Тео́рия относи́тельности — термин,
введённый в 1906 году Максом Планком с целью
показать, как специальная теория относительности
(и, позже, общая теория относительности)
использует принцип относительности.
Часто используется просто как эквивалент
понятия «релятивистская физика». В узком
смысле включает в себя специальную и
общую теорию относительности.
В истории
физики термин теория относительности
часто используется для отграничения
взглядов Эйнштейна, Минковского
и их последователей, полностью исключивших
из рассмотрения концепцию электромагнитного
эфира, от взглядов и результатов таких
их предшественников, как Лоренц и Пуанкаре
(не говоря уж об отграничении от работ
других физиков, совсем расходящихся с
ней).
Область применения
Теория
относительности применяется в физике
и астрономии начиная с XX века. Впервые
новая теория заменила 200-летнюю механику
Ньютона. Это в корне изменило восприятие
мира.
Ньютоновские
понятия о движении были опровергнуты
или кардинально скорректированы посредством
нового достаточно глубокого применения
принципа относительности движения. Время
уже не было абсолютным (а начиная с ОТО
— и равномерным).
Более
того, Эйнштейн изменил фундаментальные
взгляды на время и пространство.
Согласно теории относительности
время необходимо воспринимать
как почти равноправную составляющую
(координату) пространства-времени,
которая может смешиваться в
преобразовании координат при
смене (изменении скорости движения)
системы отсчета с обычными
пространственными координатами, подобно
тому, как смешиваются друг с
другом пространственные координаты
в преобразовании их при повороте
осей обычной трехмерной системы
координат.
Теория
относительности значительно расширила
понимание физики в целом, а
также существенно углубила знания
в области физики элементарных
частиц, дав мощнейший импульс
и серьезные новые теоретические
инструменты для развития физики,
значение которого трудно переоценить.
С
помощью данной теории космология
и астрофизика сумела предсказать
такие чрезвычайные явления, как
нейтронные звезды, черные дыры
и гравитационные волны.
Принятие
научным сообществом
В настоящее время
теория относительности общепринята
в научном сообществе и составляет
базис современной физики. Процесс
её распространения и признания
в научном сообществе, тем не
менее, протекал непросто. Например,
критическое отношение к положениям
теории относительности выражали
Нобелевские лауреаты Филипп
Ленард[1], Штарк, Дж. Дж. Томсон, и многие
философы и учёные (например, Циолковский[2],
Жуковский, Тесла и др.).
Сказанное
выше относится в большей мере
к специальной теории относительности.
Общая теория относительности
(ОТО) в меньшей степени экспериментально
проверена, содержит несколько
принципиальных проблем, и известно,
что пока в принципе допустимы
некоторые из альтернативных
теорий гравитации, большинство
из которых, правда, можно считать
в той или иной мере просто
модификацией ОТО. Тем не менее, в отличие
от многих из альтернативных теорий, по
мнению научного сообщества ОТО в своей
области применимости пока соответствует
всем известным экспериментальным фактам,
в том числе и сравнительно недавно обнаруженным
(так, недавно был доказан факт излучения
гравитационных волн некоторыми астрономическими
объектами).
В целом
же ОТО является в своей области применимости
«стандартной теорией», то есть признанной
научным сообществом главной и наилучшей
(в какой-то мере условно, однако пока считается,
что ничто не противоречит такому выбору).
[править]
Специальная теория относительности
Основная статья: Специальная
теория относительности
Специальная,
или частная теория относительности
— это теория структуры пространства-времени.
Впервые была представлена в
1905 году Альбертом Эйнштейном
в работе «К электродинамике
движущихся тел». Теория описывает
движение, законы механики, а также
пространственно-временные отношения,
определяющие их, при скоростях
движения, близких к скорости света.
Классическая механика Ньютона в рамках
специальной теории относительности является
приближением для малых скоростей.
[править]
Общая теория относительности
Основная статья: Общая
теория относительности
Общая теория
относительности — теория гравитации,
разработанная Эйнштейном в 1905—1917
годах. Является дальнейшим развитием
специальной теории относительности.
В общей теории относительности
постулируется, что гравитационные
эффекты обусловлены не силовым
взаимодействием тел и полей,
а деформацией самого пространства-времени,
в котором они находятся. Эта
деформация связана, в частности,
с присутствием массы-энергии.
Корпускулярно-волновой
дуализм - это теория о том, что любое
вещество (электромагнитное излучение,
физическое тело, атом и т.п.) представляется
на микроуровне одновременно и как мельчайшие
частицы (корпускулы), и как волны.
В частности,
свет - это и корпускулы (фотоны),
и электромагнитные волны.
Французский ученый
Луи де Бройль (1892-1987) осознавая
существующую в природе симметрию
и развивая представления о
двойственной корпускулярно-волновой
природе света, выдвинул в 1923
г. гипотезу об универсальности
корпускулярно-волнового дуализма.
Он утверждал, что не только
фотоны, но и электроны и любые
другие частицы материи наряду
с корпускулярными обладают также
волновыми свойствами.
Согласно де Бролю, с каждым микрообъектом
связываются, с одной стороны, корпускулярные
характеристики - энергия E и импульс p,
а с другой стороны - волновые характеристики
- частота и длина волны.
Так как дифракционная
картина исследовалась для потока
электронов, то необходимо было
доказать, что волновые свойства
присущи каждому электрону в
отдельности. Это удалось экспериментально
подтвердить в 1948 г. советскому
физику В. А. Фабриканту. Он
показал, что даже в случае
столь слабого электронного пучка,
когда каждый электрон проходит
через прибор независимо от
других, возникающая при длительной
экспозиции дифракционная картина
не отличается от дифракционных
картин, получаемых при короткой
экспозиции для потоков электронов
в десятки миллионов раз более
интенсивных.
Современная трактовка корпускулярно-волнового
дуализма может быть выражена
словами физика В. А. Фока (1898-1974):
«Можно сказать, что для атомного
объекта существует потенциальная
возможность проявлять себя, в
зависимости от внешних условий,
либо как волна, либо как
частица, либо промежуточным образом.
Именно в этой потенциальной
возможности различных проявлений
свойств, присущих микрообъекту,
и состоит дуализм волна - частица.
Всякое иное, более буквальное, понимание
этого дуализма в виде какой-нибудь
модели неправильно».
Ква́нтовая меха́ника —
раздел теоретической физики, описывающий
квантовые системы и законы их движения.
Классическая механика, хорошо описывающая
системы макроскопических масштабов,
не способна описать явления
на уровне атомов, молекул, электронов
и фотонов. Квантовая механика
адекватно описывает основные
свойства и поведение атомов,
ионов, молекул, конденсированных
сред, и других систем с электронно-ядерным
строением. Квантовая механика
также способна описывать поведение
электронов, фотонов, а также других
элементарных частиц, если пренебречь
взаимопревращением элементарных
частиц. Описание превращений элементарных
частиц строится в рамках квантовой
теории поля. Эксперименты подтверждают
результаты, полученные с помощью
квантовой механики.
Основными
понятиями квантовой кинематики
являются понятия наблюдаемой
и состояния.
Основные
уравнения квантовой динамики
— уравнение Шрёдингера, уравнение
фон Неймана, уравнение Линдблада,
уравнение Гейзенберга и уравнение Паули
Уравнения
квантовой механики тесно связаны
со многими разделами математики,
среди которых: теория операторов,
теория вероятностей, функциональный
анализ, операторные алгебры, теория
групп.