Einsteins relativitetsteori har altid virket abstrakt og uforståelig for mig. Lad os prøve at beskrive Einsteins relativitetsteori med enkle ord. Forestil dig at være udenfor i kraftig regn med vinden i ryggen. Hvis du begynder at løbe hurtigt, falder der ikke regndråber på ryggen. Dråberne vil være langsommere eller slet ikke nå din ryg, dette er et videnskabeligt bevist faktum, og du kan selv tjekke det i et regnvejr. Forestil dig nu, at hvis du vendte om og løb mod vinden med regn, ville dråberne ramme dit tøj og ansigt hårdere, end hvis du bare stod.

Forskere troede tidligere, at lys virkede som regn i blæsevejr. De troede, at hvis Jorden bevægede sig rundt om Solen, og Solen bevægede sig rundt i galaksen, så ville det være muligt at måle hastigheden af ​​deres bevægelse i rummet. Efter deres mening er alt, hvad de skal gøre, at måle lysets hastighed, og hvordan den ændrer sig i forhold til to kroppe.

Forskere gjorde det og fandt noget meget mærkeligt. Lysets hastighed var den samme, uanset hvad, uanset hvordan kroppene bevægede sig og uanset i hvilken retning målingerne blev taget.

Det var meget mærkeligt. Hvis vi tager situationen med et regnvejr, så vil regndråberne under normale omstændigheder påvirke dig mere eller mindre afhængig af dine bevægelser. Enig, det ville være meget mærkeligt hvis et regnvejr blæste i ryggen med lige stor kraft, både når du løb og når du stopper.

Forskere har opdaget, at lys ikke har de samme egenskaber som regndråber eller noget andet i universet. Uanset hvor hurtigt du bevæger dig, og uanset hvilken retning du er på vej, vil lysets hastighed altid være den samme. Dette er meget forvirrende, og kun Albert Einstein var i stand til at kaste lys over denne uretfærdighed.

Einstein og en anden videnskabsmand, Hendrik Lorentz, fandt ud af, at der kun var én måde at forklare, hvordan alt dette kunne være. Dette er kun muligt, hvis tiden går langsommere.

Forestil dig, hvad der ville ske, hvis tiden gik langsommere for dig, og du ikke vidste, at du bevægede dig langsommere. Du vil føle, at alt andet sker hurtigere., alt omkring dig vil bevæge sig, som i en film i spole frem.

Så lad os nu forestille os, at du igen er i et blæsende regnskyl. Hvordan er det muligt, at regn vil påvirke dig på samme måde, selvom du løber? Det viser sig, at hvis du forsøgte at løbe væk fra regnen, så din tid ville blive langsommere, og regnen ville tage fart. Regndråber ville ramme din ryg med samme hastighed. Forskere kalder denne tid dilatation. Uanset hvor hurtigt du bevæger dig, bliver din tid langsommere, i det mindste for lysets hastighed er dette udtryk sandt.

Dualitet af dimensioner

En anden ting, som Einstein og Lorentz fandt ud af, var, at to mennesker under forskellige omstændigheder kan få forskellige beregnede værdier, og det mærkeligste er, at de begge vil have ret. Dette er en anden bivirkning af lys, der altid bevæger sig med samme hastighed.

Lad os lave et tankeeksperiment

Forestil dig, at du står i midten af ​​dit værelse, og du har installeret en lampe lige i midten af ​​rummet. Forestil dig nu, at lysets hastighed er meget langsom, og du kan se, hvordan den bevæger sig, forestil dig, at du tænder en lampe.

Så snart du tænder lampen, begynder lyset at sprede sig og lyse. Da begge vægge er i samme afstand, vil lyset nå begge vægge på samme tid.

Forestil dig nu, at der er et stort vindue på dit værelse, og en ven af ​​dig kører forbi. Han vil se noget andet. For ham vil det se ud som om dit værelse bevæger sig til højre, og når du tænder lampen, vil han se den venstre væg bevæge sig mod lyset. og den højre væg bevæger sig væk fra lyset. Han vil se, at lyset først ramte den venstre væg, og derefter den højre. Det vil synes for ham, at lyset ikke oplyste begge vægge på samme tid.

Ifølge Einsteins relativitetsteori vil begge synspunkter være rigtige. Fra dit synspunkt rammer lys begge vægge på samme tid. Fra din vens synspunkt er det ikke tilfældet. Der er intet galt.

Det er derfor, videnskabsmænd siger, at "samtidighed er relativt." Hvis du måler to ting, der formodes at ske på samme tid, så vil nogen, der bevæger sig med en anden hastighed eller i en anden retning, ikke være i stand til at måle dem på samme måde som dig.

Dette forekommer os meget mærkeligt, fordi lysets hastighed er øjeblikkelig for os, og vi bevæger os meget langsomt i sammenligning. Da lysets hastighed er så høj, lægger vi ikke mærke til lysets hastighed, før vi udfører særlige eksperimenter.

Jo hurtigere et objekt bevæger sig, jo kortere og mindre er det

Endnu en meget mærkelig bivirkning at lysets hastighed ikke ændres. Med lysets hastighed bliver ting i bevægelse kortere.

Igen, lad os forestille os, at lysets hastighed er meget langsom. Forestil dig, at du rejser med et tog, og du har installeret en lampe i midten af ​​vognen. Forestil dig nu, at du tænder en lampe, som i et rum.

Lyset vil sprede sig og samtidig nå væggene foran og bagved bilen. På denne måde kan du endda måle længden af ​​vognen ved at måle, hvor lang tid det tog lyset at nå begge sider.

Lad os lave beregningerne:

Lad os forestille os, at det tager 1 sekund at rejse 10 meter, og det tager 1 sekund for lyset at sprede sig fra lampen til vognens væg. Det betyder, at lygten er placeret 10 meter fra begge sider af bilen. Da 10 + 10 = 20, betyder det, at bilens længde er 20 meter.

Lad os nu forestille os, at din ven er på gaden og ser et tog passere forbi. Husk, at han ser tingene anderledes. Vognens bagvæg bevæger sig mod lampen, og forvæggen bevæger sig væk fra den. På denne måde vil lyset ikke røre for- og bagsiden af ​​bilens væg på samme tid. Lyset når først bagsiden og derefter fronten.

Hvis du og din ven måler lysets udbredelseshastighed fra lampen til væggene, vil du således få forskellige værdier, men fra et videnskabeligt synspunkt vil begge beregninger være korrekte. Kun for dig vil længden af ​​vognen ifølge målene være den samme størrelse, men for en ven vil længden på vognen være mindre.

Husk, det handler om, hvordan og under hvilke forhold du måler. Hvis du var inde i en raket, der bevægede sig med lysets hastighed, ville du ikke føle noget usædvanligt, i modsætning til folkene på jorden, der måler din bevægelse. Du ville ikke være i stand til at indse, at tiden gik langsommere for dig, eller at for- og bagsiden af ​​skibet pludselig var blevet tættere på hinanden.

På samme tid, hvis du fløj på en raket, ville det virke for dig, som om alle planeterne og stjernerne fløj forbi dig med lysets hastighed. I dette tilfælde, hvis du prøver at måle deres tid og størrelse, så burde tiden logisk set for dem gå langsommere, og deres størrelser skulle falde, ikke?

Alt dette var meget mærkeligt og uforståeligt, men Einstein foreslog en løsning og kombinerede alle disse fænomener til en relativitetsteori.

Denne verden var indhyllet i dybt mørke.
Lad der være lys! Og så dukkede Newton op.
Epigram fra 1700-tallet.

Men Satan ventede ikke længe på hævn.
Einstein kom og alt blev det samme som før.
Epigram af det 20. århundrede.

Relativitetsteoriens postulater

Postulat (aksiom)- et grundlæggende udsagn, der ligger til grund for teorien og accepteret uden beviser.

Første postulat: alle fysiske love, der beskriver ethvert fysisk fænomen, skal have samme form i alle inerti-referencerammer.

Det samme postulat kan formuleres forskelligt: ​​i alle inerti-referencerammer forløber alle fysiske fænomener under de samme begyndelsesbetingelser på samme måde.

Andet postulat: i alle inertielle referencesystemer er lysets hastighed i vakuum den samme og afhænger ikke af bevægelseshastigheden for både lyskilden og lysmodtageren. Denne hastighed er den maksimale hastighed af alle processer og bevægelser ledsaget af overførsel af energi.

Loven om forholdet mellem masse og energi

Relativistisk mekanik- en gren af ​​mekanikken, der studerer bevægelseslovene for legemer ved hastigheder tæt på lysets hastighed.

Enhver krop har på grund af dets eksistens energi, der er proportional med dens hvilemasse.

Hvad er relativitetsteorien (video)

Konsekvenser af relativitetsteorien

Relativiteten af ​​samtidighed. Samtidigheden af ​​to begivenheder er relativ. Hvis hændelser, der forekommer på forskellige punkter, er samtidige i én inertiereferenceramme, er de muligvis ikke samtidige i andre inertiereferencerammer.

Længde reduktion. Længden af ​​kroppen, målt i referencerammen K", hvor den er i hvile, er større end længden i referencerammen K, i forhold til hvilken K" bevæger sig med hastighed v langs Ox-aksen:

Tidsudvidelse. Tidsintervallet målt af et ur, der er stationært i inertiereferencerammen K" er mindre end tidsintervallet målt i inertiereferencerammen K, i forhold til hvilket K" bevæger sig med hastigheden v:

relativitetsteori

materiale fra bogen "A Brief History of Time" af Stephen Hawking og Leonard Mlodinow

Relativitet

Einsteins grundlæggende postulat, kaldet relativitetsprincippet, siger, at alle fysikkens love skal være ens for alle frit bevægende iagttagere, uanset deres hastighed. Hvis lysets hastighed er konstant, bør enhver frit bevægende observatør registrere den samme værdi uanset den hastighed, hvormed han nærmer sig eller bevæger sig væk fra lyskilden.

Kravet om, at alle observatører er enige om lysets hastighed, fremtvinger en ændring i begrebet tid. Ifølge relativitetsteorien vil en observatør, der rejser på et tog, og en, der står på perronen, afvige i deres skøn over den afstand, som lyset tilbagelægger. Og da hastighed er afstand divideret med tid, er den eneste måde for observatører at blive enige om lysets hastighed, hvis de også er uenige om tiden. Med andre ord satte relativitetsteorien en stopper for ideen om absolut tid! Det viste sig, at hver observatør skal have sit eget tidsmål, og at identiske ure for forskellige observatører ikke nødvendigvis vil vise den samme tid.

Når vi siger, at rummet har tre dimensioner, mener vi, at positionen af ​​et punkt i det kan udtrykkes ved hjælp af tre tal - koordinater. Hvis vi introducerer tid i vores beskrivelse, får vi firedimensionel rumtid.

En anden velkendt konsekvens af relativitetsteorien er ækvivalensen af ​​masse og energi, udtrykt ved Einsteins berømte ligning E = mc2 (hvor E er energi, m er kropsmasse, c er lysets hastighed). På grund af ækvivalensen mellem energi og masse øger den kinetiske energi, som et materielt objekt besidder på grund af sin bevægelse, dets masse. Med andre ord bliver objektet sværere at accelerere.

Denne effekt er kun signifikant for kroppe, der bevæger sig med hastigheder tæt på lysets hastighed. For eksempel vil kropsmassen ved en hastighed svarende til 10 % af lysets hastighed kun være 0,5 % større end ved hvile, men ved en hastighed svarende til 90 % af lysets hastighed vil massen være mere end to gange den normale. Når det nærmer sig lysets hastighed, øges massen af ​​et legeme mere og hurtigere, så der kræves mere og mere energi for at accelerere det. Ifølge relativitetsteorien kan et objekt aldrig nå lysets hastighed, da dets masse i dette tilfælde ville blive uendelig, og på grund af ækvivalensen mellem masse og energi ville der kræves uendelig energi for at gøre dette. Dette er grunden til, at relativitetsteorien for altid fordømmer ethvert almindeligt legeme til at bevæge sig med en hastighed, der er mindre end lysets hastighed. Kun lys eller andre bølger, der ikke har deres egen masse, kan rejse med lysets hastighed.

Forvredet plads

Einsteins generelle relativitetsteori er baseret på den revolutionære antagelse, at tyngdekraften ikke er en almindelig kraft, men en konsekvens af, at rum-tid ikke er flad, som man tidligere har troet. I generel relativitetsteori er rumtiden bøjet eller buet af den masse og energi, der er placeret i den. Legemer som Jorden bevæger sig i buede baner, der ikke er under indflydelse af en kraft kaldet tyngdekraften.

Da en geodætisk linje er den korteste linje mellem to lufthavne, flyver navigatører fly langs disse ruter. For eksempel kan du følge kompasaflæsningerne og flyve de 5.966 kilometer fra New York til Madrid næsten ret øst langs den geografiske parallel. Men du skal kun tilbagelægge 5.802 kilometer, hvis du flyver i en stor cirkel, først på vej mod nordøst og derefter gradvist dreje mod øst og derefter sydøst. Forekomsten af ​​disse to ruter på et kort, hvor jordens overflade er forvrænget (repræsenteret som flad), er vildledende. Når du bevæger dig "lige" mod øst fra et punkt til et andet på klodens overflade, bevæger du dig faktisk ikke langs en lige linje, eller rettere sagt, ikke langs den korteste geodætiske linje.

Hvis banen for et rumfartøj, der bevæger sig i en lige linje gennem rummet, projiceres på Jordens todimensionelle overflade, viser det sig, at den er buet.

Ifølge den almene relativitetsteori skulle gravitationsfelter bøje lys. For eksempel forudsiger teorien, at i nærheden af ​​Solen bør lysstråler bøje sig let mod den under påvirkning af stjernens masse. Det betyder, at lyset fra en fjern stjerne, hvis det tilfældigvis passerer nær Solen, vil afvige med en lille vinkel, hvorfor en observatør på Jorden vil se stjernen ikke præcis, hvor den faktisk befinder sig.

Lad os huske på, at i henhold til grundpostulatet i den særlige relativitetsteori er alle fysiske love ens for alle frit bevægende observatører, uanset deres hastighed. Groft sagt udvider ækvivalensprincippet denne regel til de observatører, der ikke bevæger sig frit, men under indflydelse af et gravitationsfelt.

I små nok områder af rummet er det umuligt at bedømme, om du er i ro i et gravitationsfelt eller bevæger dig med konstant acceleration i det tomme rum.

Forestil dig, at du befinder dig i en elevator midt i et tomt rum. Der er ingen tyngdekraft, ingen "op" og "ned". Du svæver frit. Elevatoren begynder derefter at bevæge sig med konstant acceleration. Du mærker pludselig vægt. Det vil sige, at du bliver presset mod en af ​​elevatorens vægge, som nu opfattes som gulvet. Hvis du tager et æble op og lader det gå, falder det på gulvet. Faktisk, nu hvor du bevæger dig med acceleration, vil alt inde i elevatoren ske nøjagtig det samme, som hvis elevatoren slet ikke bevægede sig, men var i ro i et ensartet gravitationsfelt. Einstein indså, at ligesom når du er i en togvogn, kan du ikke se, om den holder stille eller bevæger sig ensartet, så når du er inde i en elevator, kan du ikke se, om den bevæger sig med konstant acceleration eller er i et ensartet tyngdefelt. Resultatet af denne forståelse var ækvivalensprincippet.

Ækvivalensprincippet og det givne eksempel på dets manifestation vil kun være gyldigt, hvis inertialmassen (en del af Newtons anden lov, som bestemmer, hvor meget acceleration en kraft påført den giver et legeme) og gravitationsmassen (en del af Newtons lov om tyngdekraften, som bestemmer størrelsen af ​​tyngdekraften) tiltrækning) er en og samme ting.

Einsteins brug af ækvivalensen af ​​inerti- og gravitationsmasser til at udlede princippet om ækvivalens og i sidste ende hele den generelle relativitetsteori er et eksempel på vedvarende og konsekvent udvikling af logiske konklusioner uden fortilfælde i menneskets tankehistorie.

Tidsudvidelse

En anden forudsigelse af generel relativitetsteori er, at tiden skulle sænke farten omkring massive kroppe som Jorden.

Nu hvor vi er bekendt med ækvivalensprincippet, kan vi følge Einsteins tankegang ved at udføre endnu et tankeeksperiment, der viser, hvorfor tyngdekraften påvirker tiden. Forestil dig en raket, der flyver i rummet. For nemheds skyld vil vi antage, at dens krop er så stor, at det tager lys et helt sekund at passere langs den fra top til bund. Antag endelig, at der er to observatører i raketten: en øverst, nær loftet, den anden i bunden, på gulvet, og begge er udstyret med det samme ur, der tæller sekunderne.

Lad os antage, at den øverste observatør, der har ventet på, at hans ur tæller ned, sender straks et lyssignal til den nederste. Ved næste optælling sender den et andet signal. Ifølge vores forhold vil det tage et sekund for hvert signal at nå den nederste observatør. Da den øverste observatør sender to lyssignaler med et interval på et sekund, vil den nederste observatør også registrere dem med samme interval.

Hvad ville ændre sig, hvis raketten i dette eksperiment, i stedet for at svæve frit i rummet, stod på Jorden og oplevede tyngdekraftens virkning? Ifølge Newtons teori vil tyngdekraften på ingen måde påvirke tingenes tilstand: Hvis observatøren ovenfor sender signaler med et interval på et sekund, så vil observatøren nedenfor modtage dem med samme interval. Men ækvivalensprincippet forudsiger en anden udvikling af begivenheder. Hvilken, kan vi forstå, hvis vi i overensstemmelse med ækvivalensprincippet mentalt erstatter tyngdekraftens handling med konstant acceleration. Dette er et eksempel på, hvordan Einstein brugte ækvivalensprincippet til at skabe sin nye teori om tyngdekraften.

Så lad os sige, at vores raket accelererer. (Vi vil antage, at den accelererer langsomt, så dens hastighed ikke nærmer sig lysets hastighed.) Da rakettens krop bevæger sig opad, vil det første signal skulle tilbagelægge mindre afstand end før (før accelerationen begynder). og det vil ankomme til den nederste observatør hurtigere end efter, giv mig et sekund. Hvis raketten bevægede sig med en konstant hastighed, ville det andet signal ankomme nøjagtigt det samme tidligere, således at intervallet mellem de to signaler ville forblive lig med et sekund. Men i det øjeblik, hvor det andet signal sendes, på grund af acceleration, bevæger raketten sig hurtigere end i det øjeblik, det første signal sendes, så det andet signal vil rejse en kortere afstand end det første og vil tage endnu mindre tid. Observatøren nedenfor, der tjekker sit ur, vil registrere, at intervallet mellem signalerne er mindre end et sekund, og vil være uenig med observatøren ovenfor, som hævder, at han sendte signalerne præcis et sekund senere.

I tilfælde af en accelererende raket burde denne effekt nok ikke være særlig overraskende. Vi har jo lige forklaret det! Men husk: ækvivalensprincippet siger, at det samme sker, når raketten er i ro i et gravitationsfelt. Selv hvis raketten ikke accelererer, men for eksempel står på affyringsrampen på jordens overflade, vil signaler sendt af den øverste observatør med et interval på et sekund (ifølge hans ur) ankomme til lavere observatør med et mindre interval (ifølge hans ur). Det her er virkelig fantastisk!

Tyngdekraften ændrer tidens flow. Ligesom den særlige relativitetsteori fortæller os, at tiden går forskelligt for observatører, der bevæger sig i forhold til hinanden, fortæller den generelle relativitetsteori os, at tiden går forskelligt for observatører i forskellige gravitationsfelter. Ifølge den generelle relativitetsteori registrerer den lavere observatør et kortere interval mellem signalerne, fordi tiden bevæger sig langsommere ved Jordens overflade, fordi tyngdekraften er stærkere der. Jo stærkere gravitationsfeltet er, jo større er denne effekt.

Vores biologiske ur reagerer også på ændringer i tidens gang. Hvis en af ​​tvillingerne bor på toppen af ​​et bjerg, og den anden bor ved havet, vil den første ældes hurtigere end den anden. I dette tilfælde vil aldersforskellen være ubetydelig, men den vil stige markant, så snart en af ​​tvillingerne tager på en lang rejse i et rumskib, der accelererer til lysets hastighed. Når vandreren vender tilbage, vil han være meget yngre end hans bror tilbage på Jorden. Denne sag er kendt som tvillingeparadokset, men det er kun et paradoks for dem, der klynger sig til ideen om absolut tid. I relativitetsteorien er der ingen unik absolut tid – hvert individ har sit eget mål for tid, som afhænger af, hvor han er, og hvordan han bevæger sig.

Med fremkomsten af ​​ultrapræcise navigationssystemer, der modtager signaler fra satellitter, har forskellen i clockfrekvenser i forskellige højder fået praktisk betydning. Hvis udstyret ignorerede forudsigelserne om generel relativitet, kunne fejlen ved bestemmelse af placeringen være flere kilometer!

Fremkomsten af ​​den generelle relativitetsteori ændrede situationen radikalt. Rum og tid fik status som dynamiske enheder. Når kroppe bevæger sig, eller kræfter virker, forårsager de krumning af rum og tid, og rum-tidens struktur påvirker igen kroppes bevægelse og kræfternes virkning. Rum og tid påvirker ikke kun alt, hvad der sker i universet, men de er selv afhængige af det hele.

Tid nær et sort hul

Lad os forestille os en frygtløs astronaut, der forbliver på overfladen af ​​en kollapsende stjerne under en katastrofal sammentrækning. På et tidspunkt ifølge hans ur, f.eks. klokken 11:00, vil stjernen krympe til en kritisk radius, ud over hvilken tyngdefeltet intensiveres så meget, at det er umuligt at flygte fra det. Antag nu, at astronauten ifølge instruktionerne skal sende et signal hvert sekund på sit ur til et rumfartøj, der er i kredsløb i en bestemt afstand fra stjernens centrum. Den begynder at sende signaler klokken 10:59:58, det vil sige to sekunder før klokken 11:00. Hvad vil besætningen registrere om bord på rumfartøjet?

Tidligere, efter at have lavet et tankeeksperiment med transmission af lyssignaler inde i en raket, var vi overbeviste om, at tyngdekraften sænker tiden, og jo stærkere den er, jo mere signifikant er effekten. En astronaut på overfladen af ​​en stjerne er i et stærkere gravitationsfelt end sine kolleger i kredsløb, så et sekund på hans ur vil vare længere end et sekund på skibets ur. Efterhånden som astronauten bevæger sig med overfladen mod stjernens centrum, bliver feltet, der virker på ham, stærkere og stærkere, så intervallerne mellem hans signaler modtaget om bord på rumfartøjet hele tiden forlænges. Denne gang vil udvidelsen være meget lille indtil 10:59:59, så for astronauter i kredsløb vil intervallet mellem de signaler, der transmitteres kl. 10:59:58 og kl. 10:59:59, være meget lidt mere end et sekund. Men signalet sendt kl. 11.00 vil ikke længere blive modtaget på skibet.

Alt, hvad der sker på stjernens overflade mellem 10:59:59 og 11:00 på astronautens ur, vil strække sig ud over en uendelig periode på rumfartøjets ur. Når kl. 11.00 nærmer sig, vil intervallerne mellem ankomsten i kredsløb af på hinanden følgende toppe og lavpunkter af lysbølger udsendt af stjernen blive stadig længere; det samme vil ske med tidsintervallerne mellem astronautens signaler. Da frekvensen af ​​strålingen er bestemt af antallet af toppene (eller dalene), der ankommer pr. sekund, vil rumfartøjet optage lavere og lavere frekvenser af stjernens stråling. Stjernens lys vil blive mere og mere rødt og samtidig falme. Til sidst vil stjernen blive så svag, at den bliver usynlig for observatører på rumfartøjet; det eneste, der vil være tilbage, er et sort hul i rummet. Effekten af ​​stjernens tyngdekraft på rumfartøjet vil dog forblive, og den vil fortsætte med at kredse.

Den særlige relativitetsteori, som revolutionerede den almindeligt accepterede forståelse af verden i begyndelsen af ​​forrige århundrede, fortsætter stadig med at ophidse folks sind og hjerter. I dag vil vi sammen forsøge at finde ud af, hvad det er.

I 1905 udgav Albert Einstein sin specielle relativitetsteori (STR), som forklarede, hvordan man fortolker bevægelser mellem forskellige inertiereferencerammer – enkelt sagt objekter, der bevæger sig med en konstant hastighed i forhold til hinanden.

Einstein forklarede, at når to objekter bevæger sig med konstant hastighed, bør man overveje deres bevægelse i forhold til hinanden i stedet for at tage en af ​​dem som en absolut referenceramme.

Så hvis to astronauter, du og f.eks. Herman, flyver på to rumfartøjer og ønsker at sammenligne dine observationer, er det eneste, du behøver at vide, din hastighed i forhold til hinanden.

Den særlige relativitetsteori betragter kun ét særligt tilfælde (deraf navnet), når bevægelsen er retlinet og ensartet. Hvis en materiel krop accelererer eller drejer til siden, gælder STR-lovene ikke længere. Så træder den generelle relativitetsteori (GTR) i kraft, som forklarer materielle legemers bevægelser i det generelle tilfælde.

Einsteins teori er baseret på to grundlæggende principper:

1. Relativitetsprincippet: fysiske love bevares selv for legemer, der er inerti-referencerammer, det vil sige bevæger sig med en konstant hastighed i forhold til hinanden.

2. Lyshastighedsprincip: Lysets hastighed forbliver den samme for alle observatører, uanset deres hastighed i forhold til lyskilden. (Fysikere betegner lysets hastighed som c).

En af grundene til Albert Einsteins succes er, at han værdsatte eksperimentelle data frem for teoretiske data. Da en række eksperimenter afslørede resultater, der var i modstrid med den generelt accepterede teori, besluttede mange fysikere, at disse eksperimenter var forkerte.

Albert Einstein var en af ​​de første, der besluttede at bygge en ny teori baseret på nye eksperimentelle data.

I slutningen af ​​det 19. århundrede var fysikere på jagt efter den mystiske æter - et medium, hvor lysbølger ifølge almindeligt anerkendte antagelser skulle forplante sig, ligesom akustiske bølger, hvis udbredelse kræver luft, eller et andet medium - fast stof, flydende eller gasformigt. Troen på æterens eksistens førte til troen på, at lysets hastighed skulle variere afhængigt af observatørens hastighed i forhold til æteren.

Albert Einstein forlod begrebet æteren og antog, at alle fysiske love, inklusive lysets hastighed, forbliver uændrede uanset iagttagerens hastighed – som eksperimenter viste.

Homogenitet af rum og tid

Einsteins SRT postulerer en grundlæggende sammenhæng mellem rum og tid. Det materielle univers har som bekendt tre rumlige dimensioner: op-ned, højre-venstre og frem-tilbage. En anden dimension tilføjes til det - tid. Tilsammen udgør disse fire dimensioner rum-tid kontinuum.

Hvis du bevæger dig med høj hastighed, vil dine observationer af rum og tid være anderledes end andre mennesker, der bevæger sig med en langsommere hastighed.

Billedet nedenfor er et tankeeksperiment, der vil hjælpe dig med at forstå denne idé. Forestil dig, at du er på et rumskib, i dine hænder har du en laser, hvormed du sender lysstråler til loftet, hvorpå der er monteret et spejl. Lyset, der reflekteres, falder på detektoren, som registrerer dem.

Fra oven - du sendte en lysstråle til loftet, den blev reflekteret og faldt lodret ned på detektoren. Nederst - For Herman bevæger din lysstråle sig diagonalt til loftet og derefter diagonalt til detektoren

Lad os sige, at dit skib bevæger sig med en konstant hastighed svarende til halvdelen af ​​lysets hastighed (0,5c). Ifølge Einsteins SRT betyder dette ikke noget for dig; du bemærker ikke engang din bevægelse.

Men Herman, der ser dig fra et hvilende rumskib, vil se et helt andet billede. Fra hans synspunkt vil en lysstråle passere diagonalt til spejlet på loftet, blive reflekteret fra det og falde diagonalt ned på detektoren.

Med andre ord vil lysstrålens vej se anderledes ud for dig og for Herman, og dens længde vil være anderledes. Og derfor vil den tid, det tager for laserstrålen at rejse afstanden til spejlet og til detektoren, virke anderledes for dig.

Dette fænomen kaldes tidsudvidelse: tiden på et rumskib, der bevæger sig med høj hastighed, flyder meget langsommere set fra en observatør på Jorden.

Dette eksempel, såvel som mange andre, demonstrerer klart den uløselige forbindelse mellem rum og tid. Denne forbindelse viser sig kun tydeligt for iagttageren, når vi taler om høje hastigheder, tæt på lysets hastighed.

Eksperimenter udført siden Einstein offentliggjorde sin store teori har bekræftet, at rum og tid faktisk opfattes forskelligt afhængigt af objekternes hastighed.

Kombinere masse og energi

Ifølge den store fysikers teori, når hastigheden af ​​en materiel krop stiger, nærmer sig lysets hastighed, øges dens masse også. De der. Jo hurtigere et objekt bevæger sig, jo tungere bliver det. Hvis lysets hastighed nås, bliver kroppens masse, såvel som dens energi, uendelig. Jo tungere kroppen er, jo sværere er det at øge dens hastighed; At accelerere et legeme med uendelig masse kræver en uendelig mængde energi, så det er umuligt for materielle genstande at nå lysets hastighed.

Før Einstein blev begreberne masse og energi betragtet separat i fysikken. Den geniale videnskabsmand beviste, at loven om bevarelse af masse, såvel som loven om bevarelse af energi, er dele af den mere generelle lov om masseenergi.

Takket være den grundlæggende forbindelse mellem disse to begreber kan stof omdannes til energi og omvendt - energi til stof.

For hundrede år siden, i 1915, foreslog en ung schweizisk videnskabsmand, som på det tidspunkt allerede havde gjort revolutionære opdagelser inden for fysik, en grundlæggende ny forståelse af tyngdekraften.

I 1915 udgav Einstein den generelle relativitetsteori, som karakteriserer tyngdekraften som en grundlæggende egenskab ved rumtiden. Han præsenterede en række ligninger, der beskrev virkningen af ​​rumtidens krumning på energien og bevægelsen af ​​stoffet og strålingen til stede i det.

Hundrede år senere blev den generelle relativitetsteori (GTR) grundlaget for konstruktionen af ​​moderne videnskab, den modstod alle de test, som videnskabsmænd angreb den med.

Men indtil for nylig var det umuligt at udføre eksperimenter under ekstreme forhold for at teste teoriens stabilitet.

Det er utroligt, hvor stærk relativitetsteorien har vist sig at være på 100 år. Vi bruger stadig, hvad Einstein skrev!

Clifford Will, teoretisk fysiker, University of Florida

Forskere har nu teknologien til at søge efter fysik ud over den generelle relativitetsteori.

Et nyt blik på tyngdekraften

Den generelle relativitetsteori beskriver tyngdekraften ikke som en kraft (som den ser ud i newtonsk fysik), men som en krumning af rum-tid på grund af massen af ​​objekter. Jorden kredser ikke om Solen, fordi stjernen tiltrækker den, men fordi Solen deformerer rum-tid. Hvis du lægger en tung bowlingkugle på et strakt tæppe, vil tæppet ændre form – tyngdekraften påvirker rummet stort set på samme måde.

Einsteins teori forudsagde nogle skøre opdagelser. For eksempel muligheden for, at der findes sorte huller, som bøjer rumtiden i en sådan grad, at intet kan slippe ud indefra, heller ikke lys. Baseret på teorien blev der fundet beviser for den almindeligt accepterede opfattelse i dag, at universet udvider sig og accelererer.

Generel relativitetsteori er blevet bekræftet af adskillige observationer. Einstein brugte selv den generelle relativitetsteori til at beregne Merkurs bane, hvis bevægelse ikke kan beskrives af Newtons love. Einstein forudsagde eksistensen af ​​objekter så massive, at de bøjer lyset. Dette er et gravitationslinsefænomen, som astronomer ofte støder på. For eksempel er søgningen efter exoplaneter afhængig af effekten af ​​subtile ændringer i stråling bøjet af tyngdefeltet af stjernen, som planeten kredser om.

Test af Einsteins teori

Generel relativitetsteori fungerer godt for almindelig tyngdekraft, som vist ved eksperimenter udført på Jorden og observationer af solsystemets planeter. Men det er aldrig blevet testet under forhold med ekstremt stærke felter i rum, der ligger på fysikkens grænser.

Den mest lovende måde at teste teorien på under sådanne forhold er ved at observere ændringer i rumtiden kaldet gravitationsbølger. De vises som et resultat af store begivenheder, sammensmeltningen af ​​to massive kroppe, såsom sorte huller, eller især tætte objekter - neutronstjerner.

Et kosmisk fyrværkeri af denne størrelsesorden ville kun afspejle de mindste krusninger i rum-tid. For eksempel, hvis to sorte huller kolliderede og smeltede sammen et eller andet sted i vores galakse, kunne gravitationsbølger strække og komprimere afstanden mellem objekter placeret en meter fra hinanden på Jorden med en tusindedel af diameteren af ​​en atomkerne.

Eksperimenter er dukket op, der kan registrere ændringer i rum-tid på grund af sådanne begivenheder.

Der er en god chance for at opdage gravitationsbølger i de næste to år.

Clifford Will

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), med observatorier nær Richland, Washington og Livingston, Louisiana, bruger en laser til at detektere små forvrængninger i dobbelte L-formede detektorer. Når rumtidsbølger passerer gennem detektorerne, strækker de sig og komprimerer rummet, hvilket får detektoren til at ændre dimensioner. Og LIGO kan måle dem.

LIGO begyndte en række lanceringer i 2002, men det lykkedes ikke at opnå resultater. Der blev foretaget forbedringer i 2010, og organisationens efterfølger, Advanced LIGO, skulle være operationel igen i år. Mange af de planlagte eksperimenter er rettet mod at søge efter gravitationsbølger.

En anden måde at teste relativitetsteorien på er at se på gravitationsbølgernes egenskaber. For eksempel kan de være polariserede, ligesom lys der passerer gennem polariserede briller. Relativitetsteorien forudsiger træk ved en sådan effekt, og eventuelle afvigelser fra beregningerne kan blive en grund til at tvivle på teorien.

Samlet teori

Clifford Will mener, at opdagelsen af ​​gravitationsbølger kun vil styrke Einsteins teori:

Jeg tror, ​​vi skal fortsætte med at søge efter beviser for generel relativitetsteori for at være sikre på, at den er korrekt.

Hvorfor er disse eksperimenter overhovedet nødvendige?

En af den moderne fysiks vigtigste og mest uhåndgribelige opgaver er søgen efter en teori, der vil forbinde Einsteins forskning, det vil sige videnskaben om makrokosmos, og kvantemekanikken, de mindste objekters virkelighed.

Fremskridt på dette område, kvantetyngdekraften, kan kræve ændringer i den generelle relativitetsteori. Det er muligt, at kvantegravitationseksperimenter ville kræve så meget energi, at de ville være umulige at udføre. "Men hvem ved," siger Will, "måske er der en effekt i kvanteuniverset, der er ubetydelig, men søgbar."

"ZS" nr. 7-11/1939

Lev Landau

I år markerer vi 60-året for vor tids største fysiker - Albert Einstein. Einstein er berømt for sin relativitetsteori, som forårsagede en reel revolution inden for videnskaben. I vores ideer om verden omkring os frembragte relativitetsprincippet, fremsat af Einstein tilbage i 1905, den samme enorme revolution, som Copernicus' lære frembragte i sin tid.
Før Copernicus troede folk, at de levede i en absolut rolig verden, på en ubevægelig Jord - universets centrum. Copernicus væltede denne ældgamle fordom og beviste, at Jorden i virkeligheden bare er et lille sandkorn i en enorm verden, i kontinuerlig bevægelse. Det var fire hundrede år siden. Og nu har Einstein vist, at en så velkendt og tilsyneladende helt klar ting for os som tiden også har helt andre egenskaber end dem, vi normalt tillægger den...

For fuldt ud at forstå denne meget komplekse teori har man brug for omfattende viden om matematik og fysik. Men enhver kulturperson kan og bør have en generel idé om det. Vi vil forsøge at give en sådan generel idé om Einsteins relativitetsprincip i vores artikel, som vil blive offentliggjort i dele i tre udgaver af "Knowledge is Power."

Følgende personer deltog i behandlingen af ​​denne artikel for den unge læser: E. Zelikovich, I. Nechaev og O. Pisarzhevsky.

Relativitet, som vi er vant til

Har alle udsagn mening?

Tydeligvis ikke. For eksempel, hvis du siger "bi-ba-boo", vil ingen finde nogen mening i dette udråbstegn. Men selv fuldstændig meningsfulde ord, kombineret efter alle grammatikkens regler, kan også frembringe fuldstændig nonsens. Det er således vanskeligt at tillægge udtrykket "lyrisk ost griner nogen mening".

Men ikke alt nonsens er så indlysende: meget ofte viser et udsagn, ved første øjekast ganske rimeligt, sig at være i det væsentlige absurd. Fortæl mig for eksempel, på hvilken side af Pushkin-pladsen i Moskva er monumentet til Pushkin: til højre eller til venstre?

Det er umuligt at besvare dette spørgsmål. Hvis du går fra Den Røde Plads til Mayakovsky Plads, vil monumentet være til venstre, og hvis du går i den modsatte retning, vil det være til højre. Det er klart, at uden at angive den retning i forhold, som vi betragter "højre" og "venstre", har disse begreber ingen betydning.

På samme måde er det umuligt at sige, at det nu er dag eller nat på kloden? Svaret afhænger af, hvor spørgsmålet stilles. Når det er dag i Moskva, er det nat i Chicago. Derfor giver udsagnet "det er dag eller nat" ingen mening, medmindre det er angivet, hvilket sted på kloden den henviser til. Vi vil kalde sådanne begreber "relative".

De to billeder, der er vist her, viser en hyrde og en ko. På det ene billede er hyrden større end koen, og på det andet er koen større end hyrden. Men det er klart for enhver, at der ikke er nogen modsætning her. Tegningerne blev lavet af observatører, der var forskellige steder: den første stod tættere på koen, den anden tættere på hyrden. I malerier er det ikke størrelsen på objekter, der er vigtig, men den vinkel, hvor vi ville se disse objekter i virkeligheden.

Det er klart, at "vinkelstørrelsen" af et objekt er relativ: det afhænger af afstanden mellem dem og objektet. Jo tættere objektet er, jo større er dets vinkelværdi og jo større ser det ud, og jo længere væk objektet er, jo mindre er dets vinkelværdi og jo mindre fremstår det.

Det absolutte viste sig at være relativt

Men relativiteten af ​​vores begreber er ikke altid så indlysende som i de anførte eksempler.

Vi taler ofte om "over" og "under". Er disse absolutte eller relative begreber? I tidligere tider, hvor man endnu ikke vidste, at Jorden var sfærisk, og den blev forestillet som en flad pandekage, blev det anset for at være indlysende, at retningerne "op" og "ned" var de samme i hele verden.

Men det blev opdaget, at Jorden er kugleformet, og det viste sig, at de lodrette retninger på forskellige punkter på jordens overflade er forskellige.

Alt dette giver os ingen tvivl nu. I mellemtiden viser historien, at det ikke var så let at forstå relativiteten af ​​"top" og "bund". Folk er meget tilbøjelige til at tillægge begreber absolut mening, hvis relativitet er uklar fra hverdagens erfaringer. Lad os huske den latterlige "indvending" mod Jordens sfæriskhed, som havde stor succes i middelalderen: På den "anden side" af Jorden, siger de, skulle træer vokse nedad, regndråber skulle falde opad, og folk ville gå på hovedet.

Og faktisk, hvis vi anser retningen af ​​lodret i Moskva for at være absolut, så viser det sig, at i Chicago går folk på hovedet. Og fra det absolutte synspunkt for mennesker, der bor i Chicago, går muskovitterne på hovedet. Men faktisk er den lodrette retning ikke absolut, men relativ. Og overalt på Jorden, selvom den er sfærisk, går folk kun på hovedet.

Og bevægelsen er relativ

Lad os forestille os to rejsende, der rejser på Moskva-Vladivostok-ekspressen. De aftaler at mødes hver dag det samme sted i spisevognen og skrive breve til deres mænd. Rejsende er sikre på, at de opfylder betingelsen - at de hver dag er det samme sted, hvor de var i går. Men deres mænd vil ikke være enige i dette: de vil kraftigt hævde, at de rejsende mødtes hver dag på et nyt sted, tusinde kilometer væk fra det forrige.

Hvem har ret: de rejsende eller deres mænd?

Vi har ingen grund til at give fortrinsret til det ene eller det andet: begrebet "samme sted" er relativt. Med hensyn til toget mødtes de rejsende faktisk "på samme sted" hele tiden, men i forhold til jordens overflade ændrede deres mødested sig konstant.

Position i rummet er således et relativt begreb. Når vi taler om en krops position, mener vi altid dens position i forhold til andre legemer. Hvis vi derfor blev bedt om at angive, hvor sådan en instans befinder sig, uden at nævne andre instanser i svaret, ville vi skulle betragte et sådant krav som fuldstændig umuligt.

Det følger heraf, at kroppens bevægelse eller bevægelse også er relativ. Og når vi siger "en krop bevæger sig", betyder det kun, at den ændrer sin position i forhold til nogle andre kroppe.

Lad os forestille os, at vi observerer en krops bevægelse fra forskellige punkter. Lad os blive enige om at kalde sådanne punkter "laboratorier." Vores imaginære laboratorier kan være alt i verden: huse, byer, tog, fly, Jorden, andre planeter, Solen og endda stjerner.

Hvad vil banen, det vil sige vejen for en bevægende krop, synes for os?

Det kommer helt an på, hvilket laboratorium vi observerer det fra. Lad os sige, at en pilot smider last ud af et fly. Fra pilotens synspunkt flyver lasten lodret ned i en lige linje, og set fra en observatør på jorden beskriver den faldende last en buet linje - en parabel. Hvilken bane følger belastningen egentlig?

Dette spørgsmål giver lige så lidt mening som spørgsmålet om, hvilket fotografi af en person der er "rigtigt" - det, hvor han er skudt forfra, eller det, hvor han er skudt bagfra?

Den geometriske form af kurven, langs hvilken en krop bevæger sig, har samme relative karakter som et fotografi af en person. Ved at fotografere en person forfra og bagfra får vi forskellige billeder, og hver af dem vil være helt korrekte. På samme måde, når vi observerer en krops bevægelse fra forskellige laboratorier, ser vi forskellige baner, og alle disse baner er "rigtige".

Men vil de alle have samme værdi for os? Er det stadig muligt at finde et sådant observationspunkt, sådan et laboratorium, hvorfra vi bedst kunne studere lovene for en krops bevægelse?

Vi har lige sammenlignet en bevægelig krops baner med fotografier af en person - begge kan være meget forskellige, det hele afhænger af, hvor du observerer kroppens bevægelse eller tager billedet. Men du ved, at inden for fotografering er ikke alle synspunkter lige. Hvis du for eksempel har brug for et foto til identifikation, vil du naturligvis gerne fotograferes fra ansigtet frem for bagfra. På samme måde må vi i mekanikken, det vil sige når vi studerer legemers bevægelseslove, vælge den bedst egnede blandt alle mulige observationspunkter.

På udkig efter fred

Vi ved, at kroppens bevægelse er påvirket af ydre påvirkninger, som vi kalder kræfter. Men vi kan forestille os en krop, der er fri for indflydelse fra enhver kræfter. Lad os blive enige om én gang for alle at antage, at en krop, som ingen kræfter virker på, er i hvile. Nu, efter at have introduceret begrebet hvile, synes vi allerede at have en vis solid støtte i studiet af kroppens bevægelse. Faktisk kan denne krop, som ikke påvirkes af nogen kræfter, og som vi er blevet enige om at betragte som i hvile, tjene os som en guide, en "ledestjerne", når vi studerer bevægelsen af ​​alle andre legemer.

Lad os forestille os, at vi har fjernet et eller andet legeme så langt fra alle andre kroppe, at ingen kræfter vil virke på det. Og så vil vi være i stand til at fastslå, hvordan fysiske fænomener skal opstå på sådan en krop i hvile. Med andre ord kan vi finde mekanikkens love, der hersker i dette imaginære "hvilende" laboratorium. Og ved at sammenligne dem med det, vi observerer i andre, rigtige laboratorier, vil vi være i stand til at bedømme bevægelsens sande egenskaber i alle tilfælde.

Så det ser ud til, at alt fungerer perfekt: vi har fundet et stærkt punkt - "fred", omend betinget, og nu har bevægelse mistet sin relativitet for os.

Men i virkeligheden vil denne illusoriske "fred" opnået med sådanne vanskeligheder ikke være absolut.

Forestil dig iagttagere, der lever på en ensom klode, fortabt i universets store vidder. De mærker ikke indflydelsen fra nogen fremmede kræfter og må derfor overbevises om, at den bold, som de lever på, er i fuldstændig ubevægelighed, i absolut, uforanderlig fred.

Pludselig bemærker de i det fjerne en anden lignende bold, hvorpå der er de samme observatører. Denne anden bold suser med stor fart, lige og jævnt, mod den første. Observatører på den første bold er ikke i tvivl om, at de står stille, og kun den anden bold bevæger sig. Men indbyggerne i denne anden bold tror også på deres ubevægelighed og er fast overbevist om, at denne første "fremmede" bold bevæger sig mod dem.

Hvilken er rigtig? Debatten om denne sag giver ingen mening, da tilstanden af ​​retlinet og ensartet bevægelse er fuldstændig umulig at skelne fra hviletilstanden.

For at blive overbevist om dette, behøver du og jeg ikke engang at klatre ned i universets endeløse dybder. Sæt dig på en flodbåd ved molen, lås dig selv inde i kahytten og gardin forsigtigt vinduerne. Under sådanne forhold vil du aldrig opdage, om du står stille eller bevæger dig lige og jævnt. Alle kroppe i kabinen vil opføre sig på nøjagtig samme måde i begge tilfælde: overfladen af ​​vandet i glasset vil hele tiden forblive rolig; en bold kastet lodret opad vil også falde lodret nedad; Urpendulet vil svinge på samme måde som på væggen i din lejlighed.

Din damper kan sejle med enhver hastighed, men de samme bevægelseslove vil herske på den som på et fuldstændigt ubevægeligt dampskib. Kun i det øjeblik, hvor du sænker farten eller accelererer, kan du registrere dens bevægelse; når den bevæger sig lige og jævnt, flyder alt på den på samme måde som på et stillestående skib.

Vi fandt således ikke absolut hvile nogen steder, men opdagede, at der kan være uendeligt mange "hvile" i verden, der bevæger sig i forhold til hinanden jævnt og i en lige linje. Når vi taler om en krops bevægelse, skal vi derfor altid angive i forhold til, hvilken slags "hvile" den bevæger sig. Denne position kaldes i mekanikken for "bevægelsens relativitetslov." Det blev fremsat for tre hundrede år siden af ​​Galileo.

Men hvis bevægelse og hvile er relative, så skal hastighed naturligvis være relativ. Sådan er det virkelig. Lad os for eksempel sige, at du løber langs dækket af et dampskib med en hastighed på 5 meter i sekundet. Hvis skibet passerer i samme retning med 10 meter i sekundet, vil din hastighed i forhold til kysten allerede være 15 meter i sekundet.

Derfor giver udsagnet: "et legeme bevæger sig med sådan og sådan en hastighed," uden at angive, hvad hastigheden måles i forhold til, ikke mening. Når vi bestemmer hastigheden af ​​en bevægende krop fra forskellige punkter, bør vi opnå forskellige resultater.

Alt, hvad vi har talt om indtil videre, var kendt længe før Einsteins arbejde. Relativiteten af ​​bevægelse, hvile og hastighed blev etableret af de store skabere af mekanik - Galileo og Newton. De bevægelseslove, han opdagede, dannede grundlaget for fysikken og bidrog i næsten tre århundreder i høj grad til udviklingen af ​​alle naturvidenskaber. Utallige nye fakta og love blev opdaget af forskere, og alle bekræftede igen og igen rigtigheden af ​​Galileos og Newtons synspunkter. Disse synspunkter blev også bekræftet i praktisk mekanik - i design og drift af alle slags maskiner og enheder.

Dette fortsatte indtil slutningen af ​​det 19. århundrede, hvor der blev opdaget nye fænomener, der viste sig at være i afgørende modstrid med den klassiske mekaniks love.

I 1881 foretog den amerikanske fysiker Michaelson en række eksperimenter for at måle lysets hastighed. Det uventede resultat af disse eksperimenter forårsagede forvirring blandt fysikere; det var så fantastisk og mystisk, at det forbløffede verdens største videnskabsmænd.

Lysets bemærkelsesværdige egenskaber

Måske har du observeret et så interessant fænomen.

Et sted i det fjerne, på en mark, på et jernbanespor eller på en byggeplads, slår en hammer. Du kan se, hvor hårdt det falder på ambolten eller stålskinnen. Lyden af ​​stødet er dog fuldstændig uhørlig. Det ser ud som om hammeren er landet på noget meget blødt. Men nu rejser han sig igen. Og i det øjeblik, hvor han allerede er ret højt oppe i luften, hører man et fjernt skarpt bank.

Det er ikke svært at forstå, hvorfor dette sker. Under normale forhold bevæger lyd sig i luften med en hastighed på omkring 340 meter i sekundet, så vi hører hammerslaget ikke i det øjeblik, det opstår, men først efter, at lyden fra den når at nå vores øre.

Her er et andet, mere slående eksempel. Lyn og torden opstår samtidigt, men ofte ser det ud til, at lynet blinker lydløst, da tordenslagene først når vores ører efter få sekunder. Hvis vi hører dem med en forsinkelse på for eksempel 10 sekunder, så betyder det, at lynet er 340 x 10 = 3400 meter væk fra os, eller 3,4 kilometer.

I begge tilfælde taler vi om to øjeblikke: om hvornår en begivenhed faktisk skete, og om det øjeblik, hvor ekkoet af denne begivenhed nåede vores øre. Men hvordan ved vi, hvornår begivenheden faktisk fandt sted?

Vi ser det: vi ser hammeren falde, lynet blinke. I dette tilfælde antager vi, at begivenheden faktisk indtræffer i det øjeblik, vi ser den. Men er det virkelig sådan?

Nej ikke sådan her. Vi opfatter jo ikke begivenheder direkte. Lys er involveret i de fænomener, som vi observerer ved hjælp af synet. Og lys rejser ikke i rummet med det samme: Ligesom lyd tager lysstråler tid til at dække afstanden.

I tomhed rejser lyset med en hastighed på omkring 300 tusinde kilometer i sekundet. Det betyder: Hvis et lys blinker i en afstand af 300 tusinde kilometer fra dig, vil du muligvis ikke bemærke dets blink med det samme, men kun et sekund senere.

På et sekund ville lysstråler have tid til at kredse om kloden syv gange langs ækvator. Sammenlignet med en så kolossal hastighed virker jordiske afstande ubetydelige, så vi kan praktisk talt antage, at vi ser alle fænomener opstå på Jorden i samme øjeblik, hvor de opstår.

Lysets ufatteligt enorme hastighed kan virke overraskende. Meget mere overraskende er dog noget andet: det faktum, at lysets hastighed er forbløffende konstant. Lad os se, hvad denne konsistens er.

Det er kendt, at kroppens bevægelser kunstigt kan bremses og accelereres. Hvis du for eksempel placerer en sandkasse i en kugles vej, så vil kuglen i kassen miste noget af sin hastighed. Den tabte hastighed vil ikke blive genoprettet: efter at have forladt kassen, vil kuglen flyve videre ikke med samme hastighed, men med reduceret hastighed.

Lysstråler opfører sig anderledes. I luft forplanter de sig langsommere end i tomhed, i vand - langsommere end i luft, og i glas - endnu langsommere. Efter at have efterladt ethvert stof (selvfølgelig gennemsigtigt) i tomrummet, fortsætter lyset med at sprede sig med sin tidligere hastighed - 300 tusinde kilometer i sekundet. Desuden afhænger lysets hastighed ikke af dens kildes egenskaber: det er absolut det samme for solens stråler, et spotlys og et stearinlys. Derudover gør det ingen forskel om selve lyskilden bevæger sig eller ej – det påvirker ikke lysets hastighed på nogen måde.

For fuldt ud at forstå betydningen af ​​denne kendsgerning, lad os endnu en gang sammenligne lysets udbredelse med bevægelsen af ​​almindelige kroppe. Forestil dig, at du slipper en vandstrøm fra en branddyse på gaden med en hastighed på 5 meter i sekundet. Det betyder, at hver partikel vand passerer i forhold til gaden 5 meter i sekundet. Men hvis du placerer en brandslange på en bil, der passerer i strålens retning med 10 meter i sekundet, vil hastigheden af ​​strålen i forhold til gaden allerede være 15 meter i sekundet: vandpartiklerne bibringes hastighed ikke kun af branddysen, men også ved den kørende bil, som fører brandslangen sammen med strålen frem.

Ved at sammenligne lyskilden med en brandslange og dens stråler med en vandstrøm, vil vi se en væsentlig forskel. For lysstråler er det lige meget, fra hvilken kilde de kom ind i tomrummet, og hvad der skete med dem, før de kom ind i det tomme rum. Da de er i det, er hastigheden af ​​deres udbredelse lig med den samme værdi - 300 tusinde kilometer i sekundet, og uanset om lyskilden bevæger sig eller ej.

Lad os se, hvordan disse specielle egenskaber ved lys er i overensstemmelse med loven om relativitet i bevægelse, som blev diskuteret i den første del af artiklen. For at gøre dette, lad os prøve at løse problemet med at tilføje og trække hastigheder fra, og for nemheds skyld vil vi antage, at alle de fænomener, vi forestiller os, forekommer i tomhed, hvor lysets hastighed er 300 tusinde kilometer.

Lad en lyskilde placeres på en bevægelig damper, midt i den, og en observatør i hver ende af damperen. De måler begge lysets hastighed. Hvad bliver resultaterne af deres arbejde?

Da strålerne spredes i alle retninger, og begge observatører bevæger sig sammen med damperen i én retning, vil følgende billede fås: observatøren, der er placeret i bagenden af ​​damperen, bevæger sig mod strålerne, og den forreste bevæger sig væk fra dem. hele tiden.

Derfor skal den første observatør finde ud af, at lysets hastighed er lig med 300 tusinde kilometer plus dampskibets hastighed, og den anden - 300 tusinde kilometer minus dampskibets hastighed. Og hvis vi forestiller os et øjeblik, at damperen rejser en monstrøs afstand på 200 tusinde kilometer i sekundet, så vil lyshastigheden fundet af den første observatør være 500 tusinde kilometer, og i den anden - 100 tusinde kilometer i sekundet. På et stationært skib ville begge observatører få det samme resultat - 300 tusinde kilometer i sekundet.

Fra observatørers synspunkt synes lyset på vores bevægende skib således at sprede sig i den ene retning 1 2/3 gange hurtigere og i den anden tre gange langsommere end på en stationær. Ved at udføre simple aritmetiske operationer vil de være i stand til at fastslå skibets absolutte hastighed.

På samme måde kan vi fastslå den absolutte hastighed for ethvert andet bevægeligt legeme: For at gøre dette er det nok at placere en lyskilde på den og måle hastigheden af ​​udbredelse af lysstråler fra forskellige punkter i kroppen.

Med andre ord, vi befandt os pludselig i en position til at bestemme hastigheden og derfor bevægelsen af ​​en krop, uanset alle andre kroppe. Men hvis der er absolut hastighed, så er der også en enkelt, absolut hvile, nemlig: ethvert laboratorium, hvor observatører, der måler lysets hastighed i enhver retning, opnår den samme værdi - 300 tusinde kilometer i sekundet, vil være absolut i hvile .

Det er ikke svært at se, at alt dette er stærkt i modstrid med de konklusioner, vi kom til i det forrige nummer af tidsskriftet. Faktisk: vi talte om, at på en krop, der bevæger sig ensartet i en lige linje, forløber alt på samme måde som på en stationær. Derfor, uanset om vi for eksempel skyder på et skib i dets bevægelsesretning eller mod dets bevægelse, vil kuglens hastighed i forhold til skibet forblive den samme og vil være lig med hastigheden på et stillestående skib. Samtidig er vi overbeviste om, at bevægelse, hastighed og hvile er relative begreber: absolut bevægelse, hastighed og hvile eksisterer ikke. Og nu viser det sig pludselig, at observationer af lysets egenskaber vælter alle disse konklusioner og modsiger naturloven opdaget af Galileo - loven om relativitet i bevægelse.

Men dette er en af ​​dens grundlæggende love: den hersker i hele verden; dens retfærdighed er blevet bekræftet af erfaring utallige gange og bekræftes overalt og hvert minut den dag i dag; hvis han pludselig holdt op med at være retfærdig, ville ufattelig uro opsluge universet. Men lyset adlyder det ikke blot, men modbeviser det endda!

Michaelsons oplevelse

Hvad skal man gøre med denne modsætning? Før vi udtrykker nogen overvejelser om dette spørgsmål, lad os være opmærksomme på følgende forhold: vi har fastslået, at lysets egenskaber modsiger loven om relativitet i bevægelse udelukkende ved ræsonnement. Sandt nok var det meget overbevisende argumenter. Men ved at begrænse os til at ræsonnere alene, ville vi være som de gamle filosoffer, der forsøgte at opdage naturlovene ikke ved hjælp af erfaring og observation, men kun på grundlag af slutninger alene. I dette tilfælde opstår der uundgåeligt faren for, at det billede af verden, der er skabt på denne måde, trods alle dets fordele, vil vise sig at have meget lidt lighed med den virkelige verden omkring os.

Den øverste dommer af enhver fysisk teori er altid erfaring, og derfor, uden at begrænse os til at ræsonnere om, hvordan lys skal forplante sig på et bevægeligt legeme, bør vi vende os til eksperimenter, der vil vise, hvordan det faktisk udbreder sig under disse forhold.

Man skal dog huske på, at det er vanskeligt at sætte sådanne eksperimenter op af en meget simpel grund: Det er umuligt i praksis at finde et legeme, der ville bevæge sig med en hastighed, der står mål med lysets kolossale hastighed. Sådan et skib, som vi brugte i vores diskussion, eksisterer jo selvfølgelig ikke og kan ikke eksistere.

For at kunne bestemme en ubetydelig ændring i lysets hastighed på relativt langsomt bevægende kroppe, der var tilgængelige for os, var det nødvendigt at skabe måleinstrumenter med ekstrem høj nøjagtighed. Og først når sådanne anordninger kunne fremstilles, var det muligt at begynde at afklare modsætningen mellem lysets egenskaber og bevægelsens relativitetslov.

Et sådant eksperiment blev foretaget i 1881 af en af ​​de største forsøgsledere i moderne tid, den amerikanske fysiker Michaelson.

Michaelson brugte... kloden som en bevægende krop. Faktisk er Jorden et åbenlyst bevægeligt legeme: det drejer rundt om Solen og desuden med en ret "respektabel" hastighed for vores forhold - 30 kilometer i sekundet. Derfor, når vi studerer udbredelsen af ​​lys på Jorden, studerer vi faktisk lysets udbredelse i et bevægeligt laboratorium.

Michaelson målte lysets hastighed på Jorden i forskellige retninger med meget høj nøjagtighed, det vil sige, at han praktisk talt opnåede det, vi mentalt gjorde med dig på et imaginært bevægeligt dampskib. For at fange den lille forskel på 30 kilometer sammenlignet med det enorme antal på 300 tusinde kilometer, måtte Michaelson bruge meget komplekse eksperimentelle teknikker og vise al sin enorme opfindsomhed. Nøjagtigheden af ​​eksperimentet var så stor, at Michaelson ville have været i stand til at opdage en meget mindre forskel i hastigheder end den, han ønskede at opdage.

Ud af bradepanden i ilden

Resultatet af eksperimentet virkede indlysende på forhånd. Ved at kende lysets egenskaber var det muligt at forudse, at lyshastigheden målt i forskellige retninger ville være forskellig. Men måske tror du, at resultatet af eksperimentet faktisk viste sig at være sådan?

Intet som dette! Michaelsons eksperiment gav helt uventede resultater. Gennem årene er det blevet gentaget mange gange under forskellige forhold, men det fører altid til den samme forbløffende konklusion.

På den åbenlyst bevægende Jord viser lysets hastighed målt i enhver retning sig at være nøjagtig den samme.

Det betyder, at lys ikke er nogen undtagelse. Den adlyder samme lov som en kugle på et skib i bevægelse - Galileos relativitetslov. Det var aldrig muligt at opdage Jordens "absolutte" bevægelse. Den eksisterer ikke, som den burde være ifølge relativitetsloven.

Den ubehagelige modsætning, som videnskaben stod over for, blev løst. Men nye modsætninger opstod! Fysikere er faldet fra bradepanden i ilden.

For at forstå de nye modsætninger, som Michaelsons erfaring førte til, lad os se på vores forskning i rækkefølge.

Først fastslog vi, at absolut bevægelse og hvile ikke eksisterer; Galileos relativitetslov taler om dette. Så viste det sig, at lysets særlige egenskaber strider mod relativitetsloven. Heraf fulgte, at absolut bevægelse og hvile stadig eksisterer. For at teste dette udførte Michaelson et eksperiment. Eksperimentet viste det modsatte: der er ingen modsigelse – og lys adlyder relativitetsloven. Følgelig eksisterer absolut bevægelse og hvile igen ikke. På den anden side gælder konklusionerne fra Michaelsons eksperiment åbenbart for enhver bevægende krop, ikke kun Jorden; derfor er lysets hastighed den samme i alle laboratorier, uanset deres egen bevægelse, og derfor er lysets hastighed stadig ikke en relativ, men en absolut størrelse.

Det viste sig at være en ond cirkel. De største fysikere rundt om i verden har knoklet over det i årevis. Forskellige teorier er blevet foreslået, inklusive de mest utrolige og fantastiske. Men intet hjalp: hver ny antagelse forårsagede straks nye modsætninger. Den videnskabelige verden stod over for et af de største mysterier.

Det mest mystiske og mærkelige ved alt dette var, at videnskaben her beskæftigede sig med fuldstændig klare, fast etablerede fakta: relativitetsloven, lysets kendte egenskaber og Michaelsons eksperiment. Og de så ud til at føre til fuldstændig absurditet.

Modsigelse af sandheder... Men sandheder kan ikke modsige hinanden, da der kun kan være én sandhed. Derfor må der være en fejl i vores forståelse af fakta. Men hvor? Hvad er det?

I hele 24 år - fra 1881 til 1905 - blev der ikke fundet noget svar på disse spørgsmål. Men i 1905 gav vor tids største fysiker, Albert Einstein, mysteriet en strålende forklaring. Kommer fra en helt uventet retning, gav den fysikere indtryk af, at en bombe eksploderede.

Einsteins forklaring er så ulig ethvert begreb, som menneskeheden har været vant til i årtusinder, at det lyder usædvanligt utroligt. Men på trods af dette viste det sig at være utvivlsomt korrekt: i 34 år nu har laboratorieforsøg og observationer af forskellige fysiske fænomener i verden i stigende grad bekræftet dets gyldighed.

Når dørene åbnes

For at forstå Einsteins forklaring er det nødvendigt først at blive bekendt med én konsekvens af Michaelsons eksperiment. Lad os se på det med det samme med et eksempel. Lad os bruge det fantastiske dampskib til dette igen.

Lad os forestille os et skib, der er 5.400 tusinde kilometer langt. Lad den bevæge sig lige og jævnt med en fabelagtig hastighed på 240 tusinde kilometer i sekundet. På et tidspunkt tændes et lys i midten af ​​damperen. Der er døre ved skibets stævn og agterstævn. De er designet på en sådan måde, at i det øjeblik lyset fra en pære falder på dem, åbner de sig automatisk. Pæren tændte. Hvornår åbner dørene præcist?

For at besvare dette spørgsmål, lad os huske resultaterne af Michaelsons eksperiment. Michaelsons eksperiment viste, at i forhold til observatører på en jord i bevægelse, bevæger lyset sig i alle retninger med samme hastighed på 300 tusinde kilometer i sekundet. Det samme vil naturligvis ske på et skib i bevægelse. Men afstanden fra pæren til hver ende af skibet er 2.700.000 kilometer, og 2.700.000: 300.000 = 9. Det betyder, at lyset fra pæren når hver dør på 9 sekunder. På denne måde åbnes begge døre på samme tid.

Sådan vil situationen præsentere sig for observatøren på skibet. Hvad vil folk se på molen, forbi hvilken skibet bevæger sig?

Da lysets hastighed ikke afhænger af lyskildens bevægelse, er den i forhold til molen lig med de samme 300 tusinde kilometer i sekundet, på trods af at lyskilden er på et skib i bevægelse. Men set fra en iagttagers synspunkt på molen bevæger døren ved skibets agterstavn sig mod lysstrålen med skibets hastighed. Hvornår møder døren bjælken?

Vi har her at gøre med et problem, der ligner problemet med to rejsende, der rejser mod hinanden. For at finde mødetidspunktet skal du dividere afstanden mellem rejsende med summen af ​​deres hastigheder. Lad os gøre det samme her. Afstanden mellem pæren og døren er 2.700 tusinde kilometer, dørens hastighed (det vil sige dampskibet) er 240 tusinde kilometer i sekundet, og lysets hastighed er 300 tusinde kilometer i sekundet.

Derfor vil bagdøren åbne igennem

2700.000/(300.000 + 240.000)=5 sekunder

Efter at lyset tændes. Hvad med fronten?

Indgangsdøren, set fra en observatør på molen, skal lysstrålen hamle op med, da den bevæger sig med damperen i samme retning som lysstrålen. Derfor har vi her et problem med rejsende, hvoraf den ene indhenter den anden. Vi deler afstanden med forskellen i hastighed:

2700.000/(300.000 - 240.000)=45 sekunder

Så den første dør åbner 5 sekunder efter, at lyset tændes, og den anden dør åbner 45 sekunder senere. Derfor vil dørene ikke åbne samtidig. Dette er, hvad folk på molen vil se! Billedet er det mest fantastiske af alt det, der er blevet sagt indtil videre.

Det viser sig, at de samme begivenheder - åbningen af ​​for- og bagdørene - vil vise sig at være samtidige for personer på skibet, men ikke samtidige for folk på molen, men adskilt af et tidsinterval på 40 sekunder.

Lyder det ikke som fuldstændig nonsens? Lyder dette ikke som en absurd udtalelse fra en joke - at længden af ​​en krokodille fra hale til hoved er 2 meter, og fra hoved til hale 1 meter?

Og vel at mærke, folk på molen vil ikke tro, at dørene ikke åbnede på samme tid: for dem vil det faktisk ske på samme tid. Vi har jo beregnet det tidspunkt, hvor hver af dørene åbnede. Samtidig fandt vi ud af, at den anden dør faktisk åbnede 40 sekunder senere end den første.

Skibets passagerer konstaterede dog også korrekt, at begge døre åbnede på samme tid. Og dette blev vist aritmetisk. Hvad der sker? Aritmetik kontra aritmetik?!

Nej, aritmetikken er ikke skyld her. Alle de modsætninger, vi er stødt på her, ligger i vores misforståelser om tid: Tiden viste sig slet ikke at være, hvad menneskeheden har troet, den var indtil nu.

Einstein genovervejede disse tusind år gamle begreber. Samtidig gjorde han en stor opdagelse, takket være hvilken hans navn blev udødelig.

Tid er relativ

I det forrige nummer viste vi, hvilke ekstraordinære konklusioner fysikere måtte drage af Michaelsons eksperiment. Vi så på eksemplet med et imaginært dampskib, hvor to døre åbnes ved et lyssignal, og vi konstaterede en forbløffende kendsgerning: fra observatørers synspunkt på skibet åbnes dørene i samme øjeblik, men fra det punkt, udsigt til observatører på molen, åbner de på forskellige tidspunkter.

Hvad en person ikke er vant til, virker utroligt for ham. Hændelsen med dørene på skibet virker fuldstændig utroligt, fordi vi aldrig har bevæget os med en hastighed, der engang nærmer sig det fantastiske tal på 240 tusinde kilometer i sekundet. Men vi skal tage i betragtning, at de fænomener, der opstår ved sådanne hastigheder, kan være meget forskellige fra dem, vi er vant til i hverdagen.

Selvfølgelig er der i virkeligheden ingen dampskibe, der sejler med hastigheder tæt på lysets hastighed. Og faktisk har ingen nogensinde observeret et sådant tilfælde med døre som beskrevet i vores eksempel. Men lignende fænomener, takket være moderne højtudviklet eksperimentel teknologi, kan bestemt opdages. Lad os huske, at eksemplet med at åbne døre ikke er baseret på abstrakte ræsonnementer, men udelukkende på fast etablerede fakta opnået gennem erfaring: Michaelsons erfaring og mange års observationer af lysets egenskaber.

Så det var erfaring, der førte os til den ubestridelige konklusion, at konceptet om samtidighed af to begivenheder ikke er absolut. Tidligere troede vi, at hvis to hændelser fandt sted i et laboratorium på samme tid, så ville de for ethvert andet laboratorium være samtidige. Nu har vi fundet ud af, at dette kun gælder for laboratorier i hvile i forhold til hinanden. Ellers vil begivenheder, der er samtidige for et laboratorium, forekomme på forskellige tidspunkter for et andet.

Det følger heraf, at begrebet samtidighed er et relativt begreb. Det får kun mening, når det er angivet, hvordan laboratoriet bevæger sig, hvorfra begivenheder observeres.

I begyndelsen af ​​artiklen talte vi om to rejsende, der kom til ekspres-spisevognen hver dag. De rejsende var sikre på, at de mødtes samme sted hele tiden. Deres mænd hævdede, at de mødtes hver dag et nyt sted, tusinde kilometer væk fra det forrige.

Begge havde ret: i forhold til toget mødtes de rejsende faktisk samme sted, men i forhold til jernbanesporet - forskellige steder. Dette eksempel viste os, at begrebet rum ikke er et absolut begreb, men et relativt.

Begge eksempler - om at møde rejsende og åbne døre på et skib - ligner hinanden. I begge tilfælde taler vi om relativitet, og endda de samme ord findes: "i det samme" og "i forskellige". Kun det første eksempel taler om steder, det vil sige rum, og det andet eksempel taler om øjeblikke, det vil sige tid. Hvad følger deraf?

Det faktum, at begrebet tid er lige så relativt som begrebet rum.

For endelig at sikre os dette, lad os ændre eksemplet med dampbåden lidt. Lad os antage, at mekanismen på en af ​​dørene er defekt. Lad denne fejl få folk på skibet til at bemærke, at fordøren åbnede 15 sekunder før bagdøren. Hvad vil folk se på molen?

Hvis fordøren i den første version af eksemplet åbnede for dem 40 sekunder senere end bagdøren, så vil dette i den anden version kun ske 40 - 15 = 25 sekunder senere. Det viser sig derfor, at for folkene på skibet åbnede fordøren tidligere end bagdøren, og for folkene på molen - senere.

Så det, der skete tidligere for et laboratorium, skete senere for et andet. Heraf er det klart, at begrebet tid i sig selv er et relativt begreb.

Denne opdagelse blev gjort i 1905 af den 26-årige fysiker Albert Einstein. Før det forestillede mennesket sig tiden som absolut - den samme overalt i verden, uafhængig af ethvert laboratorium. Således anså folk engang retningerne op og ned for at være de samme over hele verden.

Og nu har tiden lidt rummets skæbne. Det viste sig, at udtrykket "på samme tid" ikke giver mere mening end udtrykket "på samme sted", hvis det ikke er specificeret, hvilket laboratorium de henviser til.

Måske har nogen stadig et spørgsmål: ja, faktisk, uanset hvilket som helst laboratorium, er to begivenheder samtidige eller ej? At tænke på dette spørgsmål er lige så absurd som at tænke på spørgsmålet, hvor i virkeligheden, uanset laboratorier, er top og bund i verden?

Opdagelsen af ​​tidens relativitet gjorde det muligt, som du vil se i det følgende, at løse alle de modsætninger, som Michaelsons erfaring førte fysikken til. Denne opdagelse var en af ​​fornuftens største sejre over de forbenede ideer, der havde udviklet sig gennem tusinder af år. Efter at have forbløffet den videnskabelige verden med dens ekstraordinære natur, frembragte den en dybtgående revolution i menneskehedens syn på naturen. I karakter og betydning kan den kun sammenlignes med revolutionen forårsaget af opdagelsen af ​​Jordens sfæriske karakter eller opdagelsen af ​​dens bevægelse omkring Solen.

Således banede Einstein sammen med Copernicus og Newton helt nye veje for videnskaben. Og det var ikke uden grund, at opdagelsen af ​​denne dengang stadig unge videnskabsmand hurtigt gav ham berømmelse som vort århundredes største fysiker.

Læren om tidens relativitet kaldes normalt "Einsteins relativitetsprincip" eller blot "relativitetsprincippet." Det må ikke forveksles med loven eller princippet om bevægelses relativitet, som blev diskuteret tidligere, det vil sige med det "klassiske relativitetsprincip" eller "Galileo-Newtons relativitetsprincip".

Hastighed har en grænse

Det er umuligt at fortælle i en tidsskriftsartikel om de store ændringer og alle de nye ting, som relativitetsprincippet bragte til videnskaben. Derudover skal du for at forstå alt dette have et godt kendskab til fysik og højere matematik.

Formålet med vores artikel er kun at forklare selve grundlaget for Einsteins princip og de vigtigste konsekvenser, der følger af tidens relativitet. Alene dette er, som du har set, langt fra en let opgave. Lad os bemærke, at relativitetsprincippet er et af de sværeste videnskabelige spørgsmål, og det er generelt umuligt at undersøge det dybt nok uden hjælp fra matematik.

Lad os først se på en meget vigtig konsekvens af tidens relativitet med hensyn til hastighed.

Som du ved, har damplokomotiver, biler og flyvemaskiner været konstant stigende siden deres opfindelse og frem til i dag. Det har nu nået niveauer, der ville have virket utrolige for blot et par årtier siden. Det vil fortsætte med at stige.

Meget højere hastigheder er også kendt i teknologien. Dette er først og fremmest hastigheden af ​​kugler og artillerigranater. Kuglers og granaters flyvehastighed, takket være løbende tekniske forbedringer, er også steget fra år til år og vil fortsætte med at stige.

Men den højeste hastighed, der bruges i teknologi, er hastigheden af ​​signaltransmission ved hjælp af lysstråler, elektrisk strøm og radiobølger. I alle tre tilfælde er det omtrent lig med den samme værdi - 300 tusinde kilometer i sekundet.

Man kunne tro, at med den videre udvikling af teknologien, med opdagelsen af ​​nogle nye stråler, vil denne hastighed blive overgået; Ved nogensinde at øge de hastigheder, der er tilgængelige for os, vil vi i sidste ende være i stand til at komme så tæt på, som vi vil, på idealet om øjeblikkelig transmission af signaler eller indsats over enhver afstand.

Michaelsons erfaring viser dog, at dette ideal er uopnåeligt. Faktisk ville signaler fra to begivenheder med en uendelig høj transmissionshastighed nå os øjeblikkeligt under alle forhold; og hvis der i et laboratorium fandt to hændelser sted samtidigt, så ville de i alle andre laboratorier også blive observeret samtidigt - i samme øjeblik, hvor de indtraf. Og det ville betyde, at "samtidigheden" blev absolut, fuldstændig uafhængig af laboratoriernes bevægelse. Men tidens absoluthed, som vi har set, modbevises af Michaelsons erfaring. Derfor kan transmissionen af ​​signaler eller indsats ikke være øjeblikkelig.

Med andre ord kan hastigheden af ​​enhver transmission ikke være uendelig stor. Der er en vis hastighedsgrænse - en maksimal hastighed, der under ingen omstændigheder kan overskrides.

Det er nemt at verificere, at den maksimale hastighed falder sammen med lysets hastighed. Faktisk, ifølge Galileo-Newtons relativitetsprincip, er naturlovene de samme i alle laboratorier, der bevæger sig retlinet og ensartet i forhold til hinanden. Det betyder, at for alle sådanne laboratorier bør den maksimale hastighed være den samme. Men hvilken hastighed forbliver konstant i alle laboratorier? Som vi har set, er det lysets hastighed, der har sådan en fantastisk konstans, og kun den! Det følger heraf, at lysets hastighed ikke kun er udbredelseshastigheden af ​​enhver (omend meget vigtig) handling i verden: det er samtidig den maksimale hastighed, der findes i naturen.

Opdagelsen af ​​eksistensen af ​​maksimal hastighed i naturen var også en af ​​den menneskelige tankes største sejre. En fysiker fra forrige århundrede kunne ikke have fundet ud af, at der er en grænse for fart. Hvis han under sine eksperimenter var stødt på det faktum, at der eksisterede en begrænsende hastighed, ville han have besluttet, at dette var en ulykke, at kun begrænsningerne af hans eksperimentelle evner var skyld i. Han ville have ret til at tro, at med teknologiens udvikling kunne den maksimale hastighed overgås.

Det modsatte er klart for os: at regne med dette ville være lige så latterligt som at tro, at det med udviklingen af ​​navigationen vil være muligt at nå et sted på jordens overflade mere end 20 tusinde kilometer væk fra udgangspunktet (dvs. mere end halvdelen af ​​jordens omkreds).

Hvornår er et minut lig med en time?

For fuldt ud at forklare tidens relativitet og de deraf følgende konsekvenser, som virker mærkelige af vane, bruger Einstein eksempler med et tog. Lad os gøre det samme. Vi vil kalde det gigantiske tog, der kører med en imaginært fabelagtig hastighed "Einsteins tog."

Lad os forestille os en meget lang jernbane. Der er to stationer i en afstand af 864 millioner kilometer fra hinanden. At rejse afstanden mellem dem ville Einsteins tog, der bevægede sig med en hastighed på for eksempel 240 tusinde kilometer i sekundet, tage en time. Begge stationer har helt præcise ure.

På den første station stiger den rejsende på toget. Først indstiller han sit lommekronometer nøjagtigt efter stationens ur. Ved ankomst til en anden station tjekker han det med stationsuret og er overrasket over at bemærke, at kronometeret er bag...

Hvorfor skete dette?

Lad os antage, at der er en elektrisk pære på gulvet i vognen og et spejl i loftet. En lysstråle fra en pære, der falder på et spejl, reflekteres tilbage til pæren. Bjælkens bane, som set af en rejsende i vognen, er vist på det øverste billede: strålen er rettet lodret opad og falder lodret nedad.

Et andet billede vil præsentere sig for observatøren på stationen. I den tid, hvor lysstrålen bevægede sig fra pæren til spejlet, bevægede spejlet sig sammen med toget. Og under faldet af den reflekterede stråle bevægede selve pæren sig den samme afstand. Den sti, som strålen gennemgår fra en observatørs synsvinkel på stationen, er vist i den nederste figur: den udgør to sider af en ligesidet trekant. Trekantens bund er dannet af en pære, der bliver båret frem af toget.

Vi ser, at fra en observatørs synsvinkel på stationen har lysstrålen tilbagelagt en større afstand end set fra en observatør på toget. Samtidig ved vi, at lysets hastighed er konstant under alle forhold: den er nøjagtig den samme for både en observatør på en station og en rejsende på et tog. Hvad følger deraf?

Det er klart, at hvis hastighederne er de samme, men længderne af stierne er forskellige, så tager det kortere tid at rejse en kortere sti, og mere tid at rejse en større. Det er nemt at beregne forholdet mellem begge gange.

Antag, at der fra observatørens synspunkt på stationen gik 10 sekunder mellem strålens afgang til spejlet og dens tilbagevenden til pæren. I løbet af disse 10 sekunder passerede lyset:

300.000 x 10 = 3 millioner kilometer.

Følgelig er siderne AB og BC i den ligebenede trekant ABC lig med 1,5 millioner kilometer hver. Side AC 1, bunden af ​​trekanten, er lig med den afstand, som toget tilbagelægger på 10 sekunder, nemlig:

240.000 x 10 = 2,4 millioner kilometer.

Halvdelen af ​​basen, AD 1 er lig med 1,2 millioner kilometer.

Herfra er det ikke svært at bestemme bilens højde - højden af ​​trekanten BD. Fra den rigtige trekant ABD har vi:

BD2 = AB2 - AD2 = 1,52 - 1,22

Derfor BD = 0,9 millioner kilometer.

Højden er ganske respektabel, hvilket dog ikke er overraskende i betragtning af de astronomiske dimensioner af Einsteins tog.

Den sti, som strålen tilbagelægger fra en iagttagers synsvinkel på toget, er åbenbart lig med to gange trekantens højde:

2BD = 2 x 0,9 = 1,8 millioner kilometer.

For at rejse denne vej har lyset brug for:

1.800.000/300.000 = 6 sekunder.

Så mens lysstrålen gik fra pæren til spejlet og tilbage, gik der 10 sekunder på stationen og kun 6 sekunder i toget. Forholdet mellem tid på toget og tid på stationer er 6/10.

Deraf den overraskende konsekvens: Ifølge stationstid brugte toget en time på at rejse mellem stationer, men ifølge den rejsendes kronometer kun 6/10 af en time, det vil sige 36 minutter. Derfor haltede den rejsendes kronometer under bevægelsen mellem stationerne efter stationsuret og i øvrigt med 24 minutter.

Vi er nødt til at tænke grundigt over dette faktum: det er ikke grunden til, at den rejsendes kronometer faldt bagud; at han gik langsommere eller arbejdede forkert. Nej, det fungerede på samme måde som urene på stationerne. Men tiden på et tog, der bevægede sig i forhold til stationerne, forløb anderledes end på stationerne.

Fra diagrammet med trekanten er det tydeligt, at jo højere togets hastighed er, desto større skal forsinkelsen af ​​kronometeret fra toget til lysets hastighed være; det er muligt at sikre, at der går ethvert kort tidsrum på tog på en times stationstid. For eksempel, med en toghastighed svarende til ca. 0,9999 lysets hastighed, vil der kun gå 1 minut på en times stationstid i toget (eller omvendt vil der gå en time på et minut af stationstid i toget, hvis en observatør på en station kontrollerer sin tid ved hjælp af to kronometre installeret i begyndelsen og slutningen af ​​toget).

I betragtning af at tiden var absolut, plejede folk at forestille sig det som noget, der flyder jævnt, og desuden overalt og under alle forhold i verden med samme hastighed. Men Einsteins tog viser, at tempoet i tiden er forskelligt i forskellige laboratorier. Denne relativitet af tid er en af ​​de vigtigste egenskaber i den fysiske verden.

Ud fra alt det, der er blevet sagt, kan vi konkludere, at "tidsmaskinen" beskrevet af Wells i hans science fiction-historie ikke er så tom en fantasi. Tidens relativitet åbner mulighed for, i det mindste teoretisk, at rejse ind i fremtiden. Det er ikke svært at se, at Einsteins tog netop er en "tidsmaskine".

Tidsmaskine

Faktisk, lad os forestille os, at Einsteins tog ikke bevæger sig i en lige linje, men langs en cirkulær jernbane. Så, hver gang han vender tilbage til sin oprindelige station, vil den rejsende opdage, at hans ur er bag stationens ur.

Ved at bringe togets hastighed tættere på lysets hastighed, kan du, som du allerede ved, sikre, at der går en lille smule tid på toget på en time ifølge stationsuret. Dette fører til overraskende resultater: Mens der kun vil gå år på toget, vil der gå hundreder og tusinder af år på stationen. Når vi kommer ud af sin "tidsmaskine", vil vores rejsende befinde sig i en separat fremtid... Hans slægtninge og venner er for længst døde... Han vil kun finde deres fjerne efterkommere i live.

Einsteins tog er dog stadig meget anderledes end Wells' bil. Trods alt kunne hun ifølge romanforfatteren bevæge sig i tide, ikke på grund af sin høje hastighed, men takket være en speciel teknisk enhed. Men i virkeligheden kan der ikke skabes en sådan enhed; det er fuldstændig nonsens. Der er kun én vej til fremtiden: At give toget kolossal fart – tæt på lysets hastighed.

Endnu en egenskab adskiller Einsteins tog fra Wells' tidsmaskine: det er ikke i stand til at bevæge sig "tilbage" i tiden, det vil sige, at det er frataget evnen til at gå ind i fortiden og derved vende tilbage fra fremtiden til nutiden.

Generelt er selve ideen om at bevæge sig tilbage i tiden fuldstændig meningsløs. Vi kan kun påvirke det, der endnu ikke er sket, men vi er ikke i stand til at ændre det, der allerede er sket. Dette er tydeligt selv fra dette eksempel: Hvis det var muligt at flytte tilbage i tiden, kunne det ske, at en person gik tilbage i tiden og dræbte sine forældre, mens de stadig var babyer. Og hvis han vendte tilbage til nutiden, ville han befinde sig i den absurde position som en mand, hvis forældre døde længe før han blev født!

At bevæge sig med en hastighed tæt på lysets hastighed åbner teoretisk en anden mulighed: at overvinde enhver afstand sammen med tiden. Og de kan være så store i verdensrummet, at selv ved maksimal hastighed ville et menneskeliv ikke være nok til de fleste rejser.

Et eksempel ville være en stjerne, der er, for eksempel, to hundrede lysår væk fra os. Da lysets hastighed er den højeste hastighed i naturen, er det derfor umuligt at nå denne stjerne tidligere end to hundrede år efter opsendelsen. Og da varigheden af ​​menneskets liv er mindre end to hundrede år, synes det at være sikkert at sige, at mennesket grundlæggende er frataget muligheden for at nå fjerne stjerner.

Alligevel er denne begrundelse mangelfuld. Fejlen er, at vi taler om to hundrede år som noget absolut. Men tid er relativt, det vil sige, at der ikke er nogen fælles tid for alle laboratorier. På stationerne var der én gangstælling, men på Einsteins tog var der en anden.

Lad os forestille os en astronaut, der rejser ud i det ydre rum. Når den når en stjerne to hundrede lysår væk fra os, ifølge jordisk tid, vil der faktisk gå to hundrede år. I en raket kan der, afhængigt af dens hastighed i forhold til Jorden, som vi ved, gå ethvert kort tidsrum.

Således vil astronauten nå stjernen ifølge hans tidsberegning ikke om to hundrede år, men for eksempel om et år. Ved en tilstrækkelig høj hastighed er det teoretisk muligt at "flyve" til en stjerne og vende tilbage i henhold til raketuret, selv på et minut...

Desuden: når man bevæger sig med den maksimale hastighed i verden - 300 tusinde kilometer i sekundet - bliver tiden ekstremt lille, det vil sige lig med nul. Med andre ord, hvis en raket kunne bevæge sig med lysets hastighed, ville tiden helt stoppe for observatøren i den, og set fra denne observatørs synspunkt ville startøjeblikket falde sammen med slutøjeblikket.

Vi gentager, at alt dette kun er teoretisk tænkeligt. I praksis er det umuligt at rejse til fremtiden og til fjerne stjerner, da bevægelse af biler og mennesker med hastigheder tæt på lysets hastighed er umuligt af tekniske årsager.

Og størrelsen af ​​objekter er relative

De ræsonnementer og de underholdende eksempler givet i de foregående kapitler virker fantastiske. Men deres mål er ikke at fange læseren med fantasi, men at vise dybden og alvoren af ​​de konsekvenser, der følger af tidens relativitet.

Det er ikke svært at se, at tidens relativitet også indebærer relativiteten af ​​kroppens størrelser.

Lad længden af ​​perronen forbi, som Einsteins tog passerer, være 2,4 millioner kilometer. Med en hastighed på 240 tusinde kilometer i sekundet vil toget passere perronen inden for 10 sekunder. Men på 10 sekunders stationstid vil der kun gå 6 sekunder på toget. Herfra vil den rejsende med rette konkludere, at længden af ​​platformen er 240 tusind x 6 = 1,44 millioner kilometer og ikke 2,40 millioner kilometer.

Det betyder, at et objekt i hvile i forhold til ethvert laboratorium er længere end et bevægeligt objekt. Perronen bevægede sig i forhold til toget, men i forhold til stationen var den i ro. Derfor var det længere for observatøren på stationen end for den rejsende. Togvognene var tværtimod 10/6 gange kortere for observatøren på stationen end for den rejsende.

Efterhånden som hastigheden stiger, falder længden af ​​objekter mere og mere. Derfor skal den ved den højeste hastighed blive den laveste, det vil sige lig med nul.

Så enhver bevægende krop trækker sig sammen i dens bevægelsesretning. I denne henseende er det nødvendigt at ændre et af de eksempler, vi gav i nr. 9 i bladet, nemlig: under et forsøg med at åbne døre på et dampskib fandt vi ud af, at for en observatør på molen åbnede den anden dør 40 sekunder senere end den første. Men da længden af ​​dampskibet, der bevæger sig med en hastighed på 240 tusinde kilometer i sekundet, blev reduceret med 10/6 gange i forhold til molen, vil det faktiske tidsinterval mellem åbning af dørene være lig med 40 sekunder, ikke 40 sekunder ifølge til uret på molen: 10/6 = 24 sekunder . Denne numeriske korrektion ændrer naturligvis ikke på de grundlæggende konklusioner, vi trak fra erfaringerne med damperen.

Relativiteten af ​​legemers størrelser medfører umiddelbart en ny, måske den mest slående, konsekvens af relativitetsprincippet. "Det mest slående", fordi det forklarer det uventede resultat af Michaelsons eksperiment, som på et tidspunkt bragte forvirring i fysikernes rækker. Sagen vedrørte, som du husker, tilføjelsen af ​​hastigheder, som af en eller anden ukendt grund ikke "ønskede" at adlyde almindelig aritmetik.

Mennesket har altid været vant til at sammenlægge hastigheder rettet i en lige linje og i én retning, rent aritmetisk, det vil sige så simpelt som tabeller eller æbler. For eksempel, hvis et skib sejler i en bestemt retning med en hastighed på 20 kilometer i timen, og en passager går langs dets dæk i samme retning med en hastighed på 5 kilometer i timen, så er passagerens hastighed ift. molen vil være lig med 20 + 5 = 25 kilometer i timen.

Indtil for nylig var fysikere overbeviste om, at denne tilføjelsesmetode var helt korrekt og egnet til at finde summen af ​​enhver hastighed. Men relativitetsprincippet lod ikke denne mekanikregel uberørt.

Prøv for eksempel at tilføje hastigheder på 230 og 270 tusinde kilometer i sekundet. Hvad vil der ske? 500 tusinde kilometer i sekundet. Men en sådan hastighed kan ikke eksistere, da 300 tusinde kilometer i sekundet er den højeste hastighed i verden. Heraf er det i det mindste klart, at summen af ​​en hvilken som helst og hvor mange hastigheder under alle omstændigheder ikke må overstige 300 tusinde kilometer i sekundet.

Men måske er det tilladt at tilføje aritmetisk lavere hastigheder, for eksempel 150 og 130 tusinde kilometer i sekundet? Når alt kommer til alt, overstiger deres sum, 280 tusinde kilometer i sekundet, ikke den maksimale hastighed i verden.

Det er let at se, at den aritmetiske sum også her er forkert. Lad for eksempel et dampskib bevæge sig forbi en mole med en hastighed på 150 tusinde kilometer i sekundet, og en bold rulle langs dækket af et dampskib med en hastighed på 130 tusinde kilometer i sekundet. Summen af ​​disse hastigheder skal udtrykke boldens hastighed i forhold til molen. Men fra det foregående kapitel ved vi, at en bevægelig krop trækker sig sammen i størrelse. Derfor er en afstand på 130 tusinde kilometer på et skib slet ikke lig med 130 tusinde kilometer for en observatør på molen, og 150 tusinde kilometer langs kysten er slet ikke lig med 150 tusinde kilometer for en passager på et skib.

Dernæst, for at bestemme boldens hastighed i forhold til molen, bruger observatøren et ur på molen. Men boldens hastighed på et dampskib bestemmes af dampskibstiden. Og tiden på et skib i bevægelse og på molen er som bekendt slet ikke ens.

Sådan ser spørgsmålet om at tilføje hastigheder ud i praksis: Vi skal tage hensyn til relativiteten af ​​både afstande og tid. Hvordan skal hastighederne tilføjes?

Einstein gav en særlig formel for dette, svarende til relativitetsprincippet. Indtil nu har vi ikke givet formler fra relativitetsteorien, og vi har ikke ønsket at belaste denne vanskelige artikel med dem. Men matematikkens kortfattede og klare sprog gør mange ting umiddelbart klare og erstatter lange argumenter med en masse ord. Formlen for at tilføje hastigheder er ikke kun meget enklere end alle tidligere argumenter, men er i sig selv så enkel og interessant, at den er værd at citere:

V 1 + V 2
W = _________________
V 1 x V 2
1+ ___________
C 2

Her er V 1 og V 2 hastighedskomponenterne, W er den samlede hastighed, c er den højeste hastighed i verden (lysets hastighed), svarende til 300 tusinde kilometer i sekundet.

Denne vidunderlige formel har den helt rigtige egenskab: uanset hvilke hastigheder vi lægger sammen, får vi aldrig mere end 300 tusinde kilometer i sekundet. Prøv at tilføje 230.000 og 270.000 kilometer i sekundet eller endda 300.000 og 300.000 kilometer i sekundet ved at bruge denne formel og se, hvad der sker.

Når man tilføjer små hastigheder - sådan som vi møder i de fleste tilfælde i praksis - giver formlen et resultat, der er velkendt for os, ikke meget anderledes end den aritmetiske sum. Lad os for eksempel tage selv de højeste moderne bevægelseshastigheder. Lad to fly bevæge sig mod hinanden, der hver flyver 650 kilometer i timen. Hvad er hastigheden af ​​deres tilgang?

Aritmetisk - (650 + 650) = 1300 kilometer i timen. Ifølge Einsteins formel er det kun 0,72 mikrometer i timen mindre. Og i ovenstående eksempel med et langsomt bevægende skib med en person, der går langs dækket, er denne forskel endda 340 tusind gange mindre.

Det er umuligt at påvise sådanne mængder i sådanne tilfælde ved målinger. Og deres praktiske værdi er nul. Herfra er det klart, hvorfor folk i tusinder af år ikke har bemærket, at den aritmetiske addition af hastigheder er fundamentalt forkert: unøjagtigheden i en sådan tilføjelse er meget mindre end de strengeste krav til praksis. Og derfor stemte alt i teknologien altid med beregningerne, hvis bare beregningerne var korrekte.

Men det er ikke længere muligt at tilføje aritmetiske hastigheder, der kan sammenlignes med lysets hastighed: Her kan vi falde i grove fejl. For eksempel vil fejlen ved hastigheder på 36 tusinde kilometer i sekundet overstige 1 tusinde kilometer, og ved 100 tusinde kilometer i sekundet vil den allerede nå 20 tusinde kilometer i sekundet.

Det faktum, at den aritmetiske addition af hastigheder er forkert, men Einsteins formel er korrekt, bekræftes af erfaring. Det kunne ikke være anderledes: Det var trods alt erfaring, der tvang fysikerne til at genoverveje gamle begreber inden for mekanik og førte dem til relativitetsprincippet.

Ved at vide, hvordan man rent faktisk tilføjer hastigheder, kan vi nu forstå de "mystiske" resultater af Michaelsons eksperiment. Ved at udføre dette eksperiment, da Jorden bevægede sig mod lysstrålen med en hastighed på 30 kilometer i sekundet, forventede Michaelson at få et resultat på 300.000 + 30 = 300.030 kilometer i sekundet.

Men du kan ikke tilføje hastigheder på den måde!

Erstat V 1 = c (c er lysets hastighed) og V 2 = 30 i formlen for at tilføje hastigheder, og du vil opdage, at den samlede hastighed kun er lig med c1, og ikke mere. Dette var netop resultatet af Michaelsons eksperiment.

Det samme resultat vil blive opnået for alle andre værdier af V 2, hvis kun V 1 er lig med lysets hastighed. Lad Jorden rejse et vilkårligt antal kilometer i sekundet: 30 - rundt om Solen, 275 - sammen med solsystemet og tusindvis af kilometer - med hele galaksen. Dette ændrer ikke tingene. I alle tilfælde, hvor Jordens hastighed lægges til lysets hastighed, vil formlen give samme værdi c.

Så resultaterne af Michaelsons eksperiment overraskede os kun, fordi vi ikke vidste, hvordan man korrekt tilføjede hastigheder. Vi vidste ikke, hvordan vi skulle gøre dette, da vi ikke vidste, at kroppe trækker sig sammen i retning af deres bevægelse, og at tiden går forskelligt i forskellige laboratorier.

Masse og energi

Det er tilbage at overveje det sidste spørgsmål.

En af de vigtigste egenskaber ved enhver krop er dens masse. Vi er vant til at tro, at det altid forbliver uændret. Men beregninger baseret på relativitetsprincippet viser noget andet: Når et legeme bevæger sig, øges dets masse. Det øges lige så mange gange, som kroppens længde aftager. Således er massen af ​​Einsteins tog, der bevæger sig med en hastighed på 240 tusinde kilometer i sekundet, 10/6 gange større end massen i hvile.

Når hastigheden nærmer sig grænsen, vokser massen hurtigere og hurtigere. Ved maksimal hastighed skal massen af ​​enhver krop blive uendelig stor. De sædvanlige hastigheder, som vi møder i praksis, forårsager en helt ubetydelig stigning i massen.

Det er dog stadig muligt at teste dette fænomen eksperimentelt: moderne eksperimentel fysik er i stand til at sammenligne massen af ​​hurtigt bevægende elektroner med massen af ​​hvilende elektroner. Og erfaring bekræfter fuldstændigt loven om masses afhængighed af hastighed.

Men for at give kroppe fart, er det nødvendigt at bruge energi. Og så viser det sig, at ethvert arbejde udført på en krop, enhver stigning i kroppens energi, generelt medfører en stigning i massen proportional med denne forbrugte energi. Derfor er massen af ​​et opvarmet legeme større end af et koldt legeme, massen af ​​en komprimeret fjeder er større end en fri.

Ubetydelige mængder af masseenheder svarer til enorme mængder af energienheder. For for eksempel at øge en krops masse med kun 1 gram, skal der arbejdes 25 millioner kilowatt-timer på den. Med andre ord er massen af ​​25 millioner kilowatt-timer elektrisk energi lig med 1 gram. For at opnå dette gram kræves al den energi, der genereres af Dnepr-vandkraftstationen i to dage. Ved at beregne kun en kopek per kilowatt-time finder vi, at 1 gram af den billigste elektriske energi koster 250 tusind rubler. Og hvis du omdanner elektricitet til lys, vil 1 gram lys koste omkring 10 millioner rubler. Dette er mange gange dyrere end det dyreste stof - radium.

Hvis du brænder 1 ton kul indendørs, vil forbrændingsprodukterne efter afkøling kun veje 1/3000-del af et gram mindre end det kul og ilt, som de er dannet af. Den manglende massebrøk går tabt ved varmestråling. Og opvarmning af 1 ton vand fra 0 til 100 grader vil medføre en stigning i dets masse med mindre end 5/1.000.000 dele af et gram.

Det er ganske forståeligt, at sådanne ubetydelige ændringer i kroppens masse, når de mister eller får energi, unddrager sig de mest nøjagtige målinger. Imidlertid kender moderne fysik til fænomener, hvor en ændring i massen bliver mærkbar. Det er processer, der opstår under kollisionen af ​​atomkerner, når kernerne i nogle grundstoffer danner kernerne af andre grundstoffer.

For eksempel, når kernen af ​​et lithiumatom kolliderer med kernen af ​​et brintatom, dannes to kerner af et heliumatom. Massen af ​​disse to kerner er allerede en betydelig mængde - 1/4 del - mindre end den samlede masse af brint- og lithiumkerner. Derfor, når 1 gram af en blanding af lithium og brint omdannes til helium, bør der frigives 1/400 af et gram energi, hvilket i kilowatt-timer vil være:

25.000.000/ 400 = 62,5 tusinde kilowatt-timer.

Således, hvis vi let kunne udføre nukleare transformationer, ville vi blive ejere af en rig energikilde: For at opnå kraften fra Dnepr-vandkraftstationen ville det være nok at omdanne kun 4 gram af en blanding af lithium og brint til helium hver time.

Ny og gammel fysik

Dette afslutter vores korte introduktion til relativitetsprincippet.

Vi har set, hvilke alvorlige og dybtgående ændringer relativitetsprincippet har medført i det verdensbillede, der har udviklet sig blandt menneskeheden gennem mange århundreder. Betyder det ikke, at gamle ideer er fuldstændig ødelagt? At de helt skal afvises? At al fysik skabt før opdagelsen af ​​relativitetsprincippet skulle overstreges som forkert?

Nej, fordi uoverensstemmelsen mellem gammel fysik (kaldet "klassisk") og fysik, der tager hensyn til relativitetsprincippet ("relativistisk", fra det latinske ord "relatio", som betyder "reference") er for ubetydelig på næsten alle områder af vores praktiske aktivitet.

Hvis for eksempel en passager på et almindeligt, selv det hurtigste tog (men selvfølgelig ikke Einsteins tog) besluttede at indføre en tidskorrektion baseret på relativitetsprincippet, ville han blive til grin. I løbet af en dag ville en sådan ændring blive udtrykt i ti milliardtedele af et sekund. Rysten i toget og den unøjagtige betjening af den bedste urmekanisme har en usammenlignelig større effekt på urets aflæsninger.

En ingeniør, der ville introducere stigningen i vandmassen i beregninger, når det opvarmes, kunne kaldes skør. Men en fysiker, der studerer kollisionen af ​​atomkerner, men ikke tager højde for de mulige ændringer i massen, bør bortvises fra laboratoriet på grund af uvidenhed.

Designere vil altid designe biler ved at bruge den klassiske fysiks love: rettelser til relativitetsprincippet vil have mindre indflydelse på biler end en mikrobe, der lander på et svinghjul. Men en fysiker, der observerer hurtige elektroner, skal tage højde for ændringen i deres masse afhængigt af hastigheden.

Så naturlovene, opdaget før fremkomsten af ​​relativitetsprincippet, er ikke annulleret; relativitetsteorien afkræfter ikke, men uddyber og forfiner kun den viden, som den gamle videnskab har opnået. Det sætter grænserne, inden for hvilke denne viden kan bruges uden at begå fejl.

Afslutningsvis må det siges, at relativitetsteorien ikke er begrænset til de spørgsmål, som vi overvejede i denne artikel. Ved at fortsætte udviklingen af ​​sin undervisning gav Einstein senere et helt nyt billede af et så vigtigt fænomen som universel gravitation. I denne henseende var relativitetslæren opdelt i to dele. Den første af dem, der ikke vedrører gravitation, blev kaldt det "særlige" eller "særlige" "relativitetsprincip"; den anden del, der dækker spørgsmål om gravitation, kaldes det "generelle relativitetsprincip." Vi blev således kun bekendt med et bestemt princip (hensyn til det generelle princip var ikke formålet med denne artikel).

Det er kun tilbage at bemærke, at med et tilstrækkeligt dybt studie af fysik bliver alle labyrinterne i den komplekse bygning af relativitetsteorien fuldstændig klare. Men det var som bekendt langt fra nemt at komme ind i dem. Dette krævede et glimrende gæt: det var nødvendigt at kunne drage de rigtige konklusioner fra Michaelsons eksperiment - at opdage tidens relativitet med alle de deraf følgende konsekvenser.

Således vandt menneskeheden, i sin evige søgen efter at forstå verden bredere og dybere, en af ​​sine største sejre.

Det skylder det Albert Einsteins geni.