Специальная и общая теории относительности (07.04.22 г.)

Благодаря уникальным открытиям прошлых столетий в области физики мы имеем возможность объяснить многие явления, характерные для Вселенной. Главные достижения ученых: открытие законов пространства, времени и тяготения.

Первый закон в этой сфере был открыт Исааком Ньютоном еще в XVII веке, он не противоречил фактам, пока не стали очевидными законы электродинамики и скорости света. Электродинамические уравнения Максвелла вошли в противоречия с теорией Ньютона. Физика оказалась в тупике, выход из которого обнаружил американский ученый Альберт Эйнштейн, предложив миру теорию относительности.

Специальная и общая теории относительности

Физик разработал две теории: специальную и общую, которые отличаются подходами к изучению физических явлений.

Специальная теория или СТО появилась первой, в ее задачи входило объяснение физических процессов, которые происходят в среде движущихся объектов. Согласно СТО относительно любого объекта скорость света остается неизменной величиной, как бы быстро объект не перемещался.

Общая теория ОТО более сложная для понимания и основана на линейных уравнениях, которые составлял и решал Эйнштейн. ОТО описывает гравитацию как изменение или искривление пространства и времени. Предметы, массу которых можно вычислить, изгибают пространственную и временную ткани. Чем больше масса предмета, тем значительнее изгиб.

Теория относительности: базовые законы

Главный закон теории Эйнштейна: движение относительно. Это означает, что измерить скорость движения можно только относительно различных объектов. Во внимание принимаются их местонахождение и характеристики самого наблюдателя.

Наиболее показателен пример поезда, в котором едет человек и пьет чай с соседом по купе. Чашка и сосед будут недвижимы для этого человека, чего нельзя сказать о людях, стоящих на железнодорожной станции, мимо которых проносится поезд. Для них чашка и пассажиры проносятся со скоростью поезда, допустим, 120 км/ч. Пассажиры, которые идут по вагону состава, будут передвигаться еще быстрее относительно стоящих на платформе. К скорости состава прибавится их собственная скорость.

Учитывают одно важное исключение: скорость света всегда остается неизменной, равняется 300 тыс. км/с.

Теория Эйнштейна дает возможность сделать важные для понимания характеристик пространства и времени выводы.

1. Время изменяется, его изменения зависят от системы координат. По отношению к движущимся объектам время идет медленнее. Это показал эксперимент со сверхзвуковым самолетом, который физики отправили в полет вокруг Земли. На самолете и на Земле время измеряли одинаковые часы. После приземления самолета его часы отстали от земных на тысячные доли секунды.
2. Пространство изменяется только со стороны наблюдателя, но не со стороны движущегося объекта. Здесь подойдет пример с космическим кораблем, который при достижении скорости света станет короче, сожмется по направлению движения. Эти изменения увидит только человек, наблюдающий за процессом из обсерватории. Для космонавта размер корабля останется прежним.
3. Масса предмета увеличивается при увеличении его скорости. Этот постулат Эйнштейн выразил известной из школьной программы формулой: E = mc². Энергия тела равна массе, умноженной на скорость света в квадрате. На практике это означает, что при увеличении скорости космического корабля увеличивается его масса. Рано или поздно он не сможет передвигаться. Скорость космолета достигнет пика, масса станет неподъемной для передвижения, поэтому путешествия в далекие миры пока невозможны.

Выводы

Когда скорость становится световой, время и пространство, а также масса изменяются. Изменения времени и пространства заметны только относительно человека, наблюдающего за процессами изменений, но не относительно того, кто присутствует на движущемся объекте. Поэтому постулат Эйнштейна назван теорией относительности.