16.Основные выводы из специальной теории относительности и общей теории относительности а. Эйнштейна

В классической механике при переходе от одной системы к другой время течёт одинаково для обеих систем, и события происходят одновременно. Для макромира это правильно, для мегамира нельзя пренебрегать задержкой времени. Между Москвой и Санкт-Петербургом световой сигнал идет 0,002 секунды. Скорость света (константа) является ограничительным фактором (например, свет от квазара, расположенного на расстоянии 12 миллиардов световых лет). Эйнштейн все свои вычисления основывает на постоянстве скорости света в вакууме с≈3∙10⁸ м/с. Поэтому время в СТО относительно како-то системы отсчета.

Эйнштейн сформулировал и сам же потом опроверг парадокс близнецов. t₂ – t₂ = t =

t – промежуток времени, в течение которого близнец на Земле принимает световой сигнал с космического корабля.

– промежуток времени, в течение которого близнец, находящийся в космосе, посылает световой сигнал с корабля.

Относительность длины

Взаимосвязь массы и скорости

Ни одно материальное тело, имеющее массу покоя, не может двигаться быстрее скорости света. Теория относительности допускает существование частиц, двигающихся со скоростью света.

Связь энергии и массы.

E=mc²

E₀=m₀c²

E=mc²

Явление аннигиляции: e^- +  ^-  2 + Q

1901 г. – обнаружение увеличения массы электрона, движущегося ускоренно. ОТО впервые была опубликована в 1915 году. Постулаты общей теории относительности (ОТО).

1. Все тела отсчета, инерциальные и неинерциальные, равноценны для описания движения материальных объектов. Инерциальная система – движущаяся равномерно и прямолинейно, неинерциальная – движущаяся с ускорением.

2. Эйнштейн разработал полевую теорию тяготения, предположив существование гравитационного поля.

Классическая механика опиралась на принцип дальнодействия – взаимодействие между предметами происходит мгновенно. Это возможно, так как в классической механике скорость света была бесконечной величиной.

Эйнштейн сказал, что два тела взаимодействуют друг с другом по принципу близкодействия (через частицы). Частицы, предположительно несущие гравитационное взаимодействие называют гравитонами.В сильном поле тяготения происходит искривление пространственно-временного континуума. Чем больше масса, тем сильнее искривление пространства.

Гравитационный радиус – радиус, который нужен, чтобы стать черной дырой.Для каждой массы существует свой определенный радиус, при сжатии до которого сила тяготения стремилась к бесконечности. Такой радиус в теории был назван гравитационным радиусом. Гравитационный радиус тем больше, чем больше масса тела. Но даже для астрономических масс он очень мал: для массы Земли это всего один сантиметр.

17. Проблема происхождения Вселенной: основные концепции

Вселенная- все существующее, всеобъемлющее мировое целое. Космология- изучает происхождение, эволюцию и устройство Вселенной. В классической космологии, основывающейся на мех-ке Ньютона, идеях Канта, принималась модель иерархической структуры Вселенной, в виде бесконечной последовательности систем, возрастающих масштабов, но эта модель не учитывала, что силы гравитационного притяжения уменьшается прямо пропорционально квадрату расстояний между ними. Начиная с некоторых масштабов эта сила оказывается недостаточной для удержания галактик и скоплений в еще больших системах. Если бы они существовали, со временем неизбежно бы распались на элементы, или просто не смогли бы образовываться. Было принято предложение, что метагалактика является одной из самых больших космических систем, в которых концентрируются галактики. Основываясь на теории относительности, Эйнштейн разработал стационарную релятивистскую модель Вселенной. Эйнштейн отказался от постулатов абсолютности пространства и времени и бесконечности пространства, но сохранил принцип стационарности(неизменности) Вселенной во времени и ее конечности в пространстве. Пространство однородно и изотропно. Свойства Вселенной определяются распределением в ней гравитационных масс, хотя Вселенная безгранична, но при этом в замкнутом пространстве течение времени не влияет на свойство Вселенной, она бесконечна. Начало нестационарной релятивистской космологии положили начало идеи российского математика Фридмана. Он отказался от предположения статичности Вселенной, однако он принял допущение об однородности и изотропности распределения вещества. Вселенная нестационарна и ее пространство обладает переменной во времени кривизной. Фридман предположил 3 модели Вселенной: 1)Вселенная и ее пространство расширяется с теч. времени. 2)Вселенная сжимается 3)Вселенная через большие промежутки времени может как сжиматься, так и расширяться (циклический процесс) В 1929 г. американский астроном Хаблл открыл при исследовании спектров далеких галактик красное смещение спектральных линий. Оно свидетельствовало, что удаленная от нас галактика раздвигается, т. е. Вселенная расширяется, а значит она нестационарна. Дополнительным аргументом в пользу модели Фридмана стало открытие реликтового излучения. Оно рассматривается как отдельное следствие первоначального грандиозного взрыва, который породил наблюдаемую Вселенную. В 1927 г. бельгийский учен. Лейметр ввел понятие сингулярности, как исходного состояния Вселенной. Оно было сверхплотным. Вселенная по размерам была близка к электронам. Представление о развитии Вселенной привела к постановки проблемы начала эволюции Вселенной и ее конца. Вселенная развивается из исходного сингулярного состояния радиус которого бесконечно мал, а плотность материи бесконечно велика, проходит различные этапы своего развития, а затем умирает. Момент начала времени Вселенной называют большим взрывом. Современная космология оцениват возраст Вселенной в 12-20 млрд лет. Расширение Вселенной постепенно замедляется. В 40 гг 20 века америк физик Гамов предложил гипотезу большого взрыва, согласно ей, Вселенная возникла в результате взрыва из первоначального состояния сингулярности. Начальная стадия эволюции Вселенной вкл ряд этапов, называемых эрами:

I адронная эра- эра тяжелых частиц, вступающих в сильное взаимодействие.

II лептонная (лептоны)- легкие частицы, вступающие в электромагнитные взаимодействия. Эта эра продолжалась 10 сек

III эра излучения (фотонная эра)- она продолжалась 1 млн лет, t Вселенной составляла 10 тыс градусов по Кельвину

IV эра вещества (звездная эра) t понижается, Вселенная остывает, образуется вещество, начинается процесс образовывания протозвезд и протогалактик.

Гипотеза большого взрыва называют моделью горячей Вселенной. Физиком Бумом было предолжена ифляционная модель вселенной, согласно ей первоначал состояние Вселенной это состояние квантовой супергравитации. Радиус Вселенной в этот момент составлял 10 в минус 6й, что значительно меньше радиуса атомного ядра. Вторая стадия это стадия инфляций- Вселенная переходит в состояние вакуума. Вселенная раздулась до невообразимо больших размеров. Ни вещества, ни излучения еще нет. Формируется пространство и время. Третья стадия от инфляционной к фотонной стадией. Этот период отмечен распадом состояния вакуума. Высвободившаяся энергия пошла на рождение частиц и античастиц. Их аннигиляция дала мощное излучение. Четвертая связана с отделением вещества от излучения. В дальнейшем Вселенная развивалась в направлении от максимально простого однородного состояния к созданию все более сложных структур.