"Relatividad General"
Dado que los sistemas inerciales no se pueden definir, Einstein extendió el principio de la relatividad a los sistemas no inerciales y propuso el primer principio de la relatividad general: el principio de la relatividad general.
El contenido es que todos los sistemas de referencia son equivalentes en la descripción de las leyes de la naturaleza. Esto es muy diferente del principio de relatividad especial. En diferentes sistemas de referencia, todas las leyes físicas son completamente equivalentes, sin diferencias descriptivas. Pero en todos los sistemas de referencia esto es imposible. Sólo se puede decir que diferentes sistemas de referencia pueden describir las leyes de la naturaleza con la misma eficacia. Esto requiere que encontremos un mejor método de descripción para adaptarnos a este requisito. Mediante la relatividad especial, es fácil demostrar que el pi de un disco giratorio es mayor que 3,14. Por tanto, los sistemas de referencia ordinarios deberían describirse mediante geometría de Riemann.
El segundo principio es el principio de la velocidad constante de la luz: la velocidad de la luz es constante en cualquier sistema de referencia. Es equivalente al hecho de que el punto de luz espacio-temporal es estacionario en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones. Cuando el espacio y el tiempo son planos, la luz se mueve en línea recta a la velocidad de la luz en el espacio tridimensional; cuando el espacio y el tiempo son curvos, la luz se mueve a lo largo del espacio curvo en el espacio tridimensional. Se puede decir que la gravedad puede desviar la luz, pero no puede acelerar los fotones.
El tercer principio es el principio de equivalencia más famoso. Hay dos tipos de masa. La masa inercial se utiliza para medir la inercia de un objeto. Fue definida originalmente por la segunda ley de Newton. La masa gravitacional mide el tamaño de la carga gravitacional de un objeto y fue definida originalmente por la ley de gravitación universal de Newton. Son dos leyes independientes. La masa inercial no es igual a la carga y hasta ahora ni siquiera importa. Entonces la masa inercial y la masa gravitacional (carga gravitacional) no deberían tener ninguna relación en la mecánica newtoniana. Sin embargo, la diferencia entre ellas no se puede encontrar mediante los experimentos contemporáneos más sofisticados. La masa inercial y la masa gravitacional son estrictamente proporcionales (la elección de los coeficientes apropiados puede hacerlas estrictamente iguales).
La relatividad general toma como contenido del principio de equivalencia la completa igualdad de la masa inercial y la masa gravitacional. La masa inercial está relacionada con la fuerza de inercia y la masa gravitacional está relacionada con la gravedad. De esta manera se establece también una conexión entre el marco no inercial y la gravedad. Entonces se puede introducir un pequeño marco de referencia de caída libre en cualquier punto del campo gravitacional. Dado que la masa inercial y la masa gravitacional son iguales, no hay fuerza de inercia ni fuerza gravitacional en este sistema de referencia, y se pueden utilizar todas las teorías de la relatividad especial. Cuando las condiciones iniciales son las mismas, las partículas de igual masa y carga desigual tienen órbitas diferentes en el mismo campo eléctrico, pero todas las partículas tienen una sola órbita en el mismo campo gravitacional. El principio de equivalencia hizo que Einstein se diera cuenta de que el campo gravitacional probablemente no sea un campo externo en el espacio-tiempo, sino un campo geométrico y una propiedad del propio espacio-tiempo. Debido a la existencia de materia, el espacio-tiempo originalmente recto se ha convertido en un espacio-tiempo curvo de Riemann. Al inicio del establecimiento de la relatividad general existía un cuarto principio, la ley de la inercia: los objetos sin fuerza (excepto la gravedad, porque la gravedad no es una fuerza real) se mueven inercialmente. En el espacio-tiempo de Riemann se mueve a lo largo de la geodésica. Una geodésica es una generalización de una línea recta. Es la línea más corta (o más larga) entre dos puntos y es única. Por ejemplo, la geodésica de una esfera es el arco de un círculo máximo interceptado por un plano que pasa por el centro de la esfera y la esfera. Sin embargo, una vez establecidas las ecuaciones de campo de la relatividad general, esta ley se puede derivar de las ecuaciones de campo, por lo que la ley de inercia se convierte en el teorema de inercia. Vale la pena mencionar que Galileo alguna vez creyó que el movimiento circular uniforme es un movimiento inercial y que el movimiento lineal uniforme siempre se cerrará en un círculo. Esto fue propuesto para explicar el movimiento planetario. Naturalmente, fue completamente criticado por la mecánica newtoniana, pero la teoría de la relatividad lo resucitó. El planeta es de hecho un movimiento inercial, pero no es un círculo uniforme estándar.
Ecuación de campo de la relatividad general
La ecuación es: R{i, j}-0.5g{i, j}=-8PiGT{i, j}
R{i, j} es el valor degenerado (o valor calculado) del tensor espacial de cuarto orden R{i, j, k, m}, T{i, j} es el tensor de momento de energía cinética (ver mecánica analítica ), y G es la constante gravitacional, g{i,j} es el tensor métrico.
Principios de la Relatividad General
El mayor honor de Einstein, que podría considerarse la teoría más bella de la historia de la ciencia, es la teoría general de la relatividad publicada en 1916. Se basó en su Pensando en el experimento del tiempo, pensando en un laboratorio que acelera en el espacio, y propuso la relación entre la gravedad y el espacio-tiempo. Einstein pasó ocho años desarrollando la teoría general de la relatividad, explorando la relación entre la gravedad y la estructura del espacio-tiempo del universo antes de él. Obtuve la respuesta, todo el proceso no es una deducción lógica fluida, sino que también implica la creencia en el orden del universo. lt;brgt;
Más tarde, los astrónomos tardaron tres años en confirmar la relatividad general. Los resultados fueron presentados por J. J. Thomson (el descubridor del electrón) en una reunión de la Royal Society. el universo El concepto de cambiará a partir de ahora. lt; brgt;
Antes de leer el siguiente artículo y comprender las características clave de la relatividad general, primero asumimos una cosa: la teoría de la relatividad especial es correcta. En otras palabras, la teoría general de la relatividad se basa en la teoría especial de la relatividad.lt;brgt;
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La teoría general de la relatividad suena muy teórica y abstracta. , pero de hecho, es necesario comprender la teoría generallt;brgt;
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La esencia de la teoría de la relatividad no requiere derivaciones matemáticas complejaslt; /p>
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Love Einstein combinó el campo gravitacional con la geometría espacio-temporal y estableció la teoría general de la relatividad;lt;brgt;
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es decir, estudiar la relación espacio-temporal de sistemas no inerciales. lt; brgt;
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La relatividad general sostiene que el movimiento de cualquier materia está relacionado con el campo gravitacional. ; brgt;
lt;brgt;Vivimos en un espacio riemanniano curvo. lt; brgt; cuando hay una masa grande, el espacio-tiempo se distorsiona y el movimiento del objeto lt; hacia la masa", y el objeto Es como ser atraído por la masa lt;brgt; -Efecto de gravedad, la relatividad general es una gravedad completamente nueva lt;brgt; Teoría. Cuando se considera un campo gravitacional débil, se puede simplificar a la teoría newtoniana. lt;brgt; Algunos de sus extraños resultados incluyen la distorsión del espacio-tiempo bajo un fuerte campo gravitacional lt;brgt; , Por lo tanto, la luz también se distorsionará; el reloj se moverá más lento bajo el fuerte campo de gravedad; el palo de madera se volverá más lento bajo el fuerte campo de gravedad. El campo de gravedad del sol desviará la luz de las estrellas que pasa cerca del sol, pero la luz solar normal es demasiado intensa. Inobservable. lt; brgt; lt; brgt; lt; brgt; lt; Distorsionar un trozo de Colocar las piedras sobre el molde de gomalt;brgt; ------------------------------- ------------------------------------------------- -lt;brgt ; lt;brgt; Desde entonces, los científicos han realizado varios experimentos para demostrar la autenticidad de la relatividad general. Por ejemplo, durante un eclipse solar, los investigadores descubrieron que. La luz de las estrellas de fondo se vio ligeramente afectada por el sol. El pequeño cambio en la posición de la estrella (~ 1,8") es consistente con la teoría de que la luz es desviada por la gravedad; explica la excesiva precesión de la órbita del planeta: la precesión de Mercurio es mayor de lo esperado por la teoría newtoniana, con una diferencia del 100% por siglo 43"; explica fenómenos relacionados con agujeros negros, galaxias distantes y quásares; predice la expansión del universo, lo que lleva a la teoría del Big Bang. Ahora creemos que el universo nació del Big Bang hace unos 15 mil millones de años y luego dio origen a innumerables estrellas. Eventualmente, puede continuar expandiéndose, convirtiendo las galaxias en islas oscuras. lt;brgt; Las galaxias en el universo en expansión son como marcas rojas en la superficie de un globo. lt;brgt; Cuando el globo se infla, la velocidad a la que las dos galaxias se alejan una de la otra es proporcional a la distancia entre ellas. lt; brgt; lt; brgt; lt; brgt; lt; -------------------------------------------------- ------------------------lt; brgt; lt; brgt; Además, el rotación de la Tierra También se ha confirmado la deformación del espacio-tiempo circundante:lt;brgt; lt;brgt; Un equipo internacional compuesto por la NASA y científicos universitarios descubrió por primera vez timelt;brgt; lt;brgt; Hace 80 años, Einstein predijo con su teoría general de la relatividad que la Tierra se torcería al girarlt;brgt; lt;brgt; Prueba directa de los fenómenos espacio-temporales que rodean la canción misma. lt; brgt; lt; brgt; brgt; lt; brgt; Siempre me ha preocupado la teoría de Einstein. Expreso mi admiración por sus profundos pensamientos, lt; brgt; lt; ¡Gracias a este gran hombre por su gran contribución a la ciencia! lt; brgt; "Teoría de la Relatividad Especial" La teoría de la relatividad especial es La teoría de la relatividad especial es una teoría basada en los cuatro- Vista dimensional del espacio y el tiempo. Por lo tanto, para comprender el contenido de la teoría de la relatividad, primero debemos comprender el espacio y el tiempo de la teoría de la relatividad. Hay varios espacios multidimensionales en matemáticas, pero hasta ahora, el mundo físico que conocemos es sólo de cuatro dimensiones, es decir, un espacio tridimensional más una dimensión de tiempo. El espacio de alta dimensión mencionado en la microfísica moderna tiene otro significado, que solo tiene un significado matemático y no se discutirá aquí. El espacio-tiempo de cuatro dimensiones es la dimensión más baja que constituye el mundo real. Nuestro mundo resulta ser de cuatro dimensiones. En cuanto al espacio real de alta dimensión, al menos por ahora, no podemos percibirlo. Cuando una regla gira en un espacio tridimensional (excluyendo el tiempo), su longitud permanece sin cambios, pero cuando se gira, sus valores de coordenadas cambian y existe una conexión entre las coordenadas. El significado del espacio-tiempo de cuatro dimensiones es que el tiempo es la coordenada de la cuarta dimensión, que está relacionada con las coordenadas del espacio, es decir, el espacio-tiempo es un todo unificado e indivisible. Están en una relación de "uno". crece y mengua y el otro crece." El espacio-tiempo de cuatro dimensiones no se limita a esto. Desde la relación masa-energía, la masa y la energía son en realidad la misma cosa. La masa (o la energía) no es independiente, sino que está relacionada con el estado de. movimiento. Por ejemplo, cuanto mayor es la velocidad, mayor es la velocidad, mayor es la masa. En el espacio-tiempo de cuatro dimensiones, la masa (o energía) es en realidad el componente de cuatro dimensiones del impulso de cuatro dimensiones. El momento es una cantidad que describe el movimiento de la materia, por lo que es natural que la masa esté relacionada con el estado de movimiento. . En el espacio-tiempo de cuatro dimensiones, el impulso y la energía están unificados y se denominan los cuatro vectores de energía y impulso. Además, la velocidad cuatridimensional, la aceleración cuatridimensional, la fuerza cuatridimensional, la forma cuatridimensional de las ecuaciones del campo electromagnético, etc., también se definen en el espacio-tiempo cuatridimensional. Vale la pena mencionar que la forma cuatridimensional de las ecuaciones del campo electromagnético es más perfecta, unificando completamente la electricidad y el magnetismo. El campo eléctrico y el campo magnético se describen mediante un tensor de campo electromagnético unificado. Las leyes físicas del espacio-tiempo cuatridimensional son mucho más perfectas que las leyes tridimensionales, lo que demuestra que nuestro mundo es efectivamente cuatridimensional. Se puede decir que al menos es mucho más perfecta que la mecánica newtoniana. Al menos por su perfección, no podemos dudarlo. En la teoría de la relatividad, el tiempo y el espacio constituyen un todo indivisible: el espacio-tiempo de cuatro dimensiones. La energía y el impulso también constituyen un todo indivisible: el impulso de cuatro dimensiones. Esto muestra que puede haber conexiones profundas entre algunas cantidades aparentemente no relacionadas en la naturaleza. Cuando analicemos la relatividad general en el futuro, también veremos que existe una conexión profunda entre el espacio y el tiempo y los cuatro vectores de energía y momento. La materia está en eterno movimiento en la interacción. No hay materia que no se mueva, y no hay movimiento sin materia. Dado que la materia se mueve en la relación e interacción entre sí, debe estar en el. La interacción mutua de la materia se describe en relación, no de forma aislada. En otras palabras, el movimiento debe tener un objeto de referencia, y este objeto de referencia es el sistema de referencia. Galileo señaló una vez que el movimiento de un barco en movimiento es indistinguible del de un barco estacionario, es decir, cuando estás en una cabina cerrada y completamente aislado del mundo exterior, incluso si estás. tiene la mente más desarrollada, la más Incluso los instrumentos más avanzados no pueden detectar si su nave se mueve a una velocidad constante o está estacionaria. Es aún más difícil percibir la magnitud de la velocidad porque no hay ninguna referencia. Por ejemplo, no conocemos el estado de movimiento general de todo nuestro universo porque el universo está cerrado. Einstein lo citó como el primer principio básico de la relatividad especial: el principio especial de la relatividad. Su contenido es: los sistemas inerciales son completamente equivalentes e indistinguibles. El famoso experimento de Michelson-Morley negó por completo la teoría del éter de la luz y concluyó que la luz no tiene nada que ver con el sistema de referencia. En otras palabras, ya sea que estés parado en el suelo o en un tren a toda velocidad, la velocidad medida de la luz es la misma. Este es el segundo principio básico de la relatividad especial, el principio de la velocidad constante de la luz. A partir de estos dos principios básicos, podemos derivar directamente la fórmula de transformación de coordenadas, la fórmula de transformación de velocidad y otros contenidos de la teoría especial de la relatividad. Por ejemplo, los cambios de velocidad contradicen las leyes tradicionales, pero la práctica ha demostrado ser correcta. Por ejemplo, la velocidad de un tren es de 10 m/s y la velocidad de una persona en el tren en relación con el tren también es de 10 m/s. en el suelo vea que la velocidad del tren es de 10 m/s. La velocidad de la persona no es de 20 m/s, sino de aproximadamente (20-10^(-15))m/s. En circunstancias normales, este efecto relativista puede ignorarse por completo, pero cuando se acerca a la velocidad de la luz, este efecto aumenta significativamente. Por ejemplo, la velocidad de un tren es 0,99 veces la velocidad de la luz y la velocidad de una persona también es 0,99. veces la velocidad de la luz. Luego observación terrestre La conclusión del autor no es 1,98 veces la velocidad de la luz, sino 0,999949 veces la velocidad de la luz. La persona en el auto vio que la luz que venía desde atrás no disminuía, y para él también era la velocidad de la luz. Por tanto, en este sentido, la velocidad de la luz es insuperable porque es constante sin importar en qué sistema de referencia. Numerosos experimentos en física de partículas han demostrado que la transformación de velocidad es impecable. Debido a esta propiedad única de la luz, fue elegida como el único regente del espacio-tiempo de cuatro dimensiones.