Теория относительности для чайников

Теория относительности для чайников

Наука, Познавательно 09.10.2014

 
Пространство и время едины, существует связь между массой и энергией – специальная теория относительности, перевернувшая в начале прошлого столетия общепринятые представления о мире, до сих пор продолжает будоражить умы и сердца людей.

В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал специальную теорию относительности (СТО), которая объясняла, как интерпретировать движения между различными инерциальными системами отсчета – попросту говоря, объектами, которые движутся с постоянной скоростью по отношению друг к другу.

Эйнштейн объяснил, что когда два объекта двигаются с постоянной скоростью, следует рассматривать их движение друг относительно друга, вместо того чтобы принять один из них в качестве абсолютной системы отсчета.

Так что, если два космонавта, вы и, допустим, Герман, летите на двух космических кораблях и хотите сравнить ваши наблюдения, единственное, что вам нужно знать – это ваша скорость относительно друг друга.

Специальная теория относительности рассматривает лишь один специальный случай (отсюда и название), когда движение прямолинейно и равномерно.

Если материальное тело ускоряется или сворачивает в сторону, законы СТО уже не действуют. Тогда в силу вступает общая теория относительности (ОТО), которая объясняет движения материальных тел в общем случае.

Теория Эйнштейна базируется на двух основных принципах:

1. Принцип относительности: физические законы сохраняются даже для тел, являющихся инерциальными системами отсчета, т. е. двигающимися на постоянной скорости относительно друг друга.

2. Принцип скорости света: скорость света остается неизменной для всех наблюдателей, независимо от их скорости по отношению к источнику света. (Физики обозначают скорость света буквой с).

Одна из причин успеха Альберта Эйнштейна состоит в том, что он ставил экспериментальные данные выше теоретических. Когда в ряде экспериментов обнаружились результаты, противоречащие общепринятой теории, многие физики решили, что эти эксперименты ошибочны.

Альберт Эйнштейн был одним из первых, кто решил построить новую теорию на базе новых экспериментальных данных .

В конце 19 века физики находились в поиске таинственного эфира – среды, в которой по общепринятым предположениям должны были распространяться световые волны, подобно акустическим, для распространения которых необходим воздух, или же другая среда – твердая, жидкая или газообразная.

Вера в существование эфира привела к убеждению, что скорость света должна меняться в зависимости от скорости наблюдателя по отношению к эфиру.

Альберт Эйнштейн отказался от понятия эфира и предположил, что все физические законы, включая скорость света, остаются неизменными независимо от скорости наблюдателя – как это и показывали эксперименты.

Однородность пространства и времени
В СТО Эйнштейна постулируется фундаментальная связь между пространством и временем. Материальная Вселенная, как известно, имеет три пространственных измерения: вверх-вниз, направо-налево и вперед-назад. К нему добавляется еще одно измерение – временное. Вместе эти четыре измерения составляют пространственно-временной континуум.

Если вы двигаетесь с большой скоростью, ваши наблюдения относительно пространства и времени будут отличаться от наблюдений других людей, движущихся с меньшей скоростью.

На картинке представлен мысленный эксперимент, который поможет понять эту идею.

Представьте себе, что вы находитесь на космическом корабле, в руках у вас лазер, с помощью которого вы посылаете лучи света в потолок, на котором закреплено зеркало. Свет, отражаясь, падает на детектор, который их регистрирует.

Допустим, ваш корабль двигается с постоянной скоростью, равной половине скорости света (0.5c). Согласно СТО Эйнштейна, для вас это не имеет значения, вы даже не замечаете своего движения.

Однако Герман, наблюдающий за вами с покоящегося звездолета, увидит совершенно другую картину. С его точки зрения, луч света пройдет по диагонали к зеркалу на потолке, отразится от него и по диагонали упадет на детектор.

Другими словами, траектория луча света для вас и для Германа будет выглядеть по-разному и длина его будет различной. А стало быть и длительность времени, которое требуется лазерному лучу для прохождения расстояния к зеркалу и к детектору, будет вам казаться различным.

Это явление называется замедлением времени: время на звездолете, движущимся с большой скоростью, с точки зрения наблюдателя на Земле течет значительно медленнее.

Этот пример, равно как и множество других, наглядно демонстрирует неразрывную связь между пространством и временем. Эта связь явно проявляется для наблюдателя, только когда речь идет о больших скоростях, близких к скорости света.

Эксперименты, проведенные со времени публикации Эйнштейном своей великой теории, подтвердили, что пространство и время действительно воспринимаются по-разному в зависимости от скорости движения объектов.

Объединение массы и энергии
В своей знаменитой статье, опубликованной в 1905 году, Эйнштейн объединил массу и энергию в простой формуле, которая с тех пор известна каждому школьнику: E=mc^2.

Согласно теории великого физика, когда скорость материального тела увеличивается, приближаясь к скорости света, увеличивается и его масса. Т.е. чем быстрее движется объект, тем тяжелее он становится. В случае достижения скорости света, масса тела, равно как и его энергия, становятся бесконечными.

Чем тяжелее тело, тем сложнее увеличить его скорость; для ускорения тела с бесконечной массой требуется бесконечное количество энергии, поэтому для материальных объектов достичь скорости света невозможно.

До Эйнштейна концепции массы и энергии в физике рассматривались по отдельности. Гениальный ученый доказал, что закон сохранения массы, как и закон сохранения энергии, являются частями более общего закона массы-энергии.

Благодаря фундаментальной связи между этими двумя понятиями, материю можно превратить в энергию, и наоборот – энергию в материю.

 

 

Фильмы

За что можно ругать или хвалить создателей франшизы, и как герои изменились за 40 лет смотрите ниже, так же предлагаем посмотреть первую серию «Возвращения в Простоквашино».

В честь дня пасхи мы собрали для вас лучшие фильмы о Иисусе Христе за период с 1965 года по 2016 год.

Ураган «Ирма» высушил океан.

В Атлантическом океане с пляжей на Багамских островах ушла вся вода.

Название: Молодой Мессия Оригинальное название: The Young Messiah Год выхода: 2016 Жанр: драма Режиссер: Сайрус Наурасте В ролях: Адам Гривз-Нил, Шон Бин, Сара Лаззаро, Винсент Уолш, Финн Айрлэнд, Кристиан МакКэй, Агни Скотт, Луис Эллингтон, Джейн Лапотэйр, Рори Кинэн Выпущено: США Продолжительность: 01:50:41 Описание: Фильм рассказывает историю Иисуса Христа в возрасте семи лет, как он и его

Книги

В наше трудное и смутное время слишком просто упустить из вида фундаментальное понятие о том, что значит быть мужчиной и что значит быть женщиной…

Читать
11 583

Австралийский иллюстратор Тоби Моррис создал комикс, который напоминает нам, что не каждый человек в этой жизни имеет те же возможности, что и мы. Это история о двух людях, родившихся в разных семьях, и о том, какую роль их близкие играют в их судьбе.

Читать
10 726

Описание: Девятилетний Бруно — веселый немецкий мальчик, который беззаботно живет в Берлине во время Второй мировой войны. Когда его отца — высокопоставленного офицера Вермахта — переводят на новое место, семья переезжает из столицы в провинцию, и Бруно достаточно быстро находит себе друга со смешным именем Шмуэль. Тот…

Читать
3 163

ЧИТАТЬ КНИГУ: Пять языков любви

Новая версия мегабестселлера, который уже стал классикой! «Эта книга вышла в свет благодаря стечению нескольких обстоятельств. Во-первых, на меня произвел большое впечатление горячий отклик молодых людей, которые, прочитав «Пять языков любви» для супругов, уговаривали меня написать подробную книгу для незамужних и неженатых. Поверьте, без их поддержки я бы никогда не решился на этот труд! Во-вторых…

Читать
7 283