Биесийн хөдөлгөөний талаарх Аристотелийн хууль
Аливаа биесийн жам ёсны төлөв нь тайван төлөв. Түүнд хүч үйлчилснээр тэд хөдлөх ба хүч үйлчилтэл тайван төлвөө хадгалсаар байх болно. Эндээс гарах нэгэн чухал мөрдлөгөө нь хүнд биеэс нь хөнгөн биеэс түрүүлж газарт унана.
Биесийн хөдөлгөөний талаарх Ньютоны хууль
Биесийн хөдөлгөөний талаарх Аристотелийн хууль алдаатай болохыг Галилей нотолжээ. Тэр хүнд ба хөнгөн биеийг ижил өндрөөс унагаахад нэгэн зэрэг дэлхий дээр нэгэн зэрэг унадаг болохыг туршлагаар харуулжээ. Ингээд биесийн хөдөлгөөний талаарх шинэ хууль шаардлагатай болсон ба үүнийг нь Ньютон тодорхойлжээ.
Энэ нь биед хүч үйлчлээгүй бол тайван эсвэл шулуун жигд хөдөлгөөнөө хадгалах ба биед хүч үйлчилбэл түүний хурд өөрчлөгдөнө. Энд биеийн тайван байдал ба жигд хөдөлгөөнийг хооронд ялгах боломжгүй. Нэг биет тайван, нөгөө биет нь түүнтэй харьцуулахад жигд хөдөлж байвал аль нь тайван аль нь жигд хөдөлж байгааг тогтоох боломжгүй гэдэг нь энэ хуулийн гол үндэс болдог.
Биесийн таталцлын талаарх Ньютоны хууль
Биесийн хөдөлгөөний талаарх хуулийг Ньютон тодорхойлсноос гадна масс бүхий биес болгон хоорондоо таталцдаг тухай биесийн таталцлын хуулийг ч нээжээ. Энэ нь масс бүхий биетүүд хоорондоо таталцдаг бөгөөд энэ таталцлын хүч нь биетүүдийн масс их байх тусам хүчтэй, биетүүдийн хоорондох зай хол байх тусам сул байдгийг тогтоосон байна.
Энэ таталцлын хуулиар нарыг тойрон эргэх гаригуудын хөдөлгөөн нь заавал тойрог байх албагүй бөгөөд зууван хэлбэртэй ч байдаг туршлагын дүнг тайлбарлах боломжийг олгожээ. Гэвч зөрүүд Буд гаригийн хөдөлгөөнийг Ньютоны хуулиар тайлбарлаж болохгүй л байлаа.
Биесийн хөдөлгөөний талаарх Ньютоны хууль алдаатай болохыг тогтоосон нь
Гэрэл тодорхой хурдтайгаар тархдаг болохыг одон оронч Рёмер өөрийн ажиглалтаар тогтоов. Ингээд гэрэл тодорхой хурдтай тархдаг юм бол гэрлийн хурд хэд болохыг хэмжихийг оролдсон туршилтууд хийгдэг болов. Тухайн үед баримталж байсан биесийн хөдөлгөөний талаарх Ньютоны хуулийг баримталбал гэрлийн хурд нь түүнийг хэмжсэн тооллын системээс хамааран янз бүрийн утгатай байх ёстой байлаа.
Жишээ нь дэлхийн эргэлтийн хөдөлгөөний дагуу гэрлийн хурдыг хэмжвэл гэрлийн хурд дээр дэлхийн эргэлтийн хурд нэмэгдэж тооцогдох ёстой байв. Харин гэрлийн хурдыг дэлхийн эргэх хөдөлгөөний эсрэг чиглэлд хэмжвэл гэрлийн хурд багасах ёстой. Тэр ч байтугай дэлхийн аль өнцөгт гэрлийн хурдыг хэмжин бүгд тухайн координатын байрлалаас хамааран янз бүрээр хэмжигдэх ёстой байв.
Ингээд физикт эфир гэсэн ойлголтыг ашиглажээ. Гэрлийн хурд тооллын систем болгонд өөр өөр байх боловч эфиртэй харьцуулахад тогтмол байна гэсэн. Гэтэл үнэндээ эфир гэж өөрөө юу юм вэ? Эртний домогт олимпын ууланд амьдардаг бурхдын амьсгалдаг агаарыг эфир гэж нэрлэсэн байдаг. Үнэндээ энэ нь цэвэр хийсвэр санаа болно.
Гэтэл туршилтын дүнгүүд өөр зүйлийг үзүүлэв. Гэрлийн хурд дэлхийн эргэлтээс хамаарахгүйгээр дэлхийн аль ч хэсэгт хэмжсэн нэгэн утгатайгаар тодорхойлогдож байв. Энэ учрыг биесийн хөдөлгөөний талаарх Ньютоны хуулиар тайлбарлаж болохгүй байсан ба ерөөсөө гэрлээс харьцангуй удаан хөдөлгөөнтэй биетийн хөдөлгөөнийг Ньютоны хуулиар тайлбарлаж болдог, гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай биетийн хөдөлгөөнийг Ньютоны хуулиар тайлбарлаж болдоггүй асуудал үүслээ.
Биесийн хөдөлгөөний талаарх Эйнштейний харьцангуйн тусгай онол
Ингээд гэрлийн хурдаас бага ч хурдтай хөдлөх биесийн хөдөлгөөнийг тайлбарладаг, гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай хөдөлж буй биесийн хөдөлгөөнийг ч тайлбарлаж болох биесийн хөдөлгөөний талаарх нэгдсэн нэг онолын эрэлд гарлаа. Энэ хуулийг Эйнштейн тогтоосон ба үүнийг харьцангуйн тусгай онол гэж нэрлэдэг.
Эйнштейн цаг хугацаа гэдгийг огт өөрчлөгддөггүй гэж үзэхээс татгалзвал эфир ерөөсөө хэрэггүй болохыг, Пуанкаре эфир ерөөсөө байхгүй болохыг математикийн тооцоогоор тус тус харуулжээ. Өөрөөр хэлбэл Пуанкарегийн математик үндэслэлүүдийг ашиглан Эйнштейн харьцангуй тусгай онолыг тодорхойлсон боловч Пуанкарегийн нэр улам бүр мартагдаж, одоо түүнийг тодорхой хүрээний хүмүүсээс бусад нь бараг дурсахаа ч байж харьцангуйн тусгай онолыг ганцхан Эйнштейний нэртэй холбох болжээ. Гэтэл цаг хугацаа тогтворгүй болохыг өмнө нь Лоренц хүртэл харуулсан байдаг.
Ньютон биесийн хөдөлгөөн харьцангуй болохыг ажигласнаар биесийн хөдөлгөөний талаарх алдарт 1, 2-р хуулиа тогтоосон бол Эйнштейн цаг хугацаа ч гэсэн биесийн хөдөлгөөнтэй адилхан харьцангуй болохыг харуулснаар биесийн хөдөлгөөний талаарх алдарт хууль болох харьцангуйн тусгай онолоо томьёолжээ.
Ингээд Ньютоны “Биеийн хөдөлгөөн харьцангуй шинжтэй. Өөр хоорондоо жигд хөдөлж буй бүх тооллын систем адилхан. Аль ч тооллын системээс физик үзэгдлийг ажиглахад адилхан” гэж үздэг биеийн хөдөлгөөний тухай хууль дээр “Цаг хугацаа ч гэсэн харьцангуй шинжтэй” гэсэн нэмэлтийг оруулснаар биесийн хөдөлгөөний талаарх Эйнштейний харьцангуй тусгай онол томьёологдлоо.
Биесийн хөдөлгөөн ба таталцлын талаарх Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онол
Биесийн хөдөлгөөний талаарх Ньютоны хууль алдаатай болох нь илэрхий боллоо. Тэгвэл Ньютоны биесийн таталцлын тухай хуульд ч гэсэн алдаа байхгүй гэж үү гэсэн асуулт гарч ирнэ. Биесийн хөдөлгөөн ба тэдгээрийн таталцлыг тусад нь авч үзэж эдгээр нь өөр өөр хуулиар тодорхойлогддог байх ёстой юу ч гэсэн асуулт гарлаа.
Асар их масс бүхий биетүүдийн үүсгэсэн таталцлын оронд хөдлөх аливаа биес нь геодезийн гэж нэрлэгддэг замаар хөдөлдөг болохыг тогтоожээ. Энэ нь тухайн 2 цэгийн хоорондох хамгийн ойрхон байх замыг хэлдэг. Гэтэл асар хүчтэй таталцлын оронд орон зай өөрөө муруйдаг учраас геодезийн зам нь шулуун байх албагүй болохыг харуулсан байна.
Өөрөөр хэлбэл асар хүчтэй таталцал нь орон зайг муруйлгадаг. Орон зайн муруйлт нь биесийн хөдөлгөөнд нөлөөлдөг болох нь тогтоогджээ. Гэтэл масс бүхий биетүүдийн үүсгэсэн таталцлын оронд хөдлөх масс бүхий биет нь өөрөө энэ оронд татагдах тул таталцын оронд ч нөлөөлж түүнийг өөрчилдөг болохыг харуулжээ.
Ингээд масс бүхий биесийн үүсгэх таталцлын орон нь биесийн хөдөлгөөн нөлөөлөх ба биесийн хөдөлгөөн нь эргээд энэхүү таталцлын оронд нөлөөлдөг хэмжээн биесийн хөдөлгөөн ба таталцлыг нэгтгэсэн Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онол томьёологдлоо.
Энэ онолоор тэр хүртэл тайлбарлаж чадахгүй байсан Буд гаригийн хөдөлгөөнийг тайлбарласан нь энэ онолыг биесийн хөдөлгөөн ба таталцлын талаарх Ньютоны онолоос илүү сайн онол болсон хэмээн үзэх үндэслэл болжээ.
Харьцангуйн ерөнхий онолоос гарах сонирхолтой мөрдөлгөөнүүд
Аливаа масс бүхий биесийн энерги нь масстайгаа шууд хамааралтай байдаг. (E=mc2) Энэ нь масс бүхий биеийг гэрлийн хурдтайгаар хөдөлгөхийн тулд массыг төгсгөлгүй ихээр ихэсгэх тул үүнд хязгааргүй их энерги хэрэгтэй болохыг харуулдаг. Эндээс масс бүхий аливаа биет нь гэрлийн хурднаас бага хурдтай хөдөлнө гэж үздэг. Харин массгүй бөөмс болох фотон гэрлийн хурдтай хөдөлнө гэж үздэг.
Үнэндээ харьцангуйн ерөнхий онолоор ямар нэгэн биетийг гэрлийн хурднаас их хурдтай хөдлөхийг хорьсон хэмээн үздэг боловч энэ нь алдаатай ойлголт юм. Энд гэрлийн хурдны талаар ямар ч хориг байхгүй бөгөөд өнөөдөр гэрлийн хурднаас их хурдны талаар улам сонирхон судлах болсон.
Орон зайн цаг хугацаанаас салангид биш учраас яг одоо нарыг мөхөхөд бид энэ тухай 8 минутын дараа л мэднэ. Учир нь нарнаас ирэх гэрэл 8 минутын дараа дэлхий дээр ирдэг байна. Гэтэл нарнаас ч хол оддын хувьд юу болох нь ойлгомжтой. Манай дэлхийд хамгийн ойрхон байрладаг Центавр гариг нь биднээс гэрлийн 4 жилийн зайтай оршдог бөгөөд бид одоо гараад Центавр одыг харвал түүний 4 жилийн өмнөх төрхийг л харна.
Тэгвэл үүнээс ч хол оддын хувьд бид тэдний хэдэн зуу, сая жилийн өмнөх төрхийг л харна. Сансар огторгуй уруу хэчнээн холыг харна маш эрт дээр болоод өнгөрсөн үйл явдлыг харна. Эндээс л огторгуйн хязгаарыг олж харах нь бидний эхлэлийг олж харна гэсэн үг. Иймээс л бид өнгөрснөө харахын тулд л тэнгэр лүү хараад байгаа хэрэг шүү дээ.
Цаг хугацааны нэгдсэн хэмжүүр байхгүй. Энэ нь хүн бүр өөр өөрийн цагтай гэсэн үг. Нэгдсэн нэг цаг гэж байхгүй. Тэр байтугай хүн бүрийн цагууд ч адилхан явах албагүй гэдгийг харуулсан ихрийн парадокс гэж хүртэл байдаг. Тийм учраас өөрийн цаг хугацааг зөв зарцуулж дээ.
Масс бүхий биесийн ойролцоо цаг хугацаа удааширна. Хэрэв чи хүчтэй таталцлын оронд хэсэг хугацаанд саатвал чиний цаг хугацаа удааширна. Хар нүх нь маш хүчтэй таталцлын оронг үүсгэдэг бөгөөд түүнд сорогдон орчихгүйгээр түүний ойролцоо хэсэг хугацаанд саатах нь ирээдүйд зочлох сайхан боломж гэсэн үг.
Микро биеийн хөдөлгөөний талаарх Квант механик
Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолоор маш олон биесийн хөдөлгөөнийг тайлбарлаж болох боловч энэ нь бас л төгс онол болж чадсангүй. Учир нь микро биет гэж нэрлэгддэг атом, молекул, түүнээс ч бага хэмжээстэй биетүүдийн хөдөлгөөнийг Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолоор тайлбарлах ямар ч боломжгүй юм.
Атомын дотогшоо шагайсан биш бүр гай болов гэгчээр энд болж буй үзэгдлийг тайлбарлахад Эйнштейний онол хүчин мөхөстлөө. Ингээд энэ талбарт юу болсныг сонирхъё.
Эхлээд Макс Планк гэрэл тасралтгүйгээр биш квант квантаар цацардаг болохыг халуун биетээс цацаргах цацаргалтыг судлах явцдаа тогтоосноор квант буюу гэрлийн багц гэсэн ойлголт шинээр орж ирлээ. Өөрөөр гэрэл тодорхой багц багцаар цацаргадаг байх нь. Эндээс гэрэл нь бөөмлөг мөн долгионлог хоёрдмол шинжтэй гэж үзэх үндэслэлийг өгчээ.
Дараа нь нэг электрон 2 нүхээр зэрэг гарч хоорондоо интерференцлэгддэг болохыг нээсэн нь бөөн гайхшралд оруулав. Нэг бөөм яагаад 2 байрлалд зэрэг байрлаад тэр тусмаа бие биедээ нөлөөлөв. Энэ нь физикийг бүр мухардалд оруулжээ. Тухайн үед 1 бөөм 2 байрлалд зэрэг олдсон нь эрүүл ухаанаар сэтгэн бодож болохгүй мэт санагдаж байлаа. Энд ямар нэгэн учир холбогдол байна гэж үү.
Одоо харин үүнд хэн ч гайхахаа байж дээ. Тэр байтугай нэг бөөм нэг байтугай хэдэн хэдэн байрлал дээр, тэр ч байтугай тэр бөөмийн байх огт боломжгүй байрлал дээр хүртэл нэгэн зэрэг байж болно гэхэд ерөөсөө гайхахгүй хэвийн зүйл мэтээр хүлээн авч сурсан байна. Бөөм хэд хэдэн байрлал дээр нэгэн зэрэг байрлаж болох бөгөөд аль байрлал дээрээ илүү байрлах боломжтойг хооронд нь ялгаж салгаж болохгүй.
Өөрөөр бөөм олон байрлалд нэгэн зэрэг байж болох ба түүнийг байрлалуудыг хооронд нь энэ нь илүү давамгай гэж хэлэх боломжгүй. Үүнтэй адилаар бөөмийн аль траекторын дагуу явахыг ч урьдчилан хэлэх боломжгүй. Яаж явахаа тухайн бөөм өөрөө л мэднэ. :-) ганцхан энэ бүгдийн магадлалыг л тооцоолж болно.
Дараа нь Хайзенберг бөөмийн хурд, байрлал 2-ыг нэгэн зэрэг хэмжиж болохгүй гэсэн алдарт тодорхойгүйн зарчмаа тодорхойлжээ.
Энэ бүгд нь тухайн үед баримталж байсан онолтой зарчмын хувьд зөрсөн учраас Шредингер, Дирак нар Хайзенбергийн тодорхойгүйн зарчим дээр үндэслэн квант механик гэж нэрлэгддэг цоо шинэ механикийг шинээр томьёоллоо. Үүгээр бөөм нь квант төлөвт орших ба энэ төлөвт орших бөөмийн хурд ба байрлал нь тодорхойгүйн харьцааг хангасан байна гэж үзэж болно.
Квант механик ба харьцангуйн ерөнхий онол
Квант механикийг олон эрдэмтэд хүлээн зөвшөөрөөгүй ба тэр дундаа Эйнштейн хэзээ ч хүлээн зөвшөөрөөгүй бөгөөд энэ тухай “Бурхан хэзээ ч шоо хаяж тоглодоггүй юм” гэж хэлсэн түүний алдарт үг байдаг.
Гэтэл одоо бурхан бол улаан мөрийцөгч, тэр бүх боломжит байрлалд мөрий тавихаас гадна огт боломжгүй байрлалд ч мөрий тавьдаг болох нь илэрхий болсон нь хувь заяаны шоглоом гэлтэй. Ямар ч бөөм нэвтрэх аргагүйгээр тусгай битүүмжлэгдсэн лабораторид нэгэн бөөмийг ажиглаж байгаа бол энэ бөөм чинь лабораториос аль хэдийн гараад саран дээр очсон байгаа гээд мөрийцөхөд ч хожих боломж байгаа шүү.
Ингээд том биесийн хөдөлгөөн ба тэдний таталцлыг тайлбарладаг Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онол ба харьцангуй жижиг биесийн болох атом, молекулын хэмжээстэй биеийн хөдөлгөөнийг тайлбарладаг Квант механик гэсэн 2 тулгуур онол одоогоор хэрэглэгдэж байна. Энэ 2 онол нь хоорондоо таардаггүй төдийгүй бие биеэ үгүйсгэдэг юм. Өөрөөр хэлбэл квант механик нь Хайзенбергийн тодорхойгүйн зарим дээр үндэслэгддэг бол харьцангуйн ерөнхий онолд энэ зарчмыг хүлээн зөвшөөрдөггүй байна.
Иймээс л эдгээрээс илүү боловсронгуй дараагийн шинэ онол хэрэгтэй.