Теория относительности для чайников — Naked Science
06.05.2014
11 минут
Редакция
34
36864

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 14:57
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности к игре 2012 года.

Вчера, 14:48
26 минут
Александр Березин

Земная атмосфера 2,7 миллиарда лет назад состояла в основном из углекислого газа — и было его там до тысячи раз больше, чем сегодня. При этом азота почти не было, хотя сегодня его в воздухе 78%. Выходит, наша газовая оболочка по составу была близка к марсианской. Как ни странно, эти дела давно минувших дней актуальны для ответа на вопрос о будущем выживании человечества. Похоже, предсказание Стивена Хокинга о гибели всего живого из-за превращения Земли в Венеру не сбудется. Разбираемся, почему так и как одно связано с другим.

Вчера, 13:56
4 минуты
Илья Ведмеденко

Американские военные пришли к выводу, что новейший эсминец можно эксплуатировать в условиях больших волн. Безопасность корабля в значительной степени объясняется его конструкцией, обеспечивающей малозаметность.

Позавчера, 14:57
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности к игре 2012 года.

24 января
35 минут
Александр Березин

Новый коронавирус — «родственник» старой атипичной пневмонии — уже привел к смерти 26 человек. Считается, что им может быть заражено несколько тысяч. И точно известно, что эпидемия вышла за пределы Китая. Но это не повод впадать в панику. Мы собрали всю известную информацию и попробовали ответить на главные вопросы о новой болезни.

23 января
8 минут
Мария Азарова

Специалисты подтвердили, что очагом возникновения инфекции стал оптовый рынок в городе Ухань, где продавали не только морепродукты, но и животных, в том числе змей и летучих мышей. Именно они могли быть источниками опасного коронавируса.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

Позавчера, 14:57
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности к игре 2012 года.

[miniorange_social_login]

Комментарии

34 Комментариев

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!
Алексей Маров
06.05.2019
-
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
15.04.2019
-
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
13.10.2018
-
0
+
ОТО и СТО это типа приватизации и пенсионной реформы
ulogin_facebook_793122580828231
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 .
ulogin_facebook_793122580828231
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 ?
ulogin_facebook_793122580828231
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 .
ulogin_facebook_793122580828231
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
-
1
+
Заставь дурака Богу молится он и лоб себе разобьет. Время - длительность события или явления, его измерение придумали люди, по разному.
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.
      alsten
      08.04.2018
      -
      0
      +
      Че за ерунду несешь? Иди изучай, что такое время!
        ulogin_vkontakte_261174144
        09.05.2018
        -
        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.

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: