Аңдатпа
Мақалада Эйнштейннің арнайы салыстырмалық теориясы қалай пайда, оның негізін кімдер салған, әрі қандай зерттеулер жүргізгені туралы айтылған. Яғни үлкен жаңалықтың бастамасын Майкельсон-Морлидің эфирге қатысты тәжірибесі, Джеймс Максвеллдің электромагниттік толқындарды сипаттайтын теңдеулері, Исаак Ньютонның уақыт пен кеңістекте абсолютті болатын механиканың принциптері, әрі Хендрик Лоренц пен Анри Пуанкаренің уақыт пен қозғалмалы жүйелердегі координаттар арасындағы байланысты сипаттайтын математикалық формулаларды ашуы Эйнштейннің арнайы салыстырмалы теориясының пайда болуына әкелді. Эйнштейннің жарық жылдамдығын есептеуге эфирдің қажеті жоқ деп Майкельсон-Морлидің зерттеулерінен кейін осындай тұжырымға келді. Тәжірибелер негізінде арнайы салыстырмалы теория туралы физика ғылымының маңызды жаңалықтарының бірі ашылды.
Кілт сөздер: эфир, электромагниттік толқындар, уақыт, кеңістік, жарық жылдамдығы
Аннотация
В статье рассказывается о том, как появилась специальная теория относительности Эйнштейна, кто ее основал и какие исследования он проводил. То есть начало большого открытия было инициировано опытом Майкельсона-Морли в отношении эфира, уравнениями Джеймса Максвелла, описывающими электромагнитные волны, принципами механики Исаака Ньютона, которые являются абсолютными во времени и пространстве, и открытием Хендриком Лоренцем и Анри Пуанкаре математических формул, описывающих взаимосвязь между временем и координатами в движущихся системах, что привело к появлению специальной теории относительности Эйнштейна. Эйнштейн пришел к такому выводу после исследования Майкельсона-Морли, заявив, что эфир не нужен для расчета скорости света. На основе экспериментов было сделано одно из важнейших открытий физической науки о специальной теории относительности.
Ключевые слова: эфир, электромагнитные волны, время, пространство, скорость света
The article tells about how Einstein’s theory of special relativity appeared, who laid the foundations of it, and what research he conducted. That is, the beginning of the great discovery was laid by Michaelson-Morley’s experience with the ether, James Maxwell’s equations for describing electromagnetic waves, Isaac Newton’s principles of mechanics, which are absolute in time and space, and Hendrik Lorenz and Henri Poincare’s discovery of mathematical formulas describing the relationship between time and coordinates in moving systems, which led to the emergence of Einstein’s special theory of relativity. This conclusion was reached after Michelson-Morley’s research that Einstein did not need ether to calculate the speed of light. On the basis of experiments, one of the most important discoveries of physical science on a special comparative theory was discovered.
Keywords: ether, electromagnetic waves, time, space, speed of light.
Кіріспе. Табиғaтта өзгеріске ұшырaмайтын зат жоқ. Өз еркімен немесе сыртқы күштер әсерінен болсада қоршaған ортамыз өзгeріскe ұшырамай тұрмайды. Әр өзгерiстің өз сeбеп-салдaры бар. Табиғaтта eң маңызды өзгерicтердің бірі oл қозғалыс. Ғaлымдaрдың ғасырлар бoйы зерттeген табиғaттың іргeлі тұрақтысы жaрық жылдaмдығы. Алғаш рет IIX ғасырда ғaлымдар жaрық толқын cияқты таралады деген болжамға келді. Ол үшін «Oрта» қaжет яғни эфир керек деді. Эфир бaрлық кeңiстікке енeді, әрi қозғaлыссыз болады деп есептелді. Бірақ 1887 жылы Мaйкeльсон – Мopли жaсаған тәжірибеде эфирдің жоқтығы дәлелденді. Мaйкeльсoн – Мopли тәжірибесінде перпендикуляр бағыттағы жарық жылдaмдығы мен тік бұрыштағы жылдамдық арасында үлкeн айырмашылық таппады. Бұл тәжірибе эфир турaлы теорияға қарсы дәлел болды. Мaйкeльcон – Мopли жарық жылдамдығы туралы ең үлкен жаңалықтардың бастамасын салды. 1905 жылы бұл теория негізінде Aльбepт Эйнштeйн физикaның дaмуына үлкeн үлес қосқан жаңалықтардың бірін ашты.
Негізгі бөлім. Жарық жылдамдығын 1887 жылы Майкельсон-Морли зерттегеннен кейін оны Джеймс Клерк Максвелл кеңірек зерттеді.
Джеймс Максвелл электромагниттік толқындарды сипаттайтын теңдеулерді шығарды. Алайда ол эфирге қатысты жарық жылдамдығы тұрақты деп болжады. Жарық жылдамдығы қозғалыстағы анықтамалық жүйелерде қалай өлшенеді деген сұрақ әлі жауапсыз қалды.
Джеймс Клерк Максвеллдің теңдеулері электромагниттік өрістердің негізгі заңдылықтарын сипаттайтын төрт негізгі векторлық дифференциалдық теңдеуден тұрады. Бұл теңдеулер электромагниттік толқындардың қалыптасуын, таралуын және олардың өзара әрекеттесуін түсіндіруде аса маңызды рөл атқарады. Теңдеулер мынадай түрде беріледі:
Электромагниттік толқындар
Максвелл теңдеулері электромагниттік толқындардың таралу механизмін сипаттайды. Егер ортада электр зарядтары (p) мен ток тығыздықтары (j) болмаса, бұл теңдеулерді біріктіру арқылы электромагниттік толқындардың толқындық теңдеуі алынады.
вакуумдағы жарық жылдамдығы электромагниттік толқындардың дәл осы жылдамдықпен таралатынын көрсетеді. Бұл жарықтың электромагниттік толқын табиғатын растайтын маңызды дәлел болып табылады.
Кейін Ньютон уақыт пен кеңістекті абсолютті болатын механиканың принциптерін ұсынды. Бұл принциптер электромагнетизм саласындағы жарықтың тұрақты жылдамдығына, әрі электромагнетизм саласындағы бақылауларға қайшы келді.
Ньютон механикасында қозғалыстың негізгі формуласы ретінде мына теңдеу қолданылады:
Хендрик Лоренц пен Анри Пуанкаренің зерттеулері ‒ уақыт пен қозғалмалы жүйелердегі координаттар арасындағы байланысты сипаттайтын математикалық формулаларды құруға әкелді. Лоренц пен Пуанкаре болашақ үлкен ғылыми ашылымның негізін қалады, бірақ олардың зерттеулері әлі де эфир ұғымына сүйенді. Жас кезінде Альберт Эйнштейн адам жарық толқынымен бірдей қозғалса не көреді ойларға келетін. Бұл ойлар Эйнштейнді жарықтың мінез құлқын түсіндіруге әкелді. Эйнштейн Галилейдің салыстырмалылық теориясын толыққанды зерттеді. Бұл принцип бойынша механика заңдары барлық инерциялық жүйелерде бірдей. Эйнштейн эфир теориясына қанағаттанбады. Ол уақытта жарық гипотетикалық эфир арқылы таралады деген түсінік болды. Алайда Мишельсон-Морли зерттеулері секілді тәжірибелер жердің эфирге қатысты қорғалысын анықтау мүмкін емес екенін көрсетті. Эйнштейннің өз заманындағы көптеген ғалымдардан айырмашылығы ‒ ол жарықты сипаттау үшін эфирді физикалық орта қажет емес деп есептеді. Эйнштейн Лоренц өзгерістері эфирге тәуелділіктен гөрі кеңістік пен уақыттың негізгі табиғатын көрсететінін түсініп, революциялық үлкен қадам жасады. Салыстырмалық теорияға сәйкес уақытты үш өлшемді координаттар жүйелерінің осьтерін айналдырған кезде үш кеңістіктегі координаталар түрленетіндей, анықтамалық жүйесі қалыпты кеңістіктік координаталармен бірдей өзгерген кезде координаталық түрлендірулерге қатыса алатын кеңістік-уақыттың тең дерлік құрамдас координатасы ретінде қабылдау қажет.
Уақыт пен кеңістік координаталар арасындағы байланыс (Лоренц түсіндірулері). Уақыт пен кеңістік координаталарының арасындағы байланыс Лоренц түрлендірулерімен сипатталады. Бұл түрлендірулер арнайы салыстырмалылық теориясының негізін құрайды және бір инерциялық санақ жүйесінен екіншісіне өту кезінде координаталар мен уақыттың қалай өзгеретінін көрсетеді. Екі санақ жүйесін қарастырайық: S және S’. S” жүйесі S-қа қатысты x осі бойымен U жылдамдықпен қозғалады. Мұндай жағдайда кеңістік пен уақыт координаталары Лоренц түрлендірулері арқылы келесідей өзгереді:
Кеңістік-уақыт интервал. Кеңістік ‒уақыт интервал‒ арнайы салыстырмалық теориясында екі оқиға арасындағы арақашықтықты сипаттайтын негізгі физикалық шама. Бұл интервал барлық инерциялық санақ жүйелерінде өзгермейді, яғни ол инвариантты болып табылады.
Екі оқиға арасындағы кеңістік – уақыт интервалы s2 келесі түрде анықталады:
Мұндағы < t ‒ оқиғалар арасындағы уақыт аралығы, x, y, z ‒ кеңістіктегі оқиғалар арасындағы координаталардың айырмасы, c ‒ жарық жылдамдығы.
Уақыттың салыстырмалылығы (уақыттың созылуы). Уақыттың салыстырмалылығы – арнайы салыстырмалық теориясындағы маңызды құбылыс, ол уақыттың әртүрлі инерциялық санақ жүйелерінде әртүрлі жылдамдықпен өтетінін көрсетеді. Бұл эффект, әсіресе жарық жылдамдығына жақын жылдамдықтарда айтарлықтай байқалады. Тыныштықтағы сағатпен салыстырғанда, қозғалыстағы сағат баяу жұмыс істейді. Бұл құбылыс «уақыттың созылуы» деп аталады. Мысалы, қозғалатын денедегі уақыт тыныштықтағы бақылаушыға қарағанда баяу өтеді:
Төртөлшемді векторлар. Төртөлшемді векторлар‒арнайы салыстырмалық теориясында уақыт пен кеңістікті біріктіру үшін қолданылатын математикалық объектілер. Олар Minkowski кеңістігіндегі оқиғаларды сипаттайды және инварианттық қасиеттерімен ерекшеленеді, яғни олардың мәні барлық инерциялық санақ жүйелерінде өзгермейді.
2. Лоренц түрлендірулері. Төртөлшемді векторлар Лоренц түрлендірулеріне сәйкес өзгереді, бұл олардың инварианттық қасиеттерін сақтауға мүмкіндік береді. Бұл түрлендірулер кеңістік пен уақыттың салыстырмалылығын көрсетеді. Төртөлшемді векторлар физикадағы көптеген теорияларда кеңінен қолданылады, оның ішінде электродинамика, кванттық өріс теориясы және жалпы салыстырмалылық сияқты салаларда. Олар кеңістік пен уақыттың біріктірілген сипаттамасы ретінде осы теориялардың математикалық құрылымында маңызды рөл атқарады.
Қорытынды. Эйнштейннің арнайы салыстырмалы теориясы – физика ғылымындағы ең маңызды жаңалықтардың бірі. Бұл теория уақыт пен кеңістікке деген көзқарасымызды өзгертті, сонымен бірге физика заңдарының жалпыға ортақ сипатын дәлелдеді. АСМТ арқасында классикалық механиканың шектеулері жеңілдетіліп, ғылымның жаңа бағыттарына жол ашылды. Теорияның практикалық маңызы зор. GPS жүйелері, ядролық энергия, медицинада қолданылатын томография әдістері және ғарыштық зерттеулер – осының барлығы АСМТ идеяларын қолданудың нәтижесі. Сонымен қатар, бұл теория ғылым мен технологияның шекарасын кеңейтіп, болашақ зерттеулерге шабыт беруде. Эйнштейннің теориясы физика ғылымының іргетасын қалаушы ұстанымдардың бірі ретінде әлемді түсінуге жаңа қырынан қарауға мүмкіндік берді. Оның ықпалы әлі де үлкен, сондықтан АСМТ адамзаттың ғылыми прогресінің қозғаушы күші болып қала береді.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
- Эйнштейн, А. “О специальной и общей теории относительности”. Москва: Наука, 1965. – 10 бет.
- Миллер, А. И. “Теория относительности Эйнштейна и ее философские основы”. Москва: Прогресс, 1977.- 10-50 беттер арасында
- Фейнман, Р., Лейтон, Р., Сэндс, М.
“Фейнмановские лекции по физике. Том 1”.
Москва: Мир, 1964.-17 бөлімінде 365 бет
Бота Маратова Жеңісқызы, Сынбат Турсинбаева Рисбековна, Нұрсезім Қаражан Біржанқызы,
Қазақ ұлттық қыздар педагогикалық университетінің 3-ші курс студенттері
Адамбек Махсутович Татенов, ғылыми жетекші, физика‒математика ғылымдарының кандидаты, Қазақ ұлттық қыздар педагогикалық физика кафедрасының профессоры
Пікірлер жоқ. Бірінші болыңыз!