SRT, TOE - ภายใต้คำย่อเหล่านี้มีคำว่า "ทฤษฎีสัมพัทธภาพ" ซึ่งเกือบทุกคนคุ้นเคย ทุกอย่างสามารถอธิบายได้ด้วยภาษาง่ายๆ แม้กระทั่งคำพูดของอัจฉริยะ ดังนั้นอย่าสิ้นหวังถ้าคุณจำวิชาฟิสิกส์ของโรงเรียนไม่ได้ เพราะจริงๆ แล้วทุกอย่างง่ายกว่าที่คิด
กำเนิดทฤษฎี
เอาล่ะ มาเริ่มหลักสูตร "ทฤษฎีสัมพัทธภาพสำหรับหุ่นจำลอง" กันเถอะ Albert Einstein ตีพิมพ์ผลงานของเขาในปี 1905 และทำให้เกิดความปั่นป่วนในหมู่นักวิทยาศาสตร์ ทฤษฎีนี้ครอบคลุมช่องว่างและความไม่สอดคล้องกันมากมายในฟิสิกส์ของศตวรรษที่ผ่านมาเกือบทั้งหมด แต่ยิ่งไปกว่านั้น มันทำให้แนวคิดของอวกาศและเวลากลับด้าน เป็นเรื่องยากสำหรับคนร่วมสมัยที่จะเชื่อในคำกล่าวของไอน์สไตน์หลายเล่ม แต่การทดลองและการศึกษายืนยันเพียงคำพูดของนักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่เท่านั้น
ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์อธิบายง่ายๆ ว่าสิ่งที่ผู้คนต้องดิ้นรนมานานหลายศตวรรษ เรียกได้ว่าเป็นพื้นฐานของฟิสิกส์สมัยใหม่ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ก่อนที่เราจะพูดถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพต่อไป เราควรชี้แจงประเด็นเงื่อนไข แน่นอนว่าการอ่านบทความทางวิทยาศาสตร์ยอดนิยมหลายๆ เรื่อง ได้เจอตัวย่อสองคำคือ SRT และ GRT อันที่จริงหมายถึงแนวคิดที่แตกต่างกันบ้าง อันแรกคือทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และอันที่สองหมายถึง "ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป"
ซับซ้อน
SRT เป็นทฤษฎีเก่าที่ต่อมากลายเป็นส่วนหนึ่งของ GR สามารถพิจารณากระบวนการทางกายภาพสำหรับวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสม่ำเสมอเท่านั้น ทฤษฎีทั่วไปสามารถอธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นกับการเร่งวัตถุ และยังอธิบายได้ว่าทำไมอนุภาคกราวิตอนและแรงโน้มถ่วงจึงมีอยู่
หากคุณต้องการอธิบายการเคลื่อนที่และกฎของกลไก เช่นเดียวกับความสัมพันธ์ของอวกาศและเวลาเมื่อเข้าใกล้ความเร็วของแสง สามารถทำได้โดยทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ อธิบายง่ายๆ ได้ดังนี้ เช่น เพื่อนจากอนาคตให้ยานอวกาศที่บินด้วยความเร็วสูงมาให้คุณ ที่จมูกของยานอวกาศคือปืนใหญ่ที่สามารถยิงทุกอย่างที่อยู่ข้างหน้าด้วยโฟตอน
เมื่อยิงซึ่งสัมพันธ์กับเรือ อนุภาคเหล่านี้จะบินด้วยความเร็วแสง แต่ตามหลักเหตุผล ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่นิ่งควรเห็นผลรวมของความเร็วทั้งสอง (โฟตอนเองและตัวเรือ) แต่ไม่มีอะไรแบบนั้น ผู้สังเกตการณ์จะเห็นโฟตอนเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 300,000 m/s ราวกับว่าความเร็วของเรือเป็นศูนย์
สิ่งนั้นคือไม่ว่าวัตถุจะเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน ความเร็วของแสงสำหรับสิ่งนั้นคือค่าคงที่
นี่คำสั่งนี้เป็นพื้นฐานของข้อสรุปเชิงตรรกะที่น่าทึ่ง เช่น การชะลอตัวและการบิดเบือนของเวลา ขึ้นอยู่กับมวลและความเร็วของวัตถุ ภาพยนตร์และซีรีส์นิยายวิทยาศาสตร์หลายเรื่องอิงจากเรื่องนี้
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป
สามารถอธิบายทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่มีปริมาณมากขึ้นด้วยคำศัพท์ง่ายๆ อันดับแรก เราควรคำนึงถึงความจริงที่ว่าพื้นที่ของเรามีสี่มิติ เวลาและพื้นที่รวมกันใน "หัวเรื่อง" เช่น "ความต่อเนื่องของกาล-อวกาศ" พื้นที่ของเรามีแกนพิกัดสี่แกน: x, y, z และ t.
แต่คนเราไม่สามารถมองเห็นสี่มิติได้โดยตรง เหมือนกับคนแบนสมมุติที่อาศัยอยู่ในโลกสองมิติไม่สามารถเงยหน้าขึ้นมองได้ อันที่จริง โลกของเราเป็นเพียงการฉายภาพพื้นที่สี่มิติให้เป็นพื้นที่สามมิติ
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป วัตถุจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเคลื่อนที่ วัตถุของโลกสี่มิตินั้นแท้จริงแล้วไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา และมีเพียงการคาดการณ์เท่านั้นที่เปลี่ยนแปลงเมื่อเคลื่อนที่ ซึ่งเรามองว่าเป็นการบิดเบือนของเวลา การลดลงหรือการเพิ่มขนาด และอื่นๆ
ทดลองลิฟต์
ทฤษฎีสัมพัทธภาพสามารถอธิบายได้ด้วยคำง่ายๆ โดยใช้การทดลองทางความคิดเล็กๆ น้อยๆ ลองนึกภาพว่าคุณอยู่ในลิฟต์ ห้องโดยสารเริ่มเคลื่อนไหว และคุณอยู่ในสภาพไร้น้ำหนัก เกิดอะไรขึ้น อาจมีสาเหตุสองประการ: ลิฟต์อยู่ในอวกาศหรือตกอย่างอิสระภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลก สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือ เป็นไปไม่ได้ที่จะค้นหาสาเหตุของภาวะไร้น้ำหนักหากไม่มีวิธีมองออกจากห้องโดยสารลิฟต์ นั่นคือกระบวนการทั้งสองจะเหมือนกันหมด
บางทีหลังจากทำการทดลองทางความคิดที่คล้ายคลึงกัน อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ก็ได้ข้อสรุปว่าหากสองสถานการณ์นี้แยกไม่ออกจากกัน ในความเป็นจริง ร่างกายภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงไม่ได้เร่งความเร็ว มันคือการเคลื่อนไหวที่สม่ำเสมอ ที่โค้งงอภายใต้อิทธิพลของวัตถุขนาดใหญ่ (ในกรณีนี้คือดาวเคราะห์) ดังนั้น การเคลื่อนที่แบบเร่งจึงเป็นเพียงการฉายภาพการเคลื่อนไหวที่สม่ำเสมอในพื้นที่สามมิติ
ตัวอย่าง
อีกตัวอย่างที่ดีใน "สัมพัทธภาพสำหรับ Dummies" มันไม่ถูกต้องทั้งหมด แต่เรียบง่ายและชัดเจนมาก หากวางวัตถุใดๆ ไว้บนผ้าที่ยืดออก จะทำให้เกิด "การโก่งตัว" ซึ่งเป็น "กรวย" ข้างใต้ ร่างกายที่เล็กกว่าทั้งหมดจะถูกบังคับให้บิดเบือนวิถีของมันตามความโค้งใหม่ของอวกาศ และหากร่างกายมีพลังงานน้อย ร่างกายก็ไม่สามารถเอาชนะช่องทางนี้ได้เลย อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของวัตถุที่เคลื่อนที่เอง วิถียังคงตรง พวกมันจะไม่รู้สึกถึงความโค้งของอวกาศ
แรงโน้มถ่วง "ดาวน์เกรด"
ด้วยการถือกำเนิดของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แรงโน้มถ่วงได้หยุดเป็นแรงแล้ว และตอนนี้ก็พอใจกับตำแหน่งที่เกิดผลง่ายๆ ของความโค้งของเวลาและพื้นที่ ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปอาจดูน่าอัศจรรย์ แต่ก็ได้ผลรุ่นและยืนยันโดยการทดลอง
สิ่งที่ดูเหมือนเหลือเชื่อมากมายในโลกของเราสามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพ ในแง่ง่ายๆ สิ่งเหล่านี้เรียกว่าผลของสัมพัทธภาพทั่วไป ตัวอย่างเช่น รังสีของแสงที่บินในระยะใกล้จากวัตถุขนาดใหญ่จะโค้งงอ ยิ่งกว่านั้น วัตถุจำนวนมากจากอวกาศอันไกลโพ้นถูกซ่อนอยู่ด้านหลังกัน แต่เนื่องจากความจริงที่ว่ารังสีของแสงไปรอบ ๆ วัตถุอื่น วัตถุที่ดูเหมือนมองไม่เห็นจึงพร้อมสำหรับการจ้องมองของเรา เหมือนมองทะลุกำแพง
ยิ่งแรงโน้มถ่วงสูง เวลาจะไหลช้าลงบนพื้นผิวของวัตถุ สิ่งนี้ไม่เพียงใช้กับวัตถุมวลมากเช่นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำเท่านั้น ผลของการขยายเวลาสามารถสังเกตได้แม้กระทั่งบนโลก ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์นำทางด้วยดาวเทียมมีนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำที่สุด พวกมันอยู่ในวงโคจรของโลกของเรา และเวลาที่นั่นก็เดินเร็วขึ้นเล็กน้อย เศษเสี้ยววินาทีในหนึ่งวันจะรวมกันเป็นตัวเลขที่จะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการคำนวณเส้นทางบนโลกได้มากถึง 10 กม. เป็นทฤษฎีสัมพัทธภาพที่ช่วยให้เราสามารถคำนวณข้อผิดพลาดนี้ได้
พูดง่ายๆ เราสามารถพูดได้ดังนี้: ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปรองรับเทคโนโลยีสมัยใหม่มากมาย และต้องขอบคุณ Einstein ที่ทำให้เราสามารถหาร้านพิซซ่าและห้องสมุดใน พื้นที่ที่ไม่คุ้นเคย