Einstein'ın genel izafiyet teorisi: dört adımda gerçekleştirilen bir dahi

Devrimci fizikçi kullanmış hayal değil, karmaşık matematik, gelip onun en ünlü ve zarif bir denklem. Einstein'ın genel izafiyet teorisi, bilinen bir gerçeği öngörür garip ama gerçek olaylar gibi, yaşlanmayı yavaşlatmak astronotlar uzayda insanlarla karşılaştırıldığında Yeryüzünde ve değişiklik formları katı nesneleri yüksek hızlarda.

Ama ilginç bir şey alırsanız, bir kopyasını özgün makale Einstein hakkında genel görelilik 1905'de, onun oldukça basit olacak sökmeye. Metin basit ve anlaşılır, ve denklemleri çoğunlukla cebirsel — onları mümkün sökmeye herhangi bir lisede.

çünkü zor bir matematik hiç paten Einstein. Sevdiğini düşünmek mecazi, deneyler onun hayal ve осмыслять kendi kadar fiziksel fikirler ve ilkeler görünür hale berrak.

İşte nereden başladı, düşünce deneyleri, Einstein, o sadece 16 yıl, ve onlar sonunda onu getirdi, en devrimci denklemi, modern fizik.

1895 yılı: çalışan yakın bir ışık demeti

Bu noktada, yaşam Einstein onun için kötü скрываемое hor alman kökleri, otoriter öğretim yöntemlerine Almanya'da zaten bir rol oynadı ve onun atıldım lise, bu yüzden taşındı Zürih umuduyla giren İsviçre federal teknoloji enstitüsü (ETH).

Ama önce Einstein geçirmek için karar bir yıl hazırlık okulunda komşu bulunan Aarau. Bu yerde o, yakında keşfedilen merak daha, nasıl bir şey bu, kaçmak için yanında bir ışık demeti.

Einstein zaten öğrendim, fiziksel bir sınıf, ne bir ışık demeti: bir sürü salınan elektrik ve manyetik alanlar, hareketli hızı 300 000 kilometre / saniye ölçülen ışık hızı. Eğer o kaçtı ... yanında aynı oranda fark eden Einstein, o-ebil görmek bir çok salınan elektrik ve manyetik alanların yanında, sanki donmuş bir boşluk.

Ama bu mümkün değildi. İlk olarak, sabit alanları ihlal ... Maxwell denklemleri, matematiksel yasalar, hangi oturtulup, ne fizik biliyor, elektrik, manyetizma ve ışığı. Bu yasalar (ve hala) oldukça sıkı: herhangi bir dalga boyu için, bu kutuları taşımak gerekir, ışık hızında ve duramaz yerinde, istisnasız.

Daha da Kötüsü, sabit bir alan değil вязались görelilik prensibi ile bilinmektedir fizikçiler yana, Galileo ve Newton'un 17. yüzyılda. Aslında, görelilik ilkesi diyor ki, fizik yasaları değil bağlıdır, ne kadar hızlı hareket ediyor: eğer ölçmek için sadece bir hız, bir nesnenin başka bir göreli.

Ama ne zaman Einstein uygulanan bu ilke, kendi мысленному deney, ortaya bir çelişki: görelilik диктовала, her şey o görmek, hareket, yanında, ışın, ışık, dahil olmak üzere, sabit bir alan olmalıdır şey sıradan, ne fizik oluşturabilirsiniz lab. Ama böyle bir kimse asla izledi.

Bu sorun, rahatsız etmiyor Einstein başka bir 10 yıl boyunca onun yolunu öğrenme ve çalışma ETH ve hareketin başkenti İsviçre Берну, nerede o olacak sınav isviçre patent ofisi. O izin paradoks bir kez ve herkes için.

1904 yılı: ölçüm, ışık, hareket eden bir trenin

Bu kolay değildi. Einstein denedim herhangi bir çözüm geldi aklına, ama hiçbir şey çalıştı. Neredeyse umutsuz başladı düşünüyorum, ama çok daha kolay, ancak radikal bir çözümdür. Belki de Maxwell denklemleri çalışmak için sadece, diye düşündü, ama ışık hızı her zaman sabit olmuştur.

Başka bir deyişle, gördüğünüzde пролетающий bir demet ışık, bir önemi yok, olacak mı, kaynağı, hareket, size, sizden, bir kenara veya başka bir yere, önemli değil, ne kadar hızlı hareket kaynağı. Işık hızı, sen измерите, her zaman 300 000 kilometre / saniye. Diğer şeyler arasında, anlamına geliyordu Einstein göremeyecek sabit salınım alanları, çünkü asla yakalamak mümkün olacak bir ışık demeti.

Tek yol Olduğunu gördüm Einstein, uzlaştırmak için Maxwell denklemleri ile görelilik ilkesi. İlk bakışta, ancak, bu karar olmuştur kendi ölümcül kusur. Daha sonra, o açıkladı, başka bir zihinsel deney: hayal ışın başlatılan boyunca tren höyük, o zaman bir tren gibi geçer, aynı yönde esen rüzgar, diyelim ki, 3000 kilometre / saniye.

Birisi duran yılında höyüğün gerekir hızını ölçmek için bir ışık ışını ve almak için standart sayısı 300 000 kilometre / saniye. Ama birisi trenle göreceksiniz, ışık, hareket, orta rüzgar rüzgar 297 000 kilometre / saniye. Eğer ışık hızı gelgeç, denklem Maxwell vagon içinde bakmak gerekir, aksi halde sonucuna, Einstein, ve o zaman görelilik ilkesi bozulur.

Bu çelişki neden Einstein düşünmek neredeyse bir yıl. Ama sonra, bir sabah, gün, mayıs 1905 tarihinde işe gidiyormuş en iyi arkadaşı ile Michel Бессо, mühendis, bildiği bir öğrenci yıl Zürih. İki erkek hakkında konuştuk bir ikilem Einstein, her zaman olduğu gibi. Ve aniden Einstein gördüm çözüm. O üzerinde çalıştı bütün gece, ve ne zaman ertesi sabah bir araya geldi, Einstein Бессо: «Teşekkür ederim. Ben tamamen sorunu çözüldü».

Mayıs 1905: fermuar destekli hareket eden tren

Vahiy Einstein oluşuyordu ki, gözlemciler göreli hareket algıladıkları zaman farklı: mümkündür ki, iki olay meydana gelecektiraynı anda açısından bir gözlemci, ama farklı zamanlarda açısından başka. Ve her ikisi de gözlemci girecek.

Daha Sonra Einstein resimli kendi bakış açısından başka bir zihinsel deney. Düşünün yanında demiryolunun tekrar değer bir gözlemci ve geçmiş geçer tren. O zaman merkez noktası trenler geçer, gözlemci, her bir ucu tren yener yıldırım. Çünkü yıldırım bute bir mesafe gözlemci, onların ışığı vurur gözlerine bir anda. Söylemek adil yıldırım çarptı bir anda.

Bu arada tam merkezinde, tren oturan başka bir gözlemci. Onun bakış açısından ışık iki yıldırımlar geçer aynı mesafe ve ışık hızı aynı olacaktır, herhangi bir yönde. Çünkü, ancak tren hareket, ışık, gelen arka fermuar, geçmesi gereken uzun bir mesafe, bu yüzden alır gözlemciye birden anları daha sonra ışık daha başlangıç. Çünkü ışık darbeleri geliyor, farklı zamanlarda olduğu sonucuna yıldırım grev yok aynı anda — bir daha hızlıdır.

Einstein fark göreceli olarak bir kez bu eşzamanlılık. Ve bir kez bu kabul, tuhaf efektler, biz şimdi ile ilişkilendirmek görecelik çözülür kullanarak basit cebir.

Einstein hararetle kaydedildi düşüncelerini gönderdi ve işimi yayınlamak için. Adı oldu «hareketli cisimlerin elektrodinamik», ve bunun yansıyan bir girişim Einstein bağlantı Maxwell denklemleri ile görelilik ilkesi. Бессо oldu diğerlerinin ayrı bir teşekkür.

Eylül 1905: kütle ve enerji

Bu ilk çalışma, ancak, oldu en son. Einstein takıntılı görecelik kadar yaz 1905 yılının eylül ayında gönderilen ikinci bir yazı yayımlamak için, zaten telafi, gez.

Kurulduğu günden başka bir düşünce deneyi. Düşünün bir nesne istirahat, dedi. Şimdi düşünün, o anda yayar iki özdeş hafif bir darbe ters yönde. Nesne yerinde kalacak, ancak, çünkü her darbe alarak enerji belirli bir miktar içine gelen enerji azalacak.

Şimdi, yazdı, Einstein, nasıl olacak bu süreç için hareket eden bir gözlemci mi? Onun bakış açısından, bir nesne sadece hareket devam edecektir, düz bir çizgi iken, iki darbe olacak uçup. Ama olsa bile hız iki darbe kalacak eski — ışık hızı — enerji farklı olacaktır. İvme, hareket yönünde ileri hareket, daha yüksek enerji, daha, bu, ters yönde hareket ediyor.

Ekleyerek biraz cebir, Einstein gösterdi, ne için oldu bütün bunlar tutarlı bir nesneyi değil, sadece enerji kaybeder, gönderirken, ışık darbeleri, ama bir sürü. Veya aynı kütle ve enerji olmak zorunda kalmasıdır. Einstein kaydetti denklemi onları bağlar. Ve oldu en ünlü denklemi bilim tarihi: E = mc².