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Physik Einsteins Relativitätstheorie Die Arbeit wurde von einer Schülerin der 10. Klasse „b“ Olga Karpikina im akademischen Jahr 30.01.03-04 abgeschlossen

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Kurze Zusammenfassung und Anleitung zum Arbeiten mit dem Programm Diese Arbeit beschreibt Einsteins Relativitätstheorie, beschreibt die Postulate und Konsequenzen der Postulate dieser Theorie, Grundformeln und Beispiele zur Lösung von Problemen zu diesem Thema. Um zur nächsten Folie zu gelangen, müssen Sie mit der linken Maustaste auf die Folie klicken. Sollte in der Arbeit ein Begriff unklar sein (hervorgehoben), klicken Sie darauf und erfahren Sie, was er bedeutet. Um zur gewünschten Folie zu gelangen, klicken Sie auf die Schaltfläche. Um zum Inhalt zu gelangen, klicken Sie auf die Schaltfläche

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EINSTEINS RELATIVITÄTSTHEORIE Die Relativitätstheorie (oder relativistische Mechanik) ist eine radikale Änderung der zugrunde liegenden Grundkonzepte von Raum, Zeit, Materie und Bewegung. Die Allgemeine Relativitätstheorie (GR) beschreibt den Zusammenhang physikalischer Prozesse, die in relativ zueinander beschleunigenden (nicht inertialen) Bezugssystemen ablaufen

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Die Spezielle Relativitätstheorie (SRT) berücksichtigt die Wechselbeziehung physikalischer Prozesse, die nur in ISO auftreten

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Postulate der Theorie 1. Alle Naturgesetze sind in Trägheitsbezugssystemen gleich. 2. Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Trägheitsbezugssystemen gleich und hängt nicht von der Bewegungsgeschwindigkeit, der Lichtquelle oder dem Lichtempfänger ab. (Ein Beispiel wäre ein Schwarzes Loch.)

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KONSEQUENZEN DER POSTULATEN Relativität der Gleichzeitigkeit: Zwei gleichzeitige Ereignisse in einem stationären Bezugssystem sind in einem bewegten Bezugssystem nicht gleichzeitig. V=0 m/s V=0,2s

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2. Relativität von Zeitintervallen: In einem bewegten Bezugssystem fließt die Zeit langsamer (das Zwillingsparadoxon: Im Weltraum altert ein Mensch langsamer). Die Zeitausdehnung hängt von den Eigenschaften der Zeit selbst ab. – Zeitintervall („Tau“) (1 s) 0 – Eigenzeit – beweglicher Bezugsrahmen = 0 / 1 – V 2/s2

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3. Relativität der Länge: In einem bewegten Bezugssystem nimmt die Länge ab (das Zwillingsparadoxon: Im Raum nimmt die Länge ab). L - Länge (1m) L0 – stationäres Bezugssystem L – bewegliches Bezugssystem L=L0 * 1-V2 /c2

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4. Das Additionsgesetz der Geschwindigkeiten: bei niedrigen Geschwindigkeiten die klassische Version (V1 +V2) bei Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit (c) Einsteins Version: V=(V1 +V2)/(1+V1 *V2/c2 )

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5. Relativität der Masse: In einem bewegten Bezugssystem nimmt die Masse zu (bei einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit tendiert die Masse ins Unendliche) (das Zwillingsparadoxon: Im Weltraum nimmt die Masse eines Menschen zu). m– in einem bewegten Bezugssystem m0 – Ruhemasse m=m0/ 1-V2/c2

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6. Energie E=mc2 E'=m'c2 ' - die Differenz (in diesem Fall: Masse (m-m0) und Energie (E-E0)) Masse ist also ein Maß für physikalische Größen: Trägheit, Schwerkraft und Energie .

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Gegeben: Lösung. V=(V1+V2)/ (1+V1*V2/c2) V1=V2=0,75c V=1,5c/(1+0,5625c2/c2)= Finden Sie: =0,96c V=? Antwort: V=0,96s Beispiel einer Problemlösung

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WÖRTERBUCH ISO (Trägheitsbezugssystem) – jedes System, in dem das Trägheitsgesetz erfüllt ist. Trägheit – das Phänomen der Aufrechterhaltung eines Ruhe- oder Geschwindigkeitszustands in einer gleichmäßigen geradlinigen Bewegung mit kompensierten äußeren Einflüssen (äußeren Kräften). Energie – ein allgemeines Maß für verschiedene Bewegungsformen der Materie, betrachtet in der Physik

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Die Lichtgeschwindigkeit ist die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit jeder Wechselwirkung. Materielle Körper können keine höhere Geschwindigkeit als die Lichtgeschwindigkeit haben (sie entspricht 300.000 km/s). Ein Schwarzes Loch ist ein astronomisches Objekt, dessen Gravitationsfeld Strahlung und Materie innerhalb des Schwarzschild-Radius hält. Der Schwarzschild-Radius ist der kritische Radius eines Schwarzen Lochs entsprechend der Lichtgeschwindigkeit

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Über die Autorin des Programms: Ich bin eine Schülerin der 10. Klasse „b“ mit einem mathematischen Profil am Lyzeum Nr. 4, Olga Karpikina. Ich liebe Physik, Informatik, Chemie, Englisch und Mathematik wirklich, deshalb habe ich mich für ein Bildungsprojekt in Physik entschieden. Nämlich dieses Thema, weil ich gerne arbeite und den Weltraum studiere (in dieser Arbeit gibt es ein Phänomen wie das Zwillingsparadoxon, das in den Konsequenzen der Postulate diskutiert wurde) Viel Glück in der Physik!!!

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Vortrag zum Thema:

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Inhalt 1. Geburt der Theorie 2. Das Relativitätsprinzip 3. Galileische Transformationen 4. Lorentz-Transformationen 5. Spezielle Relativitätstheorie 6. Entstehung der SRT 7. Relativistische Theorie 8. Einsteins Postulate 9. Wesen der SRT 10. Konsequenzen der SRT 10.1. „Einsteins Zug“ 10.2. „Zwillingsparadoxon“ 11. Elemente der relativistischen Dynamik 12. Allgemeine Relativitätstheorie 13. Grundprinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie 12.1. Die Notwendigkeit einer relativistischen Gravitationstheorie 12.2. Das Prinzip der Gleichheit von Gravitations- und Trägheitsmassen 12.3. Raumzeit von GTR und das starke Äquivalenzprinzip 14. Einsteins Gleichungen 15. Hauptkonsequenzen von GTR 16. Probleme von GTR 16.1. Energieproblem 16.2. Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenphysik 17. Experimente zur Bestätigung der allgemeinen Relativitätstheorie

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Geburtsstunde der Theorie Der große deutsche Physiker Albert Einstein (1879-1955) lebte bis 1933 in Deutschland, dann in den USA. Mitglied vieler Akademien der Wissenschaften, Ehrenmitglied der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Nobelpreisträger 1921. Einsteins herausragender Beitrag zur Wissenschaft war die Schaffung der Relativitätstheorie. Im Jahr 1905 Er veröffentlichte die spezielle oder partielle Relativitätstheorie in fast vollständiger Form

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Das Relativitätsprinzip G. Galileo stellte fest, dass alle mechanischen Phänomene in verschiedenen Inertialsystemen auf die gleiche Weise ablaufen, d.h. Keine mechanischen Experimente, die „innerhalb“ eines bestimmten Inertialsystems durchgeführt werden, können feststellen, ob dieses System ruht oder sich geradlinig und gleichmäßig bewegt. Diese Position wird Galileis Relativitätsprinzip genannt. Galileis Relativitätsprinzip ist eine Verallgemeinerung zahlreicher Experimente. Nach dem Prinzip von Galileo sind alle Bezugssysteme, die sich relativ zum Trägheitssystem gleichmäßig und geradlinig bewegen, auch träge. Ein System, das sich mit Beschleunigung relativ zu einem Inertialsystem bewegt, wird als nichtinertial bezeichnet.

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Galileische Transformationen Für die Fälle, in denen die Bewegung eines Körpers in einem anderen Bezugssystem beschrieben werden muss, finden wir Formeln zur Koordinatentransformation beim Übergang von einem Trägheitsbezugssystem in ein anderes. Nehmen wir an, dass sich das Inertialsystem K´ mit der Geschwindigkeit v entlang der OX-Achse relativ zu einem anderen Inertialsystem K bewegt. Der Einfachheit halber nehmen wir an, dass die Koordinatenachsen der Systeme K und K´ zum Anfangszeitpunkt t=t´ sind =0 fiel zusammen. Nehmen wir an, dass der materielle Punkt P relativ zum K-System ruht. Seine Position im K-System wird durch den Radiusvektor r oder die Koordinaten x, y, z gekennzeichnet. Relativ zum K´-System bewegt sich dieser Punkt und seine Position im K´-System wird durch den Radiusvektor r´ bzw. die Koordinaten x´, y´, z´ charakterisiert. Die Zeit in beiden Inertialbezugssystemen K und K´ verläuft identisch, die Uhren sind synchronisiert, d.h. t=t´.

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Die Beziehung zwischen den Radiusvektoren r´ und r desselben Punktes P in den Systemen K und K´ hat die Form. Diese Beziehung kann für jede der kartesischen Koordinaten geschrieben werden. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass t=t´, erhalten wir: Diese Gleichungen werden direkte Galileische Transformationen genannt. Wenn ein materieller Punkt P im K´-System stationär ist, kann die Gleichung seiner Bewegung im K-System mit inversen galiläischen Transformationen geschrieben werden: r = r´ + vt,

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Galileische Transformationen basieren auf der Annahme, dass die Taktsynchronisation mithilfe von sich momentan ausbreitenden Signalen erfolgt. Allerdings gibt es solche Signale tatsächlich nicht. Die Existenz einer Obergrenze für die Geschwindigkeit der Signalausbreitung führte zu anderen Transformationsformeln, die es ermöglichen, aus den Koordinaten und der Zeit eines beliebigen Ereignisses in einem bestimmten Inertialsystem K die Koordinaten desselben Ereignisses in jedem anderen Inertialsystem zu ermitteln K´, bewegt sich relativ zu K in Richtung der x-Achse geradlinig und gleichmäßig mit der Geschwindigkeit v:

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Aus den Lorentz-Transformationen ergeben sich eine Reihe von Konsequenzen. Sie implizieren insbesondere den relativistischen Effekt der Zeitdilatation und der Lorentzschen Längenkontraktion. Angenommen, an irgendeinem Punkt x" des Systems K" findet ein Prozess mit der Dauer τ0 = t"2 – t"1 (Eigenzeit) statt, wobei t"1 und t'2 die Uhrstände in K" sind den Anfang und das Ende des Prozesses. Die Dauer τ dieses Prozesses im K-System ist gleich. Es kann gezeigt werden, dass die relativistische Längenverkürzung aus den Lorentz-Transformationen folgt.

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Ein Fernseher<<с преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея. Теория относительности не отвергает преобразования Галилея, а включает их как частный случай, справедливый при малых V. Из преобразований Лоренца следует, что скорость V не может быть равна или больше скорости света C, так как подкоренное выражение при V=C обращается в нуль, а при V>C ist negativ und die Lorentz-Transformationen verlieren ihre physikalische Bedeutung

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Spezielle Relativitätstheorie Spezielle Relativitätstheorie (SRT), partielle Relativitätstheorie – eine Theorie, die die Newtonsche Mechanik bei der Beschreibung der Bewegung von Körpern mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit ersetzte. Bei niedrigen Geschwindigkeiten werden die Unterschiede zwischen den Ergebnissen der SRT und der Newtonschen Mechanik unbedeutend.

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Entstehung der SRT Die spezielle Relativitätstheorie wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts durch die Bemühungen von G. A. Lorentz, A. Poincaré und A. Einstein entwickelt. Die Frage der Priorität bei der Erstellung von STR ist umstritten: Die Hauptbestimmungen und der vollständige mathematische Apparat der Theorie, einschließlich der Gruppeneigenschaften von Lorentz-Transformationen, wurden erstmals von A. Poincaré in der Arbeit „Über die Dynamik der Elektron“ basierend auf den früheren Ergebnissen von G. A. Lorentz und eine explizite abstrakte Ableitung der Grundlage der Theorie – Lorentz-Transformationen – aus einem Minimum an Anfangspostulaten wurde von A. Einstein in der fast zeitgleichen Arbeit „Über die Elektrodynamik bewegter Medien“ gegeben “. In der englischsprachigen Wikipedia gibt es zu diesem Thema einen eigenen Artikel

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Im Jahr 1905 veröffentlichte Einstein den Artikel „Über die Elektrodynamik bewegter Körper“, in dem er die wichtigsten Bestimmungen seiner relativistischen Theorie – der speziellen Relativitätstheorie – formulierte. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass alle Trägheitskoordinatensysteme in Bezug auf mechanische und elektromagnetische Phänomene völlig gleich sind und die Lichtgeschwindigkeit in allen Trägheitsbezugssystemen unveränderlich ist, löste diese Theorie die Widersprüche der klassischen Physik, indem sie eine neue Sicht auf Raum und Zeit enthielt. Als Grundlage für die spezielle Relativitätstheorie stellte Einstein zwei Postulate auf: 1. Einsteins Relativitätsprinzip. Gleichungen, die die Naturgesetze ausdrücken, sind invariant (unveränderlich) in Bezug auf die Transformation von Koordinaten und Zeit von einem Trägheitsbezugssystem in ein anderes. 2. Das Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist in allen Inertialsystemen gleich und hängt nicht von der Bewegung der Lichtquelle oder des Lichtempfängers ab. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist immer konstant und beträgt 300.000 km/s. Dies ist die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Signals.

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Einsteins Postulate STR basieren auf zwei Postulaten, die Verallgemeinerungen experimentell festgestellter Gesetze sind. In jedem Trägheitsbezugssystem verlaufen alle physikalischen Phänomene auf die gleiche Weise (Einsteins Relativitätsprinzip). Einsteins Relativitätsprinzip ist eine Verallgemeinerung des Relativitätsprinzips von Galileo, das die Gleichheit mechanischer Phänomene in allen Trägheitsbezugssystemen besagt. 2. Die Lichtgeschwindigkeit hängt in allen Inertialsystemen nicht von der Geschwindigkeit der Quelle ab. Die Formulierung des zweiten Postulats kann weiter gefasst werden: „Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Trägheitsbezugssystemen konstant.“ Theorie in einer invarianten Form, unabhängig von ihrem physikalischen Inhalt, und die Schwierigkeit, die Konzepte „Länge“, „Zeit“ und „Trägheitsbezugssystem“ unter Bedingungen relativistischer Effekte zu interpretieren.

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Das Wesen der SRT Eine Konsequenz der Postulate der SRT sind die Lorentz-Transformationen, die die Galilei-Transformationen für nichtrelativistische, „klassische“ Bewegungen ersetzen. Diese Transformationen verbinden die Koordinaten und Zeiten derselben Ereignisse, die von verschiedenen Inertialreferenzsystemen aus beobachtet werden. Die spezielle Relativitätstheorie hat zahlreiche experimentelle Bestätigungen erhalten und ist in ihrem Anwendungsbereich eine bedingungslos korrekte Theorie. Die spezielle Relativitätstheorie funktioniert nicht mehr auf der Skala des gesamten Universums sowie bei starken Gravitationsfeldern, wo sie durch eine allgemeinere Theorie ersetzt wird – die allgemeine Relativitätstheorie. Die spezielle Relativitätstheorie ist auch in der Mikrowelt anwendbar; ihre Synthese mit der Quantenmechanik ist die Quantenfeldtheorie.

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Folgen der SRT Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts. Die Entwicklung der Physik hat zur Erkenntnis der Widersprüche und Unvereinbarkeit dreier grundlegender Bestimmungen der klassischen Mechanik geführt: Die Lichtgeschwindigkeit im leeren Raum ist immer konstant, unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle oder des Lichtempfängers; In zwei Koordinatensystemen, die sich geradlinig und gleichmäßig relativ zueinander bewegen, sind alle Naturgesetze streng gleich und es gibt keine Möglichkeit, eine absolute geradlinige und gleichmäßige Bewegung zu erkennen (das Relativitätsprinzip); Koordinaten und Geschwindigkeiten werden gemäß den klassischen galiläischen Transformationen von einem Inertialsystem in ein anderes umgewandelt. Albert Einstein verdeutlichte die Widersprüche mit einem Gedankenexperiment namens „Einsteins Zug“:

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Stellen wir uns einen Beobachter vor, der in einem Zug fährt und die Lichtgeschwindigkeit misst, die von Straßenlaternen am Straßenrand in Richtung des Zuges ausgestrahlt wird, d. h. Bewegung mit der Geschwindigkeit c im Bezugssystem – die Eisenbahnstrecke, relativ zu der sich der Zug mit der Geschwindigkeit v bewegt. Wie groß ist die Lichtgeschwindigkeit relativ zu einem fahrenden Wagen? Es ist gleich w = c-v. Diese. Es stellt sich heraus, dass die Lichtgeschwindigkeit in Bezug auf verschiedene Inertialreferenzsysteme, in diesem Fall die Eisenbahnstrecke und das fahrende Auto, unterschiedlich ist. Und dies widerspricht einerseits dem Relativitätsprinzip, wonach physikalische Prozesse in allen Trägheitsbezugssystemen gleichermaßen ablaufen; andererseits auf die Position über der konstanten Lichtgeschwindigkeit, weil Es wurde bereits zuverlässig nachgewiesen, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht von der Geschwindigkeit der Lichtquelle abhängt und in allen Inertialsystemen gleich ist. Sie ist endlich und stellt die begrenzende Ausbreitungsgeschwindigkeit jedes Signals dar.“

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„Das Zwillingsparadoxon“ Aus der speziellen Relativitätstheorie folgt nicht nur die Relativität der Gleichzeitigkeit zweier Ereignisse, die an verschiedenen Punkten im Raum auftreten, sondern auch die Relativität von Messungen von Längen und Zeitintervallen, die in verschiedenen Bezugssystemen durchgeführt werden, die sich relativ zueinander bewegen andere. Das heißt, der Abstand zwischen zwei materiellen Punkten (die Länge des Körpers) und die Dauer der im Körper ablaufenden Prozesse sind keine absoluten, sondern relative Werte. Wenn man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, verlangsamt sich die Zeit, alle im System ablaufenden Prozesse, einschließlich lebender Organismen, verlangsamen sich, verändern sich – die Längsabmessungen (entlang der Bewegung) von Körpern werden reduziert. Ein Beispiel hierfür ist das „Zwillingsparadoxon“. Von den beiden Zwillingen wird der zur Erde zurückgekehrte Astronaut jünger sein als sein auf der Erde gebliebener Bruder, weil Auf einem Raumschiff, das sich mit enormer Geschwindigkeit bewegt, verlangsamt sich die Zeit und alle Prozesse laufen langsamer ab als auf der Erde. Das Zwillingsparadoxon wurde experimentell bestätigt. Allerdings sind die Auswirkungen der Zeitdilatation sehr gering (v0/s<<1), и мы пока не умеем их практически использовать.

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Ebenso wie im Fall der Quantenmechanik sind viele Vorhersagen der Relativitätstheorie kontraintuitiv, erscheinen unglaublich und unmöglich. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Relativitätstheorie falsch ist. In Wirklichkeit kann die Art und Weise, wie wir die Welt um uns herum sehen (oder sehen wollen), und wie sie tatsächlich ist, sehr unterschiedlich sein. Seit mehr als einem Jahrhundert versuchen Wissenschaftler auf der ganzen Welt, SRT zu widerlegen. Keiner dieser Versuche konnte den geringsten Fehler in der Theorie finden. Dass die Theorie mathematisch korrekt ist, wird durch die strenge mathematische Form und Klarheit aller Formulierungen belegt. Die Tatsache, dass SRT unsere Welt wirklich beschreibt, wird durch umfangreiche experimentelle Erfahrungen belegt. Viele Konsequenzen dieser Theorie werden in der Praxis genutzt. Es ist offensichtlich, dass alle Versuche, STR zu widerlegen, zum Scheitern verurteilt sind, schon allein deshalb, weil die Theorie selbst auf drei (etwas erweiterten) Postulaten von Galileo basiert, auf deren Grundlage die Newtonsche Mechanik aufgebaut wurde, sowie einem zusätzlichen Postulat über die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen. Alle vier lassen keinen Zweifel aufkommen. Darüber hinaus ist die Genauigkeit ihrer Überprüfung so hoch, dass die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit die Grundlage für die Definition des Meters ist – einer Längeneinheit, wodurch die Lichtgeschwindigkeit bei Messungen automatisch zu einer Konstanten wird entsprechend den messtechnischen Anforderungen durchgeführt werden.

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Elemente der relativistischen Dynamik Alle Gleichungen, die die Naturgesetze beschreiben, müssen unter Lorentz-Transformationen invariant sein. Als SRT erstellt wurde, gab es bereits eine Theorie, die diese Bedingung erfüllte – dies ist Maxwells Elektrodynamik. Allerdings erwiesen sich die Gleichungen der klassischen Newtonschen Mechanik unter Lorentz-Transformationen als nichtinvariant, weshalb die SRT eine Überarbeitung und Klärung der Gesetze der Mechanik erforderte. Einstein stützte diese Überarbeitung auf die Anforderungen der Erfüllbarkeit des Impulserhaltungssatzes und des Energieerhaltungssatzes in geschlossenen Systemen. Damit der Impulserhaltungssatz in allen Inertialbezugssystemen erfüllt ist, erwies es sich als notwendig, die Definition des Impulses eines Körpers zu ändern. Anstelle des klassischen Impulses in STR wird der relativistische Impuls eines sich mit Geschwindigkeit bewegenden Körpers der Masse m in der Form geschrieben

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Der relativistische Impuls eines Körpers kann als Produkt aus der relativistischen Masse des Körpers und der Geschwindigkeit seiner Bewegung betrachtet werden. Die relativistische Masse m eines Körpers nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit nach dem Gesetz zu, wobei m die Ruhemasse des Körpers und V die Geschwindigkeit seiner Bewegung ist. Wenn der Ausdruck für den Impuls zu dem in der Newtonschen Mechanik verwendeten wird, wo m als Ruhemasse (m=mo) verstanden wird, weil der Unterschied zwischen m und mo unbedeutend ist

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Das Gesetz der Proportionalität von Masse und Energie ist eine der wichtigsten Schlussfolgerungen der SRT. Masse und Energie sind unterschiedliche Eigenschaften der Materie. Die Masse eines Körpers charakterisiert seine Trägheit sowie die Fähigkeit des Körpers, mit anderen Körpern in gravitative Wechselwirkung zu treten. Die wichtigste Eigenschaft der Energie ist ihre Fähigkeit, bei verschiedenen physikalischen Prozessen in äquivalenten Mengen von einer Form in eine andere umgewandelt zu werden – das ist der Inhalt des Energieerhaltungssatzes. Die Proportionalität von Masse und Energie ist Ausdruck des inneren Wesens der Materie. Einsteins Formel drückt ein grundlegendes Naturgesetz aus, das allgemein als Gesetz der Beziehung zwischen Masse und Energie bezeichnet wird. für ruhende Teilchen (p = 0) E = E0 = mc2 Solche Teilchen heißen masselos. Für masselose Teilchen wird der Zusammenhang zwischen Energie und Impuls durch die einfache Beziehung ausgedrückt

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Allgemeine Relativitätstheorie 1907-1916. Es entstand die allgemeine Relativitätstheorie, die die moderne Wissenschaft von Raum und Zeit mit der Gravitationstheorie verbindet. Im Hinblick auf das Ausmaß der Revolution, die Einstein in der Physik vollbrachte, wird er oft mit Newton verglichen. Die Allgemeine Relativitätstheorie (GTR) ist eine physikalische Theorie der Raumzeit und der Schwerkraft, die auf dem experimentellen Prinzip der Äquivalenz von Gravitations- und Trägheitsmassen und der Annahme eines linearen Zusammenhangs zwischen Masse und den durch sie verursachten Gravitationseffekten basiert.

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Grundprinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie Die Notwendigkeit einer relativistischen Gravitationstheorie Newtons Gravitationstheorie basiert auf dem Konzept der Schwerkraft, bei der es sich um eine weitreichende Kraft handelt – sie wirkt in jeder Entfernung sofort. Diese unmittelbare Natur der Wirkung ist mit dem Feldparadigma der modernen Physik und insbesondere mit der speziellen Relativitätstheorie, die 1905 von Einstein, Poincaré und Lorentz abgeleitet wurde, unvereinbar. Tatsächlich kann sich dieser Theorie zufolge keine Information im Vakuum schneller als mit Lichtgeschwindigkeit verbreiten. Mit dem Invarianzprinzip der Naturgesetze, von dessen universeller Natur Einstein ausging, begaben sich Wissenschaftler auf die „Suche nach dem Heiligen Gral“ – einer damit kompatiblen Gravitationstheorie. Das Ergebnis dieser Suche war die Allgemeine Relativitätstheorie, die auf dem Prinzip der Identität von schwerer und träger Masse basiert.

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Das Prinzip der Gleichheit von Gravitations- und Trägheitsmassen In Newtons klassischer Mechanik gibt es zwei Massenkonzepte: Das erste bezieht sich auf Newtons zweites Gesetz und das zweite auf das Gesetz der universellen Gravitation. Die erste Masse – träge (oder träge) – ist das Verhältnis der auf den Körper wirkenden nichtgravitativen Kraft zu seiner Beschleunigung. Die zweite Masse – die Schwerkraft (oder, wie sie manchmal genannt wird, schwer) – bestimmt die Anziehungskraft eines Körpers durch andere Körper und seine eigene Anziehungskraft. Im Allgemeinen werden diese beiden Massen, wie aus der Beschreibung hervorgeht, in verschiedenen Experimenten gemessen und müssen daher überhaupt nicht proportional zueinander sein. Ihre strikte Proportionalität ermöglicht es uns, sowohl bei nichtgravitativen als auch bei gravitativen Wechselwirkungen von einer einzigen Körpermasse zu sprechen. Durch geeignete Wahl der Einheiten können diese Massen einander angeglichen werden. Manchmal wird das Prinzip der Gleichheit von Gravitations- und Trägheitsmassen als schwaches Äquivalenzprinzip bezeichnet. Albert Einstein basierte dabei auf der Allgemeinen Relativitätstheorie.

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Raumzeit-GR und das starke Äquivalenzprinzip Es wird oft fälschlicherweise angenommen, dass die Grundlage der Allgemeinen Relativitätstheorie das Prinzip der Äquivalenz von Gravitations- und Trägheitsfeldern ist, das üblicherweise wie folgt formuliert wird: „Ein ausreichend kleines physikalisches System lokalisiert.“ in einem Gravitationsfeld ist im Verhalten nicht von demselben System zu unterscheiden, das sich in einem (relativ zum Trägheitsbezugssystem) beschleunigten Bezugssystem befindet und in die flache Raumzeit der speziellen Relativitätstheorie eingetaucht ist.“ Manchmal wird das gleiche Prinzip als „lokale Gültigkeit der speziellen Relativitätstheorie“ postuliert oder als „starkes Äquivalenzprinzip“ bezeichnet.

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Historisch gesehen spielte dieses Prinzip wirklich eine große Rolle bei der Entwicklung der allgemeinen Relativitätstheorie und wurde von Einstein bei ihrer Entwicklung verwendet. In der endgültigen Form der Theorie ist sie jedoch nicht wirklich enthalten, da die Raumzeit sowohl im beschleunigten als auch im ursprünglichen Bezugssystem in der speziellen Relativitätstheorie ungekrümmt ist – flach, in der allgemeinen Relativitätstheorie dagegen wird von jedem Körper gekrümmt und gerade seine Krümmung verursacht die Anziehungskraft zwischen Körpern. Ebenso ist die Bezeichnung „Allgemeine Relativitätstheorie“ nicht ganz korrekt. Sie ist nur eine von vielen Gravitationstheorien, die derzeit von Physikern in Betracht gezogen werden, während die spezielle Relativitätstheorie von der wissenschaftlichen Gemeinschaft praktisch allgemein akzeptiert wird und den Grundstein für die Grundlage der modernen Physik bildet

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Die Bedeutung von GTR für das moderne physikalische Weltbild Wenn SRT Raum und Zeit miteinander verbindet, dann stellt GTR eine dreieinige Verbindung her: Raum-Zeit-Materie. Die Essenz dieses Zusammenhangs wurde von Einstein selbst erklärt: „Früher glaubte man, dass Raum und Zeit erhalten bleiben würden, wenn alle Materie aus dem Universum verschwinden würde; Die Relativitätstheorie besagt, dass mit der Materie auch Raum und Zeit verschwinden würden.“ Die Relativitätstheorie verzichtet völlig auf die in der klassischen Physik existierenden Konzepte von Raum, Zeit und Materie. Nicht nur alle Messungen in Raum und Zeit sind relativ (da sie von der Bewegung des Beobachters abhängen), sondern auch die Struktur der Raumzeit selbst, die durch die Verteilung der Materie im Universum bestimmt wird. Und da die Materie im Universum ungleichmäßig verteilt ist, ist der Raum gekrümmt und die Zeit fließt in verschiedenen Teilen des Universums mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.

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Probleme der Allgemeinen Relativitätstheorie Energieproblem Da Energie aus Sicht der mathematischen Physik eine aufgrund der Homogenität der Zeit erhaltene Größe ist und in der Allgemeinen Relativitätstheorie im Gegensatz zur Speziellen Relativitätstheorie im Allgemeinen die Zeit inhomogen ist, ist die Der Energieerhaltungssatz kann in der GTR nur lokal ausgedrückt werden, das heißt, in der GTR gibt es keine solche Größe, die der Energie in STR äquivalent ist, so dass ihr Integral über den Raum bei der Bewegung durch die Zeit erhalten bleibt. GTR und Quantenphysik Das Hauptproblem der GTR aus moderner Sicht ist die Unmöglichkeit, ein Quantenfeldmodell dafür auf kanonische Weise zu konstruieren. Die Schwierigkeiten bei der Implementierung eines solchen Programms für die allgemeine Relativitätstheorie sind dreifach: Erstens ist der Übergang vom klassischen zum Quanten-Hamilton-Operator nicht eindeutig, da die Operatoren dynamischer Variablen nicht miteinander kommutieren; zweitens gehört das Gravitationsfeld zu den Feldern mit Verbindungen, für die die Struktur des bereits klassischen Phasenraums recht komplex ist und deren Quantisierung durch die direkteste Methode unmöglich ist; Drittens gibt es in der Allgemeinen Relativitätstheorie keine explizite Richtung der Zeit, was ihre Isolierung erschwert und das Problem der Interpretation der resultierenden Lösung aufwirft.

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Ablenkung eines Lichtstrahls im Feld der Sonne Eine der indirekten experimentellen Bestätigungen der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Ablenkung eines Lichtstrahls im Feld der Sonne. Aus dem Experiment wurde herausgefunden, dass das elektromagnetische Feld mit dem Gravitationsfeld interagiert. Wir messen die Zeit, in der wir diesen Stern nicht mehr sehen (diese Experimente werden während totaler Sonnenfinsternisse durchgeführt) und extrahieren den Winkel des Lichtstrahls aus einer geraden Linie. Theoretisch ist der Ablenkwinkel für die Sonne gleich:

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Signalverzögerung im Sonnenfeld Ein weiteres indirektes Experiment zur Bestätigung der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Verzögerung des Signals im Sonnenfeld. Das Signal wird zur Venus gesendet und die Ankunftszeit des Signals zurück aufgezeichnet. Der Wert der Zeit, die das Signal benötigt, um im Feld der Sonne hin und her zu wandern (ein Gravitationsobjekt verzerrt die Raumzeit), unterscheidet sich von dem Wert, wenn es keine Sonne gäbe (freier Raum – keine Verzerrungen).

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Seit mehr als 80 Jahren beweist Einsteins Theorie ihre außergewöhnliche Harmonie, Konstruktionsökonomie und Schönheit. Derzeit gibt es viele Experimente und Beobachtungen, die die Richtigkeit von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bestätigen, und es gibt keine beobachteten physikalischen Phänomene, die ihr widersprechen. Daher ist es wahrscheinlicher, dass die allgemeine Relativitätstheorie wahr ist, als dass sie nicht wahr ist. Die Arbeit an dieser Theorie war nicht einfach. Einstein schrieb: „Angesichts des bereits erlangten Wissens erscheint diese oder jene erfolgreiche Leistung fast selbstverständlich, und jeder mehr oder weniger gebildete Schüler kann ihr Wesen ohne große Schwierigkeiten erfassen.“ Aber jahrelange, erschöpfende Suche im Dunkeln, erfüllt von leidenschaftlicher Sehnsucht nach der Wahrheit, Veränderungen im Vertrauen und Enttäuschung und schließlich die Veröffentlichung des Werkes – das kann nur verstehen, wer das alles selbst erlebt hat.“

Inhalt 1. Geburt der Theorie 2. Das Relativitätsprinzip 3. Galileische Transformationen 4. Lorentz-Transformationen 5. Spezielle Relativitätstheorie 6. Entstehung der SRT 7. Relativistische Theorie 8. Einsteins Postulate 9. Wesen der SRT 10. Konsequenzen der SRT „Einsteins Zug“ „Zwillingsparadoxon“ 11. Elemente der relativistischen Dynamik 12. Allgemeine Relativitätstheorie 13. Grundprinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie Die Notwendigkeit einer relativistischen Gravitationstheorie Das Prinzip der Gleichheit der gravitativen und trägen Massen Raumzeit Allgemeine Relativitätstheorie und das starke Äquivalenzprinzip 14. Einsteins Gleichungen 15. Die wichtigsten Konsequenzen der Allgemeinen Relativitätstheorie 16. Probleme der Allgemeinen Relativitätstheorie Das Energieproblem Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenphysik 17. Experimente, die die Allgemeine Relativitätstheorie bestätigen

Die Geburt der Theorie Der große deutsche Physiker Albert Einstein () lebte bis 1933 in Deutschland, dann in den USA. Mitglied vieler Akademien der Wissenschaften, Ehrenmitglied der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Nobelpreisträger 1921. Einsteins herausragender Beitrag zur Wissenschaft war die Schaffung der Relativitätstheorie. Im Jahr 1905 er veröffentlichte die spezielle oder partielle Relativitätstheorie in fast vollständiger Form.

Das Relativitätsprinzip G. Galileo stellte fest, dass alle mechanischen Phänomene in verschiedenen Inertialsystemen auf die gleiche Weise ablaufen, d.h. Keine mechanischen Experimente, die „innerhalb“ eines bestimmten Inertialsystems durchgeführt werden, können feststellen, ob dieses System ruht oder sich geradlinig und gleichmäßig bewegt. Diese Position wird Galileis Relativitätsprinzip genannt. Galileis Relativitätsprinzip ist eine Verallgemeinerung zahlreicher Experimente. Nach dem Prinzip von Galileo sind alle Bezugssysteme, die sich relativ zum Trägheitssystem gleichmäßig und geradlinig bewegen, auch träge. Ein System, das sich mit Beschleunigung relativ zu einem Inertialsystem bewegt, wird als nichtinertial bezeichnet.

Galileische Transformationen Für die Fälle, in denen die Bewegung eines Körpers in einem anderen Bezugssystem beschrieben werden muss, finden wir Formeln zur Koordinatentransformation beim Übergang von einem Trägheitsbezugssystem in ein anderes. Nehmen wir an, dass sich das Inertialsystem K´ mit der Geschwindigkeit v entlang der OX-Achse relativ zu einem anderen Inertialsystem K bewegt. Der Einfachheit halber nehmen wir an, dass die Koordinatenachsen der Systeme K und K´ zum Anfangszeitpunkt t=t´ sind =0 fiel zusammen. Nehmen wir an, dass der materielle Punkt P relativ zum K-System ruht. Seine Position im K-System wird durch den Radiusvektor r oder die Koordinaten x, y, z gekennzeichnet. Relativ zum K´-System bewegt sich dieser Punkt und seine Position im K´-System wird durch den Radiusvektor r´ bzw. die Koordinaten x´, y´, z´ charakterisiert. z´z v, t v x 0 0´ YKY´K´ x´ x,X´ p. t=t´. Die Zeit in beiden Inertialbezugssystemen K und K´ verläuft identisch, die Uhren sind synchronisiert, d.h. t=t´.

Die Beziehung zwischen den Radiusvektoren r ´ und r desselben Punktes P in den Systemen K und K ´ hat die Form r ´ = r – vt. Diese Beziehung kann für jede der kartesischen Koordinaten geschrieben werden. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass t=t´, erhalten wir: x ´ = x – vt, y´ = y, z´ = z, t´= t. Diese Gleichungen werden direkte galiläische Transformationen genannt. Wenn der materielle Punkt P im K´-System stationär ist, kann die Gleichung seiner Bewegung im K-System mit inversen galiläischen Transformationen geschrieben werden: r = r´ + vt, x = x ´ + vt, y = y ´, z = z´.

Lorentz-Transformationen Galileische Transformationen basieren auf der Annahme, dass die Taktsynchronisation mithilfe von sich momentan ausbreitenden Signalen erfolgt. Allerdings gibt es solche Signale tatsächlich nicht. Die Existenz einer Obergrenze für die Geschwindigkeit der Signalausbreitung führte zu anderen Transformationsformeln, die es ermöglichen, aus den Koordinaten und der Zeit eines beliebigen Ereignisses in einem bestimmten Inertialsystem K die Koordinaten desselben Ereignisses in jedem anderen Inertialsystem zu ermitteln K ´, sich relativ zu K in Richtung der x-Achse geradlinig und gleichmäßig mit der Geschwindigkeit v bewegen:

Aus den Lorentz-Transformationen ergeben sich eine Reihe von Konsequenzen. Sie implizieren insbesondere den relativistischen Effekt der Zeitdilatation und der Lorentzschen Längenkontraktion. Angenommen, an irgendeinem Punkt x" des Systems K" findet ein Prozess mit der Dauer τ 0 = t" 2 – t" 1 (Eigenzeit) statt, wobei t"1 und t2 die Uhrstände in K" zum Zeitpunkt sind Beginn und Ende des Prozesses. Die Dauer τ dieses Prozesses im K-System ist gleich. Es kann gezeigt werden, dass die relativistische Längenverkürzung aus den Lorentz-Transformationen folgt.

Spezielle Relativitätstheorie Spezielle Relativitätstheorie (SRT), eine spezielle Relativitätstheorie, eine Theorie, die die Newtonsche Mechanik bei der Beschreibung der Bewegung von Körpern mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit ersetzte. Bei niedrigen Geschwindigkeiten werden die Unterschiede zwischen den Ergebnissen der SRT und der Newtonschen Mechanik unbedeutend.

Entstehung der SRT Die spezielle Relativitätstheorie wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts durch die Bemühungen von G. A. Lorentz, A. Poincaré und A. Einstein entwickelt. Die Frage der Priorität bei der Erstellung von STR ist umstritten: Die Hauptbestimmungen und der vollständige mathematische Apparat der Theorie, einschließlich der Gruppeneigenschaften von Lorentz-Transformationen, wurden erstmals von A. Poincaré in der Arbeit „Über die Dynamik der Elektron“ basierend auf den früheren Ergebnissen von G. A. Lorentz und eine explizite abstrakte Ableitung der Grundlage der Theorie der Lorentz-Transformationen aus einem Minimum an Anfangspostulaten wurde von A. Einstein in der fast zeitgleichen Arbeit „Über die Elektrodynamik der Bewegung“ gegeben Medien." In der englischsprachigen Wikipedia gibt es zu diesem Thema einen eigenen Artikel.

Relativistische Theorie Im Jahr 1905 veröffentlichte Einstein einen Artikel „Über die Elektrodynamik bewegter Körper“, in dem er die wichtigsten Bestimmungen seiner relativistischen Theorie – der speziellen Relativitätstheorie – formulierte. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass alle Trägheitskoordinatensysteme in Bezug auf mechanische und elektromagnetische Phänomene völlig gleich sind und die Lichtgeschwindigkeit in allen Trägheitsbezugssystemen unveränderlich ist, löste diese Theorie die Widersprüche der klassischen Physik, indem sie eine neue Sicht auf Raum und Zeit enthielt. Als Grundlage für die spezielle Relativitätstheorie stellte Einstein zwei Postulate auf: 1. Einsteins Relativitätsprinzip. Gleichungen, die die Naturgesetze ausdrücken, sind invariant (unveränderlich) in Bezug auf die Transformation von Koordinaten und Zeit von einem Trägheitsbezugssystem in ein anderes. 2. Das Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist in allen Inertialsystemen gleich und hängt nicht von der Bewegung der Lichtquelle oder des Lichtempfängers ab. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist immer konstant und beträgt km/s; sie ist die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Signals. 2. Das Prinzip der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist in allen Inertialsystemen gleich und hängt nicht von der Bewegung der Lichtquelle oder des Lichtempfängers ab. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist immer konstant und beträgt km/s; sie ist die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Signals.

Einsteins Postulate STR basieren auf zwei Postulaten, die Verallgemeinerungen experimentell festgestellter Gesetze sind. 1. In jedem Inertialsystem verlaufen alle physikalischen Phänomene auf die gleiche Weise (Einsteins Relativitätsprinzip). Einsteins Relativitätsprinzip ist eine Verallgemeinerung des Relativitätsprinzips von Galileo, das die Gleichheit mechanischer Phänomene in allen Trägheitsbezugssystemen besagt. 2. Die Lichtgeschwindigkeit hängt in allen Inertialsystemen nicht von der Geschwindigkeit der Quelle ab. Die Formulierung des zweiten Postulats kann weiter gefasst werden: „Die Lichtgeschwindigkeit ist in allen Trägheitsbezugssystemen konstant.“ Theorie in einer invarianten Form, unabhängig von ihrem physikalischen Inhalt, und die Schwierigkeit, die Konzepte „Länge“, „Zeit“ und „Trägheitsbezugssystem“ unter Bedingungen relativistischer Effekte zu interpretieren.

Das Wesen der SRT Eine Konsequenz der Postulate der SRT sind die Lorentz-Transformationen, die die Galilei-Transformationen für nichtrelativistische, „klassische“ Bewegungen ersetzen. Diese Transformationen verbinden die Koordinaten und Zeiten derselben Ereignisse, die von verschiedenen Inertialreferenzsystemen aus beobachtet werden. Die spezielle Relativitätstheorie hat zahlreiche experimentelle Bestätigungen erhalten und ist in ihrem Anwendungsbereich eine bedingungslos korrekte Theorie. Die spezielle Relativitätstheorie funktioniert nicht mehr auf der Skala des gesamten Universums sowie in Fällen starker Gravitationsfelder, wo sie durch eine allgemeinere Theorie, die allgemeine Relativitätstheorie, ersetzt wird. Die spezielle Relativitätstheorie ist auch in der Mikrowelt anwendbar; ihre Synthese mit der Quantenmechanik ist die Quantenfeldtheorie.

Folgen der SRT Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts. Die Entwicklung der Physik hat zur Erkenntnis der Widersprüche und Unvereinbarkeit dreier grundlegender Bestimmungen der klassischen Mechanik geführt: Die Lichtgeschwindigkeit im leeren Raum ist immer konstant, unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle oder des Lichtempfängers; die Lichtgeschwindigkeit im leeren Raum ist immer konstant, unabhängig von der Bewegung der Lichtquelle oder des Lichtempfängers; In zwei Koordinatensystemen, die sich geradlinig und gleichmäßig relativ zueinander bewegen, sind alle Naturgesetze streng gleich und es gibt keine Möglichkeit, eine absolute geradlinige und gleichmäßige Bewegung zu erkennen (das Relativitätsprinzip); In zwei Koordinatensystemen, die sich geradlinig und gleichmäßig relativ zueinander bewegen, sind alle Naturgesetze streng gleich und es gibt keine Möglichkeit, eine absolute geradlinige und gleichmäßige Bewegung zu erkennen (das Relativitätsprinzip); Koordinaten und Geschwindigkeiten werden gemäß den klassischen galiläischen Transformationen von einem Inertialsystem in ein anderes umgewandelt. Koordinaten und Geschwindigkeiten werden gemäß den klassischen galiläischen Transformationen von einem Inertialsystem in ein anderes umgewandelt. Albert Einstein veranschaulichte die entstandenen Widersprüche mit einem Gedankenexperiment namens „Einsteins Zug“: Albert Einstein veranschaulichte die entstandenen Widersprüche mit einem Gedankenexperiment namens „Einsteins Zug“:

Stellen wir uns einen Beobachter vor, der in einem Zug fährt und die Lichtgeschwindigkeit misst, die von Straßenlaternen am Straßenrand in Richtung des Zuges ausgestrahlt wird, d. h. Bewegung mit der Geschwindigkeit c im Bezugssystem – die Eisenbahnstrecke, relativ zu der sich der Zug mit der Geschwindigkeit v bewegt. Wie groß ist die Lichtgeschwindigkeit relativ zu einem fahrenden Wagen? Es ist gleich w = c-v. Diese. Es stellt sich heraus, dass die Lichtgeschwindigkeit in Bezug auf verschiedene Inertialreferenzsysteme, in diesem Fall die Eisenbahnstrecke und das fahrende Auto, unterschiedlich ist. Und dies widerspricht einerseits dem Relativitätsprinzip, wonach physikalische Prozesse in allen Trägheitsbezugssystemen gleichermaßen ablaufen; andererseits auf die Position über der konstanten Lichtgeschwindigkeit, weil Es wurde bereits zuverlässig nachgewiesen, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht von der Geschwindigkeit der Lichtquelle abhängt und in allen Inertialsystemen gleich ist. Sie ist endlich und stellt die begrenzende Ausbreitungsgeschwindigkeit jedes Signals dar.“

„Das Zwillingsparadoxon“ Aus der speziellen Relativitätstheorie folgt nicht nur die Relativität der Gleichzeitigkeit zweier Ereignisse, die an verschiedenen Punkten im Raum auftreten, sondern auch die Relativität von Messungen von Längen und Zeitintervallen, die in verschiedenen Bezugssystemen durchgeführt werden, die sich relativ zueinander bewegen andere. Das heißt, der Abstand zwischen zwei materiellen Punkten (die Länge des Körpers) und die Dauer der im Körper ablaufenden Prozesse sind keine absoluten, sondern relative Werte. Wenn man sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, verlangsamt sich die Zeit, alle im System ablaufenden Prozesse, einschließlich lebender Organismen, verlangsamen sich, verändern sich – die Längsabmessungen (entlang der Bewegung) von Körpern werden reduziert. Ein Beispiel hierfür ist das „Zwillingsparadoxon“. Von den beiden Zwillingen wird der zur Erde zurückgekehrte Astronaut jünger sein als sein auf der Erde gebliebener Bruder, weil Auf einem Raumschiff, das sich mit enormer Geschwindigkeit bewegt, verlangsamt sich die Zeit und alle Prozesse laufen langsamer ab als auf der Erde. Das Zwillingsparadoxon wurde experimentell bestätigt. Die Auswirkungen der Zeitdilatation sind jedoch sehr gering (v 0 / s

Ebenso wie im Fall der Quantenmechanik sind viele Vorhersagen der Relativitätstheorie kontraintuitiv, erscheinen unglaublich und unmöglich. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Relativitätstheorie falsch ist. In Wirklichkeit kann die Art und Weise, wie wir die Welt um uns herum sehen (oder sehen wollen), und wie sie tatsächlich ist, sehr unterschiedlich sein. Seit mehr als einem Jahrhundert versuchen Wissenschaftler auf der ganzen Welt, SRT zu widerlegen. Keiner dieser Versuche konnte den geringsten Fehler in der Theorie finden. Dass die Theorie mathematisch korrekt ist, wird durch die strenge mathematische Form und Klarheit aller Formulierungen belegt. Die Tatsache, dass SRT unsere Welt wirklich beschreibt, wird durch umfangreiche experimentelle Erfahrungen belegt. Viele Konsequenzen dieser Theorie werden in der Praxis genutzt. Es ist offensichtlich, dass alle Versuche, STR zu widerlegen, zum Scheitern verurteilt sind, schon allein deshalb, weil die Theorie selbst auf drei (etwas erweiterten) Postulaten von Galileo basiert, auf deren Grundlage die Newtonsche Mechanik aufgebaut wurde, sowie einem zusätzlichen Postulat über die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit in allen Bezugssystemen. Alle vier lassen keinen Zweifel aufkommen. Darüber hinaus ist die Genauigkeit ihrer Überprüfung so hoch, dass die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit die Grundlage für die Bestimmung des Meters einer Längeneinheit ist, wodurch die Lichtgeschwindigkeit bei Messungen automatisch zu einer Konstanten wird entsprechend den messtechnischen Anforderungen.

Elemente der relativistischen Dynamik Alle Gleichungen, die die Naturgesetze beschreiben, müssen unter Lorentz-Transformationen invariant sein. Als SRT erstellt wurde, gab es bereits eine Theorie, die diese Bedingung erfüllte – dies ist Maxwells Elektrodynamik. Allerdings erwiesen sich die Gleichungen der klassischen Newtonschen Mechanik unter Lorentz-Transformationen als nichtinvariant, weshalb die SRT eine Überarbeitung und Klärung der Gesetze der Mechanik erforderte. Einstein stützte diese Überarbeitung auf die Anforderungen der Erfüllbarkeit des Impulserhaltungssatzes und des Energieerhaltungssatzes in geschlossenen Systemen. Damit der Impulserhaltungssatz in allen Inertialbezugssystemen erfüllt ist, erwies es sich als notwendig, die Definition des Impulses eines Körpers zu ändern. Anstelle des klassischen Impulses in STR wird der relativistische Impuls eines sich mit Geschwindigkeit bewegenden Körpers der Masse m in der Form geschrieben

Der relativistische Impuls eines Körpers kann als Produkt aus der relativistischen Masse des Körpers und der Geschwindigkeit seiner Bewegung betrachtet werden. Die relativistische Masse m eines Körpers nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit nach dem Gesetz zu, wobei m die Ruhemasse des Körpers und V die Geschwindigkeit seiner Bewegung ist. Dabei ist m die Ruhemasse des Körpers und V die Geschwindigkeit seiner Bewegung. Wenn der Ausdruck für den Impuls zu dem in der Newtonschen Mechanik verwendeten wird, wobei m als Ruhemasse (m=m o) verstanden wird, weil der Unterschied zwischen m und m o nicht signifikant ist.

Das Gesetz der Proportionalität von Masse und Energie ist eine der wichtigsten Schlussfolgerungen der SRT. Masse und Energie sind unterschiedliche Eigenschaften der Materie. Die Masse eines Körpers charakterisiert seine Trägheit sowie die Fähigkeit des Körpers, mit anderen Körpern in gravitative Wechselwirkung zu treten. Die wichtigste Eigenschaft der Energie ist ihre Fähigkeit, bei verschiedenen physikalischen Prozessen in äquivalenten Mengen von einer Form in eine andere umgewandelt zu werden – das ist der Inhalt des Energieerhaltungssatzes. Die Proportionalität von Masse und Energie ist Ausdruck des inneren Wesens der Materie. Einsteins Formel E 0 = mc 2 drückt ein grundlegendes Naturgesetz aus, das allgemein als Gesetz der Beziehung zwischen Masse und Energie bezeichnet wird. für ruhende Teilchen (p = 0) E = E 0 = mc 2 Solche Teilchen heißen masselos. Für masselose Teilchen wird der Zusammenhang zwischen Energie und Impuls durch die einfache Beziehung E = pc ausgedrückt.

Allgemeine Relativitätstheorie In den Jahren. Es entstand die allgemeine Relativitätstheorie, die die moderne Wissenschaft von Raum und Zeit mit der Gravitationstheorie verbindet. Im Hinblick auf das Ausmaß der Revolution, die Einstein in der Physik vollbrachte, wird er oft mit Newton verglichen. Die Allgemeine Relativitätstheorie (GTR) ist eine physikalische Theorie der Raumzeit und der Schwerkraft, die auf dem experimentellen Prinzip der Äquivalenz von Gravitations- und Trägheitsmassen und der Annahme eines linearen Zusammenhangs zwischen Masse und den durch sie verursachten Gravitationseffekten basiert.

Grundprinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie Die Notwendigkeit einer relativistischen Gravitationstheorie Newtons Gravitationstheorie basiert auf dem Konzept der Schwerkraft, einer weitreichenden Kraft, die in jeder Entfernung sofort wirkt. Diese unmittelbare Natur der Wirkung ist mit dem Feldparadigma der modernen Physik und insbesondere mit der speziellen Relativitätstheorie, die 1905 von Einstein, Poincaré und Lorentz abgeleitet wurde, unvereinbar. Tatsächlich kann sich dieser Theorie zufolge keine Information im Vakuum schneller als mit Lichtgeschwindigkeit verbreiten. Mit dem Prinzip der Invarianz der Naturgesetze, dessen universelle Natur Einstein annahm, begaben sich Wissenschaftler auf die „Suche nach dem Heiligen Gral“ einer damit kompatiblen Gravitationstheorie. Das Ergebnis dieser Suche war die Allgemeine Relativitätstheorie, die auf dem Prinzip der Identität von schwerer und träger Masse basiert.

Das Prinzip der Gleichheit von Gravitations- und Trägheitsmassen In Newtons klassischer Mechanik gibt es zwei Massenkonzepte: Das erste bezieht sich auf Newtons zweites Gesetz und das zweite auf das Gesetz der universellen Gravitation. Die erste träge Masse (oder Trägheit) ist das Verhältnis der auf den Körper wirkenden nichtgravitativen Kraft zu seiner Beschleunigung. Die zweite schwere Masse (oder, wie sie manchmal genannt wird, schwer) bestimmt die Anziehungskraft eines Körpers durch andere Körper und seine eigene Anziehungskraft. Im Allgemeinen werden diese beiden Massen, wie aus der Beschreibung hervorgeht, in verschiedenen Experimenten gemessen und müssen daher überhaupt nicht proportional zueinander sein. Ihre strikte Proportionalität ermöglicht es uns, sowohl bei nichtgravitativen als auch bei gravitativen Wechselwirkungen von einer einzigen Körpermasse zu sprechen. Durch geeignete Wahl der Einheiten können diese Massen einander angeglichen werden. Manchmal wird das Prinzip der Gleichheit von Gravitations- und Trägheitsmassen als schwaches Äquivalenzprinzip bezeichnet. Albert Einstein basierte dabei auf der Allgemeinen Relativitätstheorie.

Raumzeit-GR und das starke Äquivalenzprinzip Es wird oft fälschlicherweise angenommen, dass die Grundlage der Allgemeinen Relativitätstheorie das Prinzip der Äquivalenz von Gravitations- und Trägheitsfeldern ist, das üblicherweise wie folgt formuliert wird: „Ein ausreichend kleines physikalisches System lokalisiert.“ in einem Gravitationsfeld ist im Verhalten nicht von demselben System zu unterscheiden, das sich in einem (relativ zum Trägheitsbezugssystem) beschleunigten Bezugssystem befindet und in die flache Raumzeit der speziellen Relativitätstheorie eingetaucht ist.“ Manchmal wird das gleiche Prinzip als „lokale Gültigkeit der speziellen Relativitätstheorie“ postuliert oder als „starkes Äquivalenzprinzip“ bezeichnet.

Historisch gesehen spielte dieses Prinzip wirklich eine große Rolle bei der Entwicklung der allgemeinen Relativitätstheorie und wurde von Einstein bei ihrer Entwicklung verwendet. In der endgültigen Form der Theorie ist sie jedoch nicht wirklich enthalten, da die Raumzeit sowohl im beschleunigten als auch im ursprünglichen Bezugssystem in der speziellen Relativitätstheorie ungekrümmt flach ist, und in der allgemeinen Relativitätstheorie Es wird von jedem Körper gekrümmt und es ist seine Krümmung, die die Anziehungskraft der Körper durch die Schwerkraft verursacht. Ebenso ist die Bezeichnung „Allgemeine Relativitätstheorie“ nicht ganz korrekt. Sie ist nur eine von vielen Gravitationstheorien, die derzeit von Physikern in Betracht gezogen werden, während die spezielle Relativitätstheorie von der wissenschaftlichen Gemeinschaft praktisch allgemein akzeptiert wird und den Grundstein für die Grundlage der modernen Physik bildet.

Die Bedeutung von GTR für das moderne physikalische Weltbild Wenn SRT Raum und Zeit miteinander verbindet, dann stellt GTR eine dreieinige Verbindung her: Raum-Zeit-Materie. Die Essenz dieses Zusammenhangs wurde von Einstein selbst erklärt: „Früher glaubte man, dass Raum und Zeit erhalten bleiben würden, wenn alle Materie aus dem Universum verschwinden würde; Die Relativitätstheorie besagt, dass mit der Materie auch Raum und Zeit verschwinden würden.“ Wenn STR Raum und Zeit miteinander verbindet, stellt GRT eine dreieinige Verbindung her: Raum-Zeit-Materie. Die Essenz dieses Zusammenhangs wurde von Einstein selbst erklärt: „Früher glaubte man, dass Raum und Zeit erhalten bleiben würden, wenn alle Materie aus dem Universum verschwinden würde; Die Relativitätstheorie besagt, dass mit der Materie auch Raum und Zeit verschwinden würden.“ Die Relativitätstheorie verzichtet völlig auf die in der klassischen Physik existierenden Konzepte von Raum, Zeit und Materie. Nicht nur alle Messungen in Raum und Zeit sind relativ (da sie von der Bewegung des Beobachters abhängen), sondern auch die Struktur der Raumzeit selbst, die durch die Verteilung der Materie im Universum bestimmt wird. Und da die Materie im Universum ungleichmäßig verteilt ist, ist der Raum gekrümmt und die Zeit fließt in verschiedenen Teilen des Universums mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Die Relativitätstheorie verzichtet völlig auf die in der klassischen Physik existierenden Konzepte von Raum, Zeit und Materie. Nicht nur alle Messungen in Raum und Zeit sind relativ (da sie von der Bewegung des Beobachters abhängen), sondern auch die Struktur der Raumzeit selbst, die durch die Verteilung der Materie im Universum bestimmt wird. Und da die Materie im Universum ungleichmäßig verteilt ist, ist der Raum gekrümmt und die Zeit fließt in verschiedenen Teilen des Universums mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.

Hauptkonsequenzen der Allgemeinen Relativitätstheorie Die ersten vorhergesagten und experimentell bestätigten Konsequenzen der Allgemeinen Relativitätstheorie waren drei klassische Effekte, die unten in der chronologischen Reihenfolge ihrer ersten Bestätigung aufgeführt sind: 1. Eine zusätzliche Verschiebung des Perihels der Merkurbahn im Vergleich zu den Vorhersagen von Newton Mechanik. 2. Ablenkung eines Lichtstrahls im Gravitationsfeld der Sonne. 3.Gravitationsrotverschiebung oder, was dasselbe ist, Zeitdilatation in einem Gravitationsfeld.

Probleme der Allgemeinen Relativitätstheorie Energieproblem Da Energie aus Sicht der mathematischen Physik eine aufgrund der Homogenität der Zeit erhaltene Größe ist und in der Allgemeinen Relativitätstheorie im Gegensatz zur Speziellen Relativitätstheorie im Allgemeinen die Zeit inhomogen ist, ist die Der Energieerhaltungssatz kann in der GTR nur lokal ausgedrückt werden, das heißt, in der GTR gibt es keine solche Größe, die der Energie in STR äquivalent ist, so dass ihr Integral über den Raum bei der Bewegung durch die Zeit erhalten bleibt. GTR und Quantenphysik Das Hauptproblem der GTR aus moderner Sicht ist die Unmöglichkeit, ein Quantenfeldmodell dafür auf kanonische Weise zu konstruieren. Die Schwierigkeiten bei der Implementierung eines solchen Programms für die allgemeine Relativitätstheorie sind dreifach: Erstens ist der Übergang vom klassischen zum Quanten-Hamilton-Operator nicht eindeutig, da die Operatoren dynamischer Variablen nicht miteinander kommutieren; zweitens gehört das Gravitationsfeld zu den Feldern mit Verbindungen, für die die Struktur des bereits klassischen Phasenraums recht komplex ist und deren Quantisierung durch die direkteste Methode unmöglich ist; Drittens gibt es in der Allgemeinen Relativitätstheorie keine explizite Richtung der Zeit, was ihre Isolierung erschwert und das Problem der Interpretation der resultierenden Lösung aufwirft.

Experimente zur Bestätigung der Allgemeinen Relativitätstheorie. Überprüfung des Äquivalenzprinzips. Da Einsteins Gravitationstheorie auf dem Äquivalenzprinzip basiert, ist die Überprüfung mit größtmöglicher Genauigkeit die wichtigste experimentelle Aufgabe. L. Eotvos bewies mithilfe von Torsionswaagen die Gültigkeit des Äquivalenzprinzips mit einer Genauigkeit von 10 -8, R. Dicke und seine Kollegen brachten die Genauigkeit auf und V.B. Braginsky und seine Mitarbeiter – bis zu

Ablenkung eines Lichtstrahls im Feld der Sonne Eine der indirekten experimentellen Bestätigungen der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Ablenkung eines Lichtstrahls im Feld der Sonne. Aus dem Experiment wurde herausgefunden, dass das elektromagnetische Feld mit dem Gravitationsfeld interagiert. Wir messen die Zeit, in der wir diesen Stern nicht mehr sehen (diese Experimente werden während totaler Sonnenfinsternisse durchgeführt) und extrahieren den Winkel des Lichtstrahls aus einer geraden Linie. Theoretisch ist der Ablenkwinkel für die Sonne gleich: Wobei ist der Gravitationsradius der Sonne, der Aufprallparameter (in diesem Versuchsaufbau ist er ungefähr gleich dem Radius der Sonne)

Signalverzögerung im Sonnenfeld Ein weiteres indirektes Experiment zur Bestätigung der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Verzögerung des Signals im Sonnenfeld. Das Signal wird zur Venus gesendet und die Ankunftszeit des Signals zurück aufgezeichnet. Der Wert der Zeit, die das Signal benötigt, um im Feld der Sonne hin und her zu wandern (ein Gravitationsobjekt verzerrt die Raumzeit), unterscheidet sich von dem Wert, wenn es keine Sonne gäbe (freier Raum – keine Verzerrungen).

Seit mehr als 80 Jahren beweist Einsteins Theorie ihre außergewöhnliche Harmonie, Konstruktionsökonomie und Schönheit. Derzeit gibt es viele Experimente und Beobachtungen, die die Richtigkeit von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bestätigen, und es gibt keine beobachteten physikalischen Phänomene, die ihr widersprechen. Daher ist es wahrscheinlicher, dass die allgemeine Relativitätstheorie wahr ist, als dass sie nicht wahr ist. Die Arbeit an dieser Theorie war nicht einfach. Einstein schrieb: „Angesichts des bereits erlangten Wissens erscheint diese oder jene erfolgreiche Leistung fast selbstverständlich, und jeder mehr oder weniger gebildete Schüler kann ihr Wesen ohne große Schwierigkeiten erfassen.“ Aber jahrelange, erschöpfende Suche im Dunkeln, erfüllt von leidenschaftlicher Sehnsucht nach der Wahrheit, Veränderungen im Vertrauen und Enttäuschung und schließlich die Veröffentlichung des Werkes – das kann nur verstehen, wer das alles selbst erlebt hat.“

SRT Spezielle Relativitätstheorie (STR) ist eine Theorie, die Bewegung, die Gesetze der Mechanik und Raum-Zeit-Beziehungen bei beliebigen Bewegungsgeschwindigkeiten beschreibt, die kleiner als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum sind, einschließlich solcher nahe der Lichtgeschwindigkeit. Im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie ist die klassische Newtonsche Mechanik eine Näherung für niedrige Geschwindigkeiten. Eine Verallgemeinerung der STR für Gravitationsfelder wird als Allgemeine Relativitätstheorie (STR) bezeichnet. Sie ist eine Theorie, die Bewegung, die Gesetze der Mechanik und Raum-Zeit-Beziehungen bei beliebigen Bewegungsgeschwindigkeiten unter der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beschreibt , einschließlich solcher nahe der Lichtgeschwindigkeit. Im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie ist die klassische Newtonsche Mechanik eine Näherung für niedrige Geschwindigkeiten. Eine Verallgemeinerung der STR für Gravitationsfelder wird als allgemeine Relativitätstheorie bezeichnet. Abweichungen im Verlauf physikalischer Prozesse von den durch die spezielle Relativitätstheorie beschriebenen Vorhersagen der klassischen Mechanik werden als relativistische Effekte bezeichnet, und die Geschwindigkeiten, bei denen solche Effekte signifikant werden, werden als relativistische Geschwindigkeiten bezeichnet Die von der speziellen Relativitätstheorie beschriebene klassische Mechanik wird als relativistische Effekte bezeichnet, und die von der speziellen Relativitätstheorie beschriebenen Geschwindigkeiten werden als relativistische Geschwindigkeiten bezeichnet.

Aus der Geschichte der Tankstellen. Die spezielle Relativitätstheorie wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts durch die Bemühungen von G. A. Lorentz, A. Poincaré, A. Einstein und anderen Wissenschaftlern entwickelt. Die experimentelle Grundlage für die Entwicklung von SRT war Michelsons Experiment. Seine Ergebnisse waren für die klassische Physik seiner Zeit unerwartet: die Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Richtung (Isotropie) und die Umlaufbewegung der Erde um die Sonne. Ein Versuch, dieses Ergebnis zu Beginn des 20. Jahrhunderts zu interpretieren, führte zu einer Überarbeitung klassischer Konzepte und führte zur Schaffung der speziellen Relativitätstheorie. Die spezielle Relativitätstheorie wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts durch die Bemühungen von G. A. Lorentz, A. Poincaré, A. Einstein und anderen Wissenschaftlern entwickelt. Die experimentelle Grundlage für die Entwicklung von SRT war Michelsons Experiment. Seine Ergebnisse waren für die klassische Physik seiner Zeit unerwartet: die Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Richtung (Isotropie) und die Umlaufbewegung der Erde um die Sonne. Ein Versuch, dieses Ergebnis zu Beginn des 20. Jahrhunderts zu interpretieren, führte zu einer Überarbeitung klassischer Konzepte und führte zur Schaffung der speziellen Relativitätstheorie.

Bei einer Bewegung mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ändern sich die Gesetze der Dynamik. Das zweite Newtonsche Gesetz, das Kraft und Beschleunigung in Beziehung setzt, muss für Körper mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit geändert werden. Darüber hinaus weist der Ausdruck für den Impuls und die kinetische Energie des Körpers eine komplexere Abhängigkeit von der Geschwindigkeit auf als im nichtrelativistischen Fall. Bei einer Bewegung mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ändern sich die Gesetze der Dynamik. Das zweite Newtonsche Gesetz, das Kraft und Beschleunigung in Beziehung setzt, muss für Körper mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit geändert werden. Darüber hinaus weist der Ausdruck für den Impuls und die kinetische Energie des Körpers eine komplexere Abhängigkeit von der Geschwindigkeit auf als im nichtrelativistischen Fall.

Grundkonzepte von SRT. Das Bezugssystem stellt einen bestimmten materiellen Körper dar, der als Anfang dieses Systems ausgewählt wurde, eine Methode zur Bestimmung der Position von Objekten relativ zum Anfang des Bezugssystems und eine Methode zur Zeitmessung. Üblicherweise wird zwischen Bezugssystemen und Koordinatensystemen unterschieden. Das Hinzufügen einer Prozedur zur Zeitmessung zu einem Koordinatensystem „transformiert“ es in ein Referenzsystem. Das Referenzsystem ist ein bestimmter materieller Körper, der als Ursprung dieses Systems gewählt wird, eine Methode zur Bestimmung der Position von Objekten relativ zum Referenzursprung System und eine Methode zur Zeitmessung. Üblicherweise wird zwischen Bezugssystemen und Koordinatensystemen unterschieden. Durch das Hinzufügen eines Zeitmessverfahrens zu einem Koordinatensystem wird dieses zu einem Referenzsystem. Ein Inertialreferenzsystem (IRS) ist ein System, relativ zu dem sich ein Objekt, das keinen äußeren Einflüssen unterliegt, gleichmäßig und geradlinig bewegt gleichmäßig und geradlinig. Ein Ereignis ist jeder physikalische Vorgang, der im Raum lokalisiert werden kann und eine sehr kurze Dauer hat. Mit anderen Worten: Ein Ereignis wird vollständig durch die Koordinaten (x, y, z) und die Zeit t charakterisiert. Ein Ereignis ist jeder physikalische Prozess, der im Raum lokalisiert werden kann und eine sehr kurze Dauer hat. Mit anderen Worten: Das Ereignis wird vollständig durch die Koordinaten (x, y, z) und die Zeit t charakterisiert.

Normalerweise werden zwei Inertialsysteme S und S berücksichtigt.“ Die Zeit und die Koordinaten eines Ereignisses, gemessen relativ zum S-System, werden als (t, x, y, z) bezeichnet, und die Koordinaten und die Zeit desselben Ereignisses, gemessen relativ zum S-System S-System werden als (t", x", y", z") bezeichnet. Es ist zweckmäßig anzunehmen, dass die Koordinatenachsen der Systeme parallel zueinander sind und sich das System S" entlang der x-Achse des Systems S mit der Geschwindigkeit v bewegt. Eines der Probleme der SRT besteht darin, nach Beziehungen zu suchen, die (t ", x", y", z") und (t, x, y, z), die Lorentz-Transformationen genannt werden.

1 Relativitätsprinzip. Alle Naturgesetze sind bezüglich des Übergangs von einem Inertialsystem zum anderen invariant (sie verlaufen in allen Inertialsystemen gleich). Alle Naturgesetze sind bezüglich des Übergangs von einem Inertialsystem zum anderen invariant (sie verlaufen in allen Inertialsystemen gleich). Das bedeutet, dass in allen Inertialsystemen die physikalischen Gesetze (nicht nur die mechanischen) die gleiche Form haben. Somit wird das Relativitätsprinzip der klassischen Mechanik auf alle Prozesse der Natur, einschließlich elektromagnetischer Prozesse, verallgemeinert. Dieses verallgemeinerte Prinzip wird Einsteins Relativitätsprinzip genannt. Das bedeutet, dass in allen Inertialsystemen die physikalischen Gesetze (nicht nur die mechanischen) die gleiche Form haben. Somit wird das Relativitätsprinzip der klassischen Mechanik auf alle Prozesse der Natur, einschließlich elektromagnetischer Prozesse, verallgemeinert. Dieses verallgemeinerte Prinzip wird Einsteins Relativitätsprinzip genannt.

2 Relativitätsprinzip. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum hängt nicht von der Bewegungsgeschwindigkeit der Lichtquelle oder des Beobachters ab und ist in allen Inertialsystemen gleich. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum hängt nicht von der Bewegungsgeschwindigkeit der Lichtquelle oder des Beobachters ab und ist in allen Inertialsystemen gleich. Die Lichtgeschwindigkeit nimmt im SRT eine Sonderstellung ein. Dies ist die maximale Geschwindigkeit der Übertragung von Interaktionen und Signalen von einem Punkt im Raum zu einem anderen. Die Lichtgeschwindigkeit nimmt im SRT eine Sonderstellung ein. Dies ist die maximale Geschwindigkeit der Übertragung von Interaktionen und Signalen von einem Punkt im Raum zu einem anderen.

EINHUNDERT. SRT ermöglichte es, alle Probleme der „Vor-Einstein“-Physik zu lösen und die damals bekannten „widersprüchlichen“ Ergebnisse von Experimenten auf dem Gebiet der Elektrodynamik und Optik zu erklären. Anschließend wurde STR durch experimentelle Daten gestützt, die aus der Untersuchung der Bewegung schneller Teilchen in Beschleunigern, atomaren Prozessen, Kernreaktionen usw. gewonnen wurden. SRT ermöglichte es, alle Probleme der „Vor-Einstein“-Physik zu lösen und die „widersprüchlichen“ Ergebnisse zu erklären von Experimenten auf dem damals bekannten Gebiet Elektrodynamik und Optik. Anschließend wurde STR durch experimentelle Daten gestützt, die aus der Untersuchung der Bewegung schneller Teilchen in Beschleunigern, atomaren Prozessen, Kernreaktionen usw. gewonnen wurden.

Beispiel. Zum Zeitpunkt t = 0, wenn die Koordinatenachsen zweier Inertialsysteme K und K" zusammenfallen, kam es zu einem kurzzeitigen Lichtblitz am gemeinsamen Koordinatenursprung. Während der Zeit t verschieben sich die Systeme relativ zueinander um einen Abstand υt, und die sphärische Wellenfront in jedem System wird einen Radius ct haben, da die Systeme gleich sind und in jedem von ihnen die Lichtgeschwindigkeit aus der Sicht eines Beobachters im K-System gleich ist , der Mittelpunkt der Kugel liegt im Punkt O, und aus der Sicht eines Beobachters im K-System wird er im Punkt O sein. t = 0, wenn die Koordinatenachsen zweier Inertialsysteme K und K" zusammenfallen, a Am gemeinsamen Ursprung trat ein kurzzeitiger Lichtblitz auf. Während der Zeit t verschieben sich die Systeme relativ zueinander um einen Abstand υt, und die sphärische Wellenfront in jedem System wird einen Radius ct haben, da die Systeme gleich sind und in jedem von ihnen die Lichtgeschwindigkeit gleich c ist. Aus der Sicht eines Beobachters im K-System liegt der Mittelpunkt der Kugel im Punkt O, und aus der Sicht eines Beobachters im K-System wird er im Punkt O sein.

Erklärung von Widersprüchen. Um die galiläischen Transformationen zu ersetzen, schlug SRT andere Transformationsformeln beim Übergang von einem Inertialsystem in ein anderes vor – die sogenannten Lorentz-Transformationen, die es uns bei Bewegungsgeschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit ermöglichen, alle relativistischen Effekte zu erklären, und bei niedrigen Geschwindigkeiten ( υ

„Ritz Ballistic Theory“ – Ausbreitung von Licht. Einstein. Betrachtung. Erklärung des Michelson-Experiments. Venus. Radar. Testen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Strahl. Lichtausbreitung unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit. 2 Strahlen quer zum Uhrwerk. Überprüfung des Postulats. Vorteile der ballistischen Ritz-Theorie. Löffel und Lineal in ein Glas Wasser geben.

„Das Relativitätsprinzip in der Mechanik“ – Teilchen. Lorentz-Transformationen. Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Zeitähnliche Intervalle. Raum-Zeit-Intervall. Die Dichte des auf die Erde einfallenden Energieflusses. Folgerungen aus Lorentz-Transformationen. Masse der Sonne. Gesetz zur Erhaltung der Gesamtenergie. Relative Abnahme der Photonenfrequenz. Relativistischer Impuls.

„Postulate der speziellen Relativitätstheorie“ – Eigenzeit. Klassische Mechanik. Galileis Relativitätsprinzip. Theorie der Fernwirkung. Die Regel zum Hinzufügen von Geschwindigkeiten. Ereignisse im System. Zwei Veranstaltungen. Ziehen um. Maximale Länge. Ausdruck. Partikel. Die Zeit verlangsamen. Das Relativitätsprinzip. Beziehung zwischen Punktkoordinaten. Physikalische Bedeutung.

„Allgemeine Relativitätstheorie“ – Die Grundgleichung für Schwarze Löcher. Flache zweidimensionale Kreaturen. Die Allgemeine Relativitätstheorie geht davon aus, dass es im Universum Schwarze Löcher gibt. Periode der Erdrotation. Minkowski. Langfristige Wirkung von Trägheitskräften. Einstein verallgemeinerte die Ideen von STR und schuf die Theorie der Schwerkraft. Zustand der Schwerelosigkeit. Verallgemeinerung des Newtonschen Gravitationsgesetzes. Das Konzept der Raumkrümmung.

„Einsteins spezielle Relativitätstheorie“ – Mann. Kopernikus. Spezielle Relativitätstheorie. Porträt. Bild. Konzepte von Zeit und Raum. Vorstellungen von absoluter Zeit. Leuchtfeuer. Lichtgeschwindigkeit. Energiemenge. Relativitätstheorie. Ein Körper mit einer gigantischen Masse. Zeit und Licht. Wissenschaftler. Logische Verbindungen. Strahlengang. Berühmte Formel. Leben auf der Erde.

„Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie“ – Nichteuklidische Geometrien. Das Geheimnis der Schwerkraft. Maxwells Theorie elektromagnetischer Phänomene. Auswirkungen der Allgemeinen Relativitätstheorie. Gravitationswellen. Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schwerkraft. Linseneffekt. LISA-Projekt. Machs Prinzip. Thermodynamik von Schwarzen Löchern. Allgemeines Relativitätsprinzip. Kosmologie. Physik vor der Relativitätstheorie. Mechanik und Newtons Gravitationstheorie.

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