• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
06.05.2014
Редакция Naked Science
55
230 669

Теория относительности для чайников

5.0

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
©Wikipedia / Автор: Sycophanta Duccius

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 Специальной теории относительности 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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 13:10
Полина Меньшова

Хотя доступ к словам, синтаксическим структурам и нелингвистическим символам способен облегчить некоторые когнитивные процессы, язык вряд ли можно считать основой любой формы мышления. К такому выводу пришли ученые из США, проанализировав данные исследований за последние 20 лет.

6 часов назад
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

Вчера, 10:10
Александр Березин

Восемьдесят лет назад началось наступление советских войск в Белоруссии — операция «Багратион». Дальше случилось нечто крайне необычное: Ставка рассчитывала ударить на 150-200 километров в глубину. Но в итоге наступать пришлось на 600 километров. Почему немецкий фронт так быстро развалился, хотя войска Гитлера в 1944 году были материально обеспечены лучше, чем когда-либо еще во Второй мировой войне? И отчего Красная армия не смогла до конца воспользоваться плодами своих побед?

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

20 июня
МПСУ

Эмоциональное выгорание ИТ-специалиста напрямую связано с его личностными характеристиками. С профессиональными перегрузками и стажем связи нет. К такому выводу пришли ученые МПСУ, которые исследовали ИТ-специалистов двух компаний. Жизнестойкость, то есть способность человека выдерживать стрессовые ситуации без снижения успешности деятельности, в совокупности с внутренней положительной мотивацией формируют иммунитет к эмоциональному выгоранию специалиста в ИТ-сфере. Блокаторами стали интерес к работе и профессиональная удовлетворенность.

Вчера, 13:10
Полина Меньшова

Хотя доступ к словам, синтаксическим структурам и нелингвистическим символам способен облегчить некоторые когнитивные процессы, язык вряд ли можно считать основой любой формы мышления. К такому выводу пришли ученые из США, проанализировав данные исследований за последние 20 лет.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

55 Комментариев
myrisa06@mail.ru
29.10.2022
-
0
+
Здесь вступает в силу другой закон - Нельзя! - не стороны физики и математики, а со стороны физиков и математиков!! Закостенела, смотря на ТО Эйнштейна, как на догму! И атом считали неделимым... Детский сад, а не учёные. Возвели себе барьер и сидят, смотрят. Всех всё устраивает, деньги осваиваются успешно. А подпрыгнуть не пробовали?! Заглянуть за него... Я в детстве прыгал на батуте, там столько интересного вокруг! Создайте батут!!!
Crowood
22.09.2022
-
0
+
// А вот и неплохое дополнение к СТО Эйншвайна: https://clck.ru/327cdk //
Олег Лем
26.04.2021
-
0
+
Во тупицы, прочитайте сначала теорию сто, откуда она взялась, а затем уже беритесь писать статьи для чайников. Пока вы сами чайники. Лазер это не луч света, он не летит во все стороны, а только туда, куда его направили и поэтому в ту точку на летящем корабле он никогда не попадет. С помощью лазера можно определить движется обьект или стоит. У Энштейна лазера не было и поэтому он тогда еще не мог предвидеть таких вариантов. Лазер для демонстрации поперечных эффектов не годится
А кто вам вообще сказал что есть скорость света? сама скорость изначально придумана как термин для упрощения вычисления и не более. Тоже самое касается и время. Есть частота определённого момента, слова, мысли, места, состояния, + вибрация + тон = ? я не знаю как это назвать но припустим нулевая точка. Вот и всё. В скорости есть точка а1 и а1. начало и конец, тоже самое касается и телепортации. всё остальное что мы наблюдаем это- следствие-S которое мы можем наблюдать, наблюдаем, наблюдают. Тоже самое касается и (слово, мысль, место, состояние, действие ) Вибрация-V и тон-T, это то что даёт заряд этой частоте в определённый момент возникновения а1, при этом, она уже имеет конечную точку а1. путём следствия-S ( начало и конец) , обуздав это, можно смело сказать,что ты ХРАНИТЕЛЬ времени. ФОРМУЛА а1+S*[V+T]=a1. Древние это знали, мы узнаем.
Oleg Gulenko
15.12.2020
-
-1
+
До умовної зірки Z летіти 4 роки із швидкістю С , туди 4-ри і назад 4-ри земних роки...!Змотався туди- сюди....? Була б менша швидкість, наприклад 0,5 С летів би 16 років....? Його не було 8-м років...? З якого дива на Землі має пройти тисяча років...?
    Evgen Storm
    15.12.2020
    -
    0
    +
    В статье же русским по белому написано: "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." Т.е. на движение туда-обратно СТО не распространяется.
    +
      ещё комментарии
    Олег Лем
    26.04.2021
    -
    0
    +
    це диво називається сповільнення процессів при русі зі швидкостями близькими до світлових, тобто сповільняються всі процесси на квантовому рівні, біохімічному рівні а з цього випливае сповільнення процессу старіння. В принципі сповільняются процесси и у звичайних тіл які рухаються з маленькими швидкостями, але це дуже маленькі зміни. але чим швидше рухаєшся тим повільніше старієш
Михаил Лещ
13.08.2020
-
1
+
То что, А.Эйнштейн - обычный балбес от академической науки я не раз писал, в том числе и в комментариях к статьям Naked Science, что очень не нравилось авторам публикаций, проблема конечно не в Эйнштейне, а не в состоятельности механики Ньютона и Галилея в шарлатанстве академической науки в целом СТО и ОТО Эйнштейна - фиговый листок, для прикрытия глупости Ньютона.
Вирус COVID-19 ещё пару раз мутирует и найденная терапия окажется бесполезной
Да ... а если скорость света неизменна, и два объекта движутся друг относительно друга со скоростью света, то как это всё согласуется с теорией?
    Олег Лем
    26.04.2021
    -
    0
    +
    два обьекта друг относительно друга могут двигаться с любой скоростью так же как два фотона летящих в противоположных направлениях относительно друг друга имеют скорость 2С
taras4324
09.11.2019
-
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!
-
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?
    Олег Лем
    26.04.2021
    -
    0
    +
    а ты сильно чувствуешь на земле центростремительное ускорение? вот и я не чувствую, и земля не испытывает по отношению к солнцу никакого центростремительного ускорения иначе мы все с земли поулетали нахрен. мы все движемся в искривленном гравитацией пространстве, поэтому с центробежным вращением на карусели тута нет ничего общего, для земли как и для других тел этот путь можно считать прямым инерциальным
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.
DELETED
13.10.2018
-
0
+
ОТО и СТО это типа приватизации и пенсионной реформы
DELETED
13.10.2018
-
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 .
DELETED
13.10.2018
-
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 ?
DELETED
13.10.2018
-
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 .
    Олег Лем
    26.04.2021
    -
    0
    +
    интересно читать коменты людей абсолютно далеких от действительности и теории относительности. от действительности потому что большинство предсказаний ТО уже доказано экспериментально и теория в целом работает
DELETED
13.10.2018
-
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
10.04.2018
-
0
+
Заставь дурака Богу молится он и лоб себе разобьет. Время - длительность события или явления, его измерение придумали люди, по разному.
gvsrurinov
08.04.2018
-
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
    30.04.2018
    -
    0
    +
    Меня уже уболтали: я без напряга переступаю через любые самолюбия :-) ... А на вопросы чайников Вы тоже отвечаете?
    Олег Лем
    26.04.2021
    -
    0
    +
    я могу и без математического текста обьяснить теорию, так же как без математики можно обьяснить что лазер не годится для демонстрации сто в движущемся корабле
alsten
14.03.2018
-
0
+
Теория относительности (и пример с лучом и зеркалом) работает только тогда, когда наблюдающий объект находиться вне времени, а такое не возможно.
    gvsrurinov
    08.04.2018
    -
    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.
    +
      ещё комментарии
      alsten
      08.04.2018
      -
      0
      +
      Че за ерунду несешь? Иди изучай, что такое время!
        -
        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.
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.
    gvsrurinov
    08.04.2018
    -
    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
    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.
    +
      ещё комментарии
    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.
1
2