Теория относительности для чайников — Naked Science
06.05.2014
11 минут
Редакция
34

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.

everything-you-ever-wanted-to-know-about-albert-einstein

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 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. 

Сверху – вы послали луч света в потолок, он отразился и вертикально упал на детектор. Снизу – для Германа ваш луч света двигается по диагонали к потолку, а затем – по диагонали к детектору

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.

©deviantART/ RowanPhoenix

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.

Позавчера, 14:50
3 минуты
Денис Гордеев

Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.

Вчера, 18:58
37 минут
Александр Березин

Поток новостей показывает каждое научное открытие как необычно важное, отчего бывает сложно выделить самые значимые. Вот наша версия десятки самых выдающихся научных достижений года. Расскажем о них поподробнее.

Вчера, 11:52
4 минуты
Сергей Васильев

В янтаре сохранились не только перья динозавров, но и пившие их кровь насекомые мелового периода.

Позавчера, 14:50
3 минуты
Денис Гордеев

Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.

7 декабря
4 минуты
Илья Ведмеденко

Эксперты измерили радиолокационную заметность нового шведского корвета типа «Висбю»: она оказалась чрезвычайно малой.

8 декабря
24 минуты
Редакция

Конспирологические теории давно вышли за пределы камерных форумов в Сети и разговоров на кухнях – сегодня о них можно прочитать в газетах и услышать по ТВ. Их сторонники считают, что Земля плоская, первые лица государств – инопланетяне-рептилоиды, а ВИЧ выдумали фармакологические компании. Разберемся, какие особенности нашего восприятия делают конспирологию такой привлекательной и может ли вера в мировой заговор нанести реальный ущерб.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

4 декабря
39 минут
Александр Березин

В 2017 году от рака умерло 9,6 миллиона человек, и с каждым годом эта цифра будет расти. Есть ли способы остановить наступление этой болезни на человеческие жизни?

Позавчера, 14:50
3 минуты
Денис Гордеев

Меняющаяся структура глобального рынка автомобилей приведет к массовым сокращениям.

[miniorange_social_login]

Комментарии

34 Комментариев

taras4324
12:32
-
0
+
А кто нибудь видел материальные тела движущиеся со скоростью света. Ну наверное видели только уже как свет и не знали, что это материальные тела. Бред какой-то!
Алексей Маров
12:32
-
0
+
Если вдуматься, то никакого прямолинейного и равномерного движения в природе не существует. Любой наблюдатель вращается вместе с поверхностью земли. Земля вращается вокруг солнца, солнце вокруг центра галактики, галактики разбегаются с возрастающим ускорением из гипотетического центра Большого взрыва. Если сложить вращение планет, с вращением солнца в галактике, то получится спираль. Получается, что известный нам вид движения в природе это вращение. Зачем изобретать гипотетическую силу (чёрную энергию) ответственную за разбегание галактик? Почему ей не может быть центростремительное ускорение видимого участка вселенной, которое превосходит силу тяготения?
Александр Максютин
12:32
-
0
+
Не вдаваясь в математику, рассматривая наблюдаемые явления, как реально существующие ощутимые сущности, можно говорить об искажении пространства, которое утверждает ОТО, только в том случае – относительно чего происходит искажение. Для этого необходимо рассматривать и сравнивать пространство, как две сущности: - Геометрическая сущность, которая в логическом, в сформировавшемся в нашем сознании, представлении исказиться не может; - Физическая сущность – физический вакуум, термин, который в настоящее время внедряется в физику – это, своего рода желе, механически человеком не ощущаемое, абсолютно плотная субстанция, представляющая собой, совокупность бесконечно больших полей, имеющих в каждой точке свою напряжённость, которая изменяется в присутствии локальных источников поля: - Электромагнитного - взаимосвязанных электрического и магнитного полей; - Гравитационного, из-за лжетеории ОТО, закономерность взаимосвязи которого с электромагнитным полем не установлена до сих пор. Из-за того, что физика направлена по ложному пути, до сих пор нет определения массы, эквивалентности сил тяжести и инерции, как физических сущностей. Касаясь этого вопроса, математики начинают пудрить мозги, выкручиваться, перепрыгивая из одной системы в другую. Человеку с его пониманием, что всё имеет начало и конец, что всё можно увидеть и пощупать, трудно переключить свой сознание, что в непознанной природе всё может быть по другому. Однако, гравитационное поле, как компонент физического вакуума или просто вакуума, человек не осознанно ощущает в виде массы и силы тяжести. Силу тяжести человек научился искусственно создавать помощью центрифуги, которая называется как центробежная сила, своего рода, гравитационная аномалия на однородном фоне, скомпенсированного однородного гравитационного поля, Вселенной. Электромагнитное поле - с помощью электромагнитных приборов. Естественные и искусственно создаваемые поля являются локальными проявлениями, своего рода, аномалиями на фоне однородных бесконечно больших полей. Величина искусственных аномалий ограничивается только техническими возможностями приборов, созданных человеком: электромагниты, источники генераторов высокого напряжения, скорость вращения центрифуги. В общем случае они стремятся к бесконечности. Таким образом, масса, гравитационное и электромагнитное поля являются взаимосвязанными элементами пространства, как физической сущности - вакуума. Естественными источниками гравитационных аномалий являются скопления локальных масс во Вселенной, создающими неоднородность гравитационного поля в Пространстве, выражаясь языком физики - градиент, напряжённость поля. Отказываться от этого понятия в угоду лжетеории, заблуждение. Тормозом развития физики и создания Единой теории поля явилась лжетеория алфизика Эйнштейна. Единственное, что можно признать верным в его теории – это эквивалентность массы и энергии. ОТО не привела за сто лет к разгадке природы массы, эквивалентности сил тяжести и инерции. Это два основополагающих вопроса в физике, которая находится под колпаком ОТО, на которые нет ответа до сих пор и не будет, потому что ОТО отрицает существование эфира, как субстанции, заполняющей пространство. Хотя на основании законов Ньютона, принцип Маха однозначно определяет массу, как результат взаимодействия тела с гравитационной составляющей физического вакуума и появления силы инерции при ускоренном движении в бесконечно большом гравитационном поле, относительно полу пространств Вселенной.
ulogin_facebook_793122580828231
12:32
-
0
+
ОТО и СТО это типа приватизации и пенсионной реформы
ulogin_facebook_793122580828231
12:32
-
0
+
чел в трамвае не увидит что брошенная сумка летит вниз . так как она как и ВСЁ в мире с чем то связана . и по инерции вагон так идёт а ! сумка вот ! так . так как и малое притягиает большое и большое малое . и нет ничё мире без гравитации. кстати и вагон палетит к сумке ! а так как вагон летит вперёт то и будет сильнее тащить сумку . мелочи . а ОТО не мелочь в жизни обычной . придумал то что нет эйнштейн (нет ничё прямолетящего ) и к этому придуманному придумал прицепить явь - мир наш .
ulogin_facebook_793122580828231
12:32
-
0
+
ползёт жук по ветке и не знает что она крива . - так говорят . а разе не чуствует ? что нада наклоняться и не по а снизу ползти ? патом 2 жука идут по 2 параллельным КРИВЫМ и встречаются . эт чё ? типа ты дурак и нечево суваться в физику ?
ulogin_facebook_793122580828231
12:32
-
0
+
едет эйнштейн на трамвае . видит часы . и думает если трамай паедет са скорастью света ! то время астановится . часы то тут при чём ? как шли так и пайдут . в трамвае ? каторый бешено летит ? время астановится ! не достигнет ? скорости ? канешна . так как не хватит энергии . само сабой а не по тому что там что то увеличивается и замедляется . трамвай относительно Земли летит со скоростью света . и + сама земля . что будет ? трамвай растянется ( куда ? ) а земля и не знала об этом и что не плясавать скорость . а то сама растянется . трамвай тяжёлый её тормозить будет . а может к се притянет .
ulogin_facebook_793122580828231
12:32
-
0
+
летят 2 карабля и им нада тока знать скорости относительно друг друга . а то что ани летят 7 км в сек не нада знать . эт не существенно . не верите ? можете врезаться в атмасферу и вам ничё не будет
gvsrurinov
12:32
-
1
+
Заставь дурака Богу молится он и лоб себе разобьет. Время - длительность события или явления, его измерение придумали люди, по разному.
alsten
12:32
-
0
+
Теория относительности (и пример с лучом и зеркалом) работает только тогда, когда наблюдающий объект находиться вне времени, а такое не возможно.
    gvsrurinov
    12:32
    -
    0
    +
    Теория относительности проста, ее суть в следующем: На моей лысине три волосинки - это явно мало для кучерявости, но если три волосинки попадаются подряд в супе - это уже слишком много. Не надо изобретать велосипед. Надо уяснить для себя принцип относительности.
      alsten
      12:32
      -
      0
      +
      Че за ерунду несешь? Иди изучай, что такое время!
        ulogin_vkontakte_261174144
        12:32
        -
        0
        +
        А чего его изучать это самое время? Вы в школе что ли не учились? ВРЕМЯ - это двумерное (состоящее из двух шкал) пространство. На одной шкале распады цезия, на другой секунды. Определённому количеству распадов цезия соответсвует секунда. Чего тут непонятно? Чтобы ВРЕМЯ стало непостоянным, надо чтобы распады цезия стали быстрее или медленнее. В результате просто напросто существующая система счисления времени накроется медным тазом и... человекам придётся придумывать что-то другое. Усё.
ulogin_facebook_100826710686113
12:32
-
0
+
Ну, никто не отменял спорности теории. Много чего из нее доказать невозможно. Вернее, результаты экспериментов будут неоднозначными. Именно эту неоднозначность использует в своих выводах Эйнштейн. Но наука не религия, и трактования в ней не допустимы. Поэтому в будущем нас ждёт радикальный пересмотр данной теории.
    Александр Максютин
    12:32
    -
    0
    +
    Алфизик Эйнштейн затормозил своей ОТО развитие классической физики на сто лет. Единственное, с чем можно согласиться это эквивалентность массы и энергии. Остальное всё бред. Не смотря на то, что алхимики находились на ложном пути, они внесли свой вклад в развитие науки. Отрицательный результат, тоже результат.
    Александр Максютин
    12:32
    -
    0
    +
    Отвергнув Принцип Маха и существования эфира Эйнштейн перевел стрелки развития физики на рельсы математики, которая завела физику и астрофизику в болото и поповщину, утверждающую время нелепого взрыва из ничего, образования и расширения Вселенной в никуда. Математические выводы должны полностью соответствовать физическому представлению явлений природы. Если этого нет, значит, теория ошибочна. Математика, всего на всего, инструмент для количественной оценки физических явлений. Подмена физики математикой привела к абсурдному выводу о начале образования Вселенной, своего рода, древне-средневековая поповщина. Принимая во внимание незыблемые законы Ньютона, на основании которых можно утверждать, что в любой точке пространства бесконечно большой массы Вселенной существует бесконечно большое гравитационное поле, физическая сущность таких явлений природы, как масса тела и эквивалентность сил тяжести и инерции, становится понятной и объяснимой. Одним из доказательств этого является появление центробежной силы в центрифуге.
    gvsrurinov
    12:32
    -
    0
    +
    Не спорить надо, а понять. У каждого математика или физика свой Язык изложения, свои понятия , свое видение Мира. Приведу пример. Кто не слышал о Большой или Великой теореме Ферма, кто только не пытался решить ее, сколько раз ее объявляли решенной. Последний, Уилсон, американец, доказывал ее с помощью н-мерных конусов 4 часа. Через полчаса в зале остался только его оппонент. Но "влиятельные" издания протрубили о его успехе . Вопрос: " А во времена Ферма было ли само понятие Н-мерный конус?" Удивительное доказательство самого Ферма занимает всего три строчки, но даже академикам не хватит ста строк чтобы понять его. Но оно элементарное. Если возникнут вопросы, то моя почта: gvsrurinov@mail.ru
ulogin_facebook_459339527731157
12:32
-
0
+
Я ничего не понял. Всё это говорится о линейной скорости, сиречь о движении по прямой. А угловая? Если я поставлю юлу на весы и начну её раскручивать, увеличится ли её масса?
    gvsrurinov
    12:32
    -
    0
    +
    И ничего не поймешь пока не вникнешь в суть этой теории. Она недоступна всем потому что так написана. Обращайся на почту: gvsrurinov@mail.ru Человек создал - другой должен понять его язык, а уж потом теорию. Изучи язык Einsteina пока по фото.
    alsten
    12:32
    -
    0
    +
    Я так понял, масса увеличивается на оси на которой дело движется, или траектория, называй как удобнее. Если взять пример который ты привел: если юла крутиться с большой скоростью то масса на вертикальной оси не меняется, а значит весы будут показывать одинаково. Но если взять горизонталь юлы, то чем быстрее она крутиться тем больше силы тебе надо что бы ее остановить или если подставить руку и остановить юлу то чем сильнее она крутится тем сильнее ударит по руке (значит она стала тяжелее). Еще как я для себя объясняю, чем быстрее скорость у машины тем тяжелее ее остановить и когда больше скорость больше ее размажет. Кажется так.
    ulogin_facebook_100826710686113
    12:32
    -
    0
    +
    На мой взгляд, следует разделить такие понятия как постоянная масса покоя с коэффициентом гравитации. Во времена Эйнштейна, эти понятия имели несколько другой смысл. Ведь постоянная масса тела существует как самостоятельная величина, но значение ее весьма относительно. Мало того, эти величины привязаны друг к другу.
ulogin_vkontakte_261174144
12:32
-
0
+
Эйнштейн вообще тупой.
    gvsrurinov
    12:32
    -
    0
    +
    Не надо так, вы не знаете чего хотел Tinstein и кем был. хотите узнать? Понять его теорию? Обращайтесь , моя почта: gvsrurinov@mail.ru
    ulogin_facebook_100826710686113
    12:32
    -
    0
    +
    Да в теории же все ясно описано: имеет значение относительная скорость. А Вы занимаетесь казуистикой. Изучите сначала теорию.
      ulogin_vkontakte_261174144
      12:32
      -
      0
      +
      Я знаком не только с теорией, но и с практикой. В системе, состоящей только из движущихся объектов, НЕВОЗМОЖНО знать скорость. Понятно? ТЕОРЕТИЧЕСКИ вы можете 5 кмчас разницы скоростей с соседним автомобилем обозвать скоростью и курить бамбук. Типа вы знаете свою СКОРОСТЬ.:) Только вот потом очень удивитесь РЕЗУЛЬТАТУ от ентих 5 кмчас когда врежетесь головой в столб. Причём долбанётесь головой о столб отнюдь не теоретически.
ulogin_facebook_179503545797452
12:32
-
0
+
Тут не наука, а проблемы с воображением! Импульс света может иметь только одну траекторию (прямую линию) как раз потому что скорость света не зависит от скорости источника. Если корабль 1 находится в полном покое, импульс света отразится по прямой и попадет на детектор. Если корабль 1 в движении, луч света будет иметь такую же траекторию, но на детектор не попадет, так как корабль улетит с прямой распространения импульса. Наблюдатели в обоих кораблях будут видеть луч света в любом случае совершенно одинаково - как прямую линию. Если говорят о луче света, то следует понимать, что это поток импульсов, которые испускаются из разных точек пространства, каждый из которых распространяется строго по прямой. Таким образом эффект изменения времени и длины отменяется. Ничего не меняется, так как импульс света проходит одно и то же расстояние в любом случае и при наблюдении из любой системы отсчета.
    gvsrurinov
    12:32
    -
    0
    +
    Траектория здесь одна - прямая. Ум зависит от извилин, а у некоторых она одна и та прямая. Переступите самолюбие и обратитесь на мою почту: gvsrurinov@mail.ru Я изложу эту теорию понятно школьнику. Здесь маттекст невозможен.
      Sergo40
      12:32
      -
      0
      +
      Меня уже уболтали: я без напряга переступаю через любые самолюбия :-) ... А на вопросы чайников Вы тоже отвечаете?
Mashindress
12:32
-
0
+
заапууутаааноо, лучше поподробнее)
ulogin_vkontakte_192919313
12:32
-
0
+
Правильно написано "для чайников", много всего и всё это ни о чём. Уверен все кто раньше об этом ничего не слышал и не изучал, прочитает и через 5 минут уже не сможет обьяснить суть.
    gvsrurinov
    12:32
    -
    0
    +
    Вы правы. Тот кто составлял это не знает даже принципа относительности. Суть, смысл теории относительности не понял никто, я могу раскрыть секрет Einsteina, но только по почте, маттекст здесь не изложишь, :gvsrurinov@mail.ru
ulogin_vkontakte_24493046
12:32
-
0
+
Спасибо за крутую статью)) "Лайк" :)
    gvsrurinov
    12:32
    -
    0
    +
    Это удивительная теория, я знаю о ней все. Хотите ее понять, хотя бы то что в школьных учебниках, я изложу понятно для школьника, но только по почте: gvsrurinov@mail.ru Математический текст здесь не набрать.

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: