💡 ფარდობითობის თეორიის მტკიცებულებები ჩვენს ირგვლივ

ფარდობითობის თეორია მე-20 საუკუნის ერთ-ერთ ყველაზე გამორჩეულ მეცნიერულ მიღწევად ითვლება. ალბერტ აინშტაინმა 1905-1915 წლებში შეიმუშავა ფარდობითობის სპეციალური და ზოგადი თეორიები, რომლებმაც ახსნა, როგორ მოქმედებენ საგნები დროსა და სივრცეში. ამ თეორიების მეშვეობით შესაძლებელი გახდა ისეთი ფენომენების წინასწარმეტყველება, როგორებიცაა შავი ხვრელების არსებობა, სინათლის გამრუდება გრავიტაციის ზემოქმედებით და პლანეტების განსაკუთრებული ქცევა ორბიტულ მოძრაობაში.

ფარდობითობის თეორია ერთი შეხედვით მარტივად გამოიყურება. უპირველესად, ბუნებაში არ არსებობს „აბსოლუტური“ საწყისი წერტილი ან ათვლის სისტემა — ყველა სიჩქარე, იმპულსი და დრო ყოველთვის რაიმესთან შედარებით განისაზღვრება. მეორე მნიშვნელოვანი პრინციპი ისაა, რომ სინათლის სიჩქარე ყველგან და ყოველთვის ერთია — არ აქვს მნიშვნელობა, ვინ ახორციელებს გაზომვას ან რა სიჩქარით მოძრაობს დამკვირვებელი. და მესამე, სამყაროში ვერაფერი გადააჭარბებს სინათლის სიჩქარეს.

აინშტაინის ამ თეორიას ღრმა მნიშვნელობაც ახლავს. თუ სინათლის სიჩქარე მართლაც უცვლელია, მაშინ გამოდის, რომ ძალიან სწრაფად მოძრავი კოსმონავტისთვის დრო უფრო ნელა გადის, ვიდრე დედამიწაზე დარჩენილი დამკვირვებლისთვის. ეს მოვლენა ცნობილია როგორც დროის შენელება — ერთ-ერთი ყველაზე საოცარი შედეგი ფარდობითობის თეორიიდან.

როდესაც რაიმე სხეული ძლიერ გრავიტაციულ ველში ხვდება, ის აჩქარებას იწყებს და შედეგად დრო მისთვის ნელდება. ამავე დროს, კოსმონავტის ხომალდი სიგრძის შეკუმშვას განიცდის — რაც ნიშნავს, რომ გარე დამკვირვებლისთვის ის ისეთი გამოჩნდება, თითქოს მოძრაობის მიმართულებით „შეჭყლეტილია“. თუმცა თავად კოსმონავტისთვის ხომალდის ფორმა და ზომები უცვლელი დარჩება. გარდა ამისა, დედამიწიდან დაკვირვებისას გამოჩნდება, რომ ხომალდის მასა იზრდება — ესეც ფარდობითობის ეფექტის ერთ-ერთი შედეგია.

რელატივისტური ეფექტების დასანახად არ არის საჭირო სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებულ სისწრაფეზე მოძრავი კოსმოსური ხომალდი. ფარდობითობის პრინციპები ჩვენს ყოველდღიურ ცხოვრებაშიც გამოიხატება — თანამედროვე ტექნოლოგიები, რომლებსაც დღეს ვიყენებთ, ნათლად ადასტურებს, რომ აინშტაინის იდეები სრულიად მართალი აღმოჩნდა.

ელექტრომაგნიტები

მაგნეტიზმი სინამდვილეში ფარდობითობის ერთ-ერთი გამოვლინებაა, და ამას მარტივად შეიძლება დავაკვირდეთ გენერატორების მეშვეობით. თუ მავთულის მარყუჟს მაგნიტურ ველში ამოძრავებთ, მასში ელექტრული დენი წარმოიქმნება. ამის მიზეზი ის არის, რომ მავთულში არსებული დამუხტული ნაწილაკები — ელექტრონები — განიცდიან ცვლადი მაგნიტური ველის ზემოქმედებას, რაც მათ აიძულებს მოძრაობა დაიწყონ, შედეგად კი ჩნდება დენი.

ახლა წარმოვიდგინოთ საპირისპირო სიტუაცია: მავთული უძრავია, ხოლო მაგნიტი მოძრაობს. თითქოს ამ შემთხვევაში მავთულში მყოფ ნაწილაკებს არაფერი უნდა დაემართოთ, რადგან ისინი არ მოძრაობენ და მაგნიტურმა ველმა თითქოს ვერ უნდა მოახდინოს მათზე გავლენა. მიუხედავად ამისა, დენი მაინც ჩნდება. ეს ფაქტი ნათლად აჩვენებს, რომ ბუნებაში არც ერთი ათვლის სისტემა მეორეზე უპირატესი არ არის — ფიზიკის კანონები ყველასთვის ერთნაირად მოქმედებს.

კალიფორნიაში მდებარე პომონას კოლეჯის ფიზიკის პროფესორი თომას მური ფარდობითობის პრინციპით განმარტავს ფარადეის კანონს, რომლის მიხედვითაც ცვლადი მაგნიტური ველი წარმოქმნის ელექტრულ დენს.
„რადგან სწორედ ეს პრინციპი უდევს საფუძვლად ტრანსფორმერებისა და ელექტროგენერატორების მუშაობას, ნებისმიერი ადამიანი, ვინც ელექტროენერგიას იყენებს, რეალურად ფარდობითობის შედეგებს განიცდის,“ — აღნიშნავს მური.

ელექტრომაგნიტების მოქმედებაც ფარდობითობის პრინციპზეა დამყარებული. როცა მავთულში მუდმივი დენი მიედინება, ელექტრონები ერთ მიმართულებით მოძრაობენ. მიუხედავად ამისა, მავთული მთლიანობაში ელექტრულად ნეიტრალურია, რადგან მასში პროტონებისა და ელექტრონების რაოდენობა ერთმანეთს უტოლდება. თუმცა თუ გვერდით მოათავსებთ მეორე მავთულს, რომელშიც ასევე მიედინება დენი, მავთულები ერთმანეთზე ზემოქმედებას დაიწყებენ — ისინი ან მიიზიდავენ, ან განიზიდავენ ერთმანეთს, დამოკიდებულია იმაზე, ერთი მიმართულებით მიედინება დენი თუ საპირისპიროდ.

თუ დენები ერთი მიმართულებით მიედინება, მაშინ მეორე მავთულის ელექტრონები უძრავი არიან პირველ მავთულში მოძრავ ელექტრონებთან მიმართებაში (ვივარაუდოთ, რომ დენის ძალა ორივეგან ერთნაირია). ამ პირობებში პროტონები ორივე მავთულში მოძრაობენ, რაც რელატივისტური სიგრძის შეკუმშვის გამო იმას იწვევს, რომ ისინი უფრო ახლოს მდებარე ჩანან. შედეგად, ერთეული სიგრძის მონაკვეთში მეტი დადებითი მუხტი აღმოჩნდება და მავთულებს შორის გაჩნდება განზიდვა.

თუ დენები საპირისპირო მიმართულებით მიედინება, ვითარება იცვლება: ახლა ელექტრონები ერთმანეთთან უფრო ახლოს არიან, რაც ქმნის უარყოფით ჯამურ მუხტს ერთ მავთულზე, მაშინ როცა მეორეში პროტონების მოძრაობა იწვევს დადებითი მუხტის სიჭარბეს. შედეგად, საწინააღმდეგო მუხტების მქონე მავთულები ერთმანეთს იზიდავენ.

ასე რომ, ელექტრომაგნიზმი მხოლოდ ენერგიის ან მუხტის საკითხი არ არის — ის ფარდობითობის პირდაპირი გამოხატულებაა, რომელიც გვიჩვენებს, რომ მოძრაობა და დამკვირვებელი ყოველთვის განუყოფლად არიან დაკავშირებულნი.

თხევადი ვერცხლისწყალი

ვერცხლისწყალი ერთ-ერთი ყველაზე მძიმე ატომური ელემენტია, რომლის ელექტრონებიც ბირთვთან ძალიან ახლოს მოძრაობენ მაღალი სიჩქარით. ამის შედეგად მათ რელატივისტური მასა ეზრდებათ და ორბიტალები უფრო მჭიდროდ ეწყობა ბირთვის გარშემო. სწორედ ეს ქმნის მიზეზს, რატომაც ვერცხლისწყლის ატომებს შორის ქიმიური ბმა სუსტია.

სუსტი ურთიერთქმედება ნიშნავს, რომ ვერცხლისწყალი უფრო ადვილად გადადის თხევად მდგომარეობაში, ვიდრე სხვა მეტალები — ამიტომაც არის ის ოთახის ტემპერატურაზე სითხე. თუ რელატივისტურ ეფექტებს არ გავითვალისწინებთ, ვერცხლისწყლის დნობის ტემპერატურა უნდა იყოს დაახლოებით +82°C, მაგრამ სინამდვილეში ის დნობს ბევრად უფრო დაბალ ტემპერატურაზე — -39°C-ზე.

ამრიგად, თხევადი ვერცხლისწყალი კიდევ ერთი ნათელი მაგალითია იმისა, როგორ ახდენს ფარდობითობა გავლენას ჩვენი სამყაროს მატერიალურ თვისებებზე.

სინათლე

ისააკ ნიუტონი ფიქრობდა, რომ არსებობდა აბსოლუტური, უძრავი ათვლის სისტემა — სრულყოფილი გარე ჩარჩო, რომლის მიმართაც ყველა სხვა მოძრაობა შეიძლებოდა შეგვედარებინა. თუმცა, თუ ეს დაშვება მართალი აღმოჩნდებოდა, სინათლის არსებობა პრაქტიკულად აუხსნელი იქნებოდა — ასეთ სამყაროში სინათლე უბრალოდ ვერ იარსებებდა.

როგორც პროფესორი თომას მური განმარტავს, „არამარტო მაგნეტიზმი გაქრებოდა, არამედ თავად სინათლეც, რადგან ფარდობითობის თეორია მოითხოვს, რომ ელექტრომაგნიტურ ველში ცვლილებები გავრცელდეს სასრული სიჩქარით — სინათლის სიჩქარით — და არა მყისიერად.“

მურის თქმით, „თუ ფარდობითობის ეს პრინციპი არ იმოქმედებდა, მაშინ ელექტრულ ველებში ნებისმიერი ცვლილება მყისიერად გავრცელდებოდა სივრცეში. ამ შემთხვევაში ელექტრომაგნიტური ტალღები — ანუ სინათლე — უბრალოდ საჭირო აღარ იქნებოდა. ამიტომ, სინათლის არსებობა თავად ფარდობითობის ერთ-ერთი ყველაზე თვალსაჩინო შედეგია.“

მზე

აინშტაინის ცნობილი განტოლების — E = mc² — გარეშე მზე და სხვა ვარსკვლავები ვერ გამოსცემდნენ სინათლეს. ჩვენი ვარსკვლავის გულში უკიდურესად მაღალი ტემპერატურა და წნევაა, სადაც ოთხი წყალბადის ატომი ერთ ჰელიუმის ატომად ერთიანდება — ეს ბირთვული შერწყმის პროცესი უწყვეტად მიმდინარეობს. მიღებული ჰელიუმის ატომის მასა ოდნავ ნაკლებია იმ ოთხი წყალბადის ატომის ჯამურ მასაზე. სწორედ ეს „დაკარგული“ მასა გარდაიქმნება ენერგიად, რომელიც მზის სინათლისა და სითბოს სახით აღწევს დედამიწამდე.

წყარო: https://www.livescience.com/58245-theory-of-relativity-in-real-life.html