Тест по астрономии: Общая теория относительности (10-11 класс)
Тест по астрономии «Общая теория относительности» для 10-11 классов — это проверочная работа, направленная на оценку знаний учащихся о современной физической картине мира. Задания охватывают фундаментальные принципы гравитации, искривления пространства-времени и экспериментальные доказательства теории, необходимые для понимания строения Вселенной.
1
Какое фундаментальное изменение в понимание природы гравитации вносит общая теория относительности по сравнению с теорией Исаака Ньютона?
Правильный ответ:
Гравитация объясняется как искривление четырехмерного пространства-времени под воздействием массы и энергии.Пояснение:
Согласно общей теории относительности, гравитация не является силой в ньютоновском понимании, а представляет собой эффект искривления геометрии пространства-времени, создаваемого массивными телами. Тела движутся по инерции по кратчайшим путям (геодезическим линиям) в этом искривленном пространстве.2
С какой скоростью, согласно современным научным представлениям и общей теории относительности, распространяется гравитационное взаимодействие?
Правильный ответ:
Скорость распространения гравитационного взаимодействия конечна и равна скорости света в вакууме.Пояснение:
В отличие от теории Ньютона, предполагавшей мгновенное дальнодействие, общая теория относительности постулирует, что гравитационные возмущения (гравитационные волны) распространяются с конечной скоростью, равной скорости света (примерно 300 000 км/с). Это было подтверждено экспериментально.3
Какими свойствами обладает пространство в рамках общей теории относительности, особенно вблизи массивных небесных тел?
Правильный ответ:
Пространство теряет свойства евклидовой геометрии и искривляется под действием гравитационных полей.Пояснение:
Общая теория относительности накладывает ограничения на геометрические свойства пространства. В присутствии гравитационных полей, создаваемых массивными телами, пространство нельзя считать евклидовым (плоским); оно искривляется, и геометрия становится римановой.4
Какое утверждение относительно природы времени в общей теории относительности является верным?
Правильный ответ:
Время не имеет абсолютного характера, и его ход замедляется в сильных гравитационных полях.Пояснение:
Согласно общей теории относительности, время не является абсолютным и единым для всей Вселенной. Темп хода времени зависит от гравитационного потенциала: чем сильнее гравитационное поле (чем ближе к массивному телу), тем медленнее течет время для стороннего наблюдателя.5
Какое астрономическое явление послужило одним из первых экспериментальных доказательств правильности общей теории относительности?
Правильный ответ:
Аномальное смещение перигелия орбиты Меркурия, которое не объяснялось теорией Ньютона.Пояснение:
Объяснение векового смещения перигелия Меркурия стало первым триумфом теории Эйнштейна. Расчеты на основе ньютоновской механики давали небольшую погрешность по сравнению с наблюдениями, тогда как уравнения общей теории относительности предсказали движение планеты с высокой точностью.6
Что происходит с лучом света, когда он проходит вблизи массивного космического объекта, такого как звезда или галактика?
Правильный ответ:
Траектория луча света искривляется под действием гравитационного поля массивного тела.Пояснение:
Гравитация искривляет пространство-время, и свет, проходя через эту искривленную область, меняет направление своего движения. Этот эффект называется гравитационным отклонением света (или гравитационным линзированием) и был подтвержден наблюдениями во время солнечного затмения 1919 года.7
Какой выдающийся советский ученый, опираясь на уравнения общей теории относительности, теоретически предсказал возможность нестационарности (расширения) Вселенной?
Правильный ответ:
Александр Александрович Фридман.Пояснение:
Александр Александрович Фридман в 1922-1924 годах нашел нестационарные решения уравнений Эйнштейна. Он показал, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, не может быть статичной: она должна либо расширяться, либо сжиматься. Это легло в основу современной космологии.8
Для описания движения каких объектов теория тяготения Ньютона становится недостаточно точной и требует применения общей теории относительности?