Теория относительности была представлена Альбертом Эйнштейном в начале 20-го века. В чем же состоит её суть? Рассмотрим основные моменты и понятным языком охарактеризуем ТОЭ.
Теория относительности практически ликвидировала несостыковки и противоречия физики 20-го века, заставила в корне поменять представление о структуре пространства-времени и экспериментально подтвердилась в многочисленных опытах и исследованиях.
Таким образом, ТОЭ легла в основу всех современных фундаментальных физических теорий. По сути – это мама современной физики!
Для начала стоит отметить, что существует 2 теории относительности:
- Специальная теория относительности (СТО) – рассматривает физические процессы в равномерно движущихся объектов.
- Общая теория относительности (ОТО) – описывает ускоряющиеся объекты и объясняет происхождение такого явления как гравитация и существование частиц гравитонов.
Понятное дело, что СТО появилась раньше и по сути является частью ОТО. О ней и поговорим в первую очередь.
СТО простыми словами
В основе теории лежит принцип относительности, согласно которому любые законы природы одинаковы относительно неподвижных и движущихся с постоянной скоростью тел. И из такой казалось бы простой мысли следует, что скорость света (300 000 м/с в вакууме) одинакова для всех тел.
Относительно корабля такие частицы летят со скоростью света, однако относительно неподвижного наблюдателя они, казалось бы, должны лететь быстрее, так как обе скорости суммируются.
Однако на самом деле этого не происходит! Сторонний наблюдатель видит фотоны, летящие 300 000 м/с, как будто скорость космического корабля к ним не добавлялась.
Нужно запомнить: относительно любого тела скорость света будет неизменной величиной, как бы быстро оно не двигалось.
Из этого следуют потрясающие воображение выводы вроде замедления времени, продольном сокращении и зависимости массы тела от скорости. Подробнее об интереснейших следствиях Специальной теории относительности читайте в статье по ссылке ниже.
Суть общей теории относительности (ОТО)
Чтобы лучше её понять, нам нужно вновь объединить два факта:
- Мы живем в четырехмерном пространстве
Пространство и время – это проявления одной и той же сущности под названием «пространственно-временной континуум». Это и есть 4-мерное пространство-время с осями координат x, y, z и t.
Мы, люди, не в состоянии воспринимать 4 измерения одинаково. По сути, мы видим только проекции настоящего четырехмерного объекта на пространство и время.
Что интересно, теория относительности не утверждает, что тела изменяются при движении. 4-мерные объекты всегда остаются неизменными, но при относительном движении их проекции могут меняться. И мы это воспринимаем как замедление времени, сокращение размеров и т. д.
- Все тела падают с постоянной скоростью, а не разгоняются
Давайте проведём страшный мысленный эксперимент. Представьте, что вы едете в закрытой кабине лифта и находитесь в состоянии невесомости.
Такая ситуация могла возникнуть только по двум причинам: либо вы находитесь в космосе, либо свободно падаете вместе с кабиной под действием земной гравитации.
Не выглядывая из кабинки, абсолютно невозможно отличить два этих случая. Просто в одном случае вы летите равномерно, а в другом с ускорением. Вам придется угадывать!
Возможно, сам Альберт Эйнштейн размышлял над воображаемым лифтом, и у него появилась одна потрясающая мысль: если эти два случая невозможно отличить, значит падение за счет гравитации тоже является равномерным движением. Просто равномерным движение является в четырехмерном пространстве-времени, но при наличии массивных тел (например, планет Солнечной системы) оно искривляется и равномерное движение проецируется в обычное нам трёхмерное пространство в виде ускоренного движения.
Давайте рассмотрим еще один более простой, хоть и не совсем корректный пример искривления двухмерного пространства.
Можно представлять, что любое массивное тело под собой создает некоторую образную воронку. Тогда другие тела, пролетающие мимо, не смогут продолжить свое движение по прямой и изменят свою траекторию согласно изгибам искривленного пространства.
Кстати, если у тела не так много энергии, то его движение вообще может оказаться замкнутым.
Стоит отметить, что с точки зрения движущихся тел они продолжают перемещаться по прямой, ведь не чувствуют ничего такого, что заставляет их повернуть. Просто они попали в искривленное пространство и сами того не осознавая имеют непрямолинейную траекторию.
Нужно обратить внимание, что искривляется 4 измерения, в том числе и время, поэтому к этой аналогии стоит относиться осторожно.
Таким образом, в общей теории относительности гравитация – это вообще не сила, а лишь следствие искривление пространства-времени. На данный момент эта теория является рабочей версией происхождения гравитации и прекрасно согласуется с экспериментами.
Удивительные следствия ОТО
Световые лучи могут искривляться, пролетая вблизи массивных тел. Действительно, в космосе найдены далёкие объекты, которые «прячутся» за другими, но световые лучи их огибают, благодаря чему свет доходит до нас.
Согласно ОТО чем сильнее гравитация, тем медленнее протекает время. Этот факт обязательно учитывается при работе GPS и ГЛОНАСС, ведь на их спутниках установлены точнейшие атомные часы, которые тикают чуть-чуть быстрее, чем на Земле. Если этот факт не учитывать, то уже через сутки погрешность координат составит 10 км.
Именно благодаря Альберту Эйнштейну вы можете понять, где по близости располагается библиотека или магазин.
И, наконец, ОТО предсказывает существование черных дыр, вокруг которых гравитация настолько сильна, что время вблизи просто напросто останавливается. Поэтому свет, угодивший в черную дыру, не может её покинуть (отразиться).
В центре черной дыры из-за колоссального гравитационного сжатия образуется объект с бесконечно большой плотностью, а такого, вроде как, быть не может.
Таким образом, ОТО может приводить к весьма противоречивым выводам в отличие от Специальной теории относительности, поэтому основная масса физиков не приняла её полностью и продолжила искать альтернативу.
Но многое ей и удаётся предсказывать удачно, примеру недавнее сенсационное открытие гравитационных волн подтвердило теорию относительности и заставило вновь вспомнить великого учёного с высунутым языком. Любите науку, читайте ВикиНауку.
Сохраните ссылку на статью, чтобы использовать в спорах!
Похожие материалы
Верна ли теория струн кратко + ВИДЕО
Теория струн – модный тренд в современной науке. Она у всех на слуху и привлекает внимание как профессиональных физиков, так
Детектор гравитационных волн простыми словами
Советские учёные Михаил Герценштейн и Владислав Пустовойт в 1962 году написали в научном «Журнале экспериментальной и теоретической физики» (ЖЭТФ) статью
Кратко суть Специальной теории относительности (СТО)
В прошлой статье мы разбирали суть теории относительности Эйнштейна, её практическую применимость и основные моменты. Сейчас же мы поговорим о ключевых
Что такое гравитон простыми словами
В феврале 2016 года научный мир «взорвался» новостью об открытии гравитационных волн, или, как еще их называют, волн пространства-времени. Для
Суть гравитационных волн простыми словами
11 февраля 2016-го года международная группа ученых , в том числе из России, на пресс-конференции в Вашингтоне объявила об открытии,
Интересно, почему массивные тела изменяют пространство-время?
Начинать надо с вопроса что такое пространство-время. Вам скажут, что это пространственно-временной континуум с осями координат x, y, z и t. Но ведь континуум с осями - это просто способ описания наблюдаемого, абстракция, существующая только в сознании человека. Как может абстракция, существующая лишь в сознании человека, управлять движением реальных планет? :)
Эта абстракция - не более, чем удобная для человеков модель. Более того, любой закон физики - это всего лишь математическая модель, достоверно описывающая происходящее (достоверно = с приемлемой погрешностью), т.к. абсолютно точная может быть бесконечно более сложной.
Rishi Это не абстракция, а системная модель, описывающая и систематизирующая и так реально наблюдаемые физические явления. Первичны явления, а не система четырехмерных координат, которая их описывает. Но можешь ли ты игнорировать данную систему координат, действуя вопреки ее "законам"? Не можешь. С другой стороны мы воспринимаем мир через органы чувств, поэтому нельзя достоверно сказать, каков он "настоящий." Но длина, ширина, высота и время работают на всех людях.
Не правильный вопрос! Надо спрашивать куда искривляют пространство массивные тела - этого даже Энштейн не понял!
Здравствуйте! В тексте вашей статьи присутствует опечатка. Когда вы пишете о скорости света, то указываете, что она равна 300 000 м/с, когда на картинке ниже она указана верно - 300 000 КМ/с
Например, представьте, что вам подарили космический корабль из далёкого будущего, который может летать с огромной скоростью. На носу корабля устанавливается лазерная пушка, способная стрелять вперёд фотонами. Относительно корабля такие частицы летят со скоростью света, однако относительно неподвижного наблюдателя они, казалось бы, должны лететь быстрее, так как обе скорости суммируются. В данном примере физический процесс движения луча лазера и космического корабля не соответствует действительности. Луч света в космосе равен скорости света с, а скорость корабля v. Относительная скорость движения света относительно корабля равна с - v. Так например начало световой волны, оторвавшись от источника света, движется со скоростью света с и через промежуток времени равный периоду световой волны Т начало световой волны пройдёт расстояние равное сТ, а конец световой волны переместится вместе с кораблём на расстояние равное vТ . Расстояние пройденное началом световой волны от корабля за время Т равно длине световой волны и равно Т(с -v). Откуда относительная скорость движения света относительно корабля равна с - v . Эта покажет неподвижный радар. Скорость движения света относительно неподвижного наблюдателя будет равна с, так как начало и конец световой волны движутся со скоростью света с. Применяется понятие искривление пространства., которое представляет бесконечный объём. Возникает вопрос каким образом можно искривить объём внутри, объём пространства при этом не изменяется.
что произойдет, если и космический корабль будет двигаться со скоростью света или же с чуть меньшей скоростью????
я стою на земле. от земли стартует корабль со скоростью света, а с него еще один со скоростью света. с какой скоростью по отношению ко мне будут удаляться корабли?
А с какой скорость движется Земля на которой ты стоишь?
Со скоростью света)
Рассматривая человека в воображаемом лифте Альберт Эйнштейн вообразил себе фигню под названием "теория относительности". Воображение у Альбертика богатое, а вот с мозгами проблемы. В реальности всё обстоит реально, а не так как навоображал школяр-недоучка Альбертик. Представьте себе что вы сбросили Альберта Эйнштейна с высоты 100 метров. Вы будете наблюдать падающего Альбертика. При этом Альбертик будет кричать, рисаться, какать ока падает. Не эстетично. :( Пробуем другой вариант. Помещаем Альберта Эйнштейна в кабину лифта со стенками односторонней прозрачности (для наблюдателя снаружи кабина лифта будет НЕВИДИМА). Альбертику, что бы чего не заподозрил, грим что это установка невесомости. :) После этого сбрасываем Альбертика с высоты 100 метров. Что видим? Наш Альбертик ПАДАЕТ точно также как в первом варианте, но... никаких криков, писаний, каканий! Вывод: "Относительность" прямо зависит от наличия ЗНАНИЯ у человека. Стоит только человеку узнать немного больше... вся относительность накрывается медным тазом :(
Поздравляю, ты типа умней Эйнштейна. А еще земля плоская и бога нет, потому что космонавты летали по орбите и на Луну и там его не видели.
Первый со скоростью v=c, а второй со скоростью v=2c
Электроны пешком не ходят. Ск. света 300 тыс. км в сек. а не метров.
Фотоны, а не электроны