Теория относительности для чайников — Naked Science
12 минут
Редакция
52

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

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.
4 мая
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из Финляндии определили причины того, почему «собака бывает кусачей» по отношению к человеку и другим животным.

Позавчера, 15:05
5 минут
Ольга Иванова

Числом Данбара называют ограничение постоянных социальных связей, которые могут поддерживать человек и другие виды приматов. Это обусловлено нашей биологией, точнее — размером мозга. Ученые из Швеции поставили под сомнение знаменитую гипотезу.

Вчера, 11:42
4 минуты
Ольга Иванова

При помощи анализа ДНК ученым из Канады удалось определить личность одного из участников пропавшей экспедиции Франклина 1845-1847 годов. Им оказался инженер Джон Грегори.

1 мая
37 минут
Александр Березин

Бразильское агентство по наблюдению за здоровьем граждан (ANVISA) заявило, что нашло в вакцине «Спутник-V» некий живой вирус. Что оно имеет в виду и почему более авторитетные западные игроки не выявили подобных причин для беспокойства? Есть и другие поводы для обеспокоенных вопросов. Обе массовые западные аденовирусные вакцины от Covid-19 вызывают необычные тромбы, которые уже имели смертельные исходы. Правы ли те, кто ожидает таких же побочных эффектов от «Спутника», и почему их в этом случае еще ни разу не смогли найти?

2 мая
62 минуты
Николай Цыгикало

Знаменитый ракетный комплекс «Искандер» стал одним из символов российской военной мощи. Он не покидает центра внимания экспертов и средств массовой информации, а его тактико-технические характеристики приводятся в каждом информационном ресурсе военной тематики. Но цифры цифрами, а что за ними? Посмотрим на работу «Искандера» с разных сторон, чтобы разобраться в принципах действия и логике конструктивных решений. Тогда глубина понимания позволит пройти дальше одних лишь цифр ТТХ, и при всей важности они окажутся не на первом месте. Наш материал — самый полный рассказ о работе «Искандера» в открытом доступе.

4 мая
4 минуты
Ольга Иванова

Ученые из Финляндии определили причины того, почему «собака бывает кусачей» по отношению к человеку и другим животным.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

[miniorange_social_login]

Комментарии

52 Комментариев

1 неделя назад
-
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.
15.12.2020
-
0
+
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...?
    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
    1 неделя назад
    -
    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
13.08.2020
-
0
+
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?
    1 неделя назад
    -
    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
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!
-
1
+
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?
    1 неделя назад
    -
    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.
    17.06.2020
    -
    0
    +
    А вот это мне понравилось. Смело! И красиво, хотя и немного сумбурно. А что если дополнить принцип Маха всеобщим отталкиванием? Ведь именно это считается ключевым свойством Тёмной энергии?
    17.06.2020
    -
    0
    +
    Комментарий удален пользователям или модератором...
13.10.2018
-
0
+
ОТО и СТО это типа приватизации и пенсионной реформы
1
2
3

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: