Теория относительности Эйнштейна для чайников
Специальная теория относительности (СТО) или частная теория относительности – это теория Альберта Эйнштейна, опубликованная в 1905 году в работе «К электродинамике движущихся тел» (Albert Einstein — Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891-921. Juni 1905).
Она объясняла движение между разными инерциальными системами отсчёта или движение тел, двигающихся в отношении друг друга с неизменной скоростью. В этом случае ни один из объектов не должен приниматься за систему отсчёта, а рассматривать их надо относительно друг друга. СТО предусматривает только 1 случай, когда 2 тела не изменяют направление движения и двигаются равномерно.
Законы СТО перестают действовать, когда одно из тел изменяет траекторию движения или повышает скорость. Здесь имеет место общая теория относительности (ОТО), дающая общее толкование движения объектов.
Два постулата, на которых строится теория относительности:
- Принцип относительности — Согласно ему, во всех существующих системах отсчета, которые двигаются в отношении друг друга с неизменяющейся скоростью и не меняют направление, действуют одни и те же законы.
- Принцип скорости света — Скорость света одинакова для всех наблюдателей и не имеет зависимость от скорости их движения. Это высшая скорость, и ничто в природе не имеет большую скорость. Световая скорость равна 3*10^8 м/с.
Альберт Эйнштейн за основу брал экспериментальные, а не теоретические данные. Это явилось одной из составляющих его успеха. Новые экспериментальные данные послужили базой для создания новой теории.
Физики с середины XIX века занимались поиском новой загадочной среды, названной эфиром. Полагалось, что эфир может проходить через все объекты, но не участвует в их движении. Согласно убеждениям об эфире, изменяя скорость зрителя в отношении эфира, меняется и скорость света.
Эйнштейн, доверяя экспериментам, отверг понятие новой среды эфира и допустил, что скорость света всегда является постоянной и не зависит от любых обстоятельств, таких как скорость самого человека.
Временные промежутки, расстояния, и их однородность
Специальная теория относительности связывает временные промежутки и пространство. В Материальной вселенной существует 3 известных измерения в пространстве: вправо и влево, вперед и назад, вверх и вниз. Если добавить к ним другое измерение, названное временным, то это составит основу пространственно-временного континуума.
Если Вы осуществляете движение с малой скоростью, ваши наблюдения не будут сходиться с людьми, которые двигаются быстрее.
Позже эксперименты подтвердили, что пространство, так же как и время, не может восприниматься одинаково: от скорости движения объектов зависит наше восприятие.
Соединение энергии с массой
Эйнштейн вывел формулу, которая соединила в себе энергию с массой. Эта формула получила широкое распространение в физике, и она знакома каждому ученику: E=m*c², в которой E-энергия; m- масса тела, c-скорость распространения света.
Масса тела возрастает пропорционально увеличению скорости света. Если достигнуть скорости света, масса и энергия тела становятся безразмерными.
Увеличивая массу объекта, становится сложнее достичь увеличения его скорости, т. е для тела с бесконечно огромной материальной массой необходима бесконечная энергия. Но на деле этого достичь нереально.
Теория Эйнштейна объединила два отдельных положения: положение массы и положение энергии в один общий закон. Это сделало возможным преобразование энергии в материальную массу и наоборот.
Первый фильм как раз получился довольно доступным для понимания специальной теории относительности, а второй ролик слишком затянутый, трудно сохранить внимание и материал воспринимается хуже
Да, в СССР на удивление, умели снимать научпоп так, чтобы понятно было максимальному числу зрителей, фильм о теории относительности не стал исключением!
Американский школьник из Огайо стал лауреатом премии Breakthrough Junior Challenge, создав видеоролик о специальной теории относительности Альберта Эйнштейна и получил 250000$ https://www.youtube.com/watch?v=5RWN1CMT44g
Как ни печально, и СТО и ОТО ошибочны, так как основываются на неверном виде преобразований Лоренца. Об этом в моей брошюре «Мемуар по теории относительности и единой теории поля» (2000 г.). Он представлен на моём сайте: http://lev-verkhovsky.ru(у Вас займёт не более четверти часа, чтобы понять главную идею).
В ваших Мемуарах по СТО в параграфе 1.2 Вы ошибаетесь. Лучи света выпущенные А и N достигнут В одновременно и уже не важно на какое расстояние сместится ракета пока лучи будут двигаться к В, т.к. луч света уже выпущен, он уже не принадлежит системе N, он движется в своем пространстве, также как и луч выпущенный А не принадлежит системе А, они оба движутся в своем «световом» пространстве со своей постоянной скоростью не зависимо ни от кого. Это пуля остается принадлежать той системе отсчета в которой была выпущена. Другое дело, N увидит В быстрее чем А, потому что приближается к В, и увидит его со смещением в фиолетовую сторону, т.к. отраженному свету от В приложится встречная скорость ракеты.
К сожалению нет. По СТО тот кто движется и тот кто стоит равноправны. И оба могут трактовать движение света одинаково. «световое»» пространствоб или локальное пространство для света нету смысла брать во вниманиеб ибо время замирает там а все расстояния равняются 0. Смисл в том, что с этой проблемой столкнулся Эйнштейн и объяснил с помощью СТО или понятием одновременности.
Если луч света не принадлежит ни одной системе отсчёта а равно как и невидимые лучи, то это подтверждает существование эфира.
Учёные время называют средой, но время не среда, а одно из свойств бытия. Свойства или виды бытия: время, бесконечность и вечность. Синонимом времени есть тление. Если время — это среда, окружающая предмет, то в ней должно быть возможно перемещение в том или ином смысле. Но если тело действительно может «передвигаться» во времени, ведь можно заставить организм омолодится или постареть гораздо быстрее чем это происходит в обычных условиях. Но как тогда может перемещаться во времени(стареть или молодеть) душа, сознание, разум. Речь идёт не о разрушении или исчезновении разума, к примеру, а о старении или молодении. Время — то есть тление — это свойство того, что познаётся через 5 чувств. Но время не есть средой, но свойством единицы бытия(реальности). И «путешествия» тел во времени не связаны с путешествием в пространстве( в среде обитания единиц бытия). Ведь можно постареть не сдвинувшись с места. Хотите прокатится на машине времени? Урановые шахты за пару-недельный тур перенесёт вас на несколько лет в перед, — в ссср знали о теории относительности ? А то что мы используем как точку фиксации времени(тления) есть бег, движение Земли вокруг своей оси и Солнца. Смена дня и ночи — как бы точка отсчета и фиксации изменения времени(тления). Перемены — верный способ отсчета и фиксации движения в реальности. Ведь где нет перемен — нет и движения.Минуты и секунды только точки отсчета и фиксации времени, но не есть время. Ещё синоним времени — изменение. Вера и наука — два способа познания, и они как бы два весла. Одно без другого создаёт вращение. Но не передвижение вперёд. Так вот, Православие — это не кадилом махать, но учение опирающееся на Откровения Бога и научные — подвластные 5 чувствам знания.
Масса тела возрастает пропорционально увеличению скорости света. Каким образом, если скорость света постоянна?E=mc2 Почему скорость света в квадрате?
Скорее всего имеется в виду, что масса тела возрастает пропорционально увеличению скорости вплоть до скорости света.
при увеличении скорости масса тела , возможно, не возрастает, а изменяет свое отношение к земному тяготению…
основные единицы — масса в кг, время в сек, пространство в м. Производные единицы = скорость в м/сек, ускорение в м/сек2, сила (вес) в Н ( кг х м/сек2), энергия(работа) в Н х м ( кг х мсек2 х м или кг м2/сек2 т.е. масса х скорость с в квадрате или короче массаМ х с2, ещё короче Мс2, это — простая формула ЭНЕРГИИ из классической механики, и вовсе не Эйнштейн её первым придумал,
про временные парадоксы ничего не сказано. толк от статьи?
С вероятностью 99,9…9% Эйнштейн был слишком глуп, чтобы понимать ситуацию.
Хотел нобелевку за свою бредятину.
Вот этому чудику и кинули кость, чтобы угомонился.
ТАЙНА — это причина по которой вукадемикам понадобилась теория относительности.
А потом вукадемикам понадобился спуктакль.
Весь фокус… В СКОРОСТИ.
Понятно?
СКОРОСТЬ — это количество единиц измерения расстояния в единицу времени для пространства вообще.
Этим параметром физики пользовались столетия и накропали кучу трудов.
Но тут есть один нюанс.
Для вычисления параметра СКОРОСТЬ… нужна НЕПОДВИЖНАЯ точка отсчёта.
А последней известной НЕПОДВИЖНОЙ точкой отсчёта была поверхность Земли.
Уже более 100 лет как эта ПОСЛЕДНЯЯ НЕПОДВИЖНАЯ… накрылась медным тазом.
Оказалось, что всё известное… ДВИЖЕТСЯ.
Относительно движущихся тел… определить СКОРОСТЬ невозможно.
Токмо РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ.
Результат 10 кмчас будет одинаковым для скоростей 10кмчас и 20кмчас, 110кмчас и 120кмчас, 1010кмчас и 1020кмчас.
Посему вукадемики пошли на подтасовку.
Под видом СКОРОСТИ реально использовали в формулах РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ.
А замаскировали ПОДТАСОВКУ теорией относительности.
Мошенничество с подменой скорости позволило сохранить ОШИБОЧНУЮ теорию существования кинетической энергии ТЕЛА.
Это затормозило научный поиск в физике на сотню лет.
Из за мошенничества с подменой СКОРОСТИ в физике уже ЛИШНИХ 100 лет продолжают считать что наблюдаемые результаты столкновения тел объясняются этой самой кинетической энергией ТЕЛА.
Совершенно очевидно, что на результат столкновения тел влияет таки РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ.
Проще говоря важно время за которое одно тело пройдёт через другое.
Иными словами механизм результатов столкновения тел можно образно представить как пролёт тела сквозь лопасти вентилятора.
Помимо РАЗНИЦЫ СКОРОСТЕЙ влияет ещё и структура атомов сталкивающихся тел.
Через однолопастной вентилятор таки пролететь проще чем через шестилопастной.
Насчёт изменения времени.
Вот допустим у меня есть клон которого я могу чётко видить на любом расстоянии.
Если я стартую с Земли со всё возрастающей скоростью… то ЧТО буду наблюдать?
С вероятностью 99,9…9% по мере приближения к скорости света наблюдаемые движения клона будут выглядить всё более медленными.
При достижении скорости света я скорее всего буду видить ваще НЕПОДВИЖНОГО клона.
Неподвижного и вечно молодого.
Будут проходить года, я буду стареть… а ИЗОБРАЖЕНИЕ клона будет неизменным.
Только вот состаримся и помрём мы таки примерно в одно и тоже время.
Понятно?
Суть МОШЕННИЧЕСТВА с теорией относительности заключается в непонимании кардинальной разницы между параметрами «СКОРОСТЬ» и «РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ»
СКОРОСТЬ — это количество единиц измерения расстояния на 1 (одну) единицу времени.
РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ — это количество единиц РАЗДЕЛЯЮЩЕГО ТЕЛА расстояния на 1 (одну) единицу времени.
Понятно?
СКОРОСТЬ позволяет оценить перемещение тела в пространстве.
РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ позволяет оценить только изменение расстояния между телами.
10 кмчас скорости… это совсем не тоже самое, что 10 кмчас разности скоростей.
Хотя цифра в формуле одна и таже… физический СМЫСЛ совершенно разный аднака.
https://youtu.be/bWBr2E3Y3aY
Обратите внимание, что:
Приобщение к теории относительности на видео начинается с помещения слушателей в условия ОГРАНИЧЕННОГО доступа к информации — купе вагона.
Чайник просто не обращает внимание на этот нюанс.
А зря.
Набираете в гугле:
иллюзии метод недостатка информации.
И кстати методика недостатка информации — это приём таинственный для школяров и любителей физики.
Безграмотные мошенники используют этот «эйнштейновский» фокус с незапамятных времён.
В общем смысл Теории Относительности:
если вы не можете однозначно понять двигаетесь или нет…
то вам надо высунуть голову из вагона для восстановления ориентации.
Чем дальше высунутесь, тем БОЛЬШЕ УЗНАЕТЕ и тем меньше будете читать всякую фигню.
Понятно?
Сидя внутри движущегося вагона можно воображать себя неподвижным.
Это будет ваше ВООБРАЖЕНИЕ.
Чтобы видить РЕАЛЬНОСТЬ из вагона таки надо вылазить.
Поскольку НЕПОДВИЖНОГО ТЕЛА для определения скорости найти низзя, то его существование надо принять на веру.
Отсюда и приставка «относительная» появилась в названии.
Сначала було… ВООБРАЖЕНИЕ неподвижного тела.
Посмотрел Эйнштейн на «неподвижное» тело и сказал, что ЭТО хорошо.
Хотя и немного относительно хорошо.
На следующий день було… ВООБРАЖЕНИЕ скорости тела.
Посмотрел Эйнштейн на воображаемую скорость тела и сказал, что ЭТО хорошо.
Хотя и немного относительно хорошо.
Ну подробности в общем достаточно подробно описаны в Библии.
На седьмой день Эйнштейн взглянул на ВООБРАЖАЕМУЮ ФИЗИКУ и сказал, что ЭТО хорошо.
Хотя и немного относительно хорошо.
только почему-то все считают гением не вас, а Эйнштейна.вот парадокс.
Скорость света не «священная корова». Не понимая природы света можно долго находится в заблуждении. Свет есть свойство среды распространения упругих колебаний, точно такое как и звук в атмосфере. Если среда (эфир, вакуум,физический вакуум — кому как угодно) будет менять свои параметры (плотность, давление и т.д.), то и скорость распространения будет меняться, т.е. скорость света нельзя принимать const априори.
Ну вы даете! Что за бред то вообще… Я чуть себе голову не сломала, пытаясь понять ваши мысли. Вы почитайте что-нибудь более серьезное, чем статью для чайников и прекратите выдавать такой откровенный бред.
www.sciencedebate2008.com
Сверим часы?: Теория относительности
В конце XIX века законы движения и тяготения, открытые Ньютоном, повсеместно использовались для расчетов и находили все больше экспериментальных подтверждений. Ничто, казалось, не предвещало переворот в этой области. Однако дело уже давно не ограничивалось только механикой: как итог экспериментальной деятельности многих ученых в области электричества и магнетизма появились уравнения Максвелла. Вот тут-то и начались проблемы с законами физики. Уравнения Максвелла сводят воедино электричество, магнетизм и свет. Из них следует, что скорость электромагнитных волн, в том числе и световых, не зависит от движения излучателя и равна в вакууме примерно 300 тыс. км/с. Это никак не согласуется с механикой Ньютона и Галилея. Предположим, воздушный шар летит относительно Земли со скоростью 100 тыс. км/с. Выстрелим вперед из светового ружья световой пулей, скорость которой 300 тыс. км/с. Тогда, по формулам Галилея, скорости следует просто сложить, а значит, пуля полетит относительно Земли со скоростью уже 400 тыс. км/с. Никакого постоянства скорости света не получается!
Было приложено немало усилий, чтобы обнаружить изменение скорости света при движении излучателя, но ни один из хитроумных опытов не удался. Даже самый точный из них, эксперимент Майкельсона — Морли, дал отрицательный результат. Значит, что-то неверно в уравнениях Максвелла? Но ведь они прекрасно описывают все электрические и магнитные явления. И тогда Анри Пуанкаре высказал мысль, что дело все-таки не в уравнениях, а в принципе относительности: все физические законы, не только механические, как у Ньютона, но и электрические, должны быть одинаковы в системах, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. В 1904 году датчанин Хендрик Антон Лоренц специально для уравнений Максвелла получил новые формулы пересчета координат движущейся системы относительно неподвижной и наоборот. Но это помогло лишь отчасти: получалось, что для законов Ньютона нужно использовать одни преобразования, а для уравнений Максвелла другие. Вопрос оставался открытым.
Специальная теория относительности
Преобразования, предложенные Лоренцем, таили в себе два важных следствия. Оказалось, что при переходе от одной системы к другой нужно обязательно подвергать преобразованиям не только координаты, но и время. А кроме того, размер движущегося тела, рассчитанный по формулам Лоренца, изменялся — он становился меньше вдоль направления движения! Поэтому скорости, превышающие скорость света, теряли всякий физический смысл, так как при этом тела сжимались до нулевых размеров. Многие физики, в том числе и сам Лоренц, считали эти выводы просто математическим казусом. Пока за дело не взялся Эйнштейн.
Почему же теория относительности носит имя Эйнштейна, если принцип относительности сформулировал Пуанкаре, постоянство скорости света вывел Максвелл, а правила преобразования координат придумал Лоренц? Прежде всего скажем, что все, о чем мы говорили до сих пор, касается только так называемой «специальной теории относительности» (СТО). Вопреки расхожему мнению, вклад Эйнштейна в эту теорию отнюдь не ограничивается простым обобщением результатов. Во‑первых, ему удалось получить все уравнения, основываясь всего на двух постулатах — принципе относительности и принципе постоянства скорости света. А во-вторых, он понял, какую поправку следует внести в закон Ньютона, чтобы тот не выпадал из новой картины мира и не менялся при преобразованиях Лоренца. Для этого пришлось критически отнестись к двум до того незыблемым основам классической механики — к абсолютности времени и постоянству массы тела.
Ничего абсолютного
В Ньютоновой механике звездное время было молчаливо отождествлено с абсолютным временем, а в теории Эйнштейна каждой системе отсчета соответствует свое собственное, «местное» время и нет таких часов, которые отсчитывали бы время для всей Вселенной. Но выводов об относительности времени оказалось недостаточно, чтобы устранить противоречия между электродинамикой и классической механикой. Эта задача была решена, когда пал другой классический бастион — постоянство массы. Эйнштейн ввел изменения в основной закон Ньютона о пропорциональности силы ускорению и получил, что масса неограниченно возрастает при приближении к скорости света. Действительно, ведь из постулатов СТО следует, что скорость, большая скорости света, не имеет физического смысла, а значит, никакая сила не может больше увеличивать скорость тела, уже летящего со скоростью света, то есть в этих условиях сила уже не вызывает ускорения! Чем больше скорость тела, тем труднее его ускорить.
А поскольку коэффициент пропорциональности и есть масса (или инерция), то отсюда следует, что масса тела возрастает при увеличении скорости.
Замечательно, что этот вывод был сделан еще в ту пору, когда не наблюдалось явных противоречий и несоответствий между результатами опытов и законами Ньютона. В обычных условиях изменение массы незначительно, а обнаружить его экспериментально можно лишь при очень больших скоростях, близких к скорости света. Даже для спутника, летящего со скоростью 8 км/с, поправка к массе составит не более одной двухмиллиардной. Но уже в 1906 году выводы СТО нашли свое подтверждение при исследовании электронов, движущихся с большими скоростями: в опытах Кауфмана было зафиксировано изменение массы этих частиц. А на современных ускорителях разогнать частицы просто не получится, если провести расчеты классическим способом без учета специальной теории относительности.
Но дальше оказалось, что непостоянство массы позволяет сделать еще более фундаментальное заключение. При увеличении скорости растет масса, растет энергия движения… Не одно ли это и то же? Математические выкладки подтвердили догадку об эквивалентности массы и энергии, и в 1907 году Эйнштейн получил свою знаменитую формулу E = mc2. Это и есть главный вывод СТО. Масса и энергия представляют собой одно и то же и преобразуются друг в друга! И если какое-нибудь тело (например, атом урана) вдруг распадается на два, которые в сумме имеют меньшую массу, то остаток массы переходит в энергию движения. Сам Эйнштейн предполагал, что заметить изменение массы можно будет лишь при огромных выделениях энергии, поскольку коэффициент c2 в полученной им формуле очень и очень велик. Но и он, вероятно, не ожидал, что эти теоретические рассуждения заведут человечество так далеко. Создание атомной бомбы подтвердило справедливость специальной теории относительности, только уж слишком дорогой ценой.
Казалось бы, нет оснований сомневаться в правильности теории. Но тут впору вспомнить слова Эйнштейна: «Опыт никогда не скажет теории «да», но говорит в лучшем случае «может быть», большей же частью — просто «нет». Последний, самый точный эксперимент по проверке одного из постулатов СТО, постоянства скорости света, был проведен совсем недавно, в 2001 году, в Университете города Констанц (Германия). Стоячую лазерную волну помещали в «коробочку» из сверхчистого сапфира, охлажденную до температуры жидкого гелия, и в течение полугода следили за изменением частоты света. Если бы скорость света зависела от скорости движения лаборатории, то и частота этой волны менялась бы при движении Земли по орбите. Но никаких изменений заметить пока не удалось.
Общая теория относительности
Опубликовав в 1905 году свою знаменитую работу «К электродинамике движущихся тел», посвященную СТО, Эйнштейн двинулся дальше. Он был убежден, что СТО — это только часть пути. Принцип относительности должен быть справедлив в любых системах отсчета, а не только в тех, которые движутся равномерно и прямолинейно. Это убеждение Эйнштейна было не просто догадкой, в его основе лежал экспериментальный факт, соблюдение принципа эквивалентности. Поясним, что это такое. В законах движения фигурирует так называемая «инертная» масса, которая показывает, насколько тело трудно ускорить, а в законах тяготения — «тяжелая» масса, определяющая силу притяжения между телами. Принцип эквивалентности предполагает, что эти массы в точности равны друг другу, но только опыт может подтвердить, так ли это на самом деле. Из принципа эквивалентности следует, что все тела должны двигаться в поле тяжести с одинаковым ускорением. Еще Галилей проверял это обстоятельство, бросая, согласно легенде, разные тела с Пизанской башни. Тогда точность измерений составила 1%, Ньютон довел ее до 0,1%, а, по последним данным 1995 года, мы можем быть уверены, что принцип эквивалентности выполняется с точностью 5 х 10−13.
Взяв за основу принцип эквивалентности и принцип относительности, через десять лет напряженной работы Эйнштейн создал свою теорию тяготения, или общую теорию относительности (ОТО), которая и по сей день не перестает восхищать теоретиков своей математической красотой. Пространство и время в теории тяготения Эйнштейна оказались подвержены удивительным метаморфозам. Гравитационное поле, которое создают вокруг себя тела, обладающие массой, искривляет окружающее пространство. Представьте себе шарик, лежащий на батуте. Чем тяжелее шарик, тем больше прогнется сетка батута. И время, превращенное в четвертое измерение, не остается в стороне: чем больше гравитационное поле, тем медленнее течет время.
Первое подтвердившееся предсказание ОТО сделал сам Эйнштейн еще в 1915 году. Оно касалось движения Меркурия. Перигелий этой планеты (то есть точка ее максимального приближения к Солнцу) постепенно меняет свое положение. За сто лет наблюдений с Земли смещение составило 43,1 угловой секунды. Только общая теория относительности смогла дать потрясающе точное предсказание этой величины — 43 угловых секунды. Следующим шагом стали наблюдения за отклонением световых лучей в гравитационном поле Солнца во время полного солнечного затмения 1919 года. С тех пор проведено немало таких экспериментов, и все они подтверждают ОТО — при том, что точность постоянно растет. Например, в 1984 году она составила 0,3%, а в 1995 году — уже менее 0,1%.
С появлением атомных часов дело дошло и до самого времени. Достаточно поместить одни часы на вершине горы, другие у ее подножия — и можно уловить разницу хода времени! А с появлением спутниковых систем глобального позиционирования теория относительности перешла наконец из разряда ученых развлечений в сугубо практическую область. Спутники GPS, например, летают на высоте порядка 20 тыс. км со скоростью около 4 км/с. Так как они находятся довольно далеко от Земли, часы на них, согласно ОТО, спешат примерно на 45 микросекунд (мкс) в день, но поскольку они летят с большой скоростью, то вследствие СТО те же часы ежедневно отстают примерно на 7 мкс. Если эти поправки не учесть, то вся система станет никуда не годной в течение нескольких дней! Перед отправкой на орбиту атомные часы на спутниках корректируют так, чтобы они шли медленнее где-то на 38 мкс в день. И то, что после такой корректировки мой простенький приемник GPS изо дня в день правильно показывает мои координаты на необъятной земной поверхности, серьезно укрепляет мое доверие к теории относительности.
Все эти успехи только раззадоривают охотников за относительностью. Сегодня в каждом уважающем себя университете имеется лаборатория по поиску гравитационных волн, которые, согласно теории тяготения Эйнштейна, должны распространяться со скоростью света. Найти их пока не удалось. Еще один камень преткновения — связь ОТО и квантовой механики. Обе они прекрасно согласуются с экспериментом, но совершенно не совместимы друг с другом. Не правда ли, чем-то напоминает классическую механику и электромагнетизм конца XIX века? Пожалуй, стоит ждать перемен.
www.popmech.ru
Теория относительности для чайников
Специальная теория относительности, перевернувшая в начале прошлого столетия общепринятые представления о мире, до сих пор продолжает будоражить умы и сердца людей. Сегодня мы попытаемся разобраться вместе, что это такое.
Теория относительности для чайников
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.
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 ниже 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.
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.
naked-science.ru