в каком году была открыта теория относительности
Без Эйнштейна мы разбирались бы с гравитацией ещё десятки лет
В 1905 году Альберт Эйнштейн перевернул мир теоретической физики с ног на голову, опубликовав работу по дисциплине, которую впоследствии назовут специальной теорией относительности. Она показала, что пространство и время нельзя рассматривать, как абсолютные сущности: время может ускоряться или замедляться, стандартные длины могут сокращаться, массы – увеличиваться.
И, самый знаменитый результат, эквивалентность массы энергии, и их пропорция выражается через уравнение E = mc².
Никто не сомневается в гении Эйнштейна, сформулировавшего ОТО, но принято считать, что если бы он не опубликовал свою теорию в 1905 году, какой-нибудь другой физик вскоре сделал бы это вместо него.
«Крест Эйнштейна» – четыре изображения одного удалённого квазара, полученные из-за того, что свет от него изгибается вокруг галактики, расположенной ближе к нам, работающей как гравитационная линза.
Лишь в 1915 году Эйнштейн продемонстрировал свой гений, опубликовав свою общую теорию относительности. Она утверждала, что кривизна пространства-времени пропорциональна, а также происходит вследствие «плотности энергии-импульса», то есть, энергии и импульсу, связанным с любой материей в единице объёма пространства.
Это утверждение было подтверждено, когда оно совпало с наблюдениями необычной орбиты Меркурия и с изгибающимся вокруг Солнца светом звёзд.
За последние сто лет ОТО была проверена с потрясающей точностью и каждый раз выдерживала проверку. ОТО стала таким гигантским скачком вперёд, что можно сказать – если бы Эйнштейн её не сформулировал, она могла оставаться неоткрытой ещё долго.
Путь к общей теории относительности
Если человек свободно падает, он не ощущает свой вес.
Она привела его к формулировке «принципа эквивалентности», гласящего, что нельзя различить ускоряющуюся систему отсчёта и гравитационное поле. К примеру, если вы стоите на Земле, это будет ощущаться точно так же, как если бы вы стояли в космическом корабле, двигающемся с ускорением в 9,81 м/c² — с ускорением свободного падения на Земле.
Это был первый важнейший шаг к формулировке новой теории гравитации.
Эйнштейн верил, что «вся физика – это геометрия». Он имел в виду, что про пространство-время и Вселенную можно мыслить геометрическими терминами. Самое удивительное заключение ОТО, динамическая природа времени и пространства, по-видимому, привела Эйнштейна к необходимости переосмысления «геометрического» пространства-времени.
Эйнштейн провёл серию аккуратных мысленных экспериментов по сравнению наблюдений, сделанных наблюдателями в инерциальных и вращающихся системах отсчёта.
Он установил, что для наблюдателя во вращающейся системе отсчёта пространство-время не может быть Евклидовым, то есть таким, как та плоская геометрия, что мы все изучаем в школах. Нам необходимо ввести в рассуждения «искривлённое пространство», чтобы учесть аномалии, предсказанные относительностью. Кривизна становится вторым важнейшим предположением, поддерживающим его ОТО.
Для описания искривлённого пространства Эйнштейн обратился к более ранней работе Бернарда Римана, математика XIX века. С помощью своего друга Марселя Гроссмана, тоже математика, Эйнштейн несколько утомительных лет изучал математику искривлённых пространств – то, что математики называют «дифференциальной геометрией». Эйнштейн отмечал, что «по сравнению с пониманием гравитации, специальная теория относительности казалась детской игрушкой».
Теперь у Эйнштейна был математический аппарат для доведения теории до завершения. Принцип эквивалентности утверждал, что ускоряющаяся система отсчёта эквивалентна гравитационному полю. В результате занятий геометрией он считал, что гравитационное поле было простым проявлением искривлённого пространства-времени. Поэтому он мог показать, что ускоряющиеся системы отсчёта были неевклидовыми пространствами.
Развитие
Третьим важнейшим шагом стало устранение сложностей при применении ОТО к ньютоновской гравитации. В специальной теории относительности постоянство скорости света во всех системах отсчёта и утверждение, что скорость света – максимально достижимая скорость, противоречили ньютоновской теории гравитации, постулировавшей мгновенность действия гравитации.
Проще говоря, ньютоновская гравитация говорила о том, что если убрать Солнце из центра Солнечной системы, гравитационный эффект этого события мгновенно ощутится на Земле. Но СТО говорит, что даже эффект исчезновения Солнца будет перемещаться со скоростью света.
Эйнштейн также знал, что гравитационное притяжение двух тел прямо пропорционально их массам, что следовало из ньютоновского F = G*M*m/r². Поэтому масса явно определяла силу гравитационного поля. СТО говорит, что масса эквивалентна энергии, поэтому плотность энергии-импульса тоже должна определять силу гравитации.
В результате, тремя ключевыми предположениями, использованными Эйнштейном для формулировки его теории, были:
1. Во вращающихся (неинерциальных) системах отсчёта пространство искривлено (неевклидово).
2. Принцип эквивалентности говорит, что ускоряющиеся системы отсчёта эквивалентны гравитационным полям.
3. Из СТО следует эквивалентность массы и энергии, а из ньютоновой физики следует, что масса пропорциональна силе гравитации.
Эйнштейн сумел заключить, что плотность энергии-импульса создаёт, и пропорциональна, кривизне пространства-времени.
Неизвестно, когда у него случилось «озарение», когда он смог сложить эту головоломку и связать массу/энергию с кривизной пространства.
С 1913 по 1915 года Эйнштейн публиковал несколько работ, одновременно работая над завершением ОТО. В некоторых работах встречались ошибки, из-за чего Эйнштейн тратил время на ненужные отвлечения в теоретических рассуждениях.
Но итоговый результат, что плотность энергии-импульса искривляет пространство время, как шар для боулинга – натянутый лист резины, и что движение массы в гравитационном поле зависит от кривизны пространства-времени – это, без сомнения, величайшие догадки, сделанные интеллектом человека.
Как долго мы разбирались бы в гравитации, не будь с нами гения Эйнштейна? Возможно, что нам пришлось ждать бы этого много десятилетий. Но в 1979 году загадка наверняка бы вышла наружу. В том году астрономы обнаружили «квазары-близнецы», QSO 0957+561, первый квазар, на котором наблюдалось гравитационное линзирование.
Это удивительное открытие можно объяснить только кривизной пространства-времени. За него наверняка дали бы Нобелевскую премию, если бы не гений Эйнштейна. А может, её всё-таки стоит выдать.
Сто лет общей теории относительности. Кто помогал Эйнштейну
Сто лет назад, в ноябре 1915 года, Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО)
Эйнштейн опубликовал в берлинском журнале Prussian Academy of Sciences всего четыре небольшие статьи: 1, 2, 3, 4. Последняя из них отправлена 25 ноября 1915 года. В статьях указан один автор, и работу часто принимают как труд одного гения. Но это совершенно не так.
Марсель Гроссманн (слева) и Мишель Бессо (справа) были университетскими друзьями Альберта Эйнштейна (в центре)
На самом деле физик получил неоценимую помощь от друзей и коллег, большинство из которых никогда не стали известными и были незаслуженно забыты, пишет журнал Nature со ссылками на несколько литературных источников, авторы которых изучали жизнь Эйнштейна и историю создания ОТО.
Наиболее значительное влияние на создание ОТО оказали двое друзей Эйнштейна со студенческих лет — Марсель Гроссманн (Marcel Grossmann) и Мишель Бессо (Michele Besso). Гроссманн был талантливым математиком и прилежным студентом, он помог более мечтательному и причудливому Альберту в ключевые моменты, когда тот пытался сформулировать теорию. Бессо — инженер с воображением и в чём-то неорганизованный. Он сохранил дружбу с Эйнштейном на всю жизнь. Свой вклад внесли и другие.
Все трое учились в Высшем техническом училище (Политехникуме), которое сейчас называется Швейцарской высшей технической школой Цюриха (ETH), с 1896 по 1900 годы. Сам Альберт рассчитывал выучиться на школьного учителя физики и математики, здесь же он встретил однокурсницу Милеву, на которой потом женился. По легендам, Эйнштейн часто пропускал занятия (из-за будущей жены?), а потом сдавал зачёты по конспектам Гроссманна.
Высшее техническое училище в Цюрихе, где Альберт Эйнштейн встретил друзей
Отец Гроссманна помог Эйнштейну устроиться на работу в патентном бюро в 1902 году, куда через пару лет пришёл и Бессо. Споры между Бессо и Эйнштейном привели к самым знаменитым научным работам, которые Эйнштейн опубликовал за своим единоличным авторством в 1905 году. В них была сформулирована специальная теория относительности (СТО).
В этот же счастливый 1905 год Альберт Эйнштейн закончил диссертацию и получил степень доктора физики в университете Цюриха.
В 1907 году Альберт начал обдумывать новую идею, развивающую СТО, которая смогла бы универсальным образом связать гравитацию с искривлением пространства-времени. Эта теория позже получила название общей теории относительности. Более плотно работать над ней учёный стал после увольнения из патентного бюро в 1909 году. Он получил должность профессора в университете Цюриха, а спустя два года — в Праге. В 1912 году Эйнштейн вернулся в Цюрих и снова связался с Гроссманом в ETH. Друзья объединили силы и вместе выработали полноправную теорию, которая до этого существовала только в виде идеи.
Сотрудничество двух физиков описано в цюрихском дневнике Эйнштейна. Как результат, в 1913 году они опубликовали совместную научную работу, известную как Entwurf («План»). Основное отличие Entwurf 1913 года от общей теории относительности 1915 года — уравнения поля, которые описывают, как материя искривляет ткань пространства-времени. В ОТО уравнения общековарианты, то есть сохраняют вид в любой системе отсчёта, а в теории Entwurf ковариация жёстко ограничена.
В июле 1913 года в Цюрих приехали два знаменитых немецких физика — Макс Планк и Вальтер Нернст. Они предложили 34-летнему Альберту высокооплачиваемую и свободную от преподавания должность в Прусской академии наук в Берлине. Эйнштейн принял предложение в марте 1914 года. Гравитация не особенно интересовала Планка и Нернста, им были интересны идеи Эйнштейна в области квантовой физики.
Но ещё до отъезда в Берлин физик работал над ОТО. Для проверки гипотезы они вместе с Бессо составляли формулы, которые бы объяснили аномальную прецессию перигилия Меркурия на 43˝ в столетие. Бессо внёс значительный вклад в работу и задавал интересные вопросы. Например, однажды он спросил, есть ли из уравнений Entwurf решение, которое однозначно определяет гравитационное поле Солнца. Современный анализ рукописей Эйнштейна показал, что именно этот вопрос дал Эйнштейну аргумент, убедивший его в ограниченной ковариации уравнений поля Entwurf.
Теория Эйнштейна предсказывала, что гравитация искривляет световые лучи. В августе 1914 года он вместе с молодым немецким астрономом Эрвином Финли Фрейндлихом (Erwin Finlay Freundlich) поехали в Крым для наблюдения солнечного затмения, чтобы проверить это, но были задержаны русскими (начиналась Первая мировая война). Доказательства искривления света пришлось ждать до солнечного затмения 1919 года.
В мае 1914 года Эйнштейн и Гроссманн опубликовали вторую совместную работу с уточнением теории Entwurf. Дальше они не смогли работать вместе, потому что Эйнштейн уехал работать в Берлин.
Прорыв случился вскоре после этого. Брак Альберта распался, и Милена вернулась обратно в Цюрих с двумя сыновьями. Эйнштейн возобновил прерванные два года назад отношения со своей двоюродной сестрой Эльзой. Эйнштейн продолжал работу над теорией, но к лету 1915 года начал нервничать из-за того, что уравнения Entwurf не сходились в системах с вращательным движением (Бессо говорил ему об этом два года назад, но Эйнштейн проигнорировал замечание). Эйнштейн обратился за помощью к астроному Фрейндлиху, поскольку сам не может выйти за рамки («mind was in a deep rut»). Стало ясно, что проблема в уравнениях поля Entwurf. В то же время надо было спешить, потому что идеями Эйнштейна заинтересовался видный немецкий математик Давид Гильберт, и уж он-то точно смог бы довести идеи до ума.
В спешке, Эйнштейн изменил уравнения поля — и опубликовал научную работу в начале ноября 1915 года. На следующей неделе он ещё раз изменил их — и опять опубликовал научную работу. Затем ещё раз. В конце концов, уравнения поля стали общековариантными в четвёртой работе, поданной для публикации 25 ноября 1915 года.
В своей первой работе Эйнштейн написал, что теория является «настоящим триумфом» математиков Карла Гаусса и Бернхарда Римана. Он пишет, что если бы они с Гроссманном два года назад руководствовались чистой математикой, а не физикой, то не допустили бы уравнений поля с ограниченной ковариацией. Но в реальности именно совместная работа с Гроссманном, Бессо, а также авторами похожей теории на ОТО — Гуннаром Нордстремом и Адрианом Фоккером, среди прочих, — помогла ему преодолеть ограничения теории Entwurf, а не только Гаусс с Риманом.
Общая теория относительности: уже сто лет, но все еще полна сюрпризов
В 1913 году Альберт Эйнштейн застопорился в своих усилиях построить общую теорию относительности. Он обратился к своему другу Марселю Гроссману за математической поддержкой: «Гроссман, ты должен мне помочь, иначе я сойду с ума». Спустя четыре года, когда Эйнштейн заканчивал статью о космических последствиях своей (наконец) завершенной теории, у него разболелась язва желудка, он страдал от расстройства печени. Измученный своими психическими усилиями, Эйнштейн думал, что умирает. Он писал физику Арнольду Зоммерфельду: «В последний месяц у меня было самое стимулирующее, исчерпывающее время в моей жизни, а также одно из самых успешных».
Но это чувство ускользало от большинства его коллег в те времена и до сих пор продолжает. Они изучают величайшее прозрение Эйнштейна, не принимая во внимание то, как он достиг его, или что оно для него значило; они просто «не чувствовали относительность в своих косточках», как говорит физик-теоретик Колумбийского университета Брайан Грин. Это отсутствие понимания проистекает из прилипчивого заблуждения о том, чем на самом деле является общая относительность, даже среди тех, кто потратил карьеру на ее изучение. Она широко описывает, как теория гравитации, но это не только теория. Она расписана в виде серии уравнений, описывающих движение объектов, но это не просто уравнения.
Общая теория относительности лучше всего воспринимается как пейзаж, буквально и фигурально. Это пространство понятий, которые описывают все возможные конфигурации пространства и времени, и все пути их изменения в присутствии материи. Это система, в которой все части реальности связаны. Первые походы Эйнштейна в этот пейзаж воодушевили и осушили его. Всякий раз, когда другие ученые пытались пройти по его стопам, они находили много новых областей. Именно поэтому, спустя сто лет после первой своей публикации, общая теория относительности все еще приносит удивительные открытия.
Нет лучше способа охватить идею относительности-как-пейзажа, чем взглянуть на самый большой пейзаж вообще: Вселенную. Эйнштейн понял, что пространство не является фиксированным фоном (неким невидимым полотном, относительно которого вы можете измерить движение), а является гибкой, динамичной вещью, которая искривляется и вытягивается в ответ на массу. Это искривление мы ощущаем как гравитационную тягу: она удерживает ваши ноги на земле и Землю на орбите. Ли Смолин — теоретик Института теоретической физики Периметра в Ватерлоо, штат Онтарио, и один из ярых учеников Эйнштейна — приветствует способность общей теории относительности обеспечивать единое, единственное описание всего пространства, определенного всей массой. «Это первая теория, которую можно применить ко Вселенной как к единому целому в замкнутой системе», — говорит он.
Вы наверняка слышали, что ученые говорят, что Вселенная расширяется, но что это означает на самом деле? В 1929 году Эдвин Хаббл наблюдал, что галактики, кажется, движутся прочь во всех направлениях. Заманчиво было бы предположить, что эти галактики летят через космос, подталкиваемые гигантским изначальным взрывом. В 1930-х годах британский астроном Э. Милн попытался описать открытие Хаббла именно в таких терминах. Но его анализ мрачно провалился. Единственный способ внести смысл в астрономические наблюдения, как показал Эйнштейн, это подумать о космосе как о чем-то огромном. Галактики не летят через пространство; это само пространство расширяется между ними.
И они до сих пор изучают новые уголки пейзажа относительности. Поскольку пространство динамично, оно может деформироваться самым немыслимым образом. Притяжение гравитации сжимает пространство; это сжатие вы чувствуете как свой вес. Уравнения Эйнштейна также допускают антигравитацию, энергию, которая толкает пространство прочь. На протяжении десятилетий эту возможность считали теоретическим любопытством. Но в 1998 году группа из двух астрономов обнаружила, что расширение Вселенной ускоряется. Это имеет смысл только в контексте относительности. Элемент антигравитации, подталкивающий ускорение, сейчас называется «темной энергией», и он настолько хорошо принят, что Нобелевскую премию по физике 2011 года присудили за его открытие.
Так же, как пространство может расширяться, оно может и покрываться рябью, взволнованное гравитацией движущегося объекта, подобно тому, как поверхность пруда покрывает рябью после падения камешка. Это еще одна пустыня относительности, которую ученые только сейчас начинают изучать. Поскольку гравитационные волны обтекают Землю на скорости света, они тонко хлюпают и растягивают все, что встречают на пути, в том числе и вас. Этот эффект невероятно слабый. Чтобы найти эти волны, ученые модернизируют пару 4-километровых детекторов — один в Вашингтоне, другой в Луизиане, США, — под названием Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), наряду с комплексным экспериментом под названием Virgo, расположенным в Италии. К концу десятилетия они надеются наблюдать гравитационные сигналы, излучаемые значительными, но по своей сути невидимыми событиями космоса, вроде столкновений черных дыр.
И, да, черные дыры — пожалуй, самая известная из всех странных особенностей, вытекающих из пейзажа уравнений Эйнштейна. Черные дыры — это места, где пространство искривляется само в себя; нигде больше топография относительности так не искажается и не интригует. На горизонте событий — границе черной дыры — время останавливается, а явления на атомных масштабах, описываемые квантовой механикой, растягиваются до размеров городов… или так кажется. Общая теория относительности также утверждает, что все части Вселенной должны быть продолжительными, то есть не должно быть никаких физических помех между внутренней и наружной частью черной дыры. Это кажущееся противоречие вдохновило целую бурю новых теорий, которые пытаются выйти за рамки современного понимания законов физики.
Даже в закрученном случае черных дыр, концепции, которые, похоже, проживают в отдаленных краях пейзажа относительности, могут быть доступными для наблюдения. Инструмент под названием Event Horizon Telescope, состоящий из девяти радиообсерваторий, разбросанных по миру, прямо сейчас собирает информацию для создания первых прямых снимков сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. Эта черная дыра сама по себе никак не выглядит (она ведь черная), но измерения ее размеров и окружающих структур могут напрямую указать, как масса искажает структуру пространства. Любые отклонения от эйнштейновских ожиданий укажут путь в направлении совершенно новых физических понятий. Первые осмысленные изображения Event Horizon Telescope появятся скоро, возможно, уже в течение десяти лет.
Все эти идеи о расширяющейся Вселенной, гравитационных волнах и черных дырах потребовали мучительно много времени на разработку, поскольку скрывались глубоко внутри пейзажа относительности. Сам Эйнштейн медленно принял первые две и никто не примирился с черными дырами, называя аргументы в пользу их существования «неубедительными» и предполагая, что природные процессы не позволили бы им сформироваться. Многие писатели, в том числе знаменитый физик Георгий Гамов, представили сопротивление Эйнштейна этим идеям как «промахи» — места, где его великий ум сошел с пути. В реальности же Эйнштейн открыл настолько огромный пейзаж, что даже ему не хватило целой жизни, чтобы изучить его.
Даже современные физики недалеко ушли от Эйнштейна и считают, что общая теория относительности — это далеко не конец. Относительность расходится с квантовой механикой — набором правил, описывающих мир в атомных масштабах — в своем описании гравитации и экстремальных объектов вроде черных дыр. Вынужденные выбирать, многие современные теоретики называют квантовую механику более основательным описанием реальности, называя относительность крупномасштабным явлением, сотканным из маломасштабных квантовых эффектов. Физики очень хорошо проработали нижнюю часть (в которой свет представлен фотонами, а материя скоплениями атомов), но столетний опыт предполагает, что неразумно недооценивать силу эйнштейновской перспективы сверху вниз. Как сказал Ли Смолин, квантовая механика — это теория «подсистем», которая имеет смысл только в контексте своего окружения, в противоположность космическим масштабам относительности.
Целостный подход Эйнштейна делает общую теорию относительности уникальной в своем потенциале для объяснения и исследования. Безусловно, будут физики, которые зайдут еще дальше, чем он. Они могут отлично принять множество инструментов и техник из квантовой теории. Но точно так же этим гениям придется действовать на манер Эйнштейна — отступать от уравнений, чтобы увидеть пейзаж целиком — если они захотят достичь истинного просветления. Им придется почувствовать относительность своими косточками.
Теория относительности Эйнштейна: коротко и просто о сложном
Альберт Эйнштейн — великий физик-теоретик, имя которого на слуху у каждого из нас еще со школьной скамьи. Обладатель Нобелевской премии, автор почти 500 книг, посвященных физике, философии и истории. Именно он перевернул научное представление о природе пространства и времени, движении и законах механики теорией относительности, которую открыл в 1905 году.
Согласно его теории, мир состоит из четырех измерений:
Еще одно измерение – время. Эти четыре величины формируют пространственно–временную физическую модель.
Самое интересное в том, что восприятие времени и пространства напрямую зависит от скорости нашего движения.
Взаимосвязь трех составляющих объясняет специальная теория относительности: чем больше скорость движения объекта, тем больше искажение пространства и времени.
На основе данного учения позже Альберт Эйнштейн создал общую теорию относительности, но она понятна немногим, потому в школе мы изучали специальную теорию относительности. Именно о ней мы поговорим подробнее в статье.
Основные принципы учения
Как определить движется объект или стоит на месте? Просто оцените его состояние относительно других тел. Важно понимать, что наличие или отсутствие движения, а также скорость перемещения зависят от двух факторов: кто наблюдает за предметом и откуда наблюдает. Проще говоря, движение – это относительный параметр.
Давайте рассмотрим на простом примере. Представьте, что вы едете в метро после непростого рабочего дня и, сидя на одном из пассажирских мест, увлеченно изучаете нашу онлайн-программу «Психическая саморегуляция» через свой телефон (кстати, отличный выбор, если ваша цель — справиться со стрессом, трудными отношениями в коллективе и другими «тормозящими» эмоциями). Для вас все объекты в вагоне, такие как кресла, пассажиры (речь о тех, кто стоит или сидит) и, конечно, ваш телефон находятся в неподвижном состоянии, т.е. их скорость передвижения равно нулю.
Ваш друг решил встретить вас на платформе одной из станций и уже ожидает на месте. Для него поезд и все объекты, находящиеся в нем, движутся с одинаковой скоростью, например, 50 км/ч. А если кто-то из пассажиров вагона решит перейти на ходу поезда по направлению движения состава в другой вагон, то его скорость будет еще выше, т.к. она суммируется со скоростью поезда.
Но есть одно исключение из правила — свет фар поезда. Скорость света остается неизменна и будет равна скорости движения самого поезда.
Отсюда следуют два главных принципа специальной теории относительности:
На первый взгляд, скорость света кажется молниеносной, но это не так. Рассмотрим на примере распространения света в космосе. Между Солнцем и Землей 150 миллионов километров, солнечный свет доходит до земного шара за 8 минут. Соответственно, если Солнце вдруг перестанет светить, ночь нас накроет не сразу, а через 8 минут.
Два главных принципа теории рождают другие важные факты о пространственно-временной среде. Расскажем о них в следующих разделах.
Следствия учения
Важно понять, как выше изложенные принципы относятся к пространству и времени. Благодаря им Альберт Эйнштейн пришел к трем выводам:
Чтобы понимать, о чем речь, давайте рассмотрим подробнее каждое из заключений.
Время замедляется
Время — это не абсолютная величина, она зависит от системы отсчета, в которой находится на данный момент.
Интересный опыт был проведен с применением двух атомных часов: одно устройство было отправлено самолетом вокруг планеты, а другое осталось на Земле. После посадки самолета сравнили показатели часов: те, что облетели земной шар, отставали от других часов на тысячные секунды.
Отсюда можно сделать вывод, время идет медленнее относительно объектов, находящихся в движении. При этом оно становится еще медленнее, если скорость объекта приближается к скорости света. Если космический корабль достигнет скорости света, то астронавт попадет в будущее. В этом случае время также будет относительно: недели в космосе будут равны годам на Земле. На этой теории построены сюжеты многих фантастических фильмов о космосе и его исследователях.
Пространство уменьшается
Давайте представим, что наш космический путешественник отправляется в полет на своем корабле. Скорость летательного аппарата приближается к скорости света и если наблюдать за его полетом со стороны, то можно заметить, что по направлению движения он становится короче, а перпендикулярно пути сохраняет исходные размеры, т.е. его ширина не меняется. При этом с самим астронавтом все в порядке: он на прежнем месте и прежних параметров.
Данный пример наглядно показывает, что для наблюдателя движущийся объект с увеличением своей скорости становится короче по направлению движения, а перпендикулярно ему его размеры остаются неизменными.
Масса увеличивается
E = mc² — знакомая формула из школьной программы? Своим уравнением Альберт Эйнштейн наглядно показал, что масса пропорциональна энергии тела, т.е., если увеличить скорость движения объекта, увеличивается и его масса. Отсюда следует вывод, что одна часть энергии затрачивается на изменение массы, а другая – на увеличение скорости. Это объясняет тот факт, что на деле путешествие во времени, о котором говорилось в предыдущем разделе, невозможно. Судите сами: чем больше скорость корабля, тем труднее его подтолкнуть. В итоге, приближаясь к скорости света, он достигает таких показателей, что никакая энергия вселенной не сможет его передвинуть.
Подведем итог
Почему теория относительности носит такое название?
Если скорость объекта приближается к скорости света, то его время замедляется, а пространство сжимается. Но эти показатели относительны наблюдателя, т.е. так он видит картину со своей стороны. Но для астронавта, который летит в космическом корабле, меняется только масса тела, остальные показатели остаются неизменными. При этом обе точки зрения верны, отсюда и название теории.
Надеемся, что наша статья помогла вам в общих чертах понять основные положения теории относительности. Кстати, интересный факт: Альберт Эйнштейн посвятил изучению и описанию своей теории 10 лет. Для более точного понимания учения советуем прочитать книгу «Теория относительности» Шеддад Каид-Сала Феррона. Поверьте, она будет интересна каждому школьнику и взрослому благодаря простому и веселому изложению мысли, ярким картинкам и графикам.