zum Relativitätsprinzip" Verh. ง. เยอรมัน. สรีรวิทยา เกส 12, 788-96, 2453 (การแปลภาษารัสเซีย)
13. Terletsky Ya.P.ความขัดแย้งของทฤษฎีสัมพัทธภาพ - ม.: เนาคา, 2509 - ส. 23-31. - 120 วิ - 16,500 เล่ม

สัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไป

แง่มุมที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของฟิสิกส์สมัยใหม่ ซึ่งมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับการวิเคราะห์เทววิทยาของเรา คือ แนวคิดเรื่องเวลา - ที่มาและการไม่มีการวัดการไหลของเวลาเพียงตัวเดียวหรือคงที่และไม่เปลี่ยนแปลง เนื่องจากความสำคัญของลำดับเหตุการณ์ในการตีความพระคัมภีร์ จึงจำเป็นต้องพยายามทำความเข้าใจว่าสัมพัทธภาพปฏิบัติต่อการรับรู้ของเราเกี่ยวกับจักรวาล อายุ และทุกสิ่งที่เกิดขึ้นในจักรวาลนั้นเป็นอย่างไร ทฤษฎีสัมพัทธภาพเวลา โฟตอนควอนตัม

เป็นการยากที่จะตั้งชื่อทฤษฎีอื่นที่จะมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโลกและการสร้างโลกว่าเป็นทฤษฎีสัมพัทธภาพ (ทั้งแบบพิเศษและแบบทั่วไป) ก่อนการถือกำเนิดของทฤษฎีนี้ เวลาถือเป็นหมวดหมู่ที่สัมบูรณ์เสมอ เวลาที่ผ่านไปตั้งแต่ต้นจนจบกระบวนการใดๆ ถือว่าไม่ขึ้นกับว่าใครเป็นผู้วัดระยะเวลาของกระบวนการ เร็วเท่าที่ 300 ปีที่แล้ว นิวตันกำหนดความเชื่อนี้อย่างมีคารมคมคาย: "เวลาที่แน่นอน จริง และทางคณิตศาสตร์ ในตัวเองและโดยธรรมชาติของมัน จะไหลอย่างสม่ำเสมอและเป็นอิสระจากปัจจัยภายนอกใดๆ" นอกจากนี้ เวลาและพื้นที่ถือเป็นหมวดหมู่ที่ไม่เกี่ยวข้องกัน ไม่มีอิทธิพลต่อกันแต่อย่างใด แท้จริงแล้ว ความเชื่อมโยงอื่นใดที่สามารถมีอยู่ได้ระหว่างระยะทางที่แยกจุดสองจุดของพื้นที่และเวลาผ่านไป นอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่ว่าระยะทางที่ไกลกว่านั้นต้องใช้เวลามากกว่าที่จะเอาชนะมัน ตรรกะที่เรียบง่ายและบริสุทธิ์

แนวคิดของไอน์สไตน์ในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (1905) และต่อมาในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (1916) ได้เปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับอวกาศและเวลาในลักษณะเดียวกับที่แสงจากตะเกียงบนตะเกียงเปลี่ยนการรับรู้ของเราเกี่ยวกับห้องที่มืดมิดก่อนหน้านี้

ถนนสายยาวสู่ความเข้าใจของไอน์สไตน์เริ่มต้นขึ้นในปี 1628 เมื่อโยฮันเนส เคปเลอร์ค้นพบปรากฏการณ์ประหลาด เขาสังเกตเห็นว่าหางของดาวหางมักจะมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับดวงอาทิตย์เสมอ ดาวตกที่ไล่ตามท้องฟ้ายามค่ำคืนมีหางที่ส่องแสงอยู่ข้างหลังอย่างที่ควรจะเป็น ในทำนองเดียวกัน หางจะเดินตามหลังดาวหางเมื่อเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ แต่หลังจากที่ดาวหางผ่านดวงอาทิตย์และเริ่มบินกลับยังบริเวณห่างไกลของระบบสุริยะ สถานการณ์ก็เปลี่ยนไปอย่างน่าทึ่งที่สุด หางของดาวหางอยู่ด้านหน้าลำตัวหลัก ภาพนี้ขัดแย้งอย่างมากกับแนวคิดเรื่องหาง! เคปเลอร์แนะนำว่าตำแหน่งของหางของดาวหางที่สัมพันธ์กับลำตัวหลักนั้นพิจารณาจากแรงกดของแสงแดด หางมีความหนาแน่นต่ำกว่าตัวดาวหาง ดังนั้นจึงมีความอ่อนไหวต่อความดันของรังสีดวงอาทิตย์มากกว่าส่วนหลักของดาวหาง รังสีของดวงอาทิตย์พัดที่หางและผลักออกจากดวงอาทิตย์ ถ้าไม่ใช่เพราะแรงดึงดูดของวัตถุหลักของดาวหาง อนุภาคเล็กๆ ที่ประกอบเป็นหางก็จะปลิวไป การค้นพบของเคปเลอร์เป็นเครื่องบ่งชี้ครั้งแรกว่าการแผ่รังสี เช่น แสง สามารถมีแรงทางกล (ในกรณีนี้คือแรงผลัก) นี่เป็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญมากในการทำความเข้าใจแสงของเรา เพราะต่อจากนี้ไปว่าแสงซึ่งถูกพิจารณาว่าไม่ใช่วัตถุมาโดยตลอด อาจมีน้ำหนักหรือมวล แต่เพียง 273 ปีต่อมา ในปี 1901 วัดความดันที่เกิดจากการไหลของแสง อีเอฟ Nichols และ J.F. ตัวถัง โดยการนำลำแสงอันทรงพลังไปที่กระจกที่แขวนอยู่ในสุญญากาศ วัดการกระจัดของกระจกอันเป็นผลมาจากแรงดันแสง เป็นการเปรียบเทียบในห้องปฏิบัติการว่าหางของดาวหางถูกแสงแดดขับไล่

ในปีพ.ศ. 2407 ขณะสำรวจการค้นพบของไมเคิล ฟาราเดย์เกี่ยวกับไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก เจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวลล์เสนอว่าแสงและรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทอื่นๆ ทั้งหมดเคลื่อนที่ผ่านอวกาศเหมือนคลื่นด้วยความเร็วคงที่เท่ากัน ไมโครเวฟในไมโครเวฟในครัวของเรา แสงที่เราใช้อ่าน การเอ็กซ์เรย์ที่ทำให้แพทย์เห็นกระดูกหัก และรังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาจากการระเบิดปรมาณู ล้วนเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นและความถี่ต่างกันเท่านั้น . ยิ่งมีพลังงานรังสีมากเท่าใด ความยาวคลื่นก็จะสั้นลงและความถี่ก็จะสูงขึ้นเท่านั้น ในแง่อื่น ๆ ทั้งหมดจะเหมือนกัน

ในปี 1900 Max Planck ได้เสนอทฤษฎีการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่แตกต่างจากครั้งก่อนๆ โดยพื้นฐานแล้ว ก่อนหน้านี้ เชื่อกันว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาจากวัตถุที่ให้ความร้อน เช่น แสงสีแดงของโลหะร้อน จะถูกปล่อยออกมาอย่างสม่ำเสมอและต่อเนื่อง นอกจากนี้ยังสันนิษฐานว่ากระบวนการแผ่รังสีจะดำเนินต่อไปจนกว่าความร้อนทั้งหมดจะกระจายไปและการกลับคืนสู่สภาพเดิมของวัตถุ และสิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยสมบูรณ์โดยการทำให้โลหะร้อนเย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง แต่พลังค์แสดงให้เห็นว่าสิ่งต่าง ๆ ค่อนข้างแตกต่าง พลังงานไม่ได้ถูกปล่อยออกมาในกระแสที่สม่ำเสมอและต่อเนื่อง แต่ในส่วนที่ไม่ต่อเนื่อง ราวกับว่าโลหะร้อนหมดความร้อน และคายกระแสอนุภาคร้อนเล็กๆ ออกมา

พลังค์เสนอทฤษฎีตามที่อนุภาคเหล่านี้เป็นส่วนเดียวของรังสี เขาเรียกพวกมันว่า "ควอนตัม" และนั่นคือที่มาของกลศาสตร์ควอนตัม เนื่องจากรังสีทั้งหมดเดินทางด้วยความเร็วเท่ากัน (ความเร็วแสง) ความเร็วของควอนตัมจึงต้องเท่ากัน และถึงแม้ว่าความเร็วของควอนตั้มทั้งหมดจะเท่ากัน แต่ก็ไม่ใช่ว่าทุกอันจะมีพลังงานเท่ากัน พลังค์แนะนำว่าพลังงานของควอนตัมแต่ละตัวเป็นสัดส่วนกับความถี่ของการแกว่งไปมาในอวกาศ เหมือนกับลูกบอลยางเล็กๆ ที่หดตัวอย่างต่อเนื่องและขยายตัวขณะเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางของมัน ในช่วงที่มองเห็นได้ ดวงตาของเราสามารถวัดความถี่ของการเต้นของควอนตัม และเราเรียกสีที่ใช้วัดนี้ ต้องขอบคุณการปล่อยพลังงานเชิงปริมาณที่วัตถุที่มีความร้อนเล็กน้อยเริ่มเรืองแสงสีแดง จากนั้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น วัตถุก็เริ่มเปล่งสีอื่นๆ ของสเปกตรัมที่สอดคล้องกับพลังงานและความถี่ที่สูงขึ้น ในท้ายที่สุด การแผ่รังสีของมันจะกลายเป็นส่วนผสมของความถี่ทั้งหมด ซึ่งเรามองว่าเป็นสีขาวของวัตถุที่ร้อน

และที่นี่เราพบกับความขัดแย้ง - ทฤษฎีที่อธิบายแสงเป็นกระแสของอนุภาคที่เรียกว่าควอนตาพร้อมอธิบายพลังงานของแสงโดยใช้ความถี่ (ดูรูปที่ 1) แต่ความถี่สัมพันธ์กับคลื่น ไม่ใช่อนุภาค นอกจากนี้ เราทราบดีว่าความเร็วของแสงจะคงที่เสมอ แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าวัตถุที่เปล่งแสง หรือผู้สังเกตที่ลงทะเบียนแสงนี้ เคลื่อนที่เอง ความเร็วของการเคลื่อนที่จะถูกเพิ่มหรือลบออกจากความเร็วแสงหรือไม่? ตรรกะบอกเราว่า ใช่ มันต้องบวกหรือลบ แต่แล้วความเร็วของแสงจะไม่คงที่! แรงดันที่เกิดจากแสงที่หางของดาวหางหรือกระจกในการทดลองของ Nichols-Hull หมายความว่ามีการเปลี่ยนแปลงในโมเมนตัม (หรือที่เรียกว่าโมเมนตัม) ของแสงเมื่อกระทบกับพื้นผิว ด้วยเหตุผลนี้เองที่วัตถุเคลื่อนที่ใด ๆ ก็ออกแรงกดบนสิ่งกีดขวาง กระแสน้ำจากท่อส่งลูกบอลไปตามพื้น เนื่องจากน้ำมีมวลและมวลนี้มีความเร็วที่จะกลายเป็นศูนย์ในขณะที่ไอพ่นกระทบลูกบอล ในกรณีนี้ โมเมนตัมของน้ำจะถูกส่งไปยังลูกบอลและลูกบอลจะกลิ้งกลับ คำจำกัดความของโมเมนตัม (โมเมนตัม) เป็นผลคูณของมวลของวัตถุ (m) หรือน้ำหนักและความเร็วของวัตถุ (v) หรือ mv ต้องใช้แสงเคลื่อนที่เพื่อให้มีมวล อย่างไรก็ตาม อนุภาคของแสงที่เป็นคลื่นเหล่านี้ก็มีมวล แม้ว่าจะไม่มีร่องรอยของวัสดุเหลืออยู่บนพื้นผิวที่แสงตก หลังจากที่แสง "ส่อง" บนพื้นผิวแล้ว จะไม่มี "สิ่งสกปรก" เหลืออยู่สำหรับการทำความสะอาด จนถึงตอนนี้เรายังคงพยายามสร้าง ทฤษฎีเอกภาพซึ่งจะอธิบายปรากฏการณ์ของแสงและการแผ่รังสีอื่นๆ ได้อย่างเต็มที่

ควบคู่ไปกับการศึกษาธรรมชาติของพลังงานการแผ่รังสี ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับการแพร่กระจายของแสง ดูเหมือนค่อนข้างสมเหตุสมผลเนื่องจากแสงและรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าประเภทอื่นๆ ในแง่หนึ่ง คลื่น พวกมันต้องการตัวกลางบางชนิดที่คลื่นเหล่านี้สามารถแพร่กระจายได้ เชื่อกันว่าคลื่นไม่สามารถแพร่กระจายในสุญญากาศได้ เช่นเดียวกับที่เสียงต้องการสารที่เป็นวัสดุบางอย่าง เช่น อากาศ เพื่อขนส่งพลังงานที่เหมือนคลื่น ดูเหมือนว่าแสงจะต้องการสารพิเศษบางอย่างในการแพร่กระจายมัน มีอยู่ครั้งหนึ่ง มีคนแนะนำว่าจักรวาลควรจะเต็มไปด้วยตัวกลางที่มองไม่เห็นและไม่มีตัวตน ซึ่งทำให้แน่ใจได้ถึงการถ่ายโอนพลังงานรังสีผ่านอวกาศ - ตัวอย่างเช่น แสงและความร้อนจากดวงอาทิตย์สู่โลก สื่อนี้เรียกว่าอีเธอร์ซึ่งควรจะเติมแม้แต่สุญญากาศของอวกาศ

สมมติฐานของการแพร่กระจายของแสงผ่านอีเธอร์ทำให้สามารถอธิบายความขัดแย้งของความเร็วคงที่ได้ ตามคำอธิบายนี้ แสงต้องแพร่กระจายด้วยความเร็วคงที่ ไม่สัมพันธ์กับแหล่งกำเนิดแสงหรือผู้สังเกต แต่สัมพันธ์กับอีเธอร์ที่อยู่ทั่วไปทุกหนทุกแห่ง สำหรับผู้สังเกตที่เคลื่อนที่ผ่านอีเทอร์ แสงสามารถแพร่กระจายเร็วขึ้นหรือช้าลง ขึ้นอยู่กับทิศทางของการเคลื่อนที่สัมพันธ์กับทิศทางของแสง แต่สัมพันธ์กับอีเทอร์ที่ไม่เคลื่อนที่ ความเร็วของแสงควรคงที่

ข้าว. หนึ่ง.

เช่นเดียวกับการขยายพันธุ์ของเสียง เสียงเดินทางผ่านอากาศนิ่งที่ระดับน้ำทะเลด้วยความเร็วคงที่ประมาณ 300 เมตรต่อวินาที ไม่ว่าแหล่งกำเนิดเสียงจะเคลื่อนที่หรือไม่ก็ตาม เสียงคล้ายระเบิดที่เครื่องบินสร้างขึ้นเมื่อข้ามกำแพงเสียงนั้นแท้จริงแล้วเป็นผลมาจากเครื่องบินชนคลื่นเสียงของตัวเองขณะแซงหน้า ซึ่งเคลื่อนที่เร็วกว่า 300 เมตรต่อวินาที ในกรณีนี้ แหล่งกำเนิดเสียง เครื่องบิน กำลังเคลื่อนที่เร็วกว่าเสียงที่ผลิต ธรรมชาติคู่ของแสงเป็นแบบที่ว่าถ้าเราใส่รูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กในเส้นทางของมัน แสงจะมีพฤติกรรมเหมือนกับคลื่นทะเลที่พัดผ่านทางเข้าท่าเรือแคบๆ ทั้งแสงและคลื่นทะเลที่ลอดผ่านรูเข้าไปแล้ว ก็แพร่กระจายออกไปอีกด้านของรูเป็นวงกลม ในทางกลับกัน หากแสงส่องพื้นผิวของโลหะบางชนิด มันจะทำตัวเหมือนกระแสของอนุภาคเล็กๆ ที่พุ่งกระหน่ำพื้นผิวนี้ แสงเคาะอิเล็กตรอนออกจากโลหะทีละครั้ง เช่นเดียวกับที่เม็ดเล็กๆ กระทบเป้าหมายที่เป็นกระดาษ ก็จะดึงกระดาษออกมาจากมัน หนึ่งชิ้นต่อเม็ด พลังงานของคลื่นแสงถูกกำหนดโดยความยาว พลังงานของอนุภาคแสงไม่ได้ถูกกำหนดโดยความเร็ว แต่ด้วยความถี่ที่อนุภาคแสง - โฟตอน - เต้นเป็นจังหวะระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง

เมื่อนักวิทยาศาสตร์กล่าวถึงคุณสมบัติที่ถูกกล่าวหาของอีเธอร์ซึ่งยังไม่ถูกค้นพบ ไม่มีใครสงสัยว่าการผ่านของเวลาเกิดจากการเคลื่อนที่ของแสง แต่การค้นพบนี้อยู่ไม่ไกล

ในปี พ.ศ. 2430 อัลเบิร์ต มิเชลสันและเอ็ดเวิร์ด มอร์ลีย์ได้ตีพิมพ์ผลการทดลองสังเกตสิ่งที่ตามมาจากทฤษฎีอีเทอร์ พวกเขาเปรียบเทียบเวลาทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับแสงในการเดินทางในระยะทางเดียวกันกลับไปกลับมาในสองทิศทาง - ขนานและตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของโลกในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ เนื่องจากโลกเคลื่อนที่ในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ด้วยความเร็วประมาณ 30 กิโลเมตรต่อวินาที จึงถือว่าโลกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันเมื่อเทียบกับอีเธอร์ หากการแผ่รังสีของแสงเป็นไปตามกฎเดียวกันกับที่ควบคุมคลื่นอื่นๆ การเคลื่อนที่ของโลกเมื่อเทียบกับอีเธอร์จะต้องส่งผลต่อเวลาการเดินทางของแสงที่วัดได้ในการทดลอง เอฟเฟกต์นี้ไม่น่าจะแตกต่างจากเอฟเฟกต์ของลมแรงพัดเสียงออกไป

ทำให้ทุกคนประหลาดใจ Michelson และ Morley ไม่ได้บันทึกร่องรอยของผลกระทบของความเร็ว 30 กิโลเมตรต่อวินาทีแม้แต่น้อย การทดลองครั้งแรกและรุ่นต่อๆ ไปในเวอร์ชันที่ก้าวหน้ากว่าในทางเทคนิคของการทดลองเดียวกัน นำไปสู่ข้อสรุปที่คาดไม่ถึงโดยสิ้นเชิง - การเคลื่อนที่ของโลกไม่มีผลใดๆ ต่อความเร็วของแสง

สิ่งนี้ทำให้เกิดความสับสน ความเร็วของแสง (c) จะอยู่ที่ 299,792.5 กิโลเมตรต่อวินาทีเสมอ ไม่ว่าแหล่งกำเนิดแสงหรือผู้สังเกตจะเคลื่อนที่หรือหยุดนิ่งก็ตาม นอกจากนี้ ลำแสงเดียวกันยังทำหน้าที่เป็นทั้งคลื่นและอนุภาค ขึ้นอยู่กับวิธีการสังเกต ราวกับว่าเรากำลังยืนอยู่บนท่าเรือและเฝ้าดูคลื่นที่ซัดเข้ามาจากมหาสมุทร ทันใดนั้น ในพริบตา หงอนของคลื่นและรางระหว่างทั้งสองก็กลายเป็นกระแสของลูกบอลน้ำ เคลื่อนที่เป็นจังหวะในอากาศเหนือระดับน้ำทะเล และในวินาทีต่อมา ลูกบอลก็จะหายไปและคลื่นก็ปรากฏขึ้นอีกครั้ง

ในปี ค.ศ. 1905 ท่ามกลางความสับสนนี้ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ปรากฏตัวในฉากวิทยาศาสตร์ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา ในระหว่างปีนั้น ไอน์สไตน์ได้ตีพิมพ์บทความชุดหนึ่งที่เปลี่ยนความเข้าใจของมนุษยชาติเกี่ยวกับจักรวาลของเราอย่างแท้จริง พลังค์ได้เสนอทฤษฎีควอนตัมของแสงเมื่อห้าปีก่อน โดยใช้ทฤษฎีของพลังค์ ไอน์สไตน์สามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่น่าสนใจได้ แสงที่กระทบพื้นผิวของโลหะบางชนิดจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมา ส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้า ไอน์สไตน์ตั้งสมมติฐานว่าเอฟเฟกต์ "โฟโตอิเล็กทริก" นี้เกิดจากการที่ควอนตัมแสง (โฟตอน) เคาะอิเล็กตรอนออกจากวงโคจรรอบนิวเคลียสของอะตอมอย่างแท้จริง ปรากฎว่าโฟตอนมีมวลเมื่อพวกมันเคลื่อนที่ (จำได้ว่าพวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง c) แต่ "มวลพัก" ของพวกมันเป็นศูนย์ โฟตอนเคลื่อนที่มีคุณสมบัติของอนุภาค - ทุกขณะ ณ จุดใดจุดหนึ่งในอวกาศ และยิ่งกว่านั้น มันมีมวล ดังนั้น ดังที่เคปเลอร์แนะนำในคราวเดียว มันสามารถกระทำกับวัตถุที่เป็นวัตถุ เช่น หาง ของดาวหาง; ในขณะเดียวกันก็มีคุณสมบัติของคลื่น - มีลักษณะเป็นความถี่การสั่นที่เป็นสัดส่วนกับพลังงานของมัน ปรากฎว่าสสารและพลังงานเชื่อมต่อกันอย่างใกล้ชิดในโฟตอน ไอน์สไตน์ค้นพบความสัมพันธ์นี้และกำหนดเป็นสมการที่รู้จักกันดี ไอน์สไตน์ได้ข้อสรุปว่าสมการนี้ใช้กับมวลและรูปแบบของพลังงานทุกประเภท บทบัญญัติเหล่านี้ได้กลายเป็นพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ

การรับรู้ความคิดเหล่านี้ไม่ง่ายนักและต้องใช้ความพยายามอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ลองเอาวัตถุ มวล (ที่เรามักเรียกว่า "น้ำหนัก") ของวัตถุที่อยู่กับที่ เรียกตามหลักวิทยาศาสตร์ว่า มวลพัก ตอนนี้ให้วัตถุนี้ผลักอย่างแรง มันจะเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วหนึ่งและด้วยเหตุนี้ จะได้รับพลังงานจลน์ ยิ่งมาก ยิ่งมีความเร็วมากขึ้น แต่เนื่องจาก e ใน E=mc2 หมายถึงพลังงานทุกรูปแบบ พลังงานทั้งหมดของวัตถุจึงเป็นผลรวมของพลังงานพัก (ที่เกี่ยวข้องกับมวลนิ่งของวัตถุ) และพลังงานจลน์ (พลังงานของการเคลื่อนที่ของวัตถุ) กล่าวอีกนัยหนึ่ง สมการของไอน์สไตน์ต้องการให้มวลของวัตถุเพิ่มขึ้นตามความเร็วของมันจริงๆ

ดังนั้น ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ มวลของวัตถุจะเปลี่ยนไปตามความเร็วของวัตถุ ที่ความเร็วต่ำ มวลของวัตถุแทบไม่ต่างจากมวลนิ่ง นั่นคือเหตุผลที่ในกิจกรรมประจำวันของเราคำอธิบายของนิวตันเกี่ยวกับกฎธรรมชาติจึงค่อนข้างแม่นยำ แต่สำหรับดาราจักรที่ทะยานผ่านอวกาศ หรือสำหรับอนุภาคย่อยในเครื่องเร่งอนุภาค สิ่งต่างๆ ค่อนข้างจะแตกต่างออกไป ในทั้งสองกรณี ความเร็วของวัตถุเหล่านี้อาจเป็นส่วนสำคัญของความเร็วแสง ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงมวลของวัตถุเหล่านี้จึงมีความสำคัญมาก

การแลกเปลี่ยนระหว่างมวลและพลังงานนี้ได้รับการพูดคุยกันอย่างมีคารมคมคายทั้งโดย Steven Weinberg ในหนังสือของเขา The First Three Minutes และโดย Nachmanides ในข้อคิดเห็นเกี่ยวกับปฐมกาลของเขา พวกเขาทั้งคู่พูดถึงความเป็นคู่ของมวลและพลังงาน ซึ่งอธิบายนาทีแรกของชีวิตของจักรวาล

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษมีพื้นฐานอยู่บนสมมุติฐานสองประการ: หลักการสัมพัทธภาพและความคงตัวของความเร็วแสง หลักการสัมพัทธภาพซึ่งตั้งสมมติฐานโดยกาลิเลโอ กาลิเลอีเมื่อ 300 ปีก่อน ได้รับการขัดเกลาโดยไอน์สไตน์ หลักการนี้ระบุว่ากฎฟิสิกส์ทั้งหมด (ซึ่งไม่ใช่กฎแห่งธรรมชาติ) ทำงานในลักษณะเดียวกันในทุกระบบที่เคลื่อนที่โดยไม่เร่งความเร็ว กล่าวคือ สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง ระบบดังกล่าวเรียกว่าในภาษาของกรอบอ้างอิงเฉื่อยของนักฟิสิกส์

กรอบอ้างอิงกำหนดความสัมพันธ์ของผู้สังเกตกับโลกภายนอก หลักการสัมพัทธภาพบอกเราว่า เมื่ออยู่ในกรอบอ้างอิงเฉื่อย เราไม่สามารถใช้กฎแห่งฟิสิกส์ ตัดสินได้ว่าระบบกำลังเคลื่อนที่อยู่หรือไม่ เนื่องจากการเคลื่อนที่ไม่ส่งผลต่อผลลัพธ์ของการวัดที่ทำขึ้นภายในระบบ นั่นคือเหตุผลที่เราไม่รู้สึกถึงการเคลื่อนไหวเมื่อเราบินด้วยความเร็วคงที่ในสภาพอากาศที่สงบ แต่การโยกตัวบนเก้าอี้โยก เราพบว่าตัวเองอยู่ในกรอบอ้างอิงที่ไม่เฉื่อย เนื่องจากความเร็วและทิศทางของเก้าอี้โยกเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เราจึงสัมผัสได้ถึงการเคลื่อนไหวของเรา

เราทุกคนต้องรับมือกับตัวอย่างความเป็นไปไม่ได้ในการวัดการเคลื่อนที่แบบสัมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น เรากำลังยืนอยู่หน้าสัญญาณไฟจราจร และรถที่อยู่ข้างหน้าเราเริ่มถอยกลับอย่างช้าๆ หรือเรากำลังก้าวไปข้างหน้า? ในช่วงเวลาแรกเป็นการยากที่จะเข้าใจว่าใครกำลังเคลื่อนไหว รถไฟของเราเริ่มเคลื่อนตัวไปตามชานชาลาอย่างช้าๆและราบรื่น เมื่อตื่นจากการหลับใหล เราสังเกตเห็นรถไฟที่ยืนอยู่บนรางใกล้ ๆ เริ่มเคลื่อนตัวกลับอย่างช้าๆ หรืออย่างน้อยดูเหมือนว่าเราจะเป็นกรณีนี้ จนกว่ากรอบอ้างอิงของเรา - รถหรือรถไฟ - เริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง (หยุดเป็นกรอบเฉื่อย) ไม่ชัดเจนว่าอะไรกำลังเคลื่อนที่และสิ่งที่อยู่นิ่ง

มันอาจจะดูเหมือนขัดแย้งกัน: ไอน์สไตน์ทำให้เราเชื่อว่ามวลของวัตถุเป็นหน้าที่ของความเร็วของมัน และตอนนี้เราอ้างว่าเราไม่สามารถกำหนดการเคลื่อนที่ได้ด้วยการวัดว่ามวลเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรภายใต้อิทธิพลของมัน แต่มีความแตกต่างที่ลึกซึ้งมากที่นี่ ภายในกรอบอ้างอิงเฉื่อย ปริมาณทั้งหมดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อวัดจากกรอบอ้างอิงอื่นซึ่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กับกรอบแรก ค่าของมิติและมวลจะเปลี่ยนไป หากทุกส่วนของจักรวาลเคลื่อนที่อย่างเท่าเทียมกันและสม่ำเสมอ ทฤษฎีสัมพัทธภาพจะไม่เกี่ยวข้องกับหัวข้อที่เราศึกษา แต่สิ่งต่าง ๆ มีความเป็นไปได้ที่จะสังเกตเหตุการณ์เดียวกันจากกรอบอ้างอิงต่างๆ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการวิเคราะห์จักรวาลวิทยาตามพระคัมภีร์ของเรา

องค์ประกอบที่สองของรากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษนั้นยากยิ่งกว่าที่จะเข้าใจ บางคนอาจจะบอกว่ามันเข้าใจยากถึงขีดสุด เขาอ้างว่าความเร็วของแสง c เป็นค่าคงที่ (c = 2.997925 x 108 เมตรต่อวินาทีในสุญญากาศ - เสมอ) และเท่ากันในทุกกรอบอ้างอิง ข้อเท็จจริงนี้ปรากฏให้เห็นจากผลการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ หากคุณนึกถึงความหมายของข้อความนี้ คุณจะสามารถชื่นชมความกล้าทั้งหมดของมันได้ ไอน์สไตน์ใช้เสรีภาพในการประกาศว่า ไม่ว่าผู้สังเกตจะเคลื่อนที่ไปยังแหล่งกำเนิดแสงเร็วหรือห่างจากแหล่งกำเนิดแสงก็ตาม ความเร็วแสงยังคงเท่ากับค ไม่มีรูปแบบอื่นของการเคลื่อนไหว (เช่น คลื่นเสียง) ที่มีคุณสมบัตินี้ สิ่งนี้ดูไร้เหตุผลอย่างมาก

ถ้าเหยือกขว้างลูกบอลด้วยความเร็ว 90 ไมล์ต่อชั่วโมงไปยังผู้จับ ผู้จับจะเห็นลูกบอลเข้ามาหาเขาด้วยความเร็ว 90 ไมล์ต่อชั่วโมง หากฝ่าฝืนกฎใดๆ คนจับวิ่งเข้าหาเหยือกด้วยความเร็ว 20 ไมล์ต่อชั่วโมง ความเร็วของลูกบอลที่สัมพันธ์กับผู้จับจะเท่ากับ 110 ไมล์ต่อชั่วโมง (90 + 20) ความเร็วของลูกบอลเทียบกับคนขว้างลูกจะเป็นเช่นเดิม 90 ไมล์ต่อชั่วโมง ครั้งต่อไปที่ผู้ขว้างลูก แทนที่จะโยนลูกบอล ให้คนจับภาพลูกบอล มันกำลังเคลื่อนที่เข้าหาตัวดักจับด้วยความเร็วแสง (c) ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 300 ล้านเมตรต่อวินาที ในทางกลับกัน คนจับด้วยเท้าเร็วก็พุ่งเข้าหาเหยือกด้วยความเร็วเท่ากับหนึ่งในสิบของความเร็วแสง นั่นคือ 30 ล้านเมตรต่อวินาที แล้วผู้จับของเราคนนี้จะเห็นอะไร? ภาพของลูกบอลที่พุ่งเข้าหาเขาด้วยความเร็ว 330 ล้านเมตรต่อวินาที? ไม่! นี่เป็นความขัดแย้งของแสงอย่างแม่นยำ - สับสน น่ารำคาญ บางครั้งถึงกับโกรธเคือง แต่ในขณะเดียวกันก็ปลดปล่อยเราให้เป็นอิสระ

คนจับเห็นภาพของลูกบอลที่พุ่งเข้าหาเขาด้วยความเร็วแสง 300 ล้านเมตรต่อวินาที แม้ว่าเขาจะวิ่งเข้าหาตัวเขา ดังนั้นจึงเพิ่มความเร็วของเขาเป็นความเร็วแสง แสงโดยไม่คำนึงถึงความเร็วของผู้สังเกตที่สัมพันธ์กับแหล่งกำเนิดแสง เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว c เสมอ เสมอ. และความเร็วของการเคลื่อนที่ของภาพลูกอยู่ที่เท่าไรในการตรึงเหยือกที่ยืนนิ่งอยู่? ถูกต้องเช่นกัน แล้วผู้สังเกตการณ์สองคน คนหนึ่งกำลังเคลื่อนไหวและอีกคนหนึ่งยืนนิ่ง กำหนดความเร็วแสงเท่ากันได้อย่างไร ตรรกะและสามัญสำนึกบอกว่าสิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ แต่ทฤษฎีสัมพัทธภาพบอกว่านี่คือความจริง และความเป็นจริงนี้ได้รับการยืนยันในการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์

ผู้สังเกตการณ์ทั้งสองบันทึกความเร็วแสงเท่ากัน เนื่องจากข้อเท็จจริงของการเปลี่ยนแปลงมวล พื้นที่ และเวลา - ไม่ว่าจะดูเข้าใจยากเพียงใด - เป็นกฎพื้นฐานของกลศาสตร์สัมพัทธภาพและจักรวาลที่เราอาศัยอยู่ กฎหมายที่ควบคุมการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่มีสิ่งใดเกิดขึ้นภายในระบบที่ดูไร้สาระ ผู้ที่อยู่ข้างในนั้นไม่สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงใดๆ แต่เมื่อเราสังเกตอีกระบบหนึ่งเคลื่อนที่ผ่านเรา เราจะเห็นว่าขนาดของวัตถุตามทิศทางการเคลื่อนที่ลดลงสัมพันธ์กับมิติเดียวกันของวัตถุเมื่ออยู่นิ่ง นอกจากนี้ นาฬิกาที่แสดงเวลาที่แน่นอนเมื่อพวกเขาหยุดนิ่ง เคลื่อนที่ เริ่มช้ากว่านาฬิกา "หยุดนิ่ง" ในกรอบอ้างอิงของเรา

การรวมกันของความคงตัวของความเร็วแสงและหลักการสัมพัทธภาพทำให้เกิดการขยายเวลาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ การขยายเวลาสามารถแสดงให้เห็นได้โดยใช้การทดลองทางความคิดที่คล้ายกับที่ไอน์สไตน์ใช้เมื่อเขาพัฒนาหลักการพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพ ตัวอย่างของการทดลองทางความคิดดังกล่าวมอบให้โดย Taylor และ Wheeler ในหนังสือคลาสสิกของพวกเขา The Physics of Space and Time

พิจารณากรอบอ้างอิงสองกรอบ เฟรมหนึ่งอยู่กับที่และอีกกรอบหนึ่งกำลังเคลื่อนไหว ระบบคงที่คือห้องปฏิบัติการทางกายภาพทั่วไป ระบบที่สองคือจรวดที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง โปร่งใสและซึมผ่านได้อย่างสมบูรณ์ ภายในมีลูกเรือซึ่งประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์ที่โปร่งใสและดูดซึมได้อย่างสมบูรณ์ ขีปนาวุธเนื่องจากความโปร่งใสและการซึมผ่านได้อย่างสมบูรณ์ สามารถทะลุผ่านห้องปฏิบัติการของเราได้โดยไม่ต้องมีปฏิสัมพันธ์ใดๆ กับขีปนาวุธและเนื้อหาในนั้น ในห้องปฏิบัติการ จากจุด A (รูปที่ 2) มีแสงวาบซึ่งเคลื่อนที่ในแนวทแยงมุมไปยังกระจกซึ่งอยู่ที่จุด M แสงที่สะท้อนจากกระจกยังเดินทางในแนวทแยงไปยังจุด B อีกด้วย เวลาที่จรวดมาถึง ห้องปฏิบัติการถูกกำหนดในลักษณะที่ในขณะที่จุดวาบไฟ A ของจรวดจะเหมือนกับจุด A ของห้องปฏิบัติการ ให้ความเร็วของจรวดเท่ากับจุด A ของจรวดที่ตรงกับจุด B ในห้องปฏิบัติการ ณ เวลาเดียวกับที่แสงวาบมาถึงจุด B สำหรับผู้สังเกตการณ์ในจรวดจะปรากฎว่าแสงที่ส่งมาจากจุด A ของจรวดตรงไปยังจุดของจรวด M และย้อนกลับไปยังจุด A ของจรวด เนื่องจากความเร็วของจรวดนั้นคงที่ (เป็นเฟรมเฉื่อย) คนในจรวดจึงไม่รู้ว่ากำลังเคลื่อนที่อยู่

ระยะทางที่แสงเดินทางตามที่ผู้โดยสารของจรวดรับรู้คือ 2y (จากจุด A ไปยังจุด M และด้านหลัง) เส้นทางแสงเดียวกันกับที่เห็นในห้องปฏิบัติการคือผลรวมของทั้งสองด้านของสามเหลี่ยม - จากจุด A ไปยังจุด M และจากจุด M ไปยังจุด B แน่นอนว่าเส้นทางนี้ต้องมากกว่าเส้นทางที่ผู้โดยสารเห็น ของจรวด เราสามารถคำนวณความแตกต่างระหว่างพวกมันได้อย่างแม่นยำโดยใช้ทฤษฎีบทพีทาโกรัส ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าเส้นทางแสงที่สังเกตได้จากจรวดนั้นสั้นกว่าเส้นทางแสงที่สังเกตได้จากห้องปฏิบัติการ

ข้าว. 2.

จำได้ว่าความเร็วแสงทั้งสองระบบเท่ากัน นี้เป็นหนึ่งในการจัดตั้งขึ้นอย่างมั่นคง หลักการพื้นฐานทฤษฎีสัมพัทธภาพ เป็นที่ทราบกันดีว่าในทุกกรณีเวลาที่ใช้ในการเคลื่อนที่จะเท่ากับระยะทางที่เดินทางหารด้วยความเร็วของการเคลื่อนที่ เวลาที่ใช้ในการเดินทาง 100 ไมล์ที่ 50 ไมล์ต่อชั่วโมงคือสองชั่วโมง เนื่องจากความเร็วแสงสำหรับนักวิทยาศาสตร์ทั้งในห้องทดลองและสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่เดินทางในจรวดนั้นมีค่าเท่ากับ c และระยะทางที่แสงเดินทางในห้องปฏิบัติการนั้นมากกว่าระยะทางที่มันเดินทางในจรวด ช่วงเวลาระหว่างแฟลช ของแสงที่จุด A และการมาถึงของแสงที่จุด B ควรอยู่ในห้องปฏิบัติการมากกว่าในจรวด

มีเหตุการณ์เดียวเท่านั้นเกิดขึ้น มีแสงวาบเพียงดวงเดียว และแสงที่สังเกตได้ในกรอบอ้างอิงสองกรอบได้เข้ามาใกล้ครั้งเดียว อย่างไรก็ตาม ระยะเวลาของเหตุการณ์นี้แตกต่างกันเมื่อวัดในระบบอ้างอิงที่ต่างกันสองระบบ

ความแตกต่างของเวลาที่วัดได้นี้เรียกว่าการขยายเวลาเชิงสัมพัทธภาพ และการขยายนี้เองที่ทำให้เวลาหกวันแห่งการสร้างสรรค์คืนดีกับจักรวาลวิทยา 15 พันล้านปีได้อย่างน่าเชื่อถือ

แนวคิดที่เป็นรากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคือการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ แต่ซับซ้อนกว่า ในขณะที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเกี่ยวข้องกับระบบเฉื่อย ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปเกี่ยวข้องกับทั้งระบบเฉื่อยและไม่เฉื่อย (แบบเร่ง) ในระบบที่ไม่เฉื่อย แรงภายนอก เช่น แรงโน้มถ่วง ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของวัตถุ คุณสมบัติเชิงสัมพัทธภาพพิเศษของแรงโน้มถ่วงซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับปัญหาที่เรากำลังศึกษาอยู่คือแรงโน้มถ่วงนั้น - เช่นเดียวกับความเร็ว - ทำให้เกิดการขยายเวลา นาฬิกาบนดวงจันทร์เดียวกันนั้นวิ่งเร็วกว่าบนโลกเพราะแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์นั้นอ่อนลง ดังที่เราจะได้เห็นกัน แรงโน้มถ่วงมีบทบาทสำคัญในการกระทบยอดการสร้างและบิ๊กแบง

แรงดึงดูดของแรงโน้มถ่วงรู้สึกได้ในลักษณะเดียวกับแรงที่ก่อให้เกิดความเร่ง ตัวอย่างเช่น ในลิฟต์ที่กำลังขึ้น เรารู้สึกถึงแรงที่พื้นกดลงบนเท้าของเรา มันดันเราขึ้นพร้อมกับลิฟต์จริงๆ สิ่งนี้ถูกมองว่าเป็นแรงที่เรารู้สึกได้ขณะยืนอยู่ในลิฟต์ที่อยู่กับที่ หากแรงโน้มถ่วงของโลกเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน ไอน์สไตน์ให้เหตุผลว่าเนื่องจากแรงโน้มถ่วงได้รับการปฏิบัติในลักษณะเดียวกับแรงอื่นๆ ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่ มันจึงควรนำไปสู่ผลลัพธ์เดียวกัน เนื่องจากแรงเร่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่และการขยายเวลา การเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงจึงต้องทำให้เกิดการขยายเวลาด้วย

เนื่องจากลักษณะการขยายเวลาของทฤษฎีสัมพัทธภาพมีความสำคัญต่อปัญหาในการรวมปฏิทินจักรวาลวิทยาและปฏิทินในพระคัมภีร์ไบเบิลเข้าด้วยกัน จึงเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะแสดงให้เห็นว่าการขยายเวลานั้นมีอยู่จริง ท้ายที่สุด การเปลี่ยนแปลงเชิงสัมพัทธภาพจะเห็นได้เฉพาะในกรณีเหล่านั้นเมื่อความเร็วสัมพัทธ์ของการเคลื่อนที่เข้าใกล้ความเร็วของแสง แม้จะอยู่ที่ 30 ล้านเมตรต่อวินาที ซึ่งเป็นความเร็วหนึ่งในสิบของแสง การขยายเวลาก็ยังน้อยกว่าร้อยละหนึ่ง

ความเร็วที่ใกล้เคียงกับความเร็วแสงนั้นหาได้ยากในชีวิตประจำวัน แต่พบได้บ่อยในจักรวาลวิทยาและฟิสิกส์พลังงานสูง จริงอยู่ ควรสังเกตว่าความเป็นไปได้ที่แท้จริงของการวัดการขยายเวลาไม่ได้ทำให้แนวคิดเข้าถึงความเข้าใจได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทำให้เราสามารถย้ายจากหมวดหมู่ของแนวคิดเชิงทฤษฎีล้วนๆ ไปสู่ขอบเขตของข้อเท็จจริงเชิงประจักษ์ มีหลากหลายสายพันธุ์ กิจกรรมของมนุษย์- จากการทดลองในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์พลังงานสูงไปจนถึงเที่ยวบินปกติของสายการบินพาณิชย์ - ช่วยให้คุณแสดงการขยายเวลาได้

อนุภาคมูลฐานจำนวนหนึ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการทดลองในห้องปฏิบัติการทางกายภาพคือมิวออน มีครึ่งชีวิตหนึ่งและครึ่งไมโครวินาที อย่างไรก็ตาม Mu-meson ไม่เพียงปรากฏในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์พลังงานสูงเท่านั้น แต่ยังปรากฏในชั้นบนด้วย ชั้นบรรยากาศของโลกเมื่อรังสีคอสมิกชนกับนิวเคลียสอะตอมของก๊าซในบรรยากาศ เนื่องจากพลังงานของรังสีคอสมิกมีสูงมาก มิวออนในขณะที่ก่อตัวของมันจึงมีความเร็วเกือบ เท่ากับความเร็วสเวต้า. ด้วยความเร็วสูงเช่นนี้ จะมีการขยายเวลาที่สามารถวัดได้ แม้จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง มิวออนจะใช้เวลา 200 ไมโครวินาทีเพื่อเดินทางในระยะทาง 60 กิโลเมตรจากชั้นบรรยากาศที่พวกมันกำเนิดขึ้นสู่พื้นผิวโลก เนื่องจากมิวออนมีครึ่งชีวิตหนึ่งและครึ่งไมโครวินาที เวลาขนส่ง 200 ไมโครวินาทีจึงครอบคลุม 133 ของครึ่งชีวิตของมัน จำไว้ว่าในแต่ละครึ่งรอบนั้น ครึ่งหนึ่งของอนุภาคที่เหลือจะสลายตัว หลังจากครึ่งรอบ 133 รอบ สัดส่วนของมิวออนที่ต้องอยู่รอดและไปถึงพื้นผิวโลกจะเท่ากับ "/2 x 1/2 x" / 2 เป็นต้น 133 เท่า ซึ่งนับเป็นหนึ่งล้านล้านพันล้านของจำนวน มิวออนที่เริ่มเดินทางสู่พื้นผิวโลก ตัวเลขนี้น้อยมากจนแทบไม่มีมิวออนมาถึงโลก ส่วนใหญ่จะกระจุยไปตามทาง อย่างไรก็ตาม หากเราเปรียบเทียบจำนวนมิวออนที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศชั้นบนกับจำนวนมิวออนที่ไปถึงพื้นผิวโลก เราพบว่า "/8 ของจำนวนเริ่มต้นของพวกมันไปถึงที่หมายได้สำเร็จ" อย่างน่าประหลาดใจ 1/8 มิวออน หมายถึงครึ่งรอบเพียงสามรอบเท่านั้นที่เสร็จสิ้นในระหว่างการเดินทาง 60 กิโลเมตร ดังนั้นสำหรับมิว-เมซอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้กับความเร็วแสง คือ 4.5 ไมโครวินาที (3 x 1.5 ไมโครวินาที) สำหรับผู้สังเกตการณ์บนพื้นผิวโลกจะผ่านไปอย่างน้อย 200 ไมโครวินาที - เวลาขั้นต่ำที่ต้องใช้ในการครอบคลุม 60 กิโลเมตรจาก ชั้นบนบรรยากาศสู่ผิวน้ำ เหตุการณ์เดียวที่เหมือนกันเกิดขึ้นในช่วงเวลาสองช่วงเวลาที่ต่างกัน - 4.5 ไมโครวินาทีในหน้าต่างอ้างอิงของมิวออนที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วและ 200 ไมโครวินาทีในหน้าต่างอ้างอิงของผู้สังเกตที่ยืนอยู่บนพื้นผิว จำได้อีกครั้งว่าเรากำลังพูดถึงเหตุการณ์หนึ่ง แต่เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าผู้สังเกตและวัตถุที่สังเกตได้เคลื่อนที่สัมพันธ์กัน จึงมีช่วงเวลาที่แตกต่างกันสองช่วงสำหรับเหตุการณ์นี้ และทั้งสองก็เป็นความจริงอย่างแน่นอน!

แต่มิวออนเป็นอนุภาคที่ค่อนข้างแปลกใหม่ และผู้คลางแคลงใจอาจหัวเราะคิกคักและส่ายหัวด้วยความไม่เชื่อ อย่างไรก็ตาม ไม่มีผู้สังเกตการณ์สามารถเดินทางร่วมกับมิวออนได้ เราอาศัยเพียงครึ่งชีวิตของพวกเขาเป็นนาฬิกาที่เคลื่อนที่ไปกับพวกเขา

แล้วนาฬิกาจริงกับบุคคลที่เคลื่อนไหวด้วยพวกเขาและวัดการขยายเวลาด้วยวิธีที่ตรงที่สุดล่ะ? มันคงดูน่าเชื่อมากขึ้นอย่างแน่นอน และนั่นคือสิ่งที่รายงานในวารสาร Science อันทรงเกียรติของ Hafele และ Keating12 จาก University of Washington และ US Naval Laboratory พวกเขาส่งนาฬิกาซีเซียมสี่ชุดไปทั่วโลกในเครื่องบินโบอิ้ง 707 และคองคอร์ดที่ดำเนินการโดย TWA และ Pan Am และดำเนินการเที่ยวบินพาณิชย์ปกติ นาฬิกาเรือนนี้ได้รับเลือกเพราะมีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ

โลกหมุนจากตะวันตกไปตะวันออก หากเรามองโลกจากอวกาศในขณะที่อยู่เหนือขั้วโลกเหนือ เราจะเห็นว่าเมื่อบินไปทางทิศตะวันออก ความเร็วของเครื่องบินจะเพิ่มความเร็วของโลกด้วย ตามที่คาดการณ์โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพ นาฬิกาบนเครื่องบินล่าช้ากว่านาฬิกาในห้องปฏิบัติการนาวิกโยธินสหรัฐฯ ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี. (นาฬิกาทั้งหมดที่ใช้ในการทดลองนี้มาจากห้องทดลอง) เมื่อบินไปทางทิศตะวันตก ความเร็วของเครื่องบินจะถูกลบออกจากความเร็วการหมุนของโลก และนาฬิกาบนเครื่องบินลำนี้ก็ได้เคลื่อนที่ไปข้างหน้าตามทฤษฎีสัมพัทธภาพโดยสอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพอย่างเต็มที่ ในคำพูดของเฮเฟเล่และคีด "ในทางวิทยาศาสตร์ ข้อเท็จจริงเชิงประจักษ์ที่เกี่ยวข้องมีพลังมากกว่าการโต้แย้งเชิงทฤษฎี ผลลัพธ์เหล่านี้ให้วิธีแก้ปัญหาเชิงประจักษ์ที่ชัดเจนสำหรับความขัดแย้งของนาฬิกาที่มีชื่อเสียง

ไม่เพียงแต่การรับรู้ของเวลาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเปลี่ยนแปลงของเวลาจริงด้วยขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหวสัมพัทธ์ของผู้สังเกต ภายในกรอบอ้างอิงแต่ละอัน ทุกอย่างดูค่อนข้างปกติ แต่เมื่อทั้งสองระบบถูกแยกจากกันในครั้งแรก แล้วเชื่อมต่อใหม่ และเปรียบเทียบนาฬิกา ระยะเวลาในทั้งสองระบบจะแตกต่างกัน ( "อายุจริง")

สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษของการทดลองขยายเวลาของเฮเฟเล่-คีดคือการทดสอบทั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและสัมพัทธภาพทั่วไป ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ความแตกต่างในความแรงของแรงโน้มถ่วงส่งผลต่อระยะเวลาในลักษณะเดียวกับความแตกต่างของความเร็วสัมพัทธ์ ซึ่งกำหนดโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ผลกระทบของสนามโน้มถ่วงต่อวัตถุใดๆ จะแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุ เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้นสองเท่า แรงดึงดูดจะลดลงสี่เท่า ยิ่งวัตถุอยู่ห่างจากโลกมากเท่าไร โลกก็ยิ่งดึงวัตถุได้น้อยลงเท่านั้น เนื่องจากเครื่องบินที่บินอยู่นั้นอยู่สูงเหนือพื้นผิวโลก (ความสูงบินโดยทั่วไปของโบอิ้ง 707 คือ 10 กม. และคองคอร์ดคือ 20 กม.) ผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของโลกที่มีต่อนาฬิกาบนเครื่องบิน เครื่องบินจึงแตกต่างจากผลกระทบต่อนาฬิกา ที่อยู่บนผิวโลกในห้องทดลองของกองทัพเรือ การเปลี่ยนแปลงของนาฬิกาที่บันทึกไว้ในการทดลองนั้นสอดคล้องกับการทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (ซึ่งคำนึงถึงอิทธิพลของการเคลื่อนไหวและแรงโน้มถ่วงด้วย)

การทดลองนี้ ก็เหมือนกับการทดลองอื่นๆ ที่คล้ายคลึงกัน พิสูจน์ว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทั่วไปของไอน์สไตน์อธิบายลักษณะที่แท้จริงของจักรวาลของเราได้อย่างถูกต้อง ทฤษฎีสัมพัทธภาพไม่ใช่ทฤษฎีบริสุทธิ์อีกต่อไป ทฤษฎีสัมพัทธภาพเป็นข้อเท็จจริงที่พิสูจน์แล้วและได้รับการยืนยันแล้ว กล่าวอีกนัยหนึ่ง ทฤษฎีสัมพัทธภาพได้กลายเป็นกฎของสัมพัทธภาพ

และตอนนี้ จากกฎข้อนี้ บนพื้นฐานของวิทยาศาสตร์ธรรมชาติอย่างหนึ่งที่บรรยายจักรวาล เราสามารถอภิปรายกันต่อไปเกี่ยวกับหกวันแรกของการสร้าง - ช่วงเวลาที่วิทยาศาสตร์ธรรมชาติและเทววิทยาขัดแย้งกันเองในแวบแรก

เรามาดูความเปลี่ยนแปลงในความสัมพันธ์ระหว่างพระผู้สร้าง จักรวาล และมนุษย์ที่เกิดขึ้นนับแต่ขณะนั้นซึ่งเราเรียกว่า "การเริ่มต้น" ในเวลาเดียวกัน เราไม่ควรมองข้ามความจริงที่ว่าความแตกต่างของช่วงเวลาสามารถแก้ไขได้เฉพาะเมื่อเราเปรียบเทียบการสังเกตเหตุการณ์เดียวกันจากกรอบอ้างอิงที่แตกต่างกันสองกรอบ แต่ยังไม่เพียงพอ - จำเป็นเช่นกันที่แรงโน้มถ่วงในกรอบอ้างอิงทั้งสองนี้แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญจากกัน หรือความเร็วสัมพัทธ์ของการเคลื่อนที่เข้าใกล้ 300 ล้านเมตรต่อวินาที นั่นคือความเร็วของแสง ภายในแต่ละระบบโดยไม่คำนึงถึงความเร็วสัมพัทธ์หรือแรงโน้มถ่วงกระทำในนั้น ทุกสิ่งเกิดขึ้นตามกฎของนิวตันอย่างเต็มที่ กล่าวคือ ทุกอย่างดูปกติและมีเหตุผล เช่นเดียวกับที่เราทำบนโลก แม้ว่าเราจะวิ่งด้วยความเร็วสูง ช่องว่าง.

ผู้สร้างมีและยังคงมีความสนใจในการสร้างจักรวาล เราสามารถสันนิษฐานได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าจักรวาลมีอยู่ อย่างไรก็ตาม เราไม่รู้ว่าความสนใจนี้คืออะไร อย่างไรก็ตาม เราสามารถพบคำใบ้ของสิ่งนี้ได้โดยการวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างผู้สร้างและจักรวาลตลอดช่วงเวลาแห่งการสร้างสรรค์และการดำรงอยู่ของมัน เทววิทยาตามประเพณีกล่าวว่าหากพระผู้สร้างประสงค์ที่จะสร้างจักรวาลในคราวเดียว พระองค์ก็จะทรงทำเช่นนั้น แต่จากบันทึกในพระคัมภีร์เห็นได้ชัดว่าไม่ใช่แผนของเขาที่จะสร้างจักรวาลที่ก่อตัวขึ้นอย่างสมบูรณ์ด้วยการกระทำเพียงครั้งเดียว ด้วยเหตุผลบางอย่างจึงเลือกวิธีการพัฒนาแบบค่อยเป็นค่อยไป และสองบทแรกของหนังสือ "ปฐมกาล" นั้นอุทิศให้กับคำอธิบายของการก่อตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไปของจักรวาล

หากเราเล่นตามกฎที่เอกภพดำเนินการอยู่ในปัจจุบัน และกฎเหล่านี้เป็นกฎทางกายภาพที่เรารู้จัก ดังนั้น การพัฒนาจักรวาลอย่างค่อยเป็นค่อยไปจากสสารหลักที่มีอยู่ในช่วงเวลาของบิกแบงจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อการเกิดขึ้น ของมนุษย์ แต่ตัวโลกเองและทุกสิ่งที่มีอยู่บนนั้นไม่ใช่ผลิตภัณฑ์โดยตรงของบิกแบง เราได้รับการบอกอย่างแจ่มแจ้งว่าในตอนเริ่มต้น โลกไม่มีรูปร่างและว่างเปล่า หรือในภาษาฮีบรู gohu และ bohu นักฟิสิกส์อนุภาคนิวเคลียร์ชั้นนำในปัจจุบันกล่าวถึง T และ B (toxu และ bohu) ว่าเป็น "อิฐ" ดั้งเดิมสองก้อนที่สร้างสสารทั้งหมด แรงของบิกแบงบีบอัด Gi B เหล่านี้เป็นไฮโดรเจนและฮีเลียมอย่างแท้จริง แทบไม่มีองค์ประกอบอื่นเกิดขึ้นในขณะนั้น และต่อมามีเพียงการเล่นแร่แปรธาตุของจักรวาลเท่านั้นที่สร้างองค์ประกอบอื่นๆ ทั้งหมดจากไฮโดรเจนและฮีเลียมในยุคแรกเริ่มเหล่านี้

โลกและระบบสุริยะทั้งหมดเป็นส่วนผสมของสสารที่ตกลงมาหาเราหลังจากการหดตัวยิ่งยวดนับไม่ถ้วนในส่วนลึกของดวงดาว ความดันนี้บีบอัดไฮโดรเจนและฮีเลียมให้แน่นจนนิวเคลียสของพวกมันมารวมกันและแยกออกจากกันอีกครั้ง ก่อตัวเป็นธาตุที่หนักกว่า เช่น คาร์บอน (ธาตุแท้แห่งชีวิต) เหล็ก ยูเรเนียม และธาตุ 89 อื่นๆ ที่ประกอบเป็นเอกภพ จากนั้นดวงดาวก็ระเบิดและพ่นองค์ประกอบที่ก่อตัวขึ้นใหม่ออกไปในจักรวาล ซึ่งกลืนกินพวกมันอย่างตะกละตะกลาม ใช้พวกมันเพื่อสร้างดาวดวงอื่น การกำเนิดของดวงดาวและการตายเป็นสิ่งจำเป็นในท้ายที่สุดเพื่อเปลี่ยนไฮโดรเจนและฮีเลียมที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาแรกหลังจากบิกแบงเป็นองค์ประกอบที่จำเป็นในการสร้างชีวิตในรูปแบบที่เรารู้จัก ในการตีความพระคัมภีร์ นักวิจารณ์เช่น Maimonides และ Rashi อธิบายว่าพระเจ้าสร้างและทำลายโลกมากมายในกระบวนการสร้างชีวิตบนโลก แต่ที่นี่ฉันไม่ได้พึ่งพาไมโมนิเดส ฉันได้ข้อมูลข้างต้นจากนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ วูสลีย์และฟิลลิปส์

ดังนั้น หากเรามีเวลาหกวันก่อนที่อาดัมจะปรากฎตัว เราจะปรับวัฏจักรของการก่อตัวและการทำลายล้างของโลกให้เข้ากับช่วงเวลานี้ได้อย่างไร นักวิจารณ์พระคัมภีร์ที่เราวางใจระบุไว้อย่างชัดเจนว่าหกวันแรกของการสร้างคือหกวันโดยแต่ละ 24 ชั่วโมง ซึ่งหมายความว่าคนที่คอยติดตามเวลาจะต้องบันทึกข้อความเหล่านี้ตลอด 24 ชั่วโมงต่อวัน แต่ใครเล่าจะสามารถอยู่ ณ เวลานั้นเพื่อวัดกาลเวลาได้? จนกระทั่งหลังจากผ่านไปหกวัน อดัมก็ปรากฏตัว มีเพียงพระเจ้าพระเจ้าเท่านั้นที่สามารถดูนาฬิกาได้ และนั่นคือประเด็นทั้งหมด

เมื่อจักรวาลของเราถูกสร้างขึ้น - จนถึงช่วงเวลาที่มนุษย์ปรากฏตัว - พระเจ้าไม่ได้เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับโลก ในหนึ่งหรือสองวันแรกของหกวันแรกของการสร้าง โลกก็ยังไม่มีอยู่จริง! แม้ว่าปฐมกาล 1:1 กล่าวว่า “ในปฐมกาลพระเจ้าได้ทรงสร้างฟ้าสวรรค์และแผ่นดินโลก” ข้อต่อไปกล่าวว่าแผ่นดินโลกว่างเปล่าและไม่มีรูปแบบ อันที่จริงข้อแรกของหนังสือปฐมกาลเป็นข้อความของแผนทั่วไปที่สุด หมายความว่าในตอนเริ่มต้น สารหลักได้ถูกสร้างขึ้น ซึ่งในช่วงหกวันต่อจากนี้ สวรรค์และโลกจะต้องเป็น ก่อตัวขึ้น ต่อมาในข้อ 31:17 ของหนังสือ "อพยพ" นี้ระบุไว้อย่างชัดเจนมากขึ้น: "... ในหกวันพระเจ้าทรงสร้างชั้นฟ้าทั้งหลายและแผ่นดิน ... " สวรรค์และโลก "สร้าง" ขึ้นจากอะไรในช่วงหกวันนี้? จากสารที่สร้างขึ้น "ในตอนต้น" ของหกวันนั้น เนื่องจากไม่มีโลกในจักรวาลยุคแรก และเนื่องจากไม่มีความเป็นไปได้ที่จะสร้างการเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดหรือการแทรกซึมของกรอบอ้างอิง จึงไม่มีปฏิทินทั่วไปสำหรับพระเจ้าและสำหรับโลก

กฎสัมพัทธภาพสอนเราว่าสำหรับพระเจ้าแล้ว ไม่มีทางเลือกปฏิทินที่จะใช้ได้กับทุกส่วนของจักรวาล หรืออย่างน้อยก็สำหรับปฏิทินจำนวนจำกัดที่มีบทบาทในการกำเนิดของมนุษยชาติ กฎสัมพัทธภาพ ซึ่งเป็นกฎพื้นฐานของเอกภพประการหนึ่ง ซึ่งกำหนดขึ้นเมื่อกำเนิด ทำให้การดำรงอยู่เป็นไปไม่ได้ ระบบทั่วไปอ้างอิงถึงพระผู้สร้างและสำหรับแต่ละส่วนของสสารทั้งหมดนั้น ซึ่งท้ายที่สุดก็กลายเป็นมนุษย์และกลายเป็นดาวเคราะห์โลกที่สสารนั้นอาศัยอยู่

เรารู้ว่าตามกฎสัมพัทธภาพ ในจักรวาลที่กำลังขยายตัว เป็นไปไม่ได้ที่จะอธิบายเวลาที่ขยายลำดับของเหตุการณ์บางอย่างในส่วนใดส่วนหนึ่งของจักรวาลในลักษณะที่เท่ากับเวลาของเหตุการณ์เดียวกัน แต่ สังเกตจากส่วนอื่นของจักรวาล ความแตกต่างในการเคลื่อนที่และแรงโน้มถ่วงของดาราจักรต่างๆ หรือแม้แต่ดาวในดาราจักรเดียวกันทำให้เวลาสัมบูรณ์กลายเป็นปรากฏการณ์ในท้องถิ่นล้วนๆ เวลาไหลไปแตกต่างกันในส่วนต่างๆ ของจักรวาล

พระคัมภีร์เป็นหนังสือนำเที่ยวที่บรรยายการเดินทางของมนุษยชาติผ่านชีวิตและเวลา เพื่อปลูกฝังให้มนุษย์เคารพในความมหัศจรรย์ทางกายภาพของจักรวาล คู่มือนี้ประกอบด้วยคำอธิบายของกระบวนการที่นำจากจักรวาลที่ว่างเปล่าไร้รูปแบบไปสู่บ้านที่มนุษยชาติสามารถดำรงอยู่ได้ แต่แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเลือกระบบอ้างอิงเวลาที่รวมเป็นหนึ่งเพื่ออธิบายกระบวนการนี้ เนื่องจากมีปัจจัยมากเกินไปที่ส่งผลโดยตรงต่อความเร็วของเวลามากที่สุด ปัจจัยเหล่านี้รวมถึงแรงโน้มถ่วงของดาวฤกษ์หลายดวง ในส่วนลึกของไฮโดรเจนและฮีเลียมปฐมภูมิถูกแปลงเป็นองค์ประกอบที่อยู่ภายใต้สิ่งมีชีวิต และการเคลื่อนที่ของก๊าซในอวกาศซึ่งควบแน่นในกระบวนการในเนบิวลา จากนั้นจึงกลายเป็นดาว และการระเบิด มหานวดาราเป็นการทำเครื่องหมายการตายและการเกิดใหม่ในภายหลังของดาวฤกษ์ที่เกิดทางช้างเผือกและมวลของโลก กาลเวลาคือแง่มุมของชีวิตที่เรา ก่อนความเข้าใจของไอน์สไตน์ เชื่ออย่างผิด ๆ ว่าไม่เปลี่ยนแปลง มันไม่สมจริง ไม่เลย มันเป็นไปไม่ได้เลยที่นาฬิกาเดียวกันในทุกยุคทุกสมัยจะวัดอายุของสสารในจักรวาลที่เราประกอบขึ้นได้

การเปลี่ยนแปลงของสสารตั้งแต่เนื้อหาของบิ๊กแบงจนถึงสถานะปัจจุบันนั้นซับซ้อนเกินไป หลากหลายเกินไปสำหรับช่วงเวลาในนั้นที่จะวัดด้วยนาฬิกาเดียวกัน ใครสามารถพูดได้ว่าตอนนี้มีกาแลคซีกี่แห่งหรือซุปเปอร์โนวาชนิดใดที่ก่อให้เกิดองค์ประกอบที่ประกอบเป็นร่างกายของเราในที่สุด? มนุษย์เรา และทุกสิ่งทุกอย่างในระบบสุริยะ รวมทั้งดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ ล้วนแต่เป็นชิ้นส่วนของดาวฤกษ์ที่หายไปนาน เราถูกสร้างขึ้นมาจากละอองดาวอย่างแท้จริง อะตอมของคาร์บอน ไนโตรเจน หรือออกซิเจนนี้อ้างอิงถึงอะตอมใด ถึงคุณหรืออะตอมของเพื่อนบ้านของคุณ? สำหรับผู้ที่เป็นส่วนหนึ่งของอนุภาคของผิวหนังของคุณหรือกับผู้ที่อยู่ในเลือดของคุณ? มีแนวโน้มว่าดาวแต่ละดวงจะเริ่มต้นในส่วนลึกของดาวฤกษ์ที่แตกต่างกัน ดังนั้นแต่ละดวงจึงมีอายุต่างกันไป การเปลี่ยนแปลงของสสารจักรวาลที่เกิดขึ้นก่อนการก่อตัวของโลกเกิดขึ้นในดวงดาวนับไม่ถ้วน พร้อมกันและตามลำดับ ดาวแต่ละดวง ซุปเปอร์โนวาแต่ละดวง มีความโน้มถ่วงและความเร็วของมันเอง ดังนั้นกรอบเวลาอ้างอิงของกาลอวกาศของตัวเอง

นาฬิกาจักรวาลหลายพันล้านนาฬิกาถูกทำเครื่องหมาย (และยังคงขีดอยู่) ซึ่งแต่ละอันก็ก้าวไปอย่างถูกต้องตามท้องถิ่น พวกเขาทั้งหมดเริ่มติ๊กในเวลาเดียวกัน - ช่วงเวลาของบิ๊กแบง - และพวกเขาทั้งหมดก็มาถึงช่วงเวลาที่อดัมปรากฏตัวพร้อมกัน แต่เวลาท้องถิ่นที่แน่นอนซึ่งผ่านจาก "จุดเริ่มต้น" ไปจนถึงช่วงเวลาที่อนุภาคของสสารเหล่านี้มีส่วนในการสร้างมนุษยชาตินั้นแตกต่างกันมากสำหรับดาวแต่ละดวงและสำหรับแต่ละอนุภาค แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงของสสารจะเริ่มต้นและสิ้นสุดไปพร้อม ๆ กัน แต่จากทฤษฎีของไอน์สไตน์ที่ว่าอายุของแต่ละอนุภาคของสสารนั้นแตกต่างกันอย่างมากจากอายุของอนุภาคอื่นๆ ของสสารที่รวมตัวกันในที่สุด ระบบสุริยะแล้วก็มนุษยชาติ การให้เหตุผลของเราไม่ได้ซับซ้อนและซับซ้อนมากไปกว่าการบอกว่า การหา 200 ไมโครวินาทีใน 4.5 ไมโครวินาทีที่ผ่านไปจนกระทั่งมิวออนซึ่งก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศชั้นบนภายใต้ผลกระทบของรังสีคอสมิก ไปถึงพื้นผิวโลก ใน 4.5 ไมโครวินาที 200 ไมโครวินาทีจะผ่านไป ข้อเท็จจริงที่พิสูจน์แล้วนี้สามารถเข้าใจได้ดีขึ้นด้วยความช่วยเหลือของการทดลองทางความคิดของ Einstein ซึ่งนักวิทยาศาสตร์บนจรวดที่เคลื่อนที่เร็วและนักวิทยาศาสตร์ในห้องปฏิบัติการที่อยู่กับที่บันทึกสองครั้งที่แตกต่างกันสำหรับเหตุการณ์เดียวกัน สถานการณ์นี้ไม่เกี่ยวข้องกับคำแถลงของสหราชอาณาจักรตอนปลาย ฟิลด์ส ซึ่งบอกว่าในช่วงเย็นวันหนึ่งในฟิลาเดลเฟีย เขาอาศัยอยู่ตลอดทั้งสัปดาห์ คำพูดของเขาอยู่ในขอบเขตของความรู้สึกทางอารมณ์ ในกรณีของเรา เรากำลังเผชิญกับข้อเท็จจริงทางกายภาพ เมื่อเราพูดถึงหนึ่งพันล้านปี เราไม่ได้หมายความว่าเรามีประสบการณ์เป็นพันล้านปี หนึ่งพันล้านปีผ่านไปแล้วจริงๆ! หากในช่วงหกวันเดียวกันนั้นมีนาฬิกาบางส่วนในส่วนนั้นของจักรวาลที่ตอนนี้ถูกครอบครองโดยโลก นาฬิกาเหล่านั้นก็ไม่จำเป็นต้องบันทึกถึง 15 พันล้านปี ในจักรวาลยุคแรก ความโค้งของอวกาศและเวลาในสถานที่นี้อาจค่อนข้างแตกต่างจากที่เป็นอยู่ตอนนี้

เพื่ออธิบาย การพัฒนาที่สม่ำเสมอจักรวาลจำเป็นต้องหาการประนีประนอมบางอย่าง เนื่องจากการประนีประนอมดังกล่าว ผู้สร้างจึงเลือกช่วงเวลาก่อนการปรากฏตัวของอาดัม ซึ่งเป็นกรอบอ้างอิงของเขาเอง ซึ่งถือว่าทั้งจักรวาลรวมเป็นหนึ่งเดียว

การสร้างอาดัมในเชิงคุณภาพแตกต่างจากเหตุการณ์อื่น ๆ ทั้งหมดที่มาพร้อมกับการสร้างจักรวาล แสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐานในความสัมพันธ์ของพระเจ้ากับจักรวาล เรารู้ว่าวัตถุทั้งหมดในจักรวาล ทั้งที่เป็นอินทรีย์และอนินทรีย์ ทั้งที่มีชีวิตและไม่มีชีวิต ประกอบขึ้นจากสสาร ซึ่งต้นกำเนิดของสิ่งนั้นสามารถสืบย้อนไปถึงการกำเนิดขั้นต้นได้ ในแง่นี้มนุษยชาติก็ไม่มีข้อยกเว้น เราได้รับการอธิบายอย่างชัดเจนว่าแหล่งที่มาของวัตถุที่เป็นแหล่งกำเนิดของเราคือ "ผงคลีดิน" สิ่งมีชีวิตทั้งหมด (ปฐมกาล 1:30) รวมทั้งมนุษย์ (ปฐมกาล 2:7) ได้รับจิตวิญญาณที่มีชีวิต (ฮีบรู เนเฟส) อย่างไรก็ตาม มีเพียงอดัมเท่านั้นที่ได้รับสิ่งใหม่ๆ ที่ไม่เหมือนใครสำหรับทั้งจักรวาล นั่นคือลมปราณแห่งชีวิตของพระเจ้า ("ปฐมกาล" 2:7)

และในขณะนั้นเองที่พระเจ้าสูดลมหายใจแห่งชีวิตของเขาเข้าไปในอาดัม (เนชามาในภาษาฮีบรู) ทั้ง - ผู้สร้างและสิ่งที่เขาสร้างขึ้น - เชื่อมโยงซึ่งกันและกันอย่างแยกไม่ออก ในเวลานี้เองที่จากหลายพันล้านชั่วโมงที่เป็นไปได้ มีเพียงคนเดียวเท่านั้นที่ได้รับเลือกอย่างไม่อาจเพิกถอนได้ โดยนับจากนี้เป็นต้นไป ในอนาคตทั้งหมดจะต้องถูกวัด

ในศัพท์แสงของนักฟิสิกส์เชิงสัมพัทธภาพ ในช่วงเวลาของการปรากฏตัวของอาดัม ส่วนหนึ่งของจักรวาลซึ่งกลายเป็นที่อยู่อาศัยของมนุษย์ เริ่มทำงานในกรอบอ้างอิงกาลอวกาศเดียวกันกับผู้สร้าง เริ่มจากจุดนี้ ลำดับเหตุการณ์ของพระคัมภีร์และระยะเวลาบนโลกกลายเป็นหนึ่งเดียว - ความสัมพันธ์เชิงพื้นที่และเวลาทั่วไประหว่างพระเจ้าและมนุษย์จะได้รับการแก้ไขตั้งแต่นี้ไป

ผลลัพธ์ของการเชื่อมต่อใหม่นี้เห็นได้ชัดจากการชำเลืองไปที่ข้อความในพระคัมภีร์ไบเบิล มีความคล้ายคลึงกันระหว่างวันที่ที่พระคัมภีร์กล่าวถึงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นหลังจากการสร้างอาดัมและการประมาณการทางโบราณคดีที่สอดคล้องกันของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเดียวกัน ยุคสำริดของปฏิทินพระคัมภีร์และยุคสำริดของโบราณคดีมีความสอดคล้องกัน ตามพระคัมภีร์กล่าวว่า Hatzor ถูกทำลายโดย Joshua เมื่อ 3,300 ปีก่อน; โบราณคดีตามที่ปรากฎหลังจากการวิจัยอย่างละเอียดหมายถึงเหตุการณ์นี้ในช่วงเวลาเดียวกัน ส่วนหนึ่งของปฏิทินในพระคัมภีร์ที่เริ่มต้นด้วยการสร้างอาดัมนั้นค่อนข้างสมเหตุสมผลสำหรับสายตาของเรา และการค้นพบม้วนหนังสือแห่งทะเลเดดซีพิสูจน์ให้เห็นว่าพระคัมภีร์อธิบายเหตุการณ์ต่าง ๆ อย่างถูกต้องเป็นเวลาหลายพันปีก่อนที่สิ่งเหล่านี้จะได้รับการยืนยันจากการค้นพบทางโบราณคดีสมัยใหม่ หากเราไม่รู้กฎสัมพัทธภาพ และหากเราพยายามหาเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบนโลกหลังอาดัมจากจุดอื่นในจักรวาล เราจะแปลกใจว่าทำไมในการรับรู้ของเราเวลาที่ผ่านไปจึงแตกต่างจากที่เคยเป็น แก้ไขโดยนาฬิกาบนโลก

ในช่วงหกวันแรกของการดำรงอยู่ของจักรวาลของเรา นาฬิกานิรันดร์วัดได้ 144 ชั่วโมง ตอนนี้เราทราบแล้วว่าช่วงเวลานี้ไม่จำเป็นต้องตรงกับช่วงเวลาเดียวกันที่วัดในที่อื่นในจักรวาล ในฐานะผู้อาศัยในจักรวาลนี้ เราประเมินกาลเวลาด้วยความช่วยเหลือของนาฬิกาในกรอบอ้างอิงในท้องถิ่นของเรา นาฬิกาดังกล่าวรวมถึงการหากัมมันตภาพรังสี ข้อมูลทางธรณีวิทยา และการวัดความเร็วและระยะทางในจักรวาลที่กำลังขยายตัว ด้วยนาฬิกาเรือนนี้ที่มนุษยชาติเดินทางผ่านกาลเวลาและอวกาศ

เมื่อพระคัมภีร์อธิบายว่าเอกภพของเราพัฒนาขึ้นในแต่ละวันในช่วงหกวันแรกหลังการทรงสร้าง แท้จริงแล้วเป็นการพูดถึงหกวันโดยแต่ละ 24 ชั่วโมง แต่กรอบอ้างอิงซึ่งนับวันเหล่านี้รวมทั้งจักรวาลด้วย สัปดาห์แรกของการสร้างสรรค์นี้ไม่ใช่เทพนิยาย ที่ออกแบบมาเพื่อสนองความอยากรู้อยากเห็นของเด็ก ดังนั้นในภายหลังด้วยการถือกำเนิดของปัญญาผู้ใหญ่ จะถูกละทิ้งโดยไม่จำเป็น ตรงกันข้าม มันมีการพาดพิงถึงเหตุการณ์ที่มนุษย์เพิ่งเริ่มเข้าใจ

ปราชญ์ผู้แปลพระคัมภีร์ได้เตือนมานานแล้วว่าความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเหตุการณ์ในหกวันแรกแห่งการทรงสร้างจะไม่ตรงกับความเข้าใจของเราในธรรมชาติในยุคหลังการปรากฏตัวของอาดัม พวกเขาเข้าใจสิ่งนี้จากการบรรยายเรื่องวันสะบาโตที่มีอยู่ในบัญญัติสิบประการ หากเราเปรียบเทียบข้อความในอพยพ 20:11 กับข้อความในเศคาริยาห์ 5:11 และ 2 ซามูเอล 21:10 เราจะเห็นว่าข้อความเหล่านี้ใช้คำว่าพักผ่อนเหมือนกัน แต่มีเฉดสีต่างกัน จากวิธีการใช้คำที่นั่น สามารถอนุมานได้ว่าพระเจ้าไม่ได้ "หยุดพัก" ในวันสะบาโตแรก แต่พระผู้สร้างหยุดงานชั่วคราวเพื่อสำรวจจักรวาลที่ถูกสร้างขึ้นในหกวันแรก การรับรู้ของเราเกี่ยวกับช่วงพักนี้ ตามคำกล่าวของไมโมนิเดส คือตลอดเวลาตั้งแต่วันสะบาโตแรกเป็นต้นไป กฎแห่งธรรมชาติ รวมทั้งกาลเวลา จะทำงานในลักษณะ "ปกติ" ในทางตรงกันข้าม เหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในช่วงหกวันแรกอาจดูไร้เหตุผล ราวกับว่ามีการละเมิดกฎแห่งธรรมชาติและเวลา อย่างที่คุณเห็น การทำนายของปราชญ์ที่เราจะรับรู้ภาพตามพระคัมภีร์และทางวิทยาศาสตร์ของเอกภพในยุคแรกนั้นขัดแย้งกัน ที่จริงแล้วกลายเป็นจริง

วันสะบาโตแรกเป็นจุดเริ่มต้นของปฏิทิน โดยนับเวลาตั้งแต่การสร้างอาดัม และเป็นส่วนนี้ของปฏิทินที่สอดคล้องกับการรับรู้ตามตรรกะของเราเกี่ยวกับความเป็นจริง ต้องขอบคุณความจริงที่ไม่ธรรมดาของทฤษฎีสัมพัทธภาพเวลา กฎสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ปฏิทินในพระคัมภีร์จึงถูกต้องในหกวันนั้นเช่นกัน ไม่จำเป็นต้องอธิบายการค้นพบฟอสซิลโดยกล่าวว่าพระผู้สร้างจงใจวางไว้ในที่ที่พบ เพื่อทดสอบศรัทธาของเราในการกระทำของการสร้างหรือเพื่อสนองความอยากรู้ของเรา อัตราการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีในหิน อุกกาบาต และฟอสซิลที่พบสะท้อนการผ่านของเวลาได้อย่างถูกต้อง แต่ช่วงเวลานี้ได้รับการวัดและยังคงวัดด้วยนาฬิกาใน ระบบดินอ้างอิง. เวลาที่กำหนดโดยนาฬิกาเหล่านี้และยังคงค่อนข้างจะเท่านั้น กล่าวคือ ถูกต้องในเครื่องเท่านั้น นาฬิกาอื่น ๆ ที่อยู่ในระบบอ้างอิงอื่น ๆ คุณลักษณะอื่น ๆ แต่ถูกต้องไม่น้อย ช่วงเวลาของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นบนโลก และจะเป็นเช่นนั้นตลอดไป ตราบใดที่จักรวาลปฏิบัติตามกฎแห่งธรรมชาติ

วรรณกรรม

• 1. ราชิ. "ความเห็นเกี่ยวกับหนังสือปฐมกาล". 1:1.
• 2. แนชมาไนด์. "ความเห็นเกี่ยวกับอัตเตารอต". "ปฐมกาล" 5:4.
• 3. "โบราณคดีและการศึกษาพระคัมภีร์เดิม" เอ็ด โทมัส. (Thomas, ed., โบราณคดีและการศึกษาพันธสัญญาเดิม).
• 4. นิวตัน "หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ". (นิวตัน หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ).
• 5. ไอน์สไตน์ "ทฤษฎีสัมพัทธภาพ: ทฤษฎีพิเศษและทฤษฎีทั่วไป". (ไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพ: ทฤษฎีพิเศษและทฤษฎีทั่วไป).
• 6. โคเฮน "กำเนิดฟิสิกส์ใหม่". (โคเฮน กำเนิดฟิสิกส์ใหม่).
• 7. เพจ "สมมาตรที่สมบูรณ์แบบ". (เพจ สมมาตรสมบูรณ์แบบ).
• 8. แชงค์แลนด์ "การทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์" (แชงค์แลนด์ "การทดลองของ Michelson-Morley", American Journal of Physics, 32 (1964):16).
• 9. เยอรมัน. "ต้นกำเนิดของทฤษฎีควอนตัม" (2442-2456) (แฮร์มันน์ การกำเนิดของทฤษฎีควอนตัม (1899-1913))
• 10. เทย์เลอร์และวีลเลอร์ "ฟิสิกส์ของกาลอวกาศ". (เทย์เลอร์และวีลเลอร์, ฟิสิกส์กาลอวกาศ).
• 11. เฮเฟเล่กับคีด "Circumnavigating Atomic Clocks: Observations of Relativistic Time Shift". (Hafele และ Keating "นาฬิกาอะตอมทั่วโลก: สังเกตการเพิ่มเวลาสัมพัทธภาพ" วิทยาศาสตร์ 117 (1972): 168)
• 12. วูสลีย์และฟิลลิปส์ ซูเปอร์โนวา 1987A1 (วูสลีย์และฟิลลิปส์ "Supernova 1987A!" Science, 240 (1988): 750)
• 13. ไมโมนิเดส "ที่ปรึกษาแห่งความลังเล" ตอนที่ 1 ch. 67.