ფარდობითობის ზოგადი თეორია

ფარდობითობის ზოგადი თეორია

 ამბობენ, რომ იდეა, ალბერტ აინშტაინს წამიერად მოუვიდა, როცა ცნობილი მეცნიერი ბერნის(შვეიცარია) ტრამვაითი მგზავრობდა. მან ქალაქის საათს შეხედა და უეცრად თავში ასეთი აზრი გაუჩნდა, თუ ტრამვაი სინათლის სხივის სიჩქარემდე აჩქარდება, მაშინ მის წარმოდგენაში ეს საათი გაჩერდება და ირგვლივ აღარც დრო იარსებებს. სწორედ ამან მიიყვანა ის ფარდობითობის ერთ-ერთი ცენტრალური პოსტულატის ფორმულირებამდე – ანუ, სხვადასხვა დამკვირვებლები განსხვავებულად აცნობიერებენ სინამდვილეს, მათ შორის ისეთ ფუნდამენტურ სიდიდეებსაც კი, როგორიცაა მანძილი და დრო. მეცნიერული ენით რომ ვთქვათ, იმ დღეს აინშტაინმა გააცნობიერა, რომ ნებისმიერი ფიზიკური მოვლენის აღწერა ათვლის სისტემაზეა დამიკიდებული, რომელშიც დამკვირვებელი იმყოფება. თუ ტრამვაის მგზავრს, მაგალითად, დაუვარდება სათვალე, მაშინ მისთვის ის ვერტიკალურად დაბლა დაეცემა, ხოლო ქუჩაში უძრავად მყოფი დამკვირვებლისთვის, სათვალე პარაბოლაზე იმოძრავებს, რადგან ტრამვაი ხომ სათვალეს ვარდნის დროსაც მოძრაობს. ყველას აქვს თავისი ათვლის სიტემა.

 მოვლენათა აღწერა სისტემიდან სისტემაში გადასვლისას იცვლება, თუმცა არსებობს უნივერსალური, უცვლელი რაღაც, რაც მოძრავი და უძრავი დამკვირვებლისთვისაც ერთნაირია – ესაა ბუნების კანონები(მაგ. ის რამაც სათვალის ვარდნა გამოიწვია), მაშინ როცა მოვლენათა აღწერა დამკვირვებელზეა დამოკიდებული, ბუნების კანონებს ეს არანაირად არ ეხება, ანუ როგორც მეცნიერულ ენაზე ამბობენ, ეს კანონები ინვარიანტულია. სწორედ ამაში მდგომარეობს ფარდობითობის პრინციპი.

 ნებისმიერი ჰიპოთეზის მსგავსად, ფარდობითობის პრინციპიც პრაქტიკულ დადასტურებას მოითხოვს. ამ პრინციპიდან აინშტაინმა ორი ცალკეული (მონათესავე)თეორია გამოიყვანა – ფარდობითობის სპეციალური და ზოგადი თეორია. პირველი თეორიის მიხედვით, ბუნების კანონები ერთნაირია ათვლის ყველა სისტემებისთვის, რომლებიც მუდმივი სიჩქარით მოძრაობს. სპეციალური, ყველაზე ვრცელდება, მათ შორის აჩქარებით მოძრავ სისტემებზეც. ფარდობითობის სპეციალური თეორია 1905 წელს გამოქვეყნდა, ხოლო მათემატიკური აპარატით უფრო რთული ფარდობითობის ზოგადი თეორია, აინშტაინმა 1916 წელს დაასრულა.

ფარდობითობის სპეციალური თეორია

 პარადოქსულ, ინტუიციური წარმოდგენის საწინააღმდეგო ეფექტებს, რომლებიც სინათლის სხივის სიჩქარის მახლობელი სიჩქარით მოძრაობის დროს ჩნდება, ფარდობითობის სპეციალური თეორია წინასწარმეტყველებს. მათგან ყველაზე ცნობილია დროის შენელების ეფექტი. საათი, რომელიც დამკვირვებლის მიმართ მოძრაობს, მისთვის ნელა ითვლის დროს, ვიდრე მაშინ, როცა იგივე საათი, დამკვირვებელთან ერთად მოძრაობს.

 დრო, კოორდინატთა სისტემებში, რომლებიც სინათლის სხივის მახლობელი სიჩქარეებით მოძრაობს, დამკვირვებლის მიმართ ნელდება, ხოლო ობიექტების სივრცული სიგრძე მოძრაობის ღერძის გასწვრივ – პირიქით, იკუმშება(ლორენც-ფიცჯერალდის ეფექტი). მოგვიანებით, აინშტაინმა ამ ეფექტის აღმწერი განტოლებები ფარდობითობის სპეციალურ თეორიაში შეიყვანა, მიღებული ფორმულის მიხედვით, სინათლის სხივის სიჩქარესთნ მიახლოებისას სხეულის მასაც იზრდება(!!! – ინვარიანტული მასა). მაგალითად, 260 000 კმ/წმ(სინათლის სიჩქარის 87%) სიჩქარით მოძრაობისას, ობიექტის მასა, უძრავი ათვლის სისტემაში მყოფი დამკვირვებლის თვალთახედვაში, ორმაგდება.

 აინშტაინის ეპოქიდან მოყოლებული, რაც არ უნდა უცნაურად გვეჩვენებოდეს, ეს წინასწარმეტყველებანი მთლიან და პირდაპირ ექსპერიმენტულ მტკიცებულებებს ღებულობენ. ყველაზე უფრო თვალსაჩინო ექსპერიმენტი, მიჩიგანის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა ჩაატარეს. მათ ორი ერთნაირი ზეზუსტი ატომური საათიდან ერთ-ერთი, ავიალაინერის ბორტზე დააყენეს, რომელიც რეგულარულ ტრანსატლანტიკურ რეისებს ასრულებდა. საბოლოოდ გაირკვა, რომ თვითმფრინავზე მდებარე საათი ყოველი ფრენის მერე ძალიან მცირედ, თუმცა მაინც ჩამორჩებოდა უძრავ საათს(დროის შენელება ლაბორატორიაში გაზომეს).

 ნახევარი საუკუნეა მეცნიერები ელემენტარულ ნაწილაკებს უზარმაზარი ამაჩქარებლებით იკვლევენ. დამუხტული სუბატომური ნაწილაკები(პროტონები, ელექტრონები) სინათლის სიჩქარემდე ჩქარდება, რის შემდეგაც სპეციალურ სამიზნეებს ეჯახება. ასეთი ცდების დროს აუცილებელია ნაწილაკების მასების ზრდის გათვალისწინება – წინააღმდეგ შემთხვევაში შედეგების ინტერპრეტაცია შეუძლებელი იქნება. აქაც ფარდობითობის სპეციალური თეორია, უკვე დიდი ხანია, ჰიპოთეტურიდან სრულიად რეალურ გამოყენებითი ინჟინერიის ინსტრუმენტად იქცა, ნიუტონის მექანიკის კანონებთან ერთად.

 თუ ნიუტონის კანონებს დავუბრუნდებით, აუცილებელია აღინიშნოს, რომ ფარდობითობის სპეციალური თეორია, რაც არ უნდა წინააღმდეგობრივად გამოიყურებოდეს, სინამდვილეში, ზუსტად ეთანხმება ჩვეულებრივ ნიუტონისეულ განტოლებებს, თუ ის დაბალი სიჩქარეებით მოძრავი ობიექტებისთვის გამოიყენება. ანუ, ფარდობითობის სპეციალური თეორია არ ცვლის ნიუტონისეულ ფიზიკას, არამედ ავსებს მას.

 ფარდობითობის პრინციპი ასევე გვეხმარება გავიგოთ, თუ რატომ თამაშობს მაინცდამაინც სინათლის სიჩქარე სამყაროს აღნაგობის ამ მოდელში უმნიშვნელოვანეს როლს – ამ კითხვას სვავენ ადამიანები, რომლებიც პირველად შეეხენ ალბათობის თეორიას. სინათლის სიჩქარე განსაკუთრებული და უნივერსალური კონსტანტაა, რადგან ის ბუნებრივი კანონებითაა განპირობებული. მისი სიჩქარე(с) ვაკუუმში ერთნაირია ათვლის ნებისმიერ სისტემაში. ეს თითქოს ეწინააღმდეგება საღ აზრს, რადგან გამოდის, რომ მოძრავი და უძრავი ობიექტებიდან გამოსხივებული სინათლე, დამკვირვებლამდე ერთი და იგივე დროს მიდის. და ეს სწორედ ასეა.

 ბუნების კანონებში თავისი განსაკუთრებული როლის გამო, სინათლის სიჩქარე ფარდობითობის ზოგად თეორიაშიც ცენტრალურ ადგილს იკავებს(ეს რა თქმა უნდა ეხება ნებისმიერ ელ.მაგნიტურ ურთიერთქმედებას, სინათლეც ელ.მაგნიტური გამოსხივებაა).

ფარდობითობის ზოგადი თეორია — გრავიტაციის გეომეტრიული თეორია, რომელიც ალბერტ აინშტაინმა გამოაქვეყნა 1915 წელს. ეს თეორია აერთიანებს ფარდობითობის სპეციალურ თეორიასა და მსოფლიო მიზიდულობის კანონს და აღწერს გრავიტაციას როგორც სივრცისა და დროის (ანუ სივრცე-დროის) გეომეტრიულ თვისებას. კერძოდ, ამ თეორიის მიხედვით სივრცე-დროის სიმრუდე უშუალოდაა დაკავშირებული ენერგიასა და იმპულსთან. ეს კავშირი მოიცემა აინშტაინის განტოლებებით.

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ბევრი წინასწარმეტყველება მნიშვნელოვნად განსხვავდება კლასიკური ფიზიკის წინასწარმეტყველებებისგან. ასეთი განსხვავებები მოიცავს გრავიტაციულ დროის გაწელვას, გრავიტაციულ წითელი წანაცვლებას და სხვა ეფექტებს. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის წინასწარმეტყველებები დადასტურდა დღემდე ჩატარებული ყველა ექსპერიმენტით.

ფარდობითობის ზოგად თეორიას აქვს ბევრი მნიშვნელოვანი ასტროფიზიკური შედეგი. ეს თეორია მიუთითებს შავი ხვრელის არსებობას - ისეთი არისა, რომელიც იმდენად გამრუდებულია, რომ არაფერს, სინათლესაც კი არ შეუძლია მისი დატოვება.