16 декабря, 2017 22:18
Салыстырмалылықтың арнайы теориясы Коперник жүйесіне салыстырмалы түзусызықты жэне бірқалыпты қозғалған санақ жүйелерін қарастырады. Ал гелиоцентрлік санақ жүйесіне қарағанда үдемелі қозғалған санақ жүйелеріне ауысу салыстырмалылықтың арнайы теориясының шектеулерін аттап өтуге мүмкіндік беретін келесі қадам болып табылады.
|
Бұл қадамның өзі бірден А. Эйнштейнді жаңа жэне маңызды қорытындыларға жетеледі. Олар- дың арқасында тартылыс теориясы (тартылыстың релятивистік теориясы) дамыды. Тартылыс теориясын (оны салыстырмалылықтың жалпы теориясы деп жиі айтады) эңгімелеу үшін арнаулы математикалық аппа- рат — тензорлық есептеу негіздерімен |
| 4. Инерция мен тартылыс өріс- терінің эквиваленттілік принци- пін жарық таралуына қолдану нэтижесінде мынадай жағдайды бай- қауға болады: Гелиоцентрлік санақ жүйесінде тік жоғары үдемелі қоз- ғалған бакылаушы жарық сәулесінің горизанталь бағытта таралуын бақы- ласын деп есептейік. Жоғарыга үдемелі қозғалыс нәтижесінде бақы- лаушы сэуленің осы санақ жүйесін- де түзусызықты болатын бағыттан төмен қарай ауытқығанын байқай- ды. Бірақ, тартылыс жэне инерция өрістерінің эквиваленттілігіне сүйене отырып, бақылаушы инерция өрісін төмен бағытталған тартылыс өрісімен ауыстыра алады. Олай болса, тартылыс күш өрісінде жарық сэулесі түзусызықты таралмайды, сол өріс бағытымен қисаяды.
Бұл маңызды қорытындыға кел- ген А. Эйнштейн оны дәлелдейтін бақылау эдісін де ұсынды. Егер Күнге жақын бұрыштық қашықтык- та орналасқан жүлдыздан таралған жарық сәулесін бақылауға мүмкіндік туса, Күнге жақын өтіп бара жатып, сәуле оның таргылыс күші эсерінен бүрылар еді. Мұның өзі бақылап отырған жұлдыздан шыққан сәуле оның тұрған орнынан ығысып кө- рінуіне әкелер еді. Бірақ, жұлдыздан шыққан сәуле Күн сэулелерінен анағүрлым көмескі болғандықтан, Күнге жакын бұрыштық қашықтык- та тұрған жүлдыздарды күнделікті |
| таныс болу керек. Оған қоса, бұлтеория салыстырмалылыктың арнайы теориясындай толық тұрақталды, әсіре- се сенімді фактілермен дэлелденді деуге элі де болмайды. Сондықтан жалпы физика пэні шеңберінде, эсіресе 1 курс студенттерінің матема- тикадан дайындық деңгейін ескере отырып, кейбір қорытындыларды, фактілерді, құбылыстарды талдайык. Әзірге салыстырмалылықтың жал- пы теориясының қорытындыларын қолдайтын тэжірибеден тек үш факт белгілі:
1. Тәжірибе жүзінде дененің инертті жэне гравитациялық масса- ларының теңдігі өте жоғары дэлдік- пен дәлелденді; 2. Эквиваленттілік принципі тұ- жырымдалды; 3. Ньютон теориясында қабыл- данған тартылыс өрістерінің шексіз жылдамдықпен таратылуы туралы болжамға байланысты Ньютонның тартылыс теориясы тартылыстың релятивистік теориясымен біріге ал- мауы айқындалды. Әңгіме ньютондық тартылыс тео- риясына тартылып тұрған массалар арасындагы қашықтық кіріп, ал осы әрекет байқалатын уақыт аралығы ес- керілмеуі туралы болып отыр. Сөйте тұра, салыстырмалылық теориясы- ның ең бір маңызды негіздерінің бірі — ешбір эрекет (сигнал) вакуумде- гі жарық жылдамдыгынан жоғары жылдамдықпен тарала алмауы тура- лы қағида. |
| Меркурий планетасы үшін бірінші түзету бойынша орбитаның бүрылу бүрыштық жылдамдығы жүз жыл аралығында 45″ болса, массаның жылдамдыққа тэуелділігін еске- ру жүз жыл аралығында 7″ түзету береді. Теорияда табылған осындай түзетулерге жуық мәндер арнаулы тәжірибелерде де өлшенген.
6. Салыстырмалылықтың жал- пы теориясының үшінші қоры- тындысына келсек, ол оптика сала- сында жатыр (тартылыс әсерінен туатын қызыл ығысу), сондықтан үсынылып отырған механика кур- сында талкыламаймыз. Оның үстіне, бүл қүбылыс 5.7-тақырыгіта жалпы аталып өтті. 7. Классикалық механика инер- ция күштерін «жалған» күштер, яғни инерциялық емес санақ жүйелерінде зерттелген қозғалыстарда, Ньютон- ның екінші заңын формалды түрде қолдануға мүмкіндік беретін қо- лайлы түсінік деуге бейім болды. Әрине, мүндай көзқарас тұрғысынан инерция күштерінің табиғатын зерт- теуге қажеттілік тумады. Бірақ, са- лыстырмалылықтың жалпы теория- сының дамуына байланысты, жағдай күрт өзгерді. Себебі, санақ жүйелерін тиісті түрде таңдап алсак, кеңістіктің аз бөліктерінде инерция күші сиякты тартылыс күшін де «жоюға» болады екен, яғни оны да «жалған» күштер қатарына жатқызуға болады екен. Сонымен, инерция жэне тартылыс |
| жағдайларда бақылау мүмкін емес. Сондықтан мұндай зерттеулерді Күн түтылуы кезінде жүргізу керек. Күннің тартылу өрісінің эсерінен туған сэуленің кисаюымен байла- нысты жүлдыз орнының ығысуын теориялық әдістермен есептегенде, оның өте аз шама екені анықталды — не- бары екі секундқа жетпейтін бұрыш. Күннің 1919 жылғы түтылуы кезінде жүргізілген өлшеулерге қарағанда, оның мэні 1 «,75-ке тең болды.
5. Тәжірибелік бакылаулармен қа- нағаттанарлық үйлесетін салыстыр- малылықтың жалпы теориясының екінші бір салдарлары Меркурий- дің орбита бойы қозғалысымен бай- ланысты. Классикалық механика- ның заңдары бойынша планеталар гелиоцентрлік санак жүйесінде ты- ныштық күйде болатын эллипстік орбиталармен қозғалуға тиіс. Бірақ салыстырмалылықтың арнайы тео- риясының өзі бүл заңдарға түзетулер енгізді. Масса жылдамдыққа тэуелді болғандықтан, планеталар орбита- лары олардың Күнді айнала қозға- лу бағытында бұрылулары керек. Оған қоса, салыстырмалылықтың жалпы теориясына сэйкес, тарты- лыс заңына да түзету енгізу керек. Ньютонның тартылыс заңын Эйн- штейн заңымен ауыстырғанда жаса- латын түзету массаның жылдамдық- қа тәуелділігінен туатын түзетуге сапа жағынан ұқсас, бірақ сандық мэні анағұрлым үлкен. Мысалы, |
| Екінші жағынан, бүл санақжүйесінде, орташа алғанда, бүкіл элемді қү- растырып түрған аспан денелерінің барлық массасы орналасқан. Олай болса, А дененің +п жылдамдықпен қозғалысын, жоғарыда айтқандай, әлемді қүраушы аспан денелерінің барлық массасының -о жылдамдық- пен қозғалысы деп қарастырамыз. |
| күштерінің жалғандығы туралы сұрактарды бірге карастыру керек екендігі айқын болды. Сонда инер- ция күштер жалғандығын қандай ка- сиеттері сипаттап түр? Біріншіден, инерция күштері тек инерциялық емес санақ жүйелерінде пайда болады, екіншіден, инерция күштері қай де- нелер тарапынан түсіп түрғанын көр- сете алмаймыз. Осы екі ерекшелікті жеке-жеке қарастырайық.
7.1. Инерция күшінің бірінші ерекшелігі тек классикалык механи- када ғана білінеді. Салыстырмалы- лық теориясында, керісінше, эквива- ленттілік принципіне сэйкес инерция күші мен табиғатта ең көп тараған кэдімгі күштердің бірі — тартылыс күшінің арасында айырмашылык болмауға тиіс. Материялық нүктенің бірқалыпты үдемелі қозғалысын не гелиоцентрлік санақ жүйесіндегі біртекті тартылыс өрісіндегі «ауыр» массаның үдемелі қозғалысы ретінде, не инерттік массаның сол жүйеге салыстырмалы үдемелі қозғалған ауырлық өрісі жок санақ жүйесінде- гі біркалыпты козғалысы ретінде түсіндіруге болады. 7.2. Енді екінші ерекшелікке көшейік. Егер гелиоцентрлік санақ жүйесінде +ь жылдамдықпен коз- ғалған А денені бақыласақ, оның қозғалысын сол санақ жүйесімен байланысқан денелердің (Күн жэне үш бекітілген жүлдыз) жылдамдығы —V қозғалысы деп елестетуге болады. |
| Еарыштық кеңістікте аспан де- нелері орташа жуык бірқалыпты таралғандықтан, Әлемді қүраушы денелердің массасы іші қуыс сфералық қабатта орналасқан деп санауға болады Бүл қуыс шардың сыртқы радиусы ішкі радиусынан көп үлкен. Мұндай елестетудің нэтижесінде кез келген санақ жүйесінің аспан денелері сфе- расына салыстырмалы қозғалысын екі түрлі карастыруға болады. Кез келген К’ санақ жүйесінің а үдеумен аспан денелері сферасына салыстыр- малы ілгерілемелі қозғалысын сол аспан сферасының К’ санақ жүйесіне қарағанда үдеуі — а ілгерілемелі қоз- ғалысы деп айтуға болады. Сол сияқ- ты, К’ жүйенің бұрыштық жылдам- |
| денеге тек центрден тепкіш инерция күші әрекет етеді. Өкінішке орай, барлық аспан денелерінің масса- сы белгісіз болғандықтан, айтылған эффектілерді сандык түрде тексеру мүмкін емес, ал шектелген масса- лармен жүргізілген лаборатория- лық тәжірибелер сенім тудыратын нэтижелер бермейді.
Дегенмен, А. Эйнштейн тарты-лыс теориясының инерция күштері табиғаты туралы сүрақка жақсы жа- уаптар беретініне келіспеуге болмайды. Инерция күштерінің пайда болу себептеріне берілген түсініктемені қозғалыс салыстырмалылығы прин- ципі де қолдайды. Жоғарыда Фуко тәжірибесі баяндалған болатын. Бүл тәжірибеге қараған- да Жермен байланысқан айналушы санақ жүйесінде инерция күште- рінің әсерінен маятник тербелетін жазықтық Жер бетіне карағанда бұрылатынын, ал Коперник санақ жүйесінде тербелістер жазықтығы бүрылмайтынын, яғни бүл жүйеде инерция күштері әсер етпейтінін байқағанбыз. Осы құбылысты калай түсіндіруге болады? Жоғарыда кел- тірілген түсіндірмелерді колдана отырып, бұл сұраққа жауап беру киын емес. Жерге бекітілген айна- лушы санақ жүйесі аспан сферасына қарағанда айналмалы қозғалыста болғандықтан немесе соған парапар бүкіл аспан денелерінің сферасы Жерге салыстырмалы айналғандық |
| дығы ш айналмалы козғалысын аспан сферасының санақ жүйесіне карағанда -со бұрыштық жылдам- дығы бар айналмалы қозғалысымен алмастыруға болады.
Егер кез келген К’ санақ жүйесі гелиоцентрлік жүйеге салыстырмалы үдемелі қозғалса немесе осыған пара-пар аспан сферасы К’ жүйеге қарағанда үдемелі қозғалса, жүйеде инерция күштерінің эсері байқалуы керек. Мысалы, аспан денелерінің сферасы К’ жүйесіне қарағанда айна- ла қозғалса, сфера ішінде центрден тепкіш жэне Кориолис инерция күштері пайда болады. Сонымен, инерция күштері қай дене тарапынан түсіп тұрғанын көрсете алмауымыздың себебі — ондай денелердің жоқ болуы емес, кері- сінше, өте көп болуы, яғни инерция күші барлық аспан денелері тарапы- нан эрекет етеді. А. Әйнштейннің тартылыс теориясы бойынша мүндай күштер мас- сасы көп денелер үдемелі қозғалған- да тууға тиіс. Осыған байланысты екі эффектіге тоқтала кетейік. Бірінші эффекпг. бірқалыпты үдеу- мен ілгерілемелі қозғалған массасы көп денелер жақын маңындағы дене- лерге өз қозғалысымен бағыттас үдеу беріп, индукциялық эсер етеді. Екінші эффект: айналып тұрған қуыс дене ішінде козғалған дене- ге центрден тепкіш жэне Кориолис инерция күштері, ал тыныштықтағы |
| тан, Жер бетінде инерция күштері- нің әсері байқалуға тиіс. Керісінше, гелиоцентрлік санак жүйесінде ас- пан денелерінің барлық массасы ты- ныштықта болады, аспан денелері сферасы айналмайды, ендеше, сфера ішінде инерция күштері тумайды. |
Сонымен, біз инерция күштері қай кезде болатынын білеміз жэне осы күштер бола тұрып, әсер етпеген ешбір жағдайлар бізге мэлім емес, яғни инерция күштері жалған емес, олар шын мэнісінде реал күштердей сипатталады
Автор публикации
