Теория относительности Эйнштейна: просто о сложном

Наше сознание не всегда легко воспринимает некоторые теории и понятия. К ним относится и Теория относительности Эйнштейна. Если объяснить теорию просто, понять ее получится. Главное, иметь основы математики и физики. Речь будет идти о времени, скорости, расстоянии.

Альберт Эйнштейн

Альберт Эйнштейн в 1905 году подарил науке специальную теорию относительности. Также ее называют СТО. Эта теория рассказывает, как трактовать движения между объектами, которые движутся с неизменной скоростью относительно друг друга. Ученый предложил изучать движение объектов в соотношении друг с другом, а не как абсолютную систему отсчета одного из них.  При одновременности происходящего события могут иметь разное время или скорость: в зависимости от того, кто наблюдает происходящее. Например, пассажир поезда будет видеть одну картинку, а человек, стоящий на перроне –  иную.

Главное, для понимания специальной теории относительности — она применима в единственном случае — движение равномерно и прямолинейно. Во всех остальных ситуациях – при ускорение движения или смены направление, законы теории не работают. Здесь используют общую теорию относительности. Она поясняет движения материальных объектов в общих случаях.

Общие принципы теории Эйнштейна

  1. Физические законы сохраняются для тел, которые двигаются на постоянной скорости относительно друг друга.

Поясним. Например, Иван и Петр рассекают пространство на космических кораблях. Для сравнения их наблюдений необходимо знать только скорость Ивана относительно скорости корабля Петра.

Если скорость движения Ивана больше скорости Петра, его наблюдения времени и пространства отличны от наблюдений Петра, который перемещается медленнее.

Представим эксперимент.

Иван в движущемся корабле. В руках у него мощный прожектор, он посылает луч света в зеркало, прикрепленное на потолке. Отраженный в зеркале свет устремляется вниз, на специальный экран-фиксатор.

Получается схема:

зеркало

И        ↑  ↓

В        ↑  ↓

А        ↑  ↓

Н        ↑  ↓

Экран-фиксатор

Для Ивана, движущегося с постоянной скоростью внутри корабля ничего не меняется, свет падает перпендекулярно вниз.

Вот что видит Петр, который находится в покоящемся космическом корабле и наблюдает за кораблем Ивана:

Зеркало

И                      / \

В                    /     \

А                  /        \

Н                /            \

                  Экран-фиксатор

 

Петр увидит луч света, поднимающийся вверх и падающий на экран по диагонали.Это происходит из-за движения корабля Ивана.

Для Ивана и Петра траектория света, длина луча (!) и время нужное для прохождения от зеркала к фиксатору — разные.

“Замедление времени”  — так называется это явление: время на корабле Ивана (а корабль этот движется с бОльшей скоростью) с позиции наблюдателя с земли протекает медленнее.

Эйнштейн в своих экспериментах доказал, что время и пространство наблюдатели воспринимают по-иному, восприятие зависит от того, с какой скоростью перемещаются объекты.

  1. Скорость света одинакова для всех. Не важно, какова скорость наблюдающего по отношению к источнику света.

 Для понимания практическое объяснение. Ни одно тело не может приблизиться к скорости света и или стать быстрее ее. Допустим, что мы имеем два источника света: неподвижный фонарь. Обозначим скорость фонаря х1. Время, за которое свет достигнет стены — В1. Второй источник – фонарь, закрепленный на поезде. Поезд движется со скоростью х2. Парадоксом является то, что оба потока света достигнут условной точки В ОДНО ВРЕМЯ. Почему так? Ведь фонарь1 не движется, а к скорости света фонаря 2 прибавляется скорость поезда х2. Теорема Эйнштейна объясняет это тем, что скорость света невозможно превысить. Вопрос: почему? Объясняется это так: если предмет приблизится к скорости света, его масса будет увеличиваться, а значит, будет и увеличиваться энергия, нужная для движения этого предмета. Если скорость света будет достигнута, то масса предмета станет бесконечной, как и энергия, необходимая для движения этого предмета. А это невозможно. Со скоростью света могут двигаться только те предметы, которые массы не имеют. Таким предметом и является свет.

Эйнштейн и формула

При достижении скорости света движущиеся предметы становятся короче.

Это еще один эффект того, что скорость света не изменятся. Объясним его мысленным экспериментом. Представим, что скорость света гораздо меньше 300 000 км в секунду. Медленная скорость. Иван едет в поезде и устанавливает лампу посередине вагона. Иван включает лампу.

←           ←     ←лампа со светом→   →        →

Включенный свет начнет движение и в одно время осветит (достигнет) переднюю и заднюю стенку вагона. Вместе с Иваном мы измерим  длину вагона, зная, сколько времени понадобилось свету, чтобы достичь обеих стен.

Предположим, что для пути в 10 метров, свету нужна 1 секунда. И что в нашем эксперименте для освещения вагона потребовалась одна секунда.

Узнаем, что лампа быдла помещена в 10 метрах от каждой стороны вагона. Получаем: 10*2=20. Длина вагона составила 20 метров.

В рамках эксперимента представим, что Петр находится на перроне и наблюдает за поездом, в котором едет Иван. Мы помним, что Петр видит наблюдаемое иначе. Для Петра задняя стенка вагона движется к лампе. Передняя стенка отодвигается от лампы. Это значит, что задняя стена осветится раньше, чем передняя.

← движение поезда

Передняя стенка←  ← ←лампа со светом→ → →задняя стенка

В результате эксперимента видно: при измерении скорости распространения света Иван и Петр будут иметь различные результаты.  Для науки расчеты Ивана и  Петра будут верны. При этом длина вагона для Ивана будет одна, а для Петра – другая, что важно – меньше.

Еще несколько слов об относительности

Краткие выводы. Согласно теории относительности Эйнштейна, описание чего -либо зависит от наблюдателя. Картинка у человека , находящегося в движении будет одна. У находящегося в покое – другая. Речь будет идти об одном и том же явлении. Обе картинки будут правдивы. Законы природы от наблюдателя не зависят.

Наглядный пример, что все относительно:

цилиндр и прямоугольник

На изображении выше — один и тот же предмет. На синей стене зритель видит квадрат, на желтой — круг. Тень дает предмет цилиндрической формы. Три разных взгляда на одну вещь. Три разных правды.

Не бойтесь размышлять и познавать новое. Даже то, что не умещается в голове!

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

:) :D :( :o 8O :? 8) :lol: :x :P :oops: :cry: :evil: :twisted: :roll: :wink: :!: :?: :idea: :arrow: :| :mrgreen: