Newton
Descripción de la gravedad por parte de Einstein
Antes de 1905, Einstein era un funcionario poco conocido en la Oficina de Patentes. Hablando de 1905, no sé si Einstein acumuló mucho dinero o se inspiró. Einstein publicó varios artículos a nivel de Premio Nobel durante este año, conocido como el "año milagroso" de Einstein. Uno de ellos es la teoría especial de la relatividad que hizo época.
[Nombre personal] Albert Einstein (físico teórico judío)
Einstein satisface el principio de relatividad en todos los sistemas inerciales y predijo que la velocidad de la luz nunca será constante bajo condiciones cambiantes. , la teoría especial de la relatividad se deriva mediante derivación matemática. Desde el marco de la relatividad especial, el tiempo y el espacio se integran, y la formación de un espacio-tiempo (el espacio-tiempo cuatridimensional de Minkowski) debe considerarse de manera uniforme. En términos generales, el mismo evento puede sucederle a diferentes personas en diferentes momentos. Pero la teoría especial de la relatividad tiene un defecto fatal, es decir, solo obedece al sistema inercial y no al sistema no inercial.
Sistemas inerciales y no inerciales
Entonces, ¿cuál es la diferencia entre sistemas inerciales y no inerciales? Para ver un ejemplo práctico, mire la siguiente imagen: En un automóvil cerrado, hay un objeto M, que está en contacto suave con el automóvil. Es decir, ignorando la influencia de la fricción, la aceleración del automóvil es A. , pero independientemente del automóvil ¿Cuál es el estado de movimiento de ? El objeto M siempre permanece estacionario o se mueve en línea recta con velocidad uniforme. Entonces decimos que el automóvil es un sistema de referencia inercial. aceleración de A, por lo que el sistema de referencia en este momento es un sistema de referencia no inercial.
En resumen:
1. Si en un sistema de referencia, un objeto libre permanece estacionario o se mueve en línea recta a una velocidad uniforme en relación con el sistema de referencia, entonces el sistema de referencia es un sistema inercial, según estableció la ley de Newton.
2. Por otro lado, si un objeto libre mantiene un movimiento con aceleración constante o con aceleración variable en un sistema de referencia, este sistema de referencia es un sistema no inercial y la ley del movimiento de Newton no se cumple.
La diferencia entre marcos inerciales y marcos no inerciales
Sabemos que es difícil que los marcos inerciales reales existan en la realidad, y la mayoría de los marcos inerciales son hipotéticos. Por lo tanto, después de la publicación de la teoría especial de la relatividad, Einstein creyó que la teoría especial de la relatividad sólo se satisfacía en las condiciones de sistemas inerciales y no podía extenderse a sistemas no inerciales. Después de 10 años de minuciosa investigación, Einstein finalmente publicó su teoría general de la relatividad en 1915.
La unificación del espacio y el tiempo de Einstein
La misma teoría general de la relatividad también hace escándalo por el tiempo y el espacio. La gravedad descrita por la teoría general de la relatividad es que la existencia de materia hará que el tiempo y el espacio se desvíen y provoquen curvatura. La distribución de la materia determina la curvatura del espacio-tiempo y la curvatura del espacio-tiempo, lo que a su vez restringe la trayectoria de la materia. Su expresión matemática es la geometría riemanniana propuesta por el matemático Riemann. La geometría de Riemann es una geometría no euclidiana. Se puede decir que la geometría de Riemann proporcionó una base matemática importante para la formación de la teoría general de la relatividad.
La masa del Sol hace que el espacio-tiempo se curve.
Explicación de las ecuaciones electromagnéticas de Maxwell
Además de la gravedad, otra fuerza fundamental omnipresente en la vida es el electromagnetismo. Cuando hablamos de fuerza electromagnética, lo primero que pensamos es que la electricidad puede hacer girar el motor, los imanes pueden absorber limaduras de hierro y que tanto el estator como las limaduras de hierro del motor están bajo tensión.
Fuerza electromagnética
En 1785, el físico francés Coulomb descubrió que la fuerza de interacción entre cargas en dos puntos estacionarios en el vacío es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia e inversamente proporcional a el cuadrado de la carga eléctrica es proporcional y la dirección de la fuerza en dos puntos se puede resumir como cargas iguales se repelen y cargas opuestas se atraen, a lo largo de la línea recta entre ellas.
F = k (QQ/R 2) (k es la constante de fuerza electrostática) se puede utilizar para calcular la fuerza cuantitativamente.
Ley de Coulomb
Al principio, la electricidad y el magnetismo parecían no tener nada que ver entre sí. Oersted descubrió que la parte exterior de un cable portador de corriente podía hacer girar una pequeña aguja magnética. Unos años más tarde, la excelente intuición científica de Faraday le llevó a creer que parecía haber alguna relación sutil entre la electricidad y el magnetismo. Lo que mejor hacía Faraday era realizar experimentos. Después de un acto involuntario, Faraday finalmente descubrió el fenómeno de que un imán puede encender una bombilla después de pasar por una bobina energizada y propuso el fenómeno de la inducción electromagnética. Más tarde, sobre la base de resumir los resultados de investigaciones anteriores, Maxwell finalmente unificó la electricidad y el magnetismo y dio el conjunto de ecuaciones más perfecto en la historia de la humanidad: las ecuaciones de Maxwell también se convirtieron en el maestro del electromagnetismo.
Faraday
Al principio, las ecuaciones de Maxwell constaban de más de 20 ecuaciones. Sin embargo, debido a conflictos con la mecánica clásica, la teoría de Maxwell no ha recibido suficiente atención. Maxwell murió por exceso de trabajo mientras promovía sus teorías. Además, junto con las limitaciones del desarrollo matemático, Maxwell finalmente no logró proporcionar una versión simplificada de las ecuaciones de Maxwell.
Maxwell
En 1884, Oliver Heaviside y Josiah Gibbs lo reformularon en forma de análisis vectorial. ¡Así nacieron las ecuaciones de Maxwell, que solo tienen cuatro ecuaciones en nuestros libros de texto! Se puede ver en las ecuaciones de Maxwell que Maxwell usa el concepto de campo para reflejar las propiedades de un campo eléctrico específico a través de la relación entre el campo electromagnético (D, E, B, H) y la fuente del campo (carga Q, corriente I). en una determinada zona del espacio En resumen, descubre las propiedades de los campos magnéticos, los campos eléctricos, el electromagnetismo y el electromagnetismo.
Ecuaciones de Maxwell
Desde que Maxwell unificó la electricidad y el magnetismo, la fuerza electromagnética ha sido considerada como una fuerza fundamental, y todos sus cálculos cuantitativos pueden ser cubiertos por las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de otras teorías científicas avanzadas, las ecuaciones de Maxwell han hecho grandes contribuciones a la vida real de la sociedad humana desde su publicación.
Einstein se propuso unificar la gravedad y el electromagnetismo.
En junio de 1915438, después de ver la aplicación exitosa de la geometría riemanniana en la teoría general de la relatividad, el matemático Hilbert escribió una carta a Einstein, escribiendo: "Las ecuaciones matemáticamente universales de Maxwell pueden verse como una generalización de las ecuaciones del campo gravitacional, y la gravedad y la fuerza electromagnética son en realidad un tipo de fuerza". Después de leer esta carta, Einstein respondió: "Tu carta me generó grandes expectativas. Siempre quise construir un puente entre la gravedad y la fuerza electromagnética".
Fuerza electromagnética y gravedad
Desde 1922, inspirado por la teoría unificada de la electricidad, el magnetismo y la luz de su sabio Maxwell, Einstein intentó describir la gravedad y el electromagnetismo estableciendo una teoría unificada, pero desafortunadamente, hasta su muerte en 1955, no logró lograr un gran avance. Einstein siempre ha unificado electromagnetismo y gravedad de forma geométrica como la relatividad general. Juntó el espacio-tiempo de cuatro dimensiones de la geometría de Riemann y el campo electromagnético para crear la idea de un espacio-tiempo de cinco dimensiones. Pero cada vez que parecía exitoso, Einstein encontraba diferencias que eran contrarias al sentido común.
Espacio-tiempo de cinco dimensiones
Cuando Einstein intentaba unificar la gravedad y el electromagnetismo, los físicos descubrieron las interacciones fuertes y débiles en el núcleo, la gente finalmente logró un nuevo avance en la unificación. otras fuerzas básicas. Desde la década de 1950, el físico estadounidense Glashow, inspirado en la teoría de la no conservación de la paridad de Yang Chenning y Li Zhengdao, predijo que la fuerza electromagnética y la fuerza de interacción débil son manifestaciones diferentes de la misma fuerza. Con el desarrollo de la mecánica cuántica, los físicos creen que la función de transmitir fuerza la completa un bosón vectorial, mientras que los fotones se utilizan para transmitir fuerza electromagnética y W-, W y Z0 transmiten fuerza débil. Esto se demostró por primera vez en el Súper Sincrotrón de Protones del CERN en 1983.
La unificación de la fuerza electromagnética y la fuerza débil también ha encontrado un nuevo camino a través de la mecánica cuántica-teoría de campos cuánticos.
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Con el desarrollo de la física actual, los humanos han descubierto los mecanismos de la fuerza electromagnética, la fuerza de interacción fuerte y la fuerza de interacción débil.
Y para describirlo se compiló una teoría unificada, que se llama Modelo Estándar, pero la gravedad aún no se ha incluido en este sistema.
Pero los científicos parecen haber encontrado una manera de explicarlo utilizando la teoría cuántica de campos, porque en el Modelo Estándar, cada fuerza fundamental tiene una partícula mediana. En cuanto a la gravedad, los físicos han propuesto que los gravitones se utilizarán como partículas medio para transmitir la gravedad, pero hasta ahora no se ha descubierto ningún gravitón.