Հարաբերականության հատուկ տեսություն

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
ԽՍՀՄ փոստային նամականիշ նվիրված Ալբերտ Այնշտայնին

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը  դա թեորիա է, որը նկարագրում է շարժումը, մեխանիկայի օրենքները և տարածաժամանակային հարաբերությունները ցանկացած արագությունների դեպքում, որոնք փոքր են լույսի արագությունից վակուումում, այդ թվում նաև նրանք, որոնք մոտ են լույսի արագությանը: Հարաբերականության հատուկ տեսությունը ուսումնասիրում է փոքր արագությունները: Հարաբերականության հատուկ տեսության ընդհանրացումը կոչվում է հարաբերականության ընդհանուր տեսություն:

Ֆիզիկական այն երևույթները, որոնք նկարագրում է հարաբերականության հատուկ տեսությունը կոչվում են ռելյատիվիստատան էֆֆեկտներ, իսկ արագությունները, որոնց դեպքում տեղի են ունենում այս էֆֆեկտները, կոչվում են ռելյատիվիստական արագություններ: Հարաբերականության հատուկ տեսության և դասական մեխանիկայի հիմնական տարբերությունը կայանում է նրանում, որ հարաբերականության հատուկ տեսության մեջ տարածաժամանակային հատկությունները կախված են արագությունից:

Հարաբերականության հատուկ տեսության մեջ կենտրոնական տեղ է զբաղեցնում Լոուրենցի փոխարկումները, որոնք թույլ են տալիս փոխակերպել տարածաժամանակային կոորդինատները փոխել մի իներցիալ համակարգից մյուսը:

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը ստեղծվել է Ալբերտ Այնշտայնի կողմից 1905 թվականին: Նախկինում այս եզրակացությանն էր եկել Ա. Պուանկարեն, ով առաջին անգամ սահմանեց մի իներցիալ համակարգից անցումը մյուսին վկայակոչելով «Լոուրեցի փոխակերպումները».

Հարաբերականության հատուկ տեսության ստեղծումը[խմբագրել]

Հարաբերականության տեսության ստեղծման նախադրյալները առաջացան 19-րդ դարում էլեկտրոդինամիկայի զարգացմանը զուգընթաց:

Հարաբերականության հատուկ տեսությունը մշակվել է XX դարում Լորենց Հենդրիկի, Պուանկարե Հենրիի, Ալբերտ Այնշտայնի և այլ գիտնականների ջանքերով: Հարաբերականության հատուկ տեսության համար փորձնական հիմք էր հանդիսանում Մայքելսոնի փորձը:


Հարաբերականության հատուկ տեսության հիմնական հասկացությունները և պոստուլատները[խմբագրել]

Հիմնական հասկացություններ[խմբագրել]

Հաշվարկման համակարգը դա մատերիական մարմին է, որը ընտրվում է, որպես համակարգի սկիզբ և ըստ որի կատարվում են տարածության և ժամանակի բոլոր հաշվարկները: Տարբերակվում են Հաշվարկման համակարգերը և կոորդինատական համակարգերը: Երբ կոորդինատական համակարգին ավելացնում ենք ժամանակը չափելու գործողությունը, այն դառնում է հաշվարկման համակարգ: Իներցիալ հաշվարկման համակարգը դա այն համակարգն է որտեղ օբյեկտը, որի վրա արտաքին ազդեցություն չկա, դադարի վիճակում է կամ շարժվում է ուղղագիծ հավասարաչափ: Համարվում է, որ իներցիալ հաշվարկման համակարգեր գոյություն ունեն, և եթե ցանկացած համակարգ, որը ուղղագիծ և հավասարաչափ է շարժվում տվյալ հաշվարկման համակարգի հկատմամբ ապա այդպիսի համակարգը ևս համարվում է իներցիալ:

Սովորաբար դիտարկվում է երկու հաշվարկման համակարգ՝ S և S': S հաշվարկման համակարգում ժամանակը և կոորդինատները նշանակվում են(t, x, y, z), իսկ S'-ինը՝ (t', x', y', z'): Հարմար է համարել, որ կոորդինատական առանցքները փոխուղղահայաց են և S' համակարգը շարժվում է x առանցքի ուղղությամբ և v արագությամբ: Հարաբերականության հատուկ տեսության գլխավոր խնդիրներից մեկը (t', x', y', z') և (t, x, y, z) միջև կապ գտնելն է, որոնք կոչվում են Լորենցի փոխակերպումներ:

Ժամանակի սինխրոնազացում[խմբագրել]

Հարաբերականության հատուկ տեսությունում համարվում է, որ կարելի է որոշել մեկ ժամանակային միավոր տվյալ իներցիալ համակարգի համար: Դրա համար իներցիալ համակարգերի տարբեր կետերում գտնվող արվում է երկու ժամանակների սինխրոնիզացիա: Մի ժամացույցից t_1 պահին երկրորդ ժամացույցին ուղարկենք ազդանշան (պարտադիր չէ լուսային) հաստատուն u արագությամբ: Երկրորդ ժամացույցին հասնելուն պես (T պահին) ազդանշանը կվերադառնա նույն u արագությամբ և կհասնի առաջին ժամացույցին t_2 պահին: Ժամանակները կհամարվեն սինխրոնիզացված եթե կատարենք T=(t_1+t_2)/2 գործողությունը:


Հարաբերականության հատուկ տեսության պոստուլատները[խմբագրել]

Առաջին հերթին ընդունվում է, որ տարածությունը և ժամանակը համասեռ են, իսկ տարածությունը նաև իզոտրոպ է: Ավելի կոնկրետ իներցիալ համակարգերը հենց այդպես ել սահմանվում են, որ այնտեղ ժամանակը և տարածությունը համասեռ են իսկ տարածությունը նաև իզոտրոպ: Այսպիսի համակարգերի գոյությունը ընդունվում է:

Պոստուլատ 1 (Այնշտայնի հարաբերականության սկզբունք): Ցանկացած ֆիզիկական երևույթ նույնն է բոլոր հաշվարկման համակարգերում:

Հաշվի առնելով Նյուտոնի երկրորդ օրենքը, կարելի է ենթադրել, որ եթե մի մարմնի արագությունը տվյալ հաշվարկման համակարգում հաստատուն է (արագացումը հավասար է զրոյի), ապա այն պետք է հաստատուն լինի մնացած բոլոր հաշվարկման համակարգերում:


Պոստուլատ 2 (Լույսի արագության սկզբունք): Կանգնած հաշվարկման համակարգում լույսի արագությունը կախված չէ աղբյուրի արագությունից:

Այս սկզբունքը հակասում է դասական մեխանիկայի սկզբունքներին, այսինքն արագությունների գումարման օրենքին: Վերջինիս ապացույցն է Գալիլեյի հարաբերականության սկզբունքը, երբ ժամանակը հաստատուն է: Այստեղից հետևում է, որ ժամանակը ևս պետք է հարաբերական լինի տարբեր իներցիալ հաշվարկման համակարգերում: Այստեղից ել հետևում է, որ հեռավորությունն ել է հարաբերական: Իրականում, եթե լույսը որոշ հեռավորություն է անցնում որոշակի ժամանակահատվածում մի իներցիալ համակարգում, իսկ ուրիշ իներցիալ համակարգում ուրիշ հեռավորություն այլ ժամանակահատվածում նույն արագությամբ,ապա այստեղից ել հետևում է որ հեռավորությունը ևս պետք է տարբերվի:

Պետք է նշել, որ լուսային ազդանշանները հատուկ հարաբերականության տեսության ժամանակ չեն կիրառվում: c ֆունդամենտալ հաստատունը, որը առաջանում է Լոուրենցի փոխակերպումներից, համարվում է անգերազանցելի արագություն մատերիական մարմինների շարժման համար: Թվապես այն համընկնում է լույսի արագության հետ,սակայն այս փաստը ելնելով քվանտային դաշտի տեսությունից կապված է էլեկտրամագնիսական դաշտերի զանգված չունենալու փաստի հետ: Նույնիսկ եթե ֆոտոնը ունենար զրոյից տարբեր զանգված, Լոուրենցի փոխակերպումը այստեղից չէր փոխվի: Դրա համար հարկ է տարբերել ֆունդամենտալ արագությունը c լույսի արագությունից c_{em} Առաջին հաստատունը արտացոլում է տարածության և ժամանակի հիմնական հատկությունը մինչ դեռ երկրորդը կախված է կոնկրետ փոխազդեցությունից:

Սրա հետ կապված երկրորդ պոստուլատը կարելի է սահմանել որպես շարժման մակսիմալ արագության գոյություն: Այն պետք է հավասարազոր լինի բոլոր իներցիալ հաշվարկման համակարգերում, թեկուզ նրա համար, որ հակառակ դեպքում տարբեր իներցիալ համակարգերը հավասարազոր չեն լինի, ինչը հակասում է հարաբերականության սկզբունքին: Ավելին, ելնելով աքսիոմների «մինիմալության» սկզբեւնքից, երկրորդ պոստուլատը կարելի է սահմանել ինչպես մի որոշակի արագության գոյությունը, որը նույնն է բոլոր իներցիալ հաշվարկման համակարգերում, իսկ հետո որոշակի տրամաբանական քայլեր կատարելուց հետո եզրակացնել, որ դա հնարավոր մակսիմալ արագությունն է: