Назарияи умумии нисбияти Эйнштейн
Дар назарияи махсуси нисбият системаҳои сарҳисоб инерсиалӣ ҳисобида мешаванд. Назарияи махсуси нисбият муқаррар менамояд, ки дар ҳамаи системаҳои инерсиалӣ просесҳои физикӣ якхела сурат мегиранд. Саволе бармеояд, ки оё ин принсипро барои системаҳои ғайриинерсиалӣ татбиқ намудан мумкин аст? Дар назари аввал чунин менамояд, ки мумкин нест, зеро дар системаҳои ғайриинерсиалӣ бо ёрии таҷриба ғайриинерсиалӣ будани онҳоро муайян кардан мушкил нест. Масалан, дар мошини ростхатта ва мунтазам ҳаракат карда истода нишаста мо гуфта наметавонем, ки мошини мо дар ҳаракат аст, ё биною дарахтони сари роҳ. Вале агар мошинро тормоз диҳем, ба пеш такон мехӯрем ва маълум мешавад, ки маҳз мошини мо дар ҳаракат аст. Чунин системаи сарҳисоби сустшаванда (ва ё тезшаванда) ҳаракат карда истода, системаи ғайриинерсиалӣ мешавад.
мин тавр, дар дохили системаи ғайриинерсиалии маҳдуд истода, мушоҳидабаранда бо роҳи таҷрибавӣ метавонад ҳаракати онро муқаррар намояд. Вале оё ин кор ҳама вақт имконпазир аст? Посух ба ин савол моҳияти асосии назарияи умумии нисбияти Эйнштейнро ташкил медиҳад. Маҳз дар ҳалли ин проблема интуитсияи (гувоҳии дили) доҳиёнаи А Эйнштейн зоҳир мегардад. Асоси назарияи умумии нисбиятро ду ақида ташкил медиҳад:
Агар назарияи махсуси нисбиятро А. Эйнштейн соли 1905 пешниҳод карда бошад, пас факти баробарии массаи инертӣ ва массаи ҷозибавӣ ҳанӯз аз замони И. Нютон маълум буд. Вале физикаи классикӣ моҳияти ин баробариро маънидод карда натавонист. Аз ин рӯ, физикон ин фактро на қонунияти фундаменталӣ, балки чун ҳодисаи тасодуфӣ мепиндоштанд. Эйнштейн бошад баробарии массаи инертӣ ва массаи гравитатсиониро мавриди таҳлили чуқури мантиқӣ қарор дод. Тавре маълум аст, қувваи ба ҷисми озод афтанда таъсиркунандаро бо ёрии ду формула ифода кардан мумкин аст. Аз як тараф, ҳар як қувва ба ҷисм шитоб медиҳад ва мувофиқи қонуни дуюми Нютон F = mua мешавад, ки ин ҷо F- қувваи ба ҷисм таъсиркунанда, mu — массаи инертии ҷисм ва а — шитоби он аст. Аз тарафи дигар, қувваи майдони ҷозибаро ба намуди F = mҷg навиштан мумкин аст, ки ин ҷо mҷ — массаи ҷозибавии ҷисм ва g = 9,8м/сон2 – шитоби озодафтии ҷисм аст. Мувофиқи қонуни ҷозибаи умумиолам буда, — доимии гравитатсионӣ, M = 6 * 1024 кг – массаи Замин ва R = 6,4 * 106 м – радиуси он мебошад.
Барои ба моҳияти назарияи умумии нисбият сарфаҳм рафтан таҷрибаи хаёлии зеринро дида мебароем, ки бо номи «лифти Эйнштейн» маъруф аст. Ба сифати системаи ғайриинерсиалӣ лифти дар майдони ҷозибаи Замин озод афтандаро дида мебароем.
Савол чунин аст: оё мушоҳидачии дохили лифт буда муайян карда метавонад, ки системаи сарҳисоби вай (яъне лифт) ҳаракати соҳибшитоб мекунад? Эйнштейн нишон дода тавонист, ки бо ҳеҷ гуна таҷрибаи дар дохили лифт гузаронидашуда яке аз ду ҳолатро аз якдигар фарқ кардан имкон надорад:
- Лифт дар майдони ҷозиба ҳаракати соҳибшитоб мекунад;
- Лифт ором аст, вале майдони ҷозиба барҳам хӯрд.
Дар ҳақиқат, бигузор дар ибтидо лифт дар майдони ҷозибаи Замин ором истодааст. Дар ин ҳол агар ба паллаи тарозуи пружинӣ санги яккилограммаро гузорем, ақрабаки тарозу ба як тақсимот (1 кг) майл мекунад. Акнун агар симтанобро буррем лифт озод меафтад, яъне бошитоб ҳаракат мекунад. Дар дохили лифт ин ҳодиса чун барҳам хӯрдани қувваи ҷозиба зоҳир мешавад, зеро ақрабаки тарозу дар рақами сифр (0) қарор мегирад. Шахси дар дохили лифт буда ба як хулоса
омада наметавонад, ки майдони ҷозиба барҳам хӯрд, ё лифт озод афтида истодааст. Таҷрибаро акнун тағйир медиҳем: фарз мекунем, ки бо ягон роҳ майдони ҷозибаи заминро бартараф кардем. Онгоҳ лифт дар ҳолати оромӣ қарор мегирад ва ақрабаки тарозуи сангдор рақами сифр (0) – ро нишон медиҳад. Агар аз ягон лаҳза сар карда лифтро бо шитоби доимии g ба ба боло кашем, ақрабаки тарозу боз рақами 1-ро нишон медиҳад ва шахси дар дохили он буда боз ҳам гуфта наметавонад, ки кадоме аз ин ду ҳодиса рӯй дод:
1. Майдони ҷозиба пайдо шуд, вале лифт ором аст:
2. Майдони ҷозиба чун пештара мавҷуд нест, вале лифт бошитоб боло меравад.
Аз ин таҷрибаҳои хаёлӣ хулоса бароварда А. Эйнштейн принсипи эквивалентнокиро пешниҳод кард. Мувофиқи ин принсип майдони ҷозиба ва майдоне ки тавассути ҳаракати соҳибшитоб пайдо мешавад, аз назари физикӣ ҳамон яканд. Ин принсип баробарии массаи инертӣ ва массаи ҷозибавиро аз як баробарии
тасодуфӣ ба қонуни фундаменталӣ табдил медиҳад. Зиёда аз он, аз ин принсип бармеояд, ки қонунҳои табиат дар ҳамагуна системаҳои сарҳисоб (ҳам инерсиалӣ ва ҳам ғайриинерсиалӣ) намуди якхела доранд.
Аз назарияи умумии нисбият як хулосаи ниҳоят муҳим бармеояд: дар майдони ҷозиба дастаи рӯшноӣ каҷхатта паҳн мешавад. Ин натиҷа барои санҷидан ва асоснок намудани назарияи мазкур аҳамияти фавқулодда муҳим дорад, зеро онро бо роҳи таҷрибавӣ мушоҳида намудан мумкин аст. Воқеан, ченкуниҳои дақиқи дар аснои гирифтани пурраи офтоб гузаронидашуда (с. 1919) ин пешгӯиро пурра тасдиқ намуд. Каҷшавии дастаи рӯшноӣ дар майдони ҷозиба аз он шаҳодат медиҳад, ки суръати рӯшноӣ дар ин гуна майдон доимӣ набуда, балки аз як нуқта ба нуқтаи дигар (вобаста аз шадидияти майдон) тағйир меёбад.
Аз ин натиҷа баъзе олимон ба хулоса омаданд, ки назарияи умумии нисбият назарияи махсуси нисбиятро беэътибор менамояд, зеро принсипи асосии назарияи махсуси нисбият тағйирнопазирӣ (доимӣ) – и суръати рӯшноӣ мебошад. Муаллифи ин ду назария А. Эйнштейн ин гуна хулосаҳоро комилан нодуруст меҳисобад. Дар амал, мегӯяд ӯ, аз ин муқоиса танҳо ба он хулоса омадан мумкин аст, ки назарияи махсуси нисбият соҳаи муайяни татбиқи худро дорад, яъне ин назария то он замон эътибор дошта метавонад, ки таъсири майдони ҷозибаро ба ҳодисаҳо ба назар нагирифтан мумкин бошад.