ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ

ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ, теорія, запропонована Альбертом Ейнштейном, заснована на постулаті, що рух одного тіла можна визначити тільки щодо руху іншого тіла. Це призвело до поняття чотиривимірного просторово-часового континууму, в якому три просторові виміри і час розглядаються на однаковій підставі. Спеціальна теорія,висунута у 1905 р., обмежується описом подій, як вони відбуваються для спостерігачів у стані рівномірного відносного руху. Найважливіші наслідки цієї теорії такі: (1) швидкість світла постійна всім спостерігачів; (2) маса тіла збільшується зі збільшенням швидкості, хоча це відчутно лише на швидкостях, що наближаються до швидкості світла; (3) маса (т)та енергія (Е)рівнозначні/еквівалентні, тобто Е = тс 2 ,де з -швидкість світла (це показує, що маса перетворюється на енергію, невелика маса породжує дуже велику енергію); (4) Стиснення ЛОРЕНЦЯ-ФІЦДЖЕРАЛЬДА, тобто тіла стискаються при збільшенні швидкості, відчутно тільки, якщо наближаються до швидкості світла; (5) щодо нерухомого спостерігача час тече повільніше для об'єкта, що рухається, «розширення часу». Загальна теорія,завершена в 1915 р. застосовна до спостерігачів, які перебувають над рівномірному відносному русі (а прискорюється). Це показало залежність простору та ГРАВІТАЦІЇ. Можна висунути ідею, що наявність МАТЕРІЇ у просторі змушує його «викривлятися», утворюючи гравітаційні поля, таким чином гравітація стає властивістю самого простору. Світло теж згинається під впливом потужних гравітаційних полів, що може пояснити існування ЧОРНИХ ДІР. див. такожПРОСТІР-ЧАС.

Теорії відносності Ейнштейна ґрунтуються на постулаті, що рух одного тіла можна визначити лише щодо руху іншого тіла. Наприклад, (А) показує, як нерухомий спостерігач бачить червону машину, що рухається зі швидкістю 90 миль/годину і синю машину на швидкості 70 миль/годину для синьої машини. Однак, червона машина рухається зі швидкістю 20 миль/годину щодо неї. Подальші наслідки з теорії відносності показують, що швидкість світла є абсолютною. В (В), навіть якщо супермашина пересувається на сотні миль/годину швидше, швидкість світла, що випромінюється фарами обох машин ідентична, 186000 миль/сек. Ядерні вибухи (С) демонструють, що маса (т) та енергія(Е)рівнозначні, тобто Е=гпс2. Маленька маса може виробляти величезні кількості енергії. (D) показує, що маса тіла, що наближається до швидкості світла, збільшується, тоді як саме тіло стискається. Нарешті (Е) демонструє .. розширення часу ^ Мю-мезони космічних променів нестабільні, і в стані спокою розпадаються за дві наносекунди. Таким чином вони повинні проникати в атмосферу Землі тільки на приблизно 600 метрів перед їх розпадом. Відповідно до теорії відносності, для об'єктів, чия швидкість близька до швидкості світла, час тече повільніше. Спостерігачам на Землі тому здається, що мю-мезон, що швидко рухається, живе довше, ніж нерухомий.

Науково-технічний енциклопедичний словник.

Дивитися що таке "ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ" в інших словниках:

- (Див. ВІДНОСНОСТІ ТЕОРІЯ). Фізичний енциклопедичний словник. М: Радянська енциклопедія. Головний редактор А. М. Прохоров. 1983 р. … Фізична енциклопедія

теорія відносності- - [Л.Г.Суменко. Англо-російський словник з інформаційних технологій. М.: ДП ЦНДІС, 2003.] Тематики інформаційні технології загалом EN theory of relativity … Довідник технічного перекладача

ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ- фізична теорія, основний сенс якої полягає у твердженні: у фізичному світі все відбувається завдяки структурі простору та зміні його кривизни. Розрізняють приватну та загальну теорію відносності. В основі приватної теорії, … Філософія науки: Словник основних термінів

теорія відносності- reliatyvumo teorija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. Порівнянність теорії vok. Relativitätstheorie, f rus. теорія відносності f pranc. théorie de la relativité, f … Fizikos terminų žodynas

Див. Відносності теорія. Філософська енциклопедія. У 5 х т. м.: Радянська енциклопедія. За редакцією Ф. В. Константинова. 1960 1970 … Філософська енциклопедія

Див. Відносності теорія … Велика радянська енциклопедія

Теорія відносності The Outer Limits: Relativity Theory Жанр фантастика … Вікіпедія

Теорія відносності Ейнштейна- фізична теорія, що розглядає просторово-тимчасові властивості фізичних процесів. Ці властивості залежать від полів тяжіння у цій галузі простору часу. Теорія, що описує властивості простору часу в наближенні, коли… Концепція сучасного природознавства. Словник основних термінів

- … Вікіпедія

Книги

• Теорія відносності, Румер Ю.Б.. У цій книзі викладено основні положення та результати теорії відносності, а також найважливіші її застосування (квантова теорія світла, деякі питання теорії прискорювачів, енергетика…)

матеріал з книги Стівена Хокінга та Леонарда Млодінова "Найкоротша історія часу"

Відносність

Фундаментальний постулат Ейнштейна, що називається принципом відносності, говорить, що всі закони фізики повинні бути однаковими для всіх спостерігачів, що вільно рухаються, незалежно від їх швидкості. Якщо швидкість світла постійна величина, то будь-який вільно рухомий спостерігач повинен фіксувати те саме значення незалежно від швидкості, з якою він наближається до джерела світла або віддаляється від нього.

Вимога, щоб усі спостерігачі зійшлися в оцінці швидкості світла, змушує змінити концепцію часу. Згідно з теорією відносності спостерігач, що їде поїздом, і той, що стоїть на платформі, розійдуться в оцінці відстані, пройденої світлом. А оскільки швидкість є відстань, поділена на якийсь час, єдиний спосіб для спостерігачів дійти згоди щодо швидкості світла – це розійтися також і в оцінці часу. Інакше кажучи, теорія відносності поклала край ідеї абсолютного часу! Виявилося, що кожен спостерігач повинен мати свою власну міру часу і що ідентичний годинник у різних спостерігачів не обов'язково показуватиме той самий час.

Говорячи, що простір має три виміри, ми маємо на увазі, що положення точки в ньому можна передати за допомогою трьох чисел координат. Якщо ми введемо в наш опис час, то отримаємо чотиривимірний простір-час.

Інше відоме наслідок теорії відносності – еквівалентність маси та енергії, виражена знаменитим рівнянням Ейнштейна Е = mс 2 (де Е – енергія, m – маса тіла, с – швидкість світла). Через еквівалентність енергії та маси кінетична енергія, якою матеріальний об'єкт має силу свого руху, збільшує його масу. Іншими словами, об'єкт стає складніше розганяти.

Цей ефект суттєвий лише для тіл, які переміщуються зі швидкістю, що близька до швидкості світла. Наприклад, при швидкості, що дорівнює 10% від швидкості світла, маса тіла буде всього на 0,5% більше, ніж у стані спокою, а от при швидкості, що становить 90% від швидкості світла, маса вже більш ніж удвічі перевищить нормальну. У міру наближення до швидкості світла маса тіла збільшується все швидше, тому для його прискорення потрібно все більше енергії. Згідно з теорією відносності об'єкт ніколи не зможе досягти швидкості світла, оскільки в даному випадку його маса стала б нескінченною, а в силу еквівалентності маси та енергії для цього знадобилася б нескінченна енергія. Саме тому теорія відносності назавжди прирікає будь-яке звичайне тіло рухатися зі швидкістю, меншою швидкості світла. Тільки світло чи інші хвилі, які мають власної маси, здатні рухатися зі швидкістю світла.

Скривлений простір

Загальна теорія відносності Ейнштейна заснована на революційному припущенні, що гравітація не проста сила, а наслідок того, що простір-час не є плоским, як заведено було думати раніше. У загальній теорії відносності простір-час вигнутий або викривлений поміщеними в нього масою та енергією. Тіла, подібні до Землі, рухаються по викривлених орбітах не під дією сили, що називається гравітацією.

Оскільки геодезична лінія – найкоротша лінія між двома аеропортами, штурмани ведуть літаки саме такими маршрутами. Наприклад, ви могли б, наслідуючи свідчення компаса, пролетіти 5966 кілометрів від Нью-Йорка до Мадрида майже строго на схід уздовж географічної паралелі. Але вам доведеться покрити всього 5802 кілометри, якщо ви полетите великим колом, спершу на північний схід, а потім поступово повертаючи на схід і далі на південний схід. Вигляд цих двох маршрутів на карті, де земна поверхня спотворена (представлена ​​плоскою), оманливий. Рухаючись «прямо» на схід від однієї точки до іншої поверхнею земної кулі, ви насправді переміщуєтеся не по прямій лінії, точніше сказати, не по короткій, геодезичній лінії.

Якщо траєкторію космічного корабля, який рухається в космосі по прямій лінії, спроектувати на двовимірну поверхню Землі виявиться, що вона викривлена.

Відповідно до загальної теорії відносності гравітаційні поля мають викривляти світло. Наприклад, теорія передбачає, що поблизу Сонця промені світла повинні злегка згинатися у його бік під впливом маси світила. Значить, світло далекої зірки, якщо йому пройти поряд із Сонцем, відхилиться на невеликий кут, через що спостерігач на Землі побачить зірку не зовсім там, де вона насправді розташовується.

Нагадаємо, що згідно з основним постулатом спеціальної теорії відносності всі фізичні закони однакові для всіх спостерігачів, що вільно рухаються, незалежно від їх швидкості. Грубо кажучи, принцип еквівалентності поширює це правило і тих спостерігачів, які рухаються не вільно, а під впливом гравітаційного поля.

У досить малих областях простору неможливо судити про те, чи перебуваєте ви в стані спокою в гравітаційному полі або рухаєтеся з постійним прискоренням у порожньому просторі.

Уявіть, що ви перебуваєте в ліфті серед порожнього простору. Немає жодної гравітації, ніякого «верху» та «низу». Ви пливете вільно. Потім ліфт починає рухатися із постійним прискоренням. Ви раптово відчуваєте вагу. Тобто вас притискає до однієї зі стін ліфта, яка тепер сприймається як підлога. Якщо ви візьмете яблуко і відпустите його, воно впаде на підлогу. Фактично тепер, коли ви рухаєтеся з прискоренням, усередині ліфта все відбуватиметься точно так само, якби підйомник взагалі не рухався, а лежав би в однорідному гравітаційному полі. Ейнштейн зрозумів, що, подібно до того, як, перебуваючи у вагоні поїзда, ви не можете сказати, чи стоїть він чи рівномірно рухається, так і, перебуваючи всередині ліфта, ви не в змозі визначити, чи переміщається він з постійним прискоренням чи перебуває в однорідному гравітаційне поле. Результатом цього розуміння став принцип еквівалентності.

Принцип еквівалентності і наведений приклад його прояви будуть справедливі лише в тому випадку, якщо інертна маса (що входить до другого закону Ньютона, який визначає, яке прискорення надає тілу прикладена до нього сила) і гравітаційна маса (що входить до закону тяжіння Ньютона, який визначає величину гравітаційного тяжіння) суть те саме.

Використання Ейнштейном еквівалентності інертної та гравітаційної мас для виведення принципу еквівалентності та, зрештою, всієї загальної теорії відносності – це безпрецедентний в історії людської думки приклад завзятого та послідовного розвитку логічних висновків.

Уповільнення часу

Ще одне передбачення загальної теорії відносності у тому, що з масивних тіл, як-от Земля, повинен сповільнюватися перебіг часу.

Тепер, познайомившись із принципом еквівалентності, ми можемо простежити хід міркувань Ейнштейна, виконавши інший уявний експеримент, який показує, чому гравітація впливає на якийсь час. Уявіть собі ракету, що летить у космосі. Для зручності вважатимемо, що її корпус настільки великий, що світла потрібна ціла секунда, щоб пройти вздовж нього зверху до низу. І нарешті, припустимо, що в ракеті знаходяться два спостерігачі: один - нагорі, біля стелі, інший - внизу, на підлозі, і обидва вони забезпечені однаковим годинником, що веде відлік секунд.

Припустимо, що верхній спостерігач, дочекавшись відліку свого годинника, негайно посилає нижньому світловий сигнал. При наступному відліку він надсилає другий сигнал. За нашими умовами знадобиться одна секунда, щоб кожен сигнал досяг нижнього спостерігача. Оскільки верхній спостерігач посилає два світлові сигнали з інтервалом в одну секунду, то нижній спостерігач зареєструє їх з таким же інтервалом.

Що зміниться, якщо в цьому експерименті, замість вільно пливти в космосі, ракета стоятиме на Землі, зазнаючи дії гравітації? Згідно з теорією Ньютона гравітація ніяк не вплине на стан справ: якщо спостерігач нагорі передасть сигнали з проміжком на секунду, то спостерігач отримає їх внизу через той же інтервал. Але принцип еквівалентності передбачає інший розвиток подій. Яке саме ми зможемо зрозуміти, якщо відповідно до принципу еквівалентності подумки замінимо дію гравітації постійним прискоренням. Це один із прикладів того, як Ейнштейн використав принцип еквівалентності при створенні своєї нової теорії гравітації.

Тож припустимо, що наша ракета прискорюється. (Вважатимемо, що вона прискорюється повільно, так що її швидкість не наближається до швидкості світла.) Оскільки корпус ракети рухається вгору, першому сигналу знадобиться пройти меншу відстань, ніж раніше (до початку прискорення), і він прибуде до нижнього спостерігача раніше ніж через секунду. Якби ракета рухалася з постійною швидкістю, то і другий сигнал прибув би так само раніше, так що інтервал між двома сигналами залишився б рівним одній секунді. Але в момент відправлення другого сигналу завдяки прискоренню ракета рухається швидше, ніж у момент відправлення першого, так що другий сигнал пройде меншу відстань, ніж перший, і витратить ще менше часу. Спостерігач унизу, звірившись зі своїм годинником, зафіксує, що інтервал між сигналами менше однієї секунди, і не погодиться з верхнім спостерігачем, який стверджує, що посилав сигнали точно через секунду.

У випадку з ракетою, що прискорюється, цей ефект, ймовірно, не повинен особливо дивувати. Зрештою, ми щойно його пояснили! Але згадайте: принцип еквівалентності говорить, що те саме має місце, коли ракета лежить у гравітаційному полі. Отже, навіть якщо ракета не прискорюється, а, наприклад, стоїть на стартовому столі на поверхні Землі, сигнали, надіслані верхнім спостерігачем з інтервалом в секунду (згідно з його годинником), будуть приходити до нижнього спостерігача з меншим інтервалом (за його годинником) . Ось це справді дивно!

Гравітація змінює перебіг часу. Подібно до того, як спеціальна теорія відносності говорить нам, що час йде по-різному для спостерігачів, що рухаються один щодо одного, загальна теорія відносності оголошує, що хід часу різний для спостерігачів, що знаходяться в різних гравітаційних полях. Відповідно до загальної теорії відносності нижній спостерігач реєструє коротший інтервал між сигналами, тому що у поверхні Землі час тече повільніше, оскільки тут сильніша гравітація. Чим сильніше гравітаційне поле, тим більший цей ефект.

Наш біологічний годинник також реагує на зміни ходу часу. Якщо один із близнюків живе на вершині гори, а інший – біля моря, перший старітиме швидше за другий. У цьому випадку різниця у віках буде нікчемною, але вона значно збільшиться, якщо один з близнюків вирушить у довгу подорож на космічному кораблі, який розганяється до швидкості, близької до світлової. Коли мандрівник повернеться, він буде набагато молодшим за брата, що залишився на Землі. Цей випадок відомий як парадокс близнюків, але парадоксом він лише для тих, хто тримається за ідею абсолютного часу. Теоретично відносності немає жодного унікального абсолютного часу – кожному за індивідуума є своя власна міра часу, що залежить від цього, де він і як рухається.

З появою надточних навігаційних систем, що отримують сигнали від супутників, різниця ходу годинника на різних висотах набула практичного значення. Якби апаратура ігнорувала передбачення загальної теорії відносності, помилка у визначенні розташування могла б досягати кількох кілометрів!

Поява загальної теорії відносності докорінно змінила ситуацію. Простір і час набули статусу динамічних сутностей. Коли переміщуються тіла чи діють сили, вони викликають викривлення простору та часу, а структура простору-часу, своєю чергою, позначається на русі тіл і дії сил. Простір і час не тільки впливають на все, що трапляється у Всесвіті, а й самі від цього залежать.

Уявімо безстрашного астронавта, який залишається на поверхні зірки, що колапсує, під час катастрофічного стиску. У якийсь момент по його годиннику, скажімо об 11:00, зірка стиснеться до критичного радіусу, за яким гравітаційне поле посилюється настільки, що з нього неможливо вирватися. Тепер припустимо, що за інструкцією астронавт повинен кожну секунду своїм годинником посилати сигнал космічному кораблю, який знаходиться на орбіті на певній фіксованій відстані від центру зірки. Він починає передавати сигнали о 10:59:58, тобто за дві секунди до 11:00. Що реєструє екіпаж на борту космічного судна?

Раніше, зробивши уявний експеримент із передачею світлових сигналів усередині ракети, ми переконалися, що гравітація уповільнює час і чим вона сильніша, тим значніший ефект. Астронавт на поверхні зірки знаходиться в сильнішому гравітаційному полі, ніж його колеги на орбіті, тому одна секунда по його годиннику триватиме довше секунди по годиннику корабля. Оскільки астронавт разом з поверхнею рухається до центру зірки, поле, що діє на нього, стає все сильнішим і сильнішим, так що інтервали між його сигналами, прийнятими на борту космічного корабля, постійно подовжуються. Це розтягування часу буде дуже незначним до 10:59:59, так що для астронавтів на орбіті інтервал між сигналами, переданими о 10:59:58 та о 10:59:59, ненабагато перевищить секунду. Але сигналу, надісланого об 11:00, на кораблі вже не дочекаються.

Все, що станеться на поверхні зірки між 10:59:59 та 11:00 за годиною астронавта, розтягнеться по годинах космічного корабля на нескінченний період часу. З наближенням до 11:00 інтервали між прибуттям на орбіту послідовних гребенів і западин випущених зіркою світлових хвиль стануть дедалі довшими; те саме станеться з проміжками часу між сигналами астронавта. Оскільки частота випромінювання визначається числом гребенів (або западин), що приходять за секунду, на космічному кораблі буде реєструватися дедалі більш низька частота випромінювання зірки. Світло зірки почервонітиме і одночасно меркне. Зрештою зірка настільки потьмяніє, що стане невидимою для спостерігачів на космічному кораблі; все, що залишиться, – чорна дірка у просторі. Однак дія тяжіння зірки на космічний корабель збережеться і він продовжить звернення по орбіті.

На виступі 27 квітня 1900 року в королівському інституті Великобританії лорд Кельвін сказав: «Теоретична фізика є стрункою і закінченою будівлею. На ясному небі фізики є лише дві невеликі хмаринки – це сталість швидкості світла і крива інтенсивності випромінювання залежно від довжини хвилі. Я думаю, що ці два приватні питання будуть незабаром вирішені і фізикам XX століття вже нічого буде робити.» Лорд Кельвін виявився абсолютно правий із зазначенням ключових напрямів досліджень у фізиці, але не вірно оцінив їх важливість: теорія відносності, що народилися з них, і квантова теорія виявилися безкрайніми просторами для досліджень, що займають вчені уми ось уже протягом більше сотні років.

Так як не описувала гравітаційну взаємодію, Ейнштейн незабаром після її завершення розпочав розробку загальної версії цієї теорії, за створенням якої він провів 1907-1915 роки. Теорія була прекрасною у своїй простоті та узгодженості з природними явищами за винятком єдиного моменту: за часів складання теорії Ейнштейном ще не було відомо про розширення Всесвіту і навіть про існування інших галактик, тому вченими того часу вважалося, що Всесвіт існував нескінченно довго і був стаціонарним. При цьому із закону всесвітнього тяжіння Ньютона випливало, що нерухомі зірки мали колись просто бути стягнуті в одну точку.

Не знайшовши цього явища кращого пояснення, Ейнштейн увів у свої рівняння , яка чисельно компенсувала і дозволяла в такий спосіб стаціонарної Всесвіту існувати без порушення законів фізики. Надалі Ейнштейн став вважати введення космологічної постійної у свої рівняння своєю найбільшою помилкою, так як вона не була необхідна для теорії і нічим крім виглядає на той момент стаціонарного Всесвіту не підтверджувалося. А в 1965 році було виявлено реліктове випромінювання, що означало, що Всесвіт мав початок і постійний в рівняннях Ейнштейна виявився зовсім не потрібним. Проте космологічна стала все-таки була знайдена в 1998 році: за отриманими телескопом «Хаббл» даними, далекі галактики не гальмували свій розліт внаслідок тяжіння гравітацією, а навіть прискорювали свій розліт.

Основи теорії

Окрім основних постулатів спеціальної теорії відносності, тут додалося й нове: механіка Ньютона давала чисельну оцінку гравітаційної взаємодії матеріальних тіл, але пояснювала фізику цього процесу. Ейнштейну ж вдалося описати це за допомогою викривлення масивним тілом 4-мірного простору-часу: тіло створює навколо себе обурення, в результаті якого оточуючі тіла починають рухатися геодезичними лініями (прикладами таких ліній є лінії земної широти і довготи, які для внутрішнього спостерігача здаються прямими лініями , але насправді трохи викривлені). Так само відкланяються і промені світла, що спотворює видиму картину за масивним об'єктом. При вдалому збігу положень і мас об'єктів це призводить (коли викривлення простору-часу виступає в ролі величезної лінзи, що робить джерело далекого світла набагато яскравіше). Якщо параметри збігаються не ідеально – це може призвести до утворення «хреста Ейнштейна» або «кола Ейнштейна» на астрономічних знімках далеких об'єктів.

Серед прогнозів теорії також було гравітаційне уповільнення часу, (яке при наближенні до потужного об'єкту діяло на тіло так само, як і уповільнення часу внаслідок прискорення), гравітаційне (коли промінь світла, випущений потужним тілом, йде в червону частину діапазону внаслідок втрати їм енергії на роботу виходу з «гравітаційного колодязя»), а також гравітаційні хвилі (обурення простору-часу, який виробляє будь-яке тіло, що має масу в процесі свого руху).

Статус теорії

Перше підтвердження загальної теорії відносності було отримано самим Ейнштейном того ж 1915 року, коли вона й була опублікована: теорія з абсолютною точністю описувала усунення перигелія Меркурія, яке раніше ніяк не могли пояснити за допомогою ньютонівської механіки. З того моменту було відкрито безліч інших явищ, які передбачалися теорією, але на момент її публікації були надто слабкі, щоб їх можна було засікти. Останнім таким відкриттям наразі стало відкриття гравітаційних хвиль 14 вересня 2015 року.

Хто б міг подумати, що дрібний поштовий службовець змінитьоснови науки свого часу? Але таке сталося! Теорія відносності Ейнштейна змусила переглянути звичний погляд на устрій Всесвіту і відкрила нові галузі наукового пізнання.

Більшість наукових відкриттів зроблено за допомогою експерименту: вчені повторювали свої досліди багато разів, щоб бути впевненими у їхніх результатах. Роботи зазвичай проводилися в університетах чи дослідницьких лабораторіях великих компаній.

Альберт Ейнштейн повністю змінив наукову картину світу, не провівши жодного практичного експерименту. Його єдиними інструментами були папір та ручка, а всі експерименти він проводив у голові.

Світло, що рухається

(1879-1955) засновував всі свої висновки на результатах «думкового експерименту». Ці експерименти можна було зробити лише в уяві.

Швидкості всіх тіл, що рухаються, відносні. Це означає, що всі об'єкти рухаються або залишаються нерухомими лише щодо будь-якого іншого об'єкта. Наприклад, людина, нерухома щодо Землі, водночас обертається разом із Землею навколо Сонця. Або припустимо, що вагоном поїзда, що рухається, йде людина в бік руху зі швидкістю 3 км/год. Потяг рухається із швидкістю 60 км/год. Щодо нерухомого спостерігача на землі швидкість людини дорівнюватиме 63 км/год - швидкість людини плюс швидкість поїзда. Якби він йшов проти руху, то його швидкість щодо нерухомого спостерігача дорівнювала б 57 км/год.

Ейнштейн стверджував, що про швидкість світла так міркувати не можна. Швидкість світла завжди постійнанезалежно від того, чи наближається джерело світла до вас, віддаляється від вас або стоїть на місці.

Чим швидше, тим менше

З початку Ейнштейн висунув кілька дивовижних припущень. Він стверджував, що якщо швидкість об'єкта наближається до швидкості світла, його розміри зменшуються, а маса, навпаки, збільшується. Жодне тіло не можна розігнати до швидкості рівної або більшої швидкості світла.

Інший його висновок був ще дивовижнішим і, здавалося, суперечив здоровому глузду. Уявіть, що з двох близнюків один залишився на Землі, а інший мандрував космосом зі швидкістю, близькою до швидкості світла. З моменту старту Землі минуло 70 років. Згідно з теорією Ейнштейна, на борту корабля час тече повільніше, і там минуло, наприклад, лише десять років. Виходить, що той із близнюків, хто залишався на Землі, став на шістдесят років старшим за другий. Цей ефект називають « парадоксом близнюків». Звучить просто неймовірно, але лабораторні експерименти підтвердили, що уповільнення часу при швидкостях, близьких до швидкості світла дійсно існує.

Нещадний висновок

Теорія Ейнштейна також містить відому формулу E=mc 2, в якій E – енергія, m – маса, а c – швидкість світла. Ейнштейн стверджував, що маса може перетворюватися на чисту енергію. В результаті застосування цього відкриття у практичному житті з'явилися атомна енергетика та ядерна бомба.

Ейнштейн був теоретиком. Експерименти, які мали довести правоту його теорії, він залишав іншим. Багато з цих експериментів було неможливо зробити доти, доки з'явилися досить точні вимірювальні прилади.

Факти та події

• Було зроблено наступний експеримент: літак, на якому було встановлено дуже точний годинник, злетів і, облетівши з великою швидкістю навколо Землі, опустився в тій же точці. Годинник, що знаходився на борту літака, на нікчемну частку секунди відстав від годинника, який залишався на Землі.
• Якщо в ліфті, що падає з прискоренням вільного падіння, упустити кулю, то куля не падатиме, а як би зависне в повітрі. Це відбувається тому, що куля та ліфт падають з однаковою швидкістю.
• Ейнштейн довів, що тяжіння впливає на геометричні властивості простору-часу, який у свою чергу впливає на рух тіл у цьому просторі. Так, два тіла, які почали рух паралельно одне одному, зрештою зустрінуться лише у точці.

Викривляючи час та простір

Десятьма роками пізніше, у 1915—1916 роках, Ейнштейн побудував нову теорію гравітації, яку він назвав. загальною теорією відносності. Він стверджував, що прискорення (зміна швидкості) діє тіла так само, як і сила гравітації. Космонавт не може за своїми відчуттями визначити, чи притягує його велика планета, чи ракета почала гальмувати.

Якщо космічний корабель розганяється до швидкості, близької швидкості світла, то годинник на ньому сповільнюється. Чим швидше рухається корабель, тим повільніше йде годинник.

Відмінності її від ньютонівської теорії тяжіння виявляються щодо космічних об'єктів із величезною масою, наприклад планет чи зірок. Експерименти підтвердили викривлення променів світла, що проходять поблизу тіл із великою масою. В принципі можливе настільки сильне гравітаційне поле, що світло не зможе вийти за його межі. Це явище отримало назву « чорної дірки». "Чорні дірки", мабуть, виявлені у складі деяких зіркових систем.

Ньютон стверджував, що орбіти планет навколо Сонця фіксовано. Теорія Ейнштейна передбачає повільний додатковий поворот орбіт планет, пов'язаний з наявністю гравітаційного поля Сонця. Пророцтво підтвердилося експериментально. Це було воістину епохальне відкриття. До закону всесвітнього тяжіння сера Ісаака Ньютона було внесено поправки.

Початок перегонів озброєнь

Роботи Ейнштейна дали ключ до багатьох таємниць природи. Вони вплинули на розвиток багатьох розділів фізики, від фізики елементарних частинок до астрономії - науки про будову Всесвіту.

Ейнштейн у житті займався як теорією. 1914 року він став директором інституту фізики в Берліні. 1933 року, коли до влади в Німеччині прийшли нацисти, йому, як єврею, довелося виїхати з цієї країни. Він переїхав до США.

У 1939 році, незважаючи на те, що він був противником війни, Ейнштейн написав президенту Рузвельту листа, в якому попереджав його, що можна зробити бомбу, що має величезну руйнівну силу, і що фашистська Німеччина вже приступила до розробки такої бомби. Президент віддав розпорядження розпочати роботи. Це започаткувало гонці озброєнь.

СТО, ТОЕ - під цими абревіатурами ховається знайомий практично всім термін "теорія відносності". Простою мовою можна пояснити все, навіть висловлювання генія, так що не впадайте у відчай, якщо не пам'ятаєте шкільний курс фізики, адже насправді все набагато простіше, ніж здається.

Зародження теорії

Отже, розпочнемо курс "Теорія відносності для чайників". Альберт Ейнштейн опублікував свою роботу у 1905 році, і вона викликала резонанс серед учених. Ця теорія практично повністю перекривала багато прогалини та нестиковки у фізиці минулого століття, але й, до всього іншого, перевернула уявлення про простір і час. Багато тверджень Ейнштейна сучасникам було складно повірити, але експерименти та дослідження лише підтверджували слова великого вченого.

Теорія відносності Ейнштейна простою мовою пояснювала те, що люди билися століттями. Її можна назвати основою усієї сучасної фізики. Однак, перш ніж продовжити розмову про теорію відносності, слід роз'яснити питання про терміни. Напевно, багато хто, читаючи науково-популярні статті, стикалися з двома абревіатурами: СТО та ОТО. Насправді вони мають на увазі кілька різні поняття. Перша - це спеціальна теорія відносності, а друга розшифровується як "загальна теорія відносності".

Просто про складне

СТО - це старіша теорія, яка потім стала частиною ОТО. У ній можуть бути розглянуті лише фізичні процеси для об'єктів, що рухаються з рівномірною швидкістю. Загальна ж теорія може описати, що відбувається з об'єктами, що прискорюються, а також пояснити, чому існують частинки гравітонів і гравітація.

Якщо потрібно описати рух і відносини простору і часу при наближенні до швидкості світла - це зможе зробити спеціальна теорія відносності. Простими словами можна пояснити так: наприклад, друзі з майбутнього подарували вам космоліт, який може літати на високій швидкості. На носі космічного корабля стоїть гармата, здатна розстріляти фотонами все, що потрапить попереду.

Коли робиться постріл, то щодо корабля ці частки летять зі швидкістю світла, але, за логікою, нерухомий спостерігач має побачити суму двох швидкостей (самих фотонів та корабля). Але нічого подібного. Спостерігач побачить фотони, що рухаються зі швидкістю 300000 м/с, ніби швидкість корабля була нульовою.

Вся справа в тому, що хоч би як швидко рухався об'єкт, швидкість світла для нього є незмінною величиною.

Це твердження є основною разючою логічних висновків на кшталт уповільнення та спотворення часу, що залежать від маси та швидкості об'єкта. На цьому ґрунтуються сюжети багатьох науково-фантастичних фільмів та серіалів.

Загальна теорія відносності

Простою мовою можна пояснити і більшу об'ємну ОТО. Для початку слід взяти до уваги той факт, що наш простір чотиривимірний. Час і простір поєднуються в такому "предметі", як "просторово-часовий континуум". У нашому просторі є чотири осі координат: х, у, z та t.

Але люди не можуть сприймати безпосередньо чотири виміри, так само, як гіпотетична плоска людина, яка живе у двомірному світі, не в змозі подивитися вгору. По суті, наш світ є лише проекцією чотиривимірного простору до тривимірного.

Цікавим фактом є те, що, відповідно до загальної теорії відносності, тіла не змінюються під час руху. Об'єкти чотиривимірного світу насправді завжди незмінні, і під час руху змінюються лише їхні проекції, що ми сприймаємо як спотворення часу, скорочення чи збільшення розмірів та інше.

Експеримент із ліфтом

Про теорію відносності простою мовою можна розповісти за допомогою невеликого уявного експерименту. Уявіть, що ви у ліфті. Кабіна почала рухатися, і ви опинилися в стані невагомості. Що сталося? Причини може бути дві: або ліфт знаходиться в космосі, або перебуває у вільному падінні під дією гравітації планети. Найцікавіше полягає в тому, що з'ясувати причину невагомості не можна, якщо немає можливості визирнути з кабінки ліфта, тобто обидва процеси виглядають однаково.

Можливо, провівши схожий уявний експеримент, Альберт Ейнштейн дійшов висновку, що якщо ці дві ситуації не відрізняються одна від одної, значить, насправді тіло під впливом гравітації не прискорюється, це рівномірний рух, який викривляється під впливом масивного тіла (у даному випадку планети ). Таким чином, прискорений рух - це лише проекція рівномірного руху до тривимірного простору.

Наочний приклад

Ще один добрий приклад на тему "Теорія відносності для чайників". Він не зовсім коректний, проте дуже простий і наочний. Якщо на натягнуту тканину покласти якийсь об'єкт, він утворює під собою "прогин", "воронку". Усі менші тіла змушені будуть спотворювати свою траєкторію згідно з новим згинанням простору, а якщо у тіла трохи енергії, воно взагалі може не подолати цієї вирви. Однак з погляду самого об'єкта, що рухається, траєкторія залишається прямою, вони не відчують вигину простору.

Гравітація "знижена в званні"

З появою загальної теорії відносності гравітація перестала бути силою і тепер задовольняється станом простого наслідку викривлення часу та простору. ОТО може здатися фантастичною, проте є робочою версією та підтверджується експериментами.

Безліч, здавалося б, неймовірних у світі речей може пояснити теорія відносності. Простою мовою такі речі називають наслідками ВТО. Наприклад, промені світла, що пролітають на близькій відстані від масивних тіл, викривляються. Більше того, багато об'єктів з далекого космосу приховані один за одним, але через те, що промені світла огинають інші тіла, нашому погляду (точніше, телескопа) доступні, здавалося б, невидимі об'єкти. Адже це все одно, що дивитися крізь стіни.

Чим більша гравітація, тим повільніше лежить на поверхні об'єкта час. Це стосується не тільки масивних тіл на кшталт нейтронних зірок чи чорних дірок. Ефект уповільнення часу можна спостерігати навіть Землі. Наприклад, прилади для супутникової навігації забезпечені найточнішим атомним годинником. Вони знаходяться на орбіті нашої планети, і час там цокає трохи швидше. Соті частки секунди за добу складуться цифру, яка дасть до 10 км похибки у розрахунках маршруту Землі. Розрахувати цю похибку дозволяє саме теорія відносності.

Простою мовою можна висловитись так: ОТО лежить в основі багатьох сучасних технологій, і завдяки Ейнштейну ми легко можемо знайти в незнайомому районі піцерію та бібліотеку.