Основи на општата релативност. Ајнштајновата теорија на релативноста со едноставни зборови

Само мрзливите не знаат за учењето на Алберт Ајнштајн, кое сведочи за релативноста на сè што се случува во овој смртен свет. Речиси сто години спорови се водат не само во светот на науката, туку и во светот на физичари кои практикуваат. Ајнштајновата теорија на релативноста со едноставни зборовиТој е доста достапен и не е тајна за неупатените.

Во контакт со

Неколку општи прашања

Имајќи ги предвид особеностите на теоретските учења на големиот Алберт, неговите постулати можат двосмислено да се проценат со различни движења на теоретски физичари, прилично високи научни училишта, како и приврзаници на ирационалното училиште за физика и математика.

Уште на почетокот на минатиот век, кога имаше наплив на научната мисла и против позадината на општествените промени, почнаа да се појавуваат одредени научни движења, се појави теоријата на релативност на сè во што живее човекот. Без разлика како нашите современици ја оценуваат оваа ситуација, сè во реалниот свет навистина не е статично, Специјалната теорија на релативноста на Ајнштајн:

• Се менуваат времињата, се менуваат погледите и менталното мислење на општеството за одредени проблеми во општествена смисла;
• Општествените основи и светогледи во однос на доктрината за веројатност во различни државни системи и во посебни услови на општествениот развој се менувале со текот на времето и под влијание на други објективни механизми.
• Како се формираа ставовите на општеството за проблемите на општествениот развој, исти беа ставовите и мислењата за тоа Теориите на Ајнштајн за времето.

Важно! Ајнштајновата теорија за гравитацијабеше основа за систематски спорови меѓу најугледните научници, како на почетокот на неговиот развој, така и за време на неговото завршување. Разговараа за тоа, имаше бројни дебати, стана тема на разговор во највисоките салони во различни земји.

Научниците разговараа за тоа, тоа беше тема на разговор. Имаше дури и хипотеза дека наставата е разбирлива за само тројца луѓе од научниот свет. Кога дојде време, свештениците од најмистериозните науки - Евклидовата математика - почнаа да ги објаснуваат постулатите. Потоа беше направен обид да се изгради неговиот дигитален модел и истите математички проверени последици од неговото дејство врз светскиот простор, авторот на хипотезата призна дека стана многу тешко да се разбере дури и она што тој го создал. Значи, што прави општа теорија на релативност,Што истражуваи каква практична примена нашла во современиот свет?

Историја и корени на теоријата

Денес, во огромно мнозинство случаи, достигнувањата на големиот Ајнштајн накратко се опишуваат како целосна негација на она што првично беше непоколеблива константа. Токму ова откритие овозможи да се побие она што на сите ученици им е познато како физички бином.

Поголемиот дел од населението на планетата, вака или онака, внимателно и смислено или површно, макар и само еднаш, се сврте кон страниците на големата книга - Библијата.

Во него можете да прочитате што стана вистинска потврда суштината на наставата- на што работеше еден млад американски научник на почетокот на минатиот век. Фактите за левитација и други прилично вообичаени работи во историјата на Стариот Завет некогаш станале чуда во модерните времиња. Етер е простор во кој човекот живеел сосема поинаков живот. Особеностите на животот во воздухот се проучувани од многу светски познати личности од областа на природните науки. И Ајнштајновата теорија за гравитацијапотврди дека она што е опишано во античката книга е вистина.

Работата на Хендрик Лоренц и Анри Поенкаре овозможи експериментално да се откријат одредени карактеристики на етерот. Пред сè, ова е работа на создавање математички модели на светот. Основата беше практичната потврда дека кога материјалните честички се движат во етералниот простор, тие се собираат во однос на насоката на движење.

Работите на овие големи научници овозможија да се создаде основа за главните постулати на доктрината. Токму овој факт дава постојан материјал за тврдењето дека делата на нобеловецот и Албертовата релативистичка теоријабиле и останале плагијат. Многу научници денес тврдат дека многу постулати биле прифатени многу порано, на пример:

• Концептот на условна симултаност на настаните;
• Принципи на константна биномна хипотеза и критериуми за брзината на светлината.

Што да направите за да ја разбираат теоријата на релативноста? Поентата е во минатото. Токму во делата на Поенкаре беше изнесена хипотезата дека големите брзини во законите на механиката треба да се преиспитаат. Благодарение на изјавите на францускиот физичар, научниот свет дозна колку е релативно движењето во проекцијата за теоријата на етеричниот простор.

Во статичката наука, се разгледуваше голем обем на физички процеси за различни материјални објекти кои се движат со . Постулатите на општиот концепт ги опишуваат процесите што се случуваат кај објектите што забрзуваат, го објаснуваат постоењето на гравитонските честички и самата гравитација. Суштината на теоријата на релативноставо објаснувањето на оние факти кои претходно беа бесмислици за научниците. Доколку е потребно да се опишат карактеристиките на движењето и законите на механиката, односите меѓу просторот и временскиот континуум во услови на приближување до брзината на светлината, треба исклучиво да се применуваат постулатите на доктрината за релативност.

За теоријата кратко и јасно

Зошто учењето на големиот Алберт е толку различно од она што го правеле физичарите пред него? Претходно, физиката беше прилично статична наука, која ги разгледуваше принципите на развојот на сите процеси во природата во сферата на системот „овде, денес и сега“. Ајнштајн овозможил да се види сè што се случува наоколу не само во тродимензионален простор, туку и во однос на разни предмети и точки во времето.

Внимание!Во 1905 г. кога Ајнштајн ја објавил својата теорија на релативност, овозможи да се објасни и толкува на достапен начин движењето помеѓу различните инерцијални пресметковни системи.

Нејзините главни одредби се односот на постојаните брзини на два објекти кои се движат еден во однос на друг наместо да се земе еден од предметите, што може да се земе како еден од апсолутните референтни фактори.

Карактеристика на наставатае тоа што може да се разгледува во однос на еден исклучителен случај. Главни фактори:

1. Исправност на насоката на движење;
2. Еднообразност на движење на материјално тело.

Кога се менува правецот или други едноставни параметри, кога материјалното тело може да забрза или да се сврти на страните, законите на статичката доктрина на релативноста не се валидни. Во овој случај, општите закони на релативноста стапуваат на сила, што може да го објасни движењето на материјалните тела во општа ситуација. Така, Ајнштајн нашол објаснување за сите принципи на интеракција на физичките тела едни со други во вселената.

Принципи на релативност

Принципи на наставата

Изјавата за релативноста е предмет на најживи дискусии веќе сто години. Повеќето научници сметаат дека различните примени на постулатите се примена на два принципа на физиката. И оваа патека е најпопуларна меѓу применетата физика. Основни постулати теории на релативност, интересни факти, кои денес најдоа непобитна потврда:

• Принципот на релативност. Зачувување на односот на телата според сите закони на физиката. Прифаќајќи ги како инерцијални референтни рамки кои се движат со постојани брзини во однос на едни со други.
• Постулат за брзината на светлината. Останува непроменлива константа во сите ситуации, без оглед на брзината и односот со изворите на светлина.

И покрај противречностите меѓу новото учење и основните постулати на една од најточните науки, засновани на постојани статични показатели, новата хипотеза привлече внимание со свеж поглед на светот околу нас. Успехот на научникот беше обезбеден, што беше потврдено со доделувањето на Нобеловата награда во областа на точните науки.

Што предизвика таква неверојатна популарност, и како Ајнштајн ја открил својата теорија на релативност? Тактики на еден млад научник.

1. Досега светски познатите научници изнесоа теза, па дури потоа спроведоа низа практични студии. Доколку во одреден момент се добиени податоци кои не одговараат на општиот концепт, тие се препознаваат како погрешни и се наведуваат причините.
2. Младиот гениј користел радикално различни тактики, спроведувал практични експерименти, тие биле сериски. Добиените резултати, и покрај фактот што можеби некако не се вклопуваат во концептуалната серија, беа вградени во кохерентна теорија. И без „грешки“ или „неточности“, сите моменти хипотези за релативност, примериа резултатите од набљудувањата јасно се вклопуваат во револуционерното теориско учење.
3. Идниот нобеловец ја негираше потребата од проучување на мистериозниот етер, каде што се шират светлосните бранови. Верувањето дека етерот постои доведе до голем број значајни заблуди. Главниот постулат е промената на брзината на светлосниот зрак во однос на набљудувачот кој го набљудува процесот во етеричниот медиум.

Релативитет за кукли

Релативитетот е наједноставното објаснување

Заклучок

Главното достигнување на научникот е доказ за хармонијата и единството на такви количини како просторот и времето. Фундаменталната природа на врската помеѓу овие два континууми во три димензии, во комбинација со временската димензија, овозможи да се разберат многу од тајните на природата на материјалниот свет. Благодарение на Ајнштајновата теорија за гравитацијаПроучувањето на длабочините и другите достигнувања на модерната наука стана достапно, бидејќи можностите на наставата не се целосно искористени до ден-денес.

Исклучувањето на концептот на етер од физиката беше оправдано, но тоа воопшто не ги реши проблемите што се појавија во науката. Пронајдено е:

1) брзината на светлината во празен простор е секогаш константна и, колку и да изгледа чудно на прв поглед, независно од движењето на изворот на светлина или приемникот на светлина. Оваа позиција е докажана со експериментот на Мајкелсон;

2) ако два координатни системи се движат во однос еден на друг праволиниски и рамномерно, односно на јазикот на класичната механика, системите се инерцијален,тогаш сите закони на природата ќе бидат исти за нив. Оваа ситуација произлегува од Принципот на релативност на Галилео.Притоа, без разлика колку такви системи има (два или многу повеќе), не постои начин да се одреди во кој од нив брзината може да се смета за апсолутна;

3) во согласност со класичната механика, брзините на инерцијалните системи можат да се трансформираат една во однос на друга, т.е., знаејќи ја брзината на телото (материјалната точка) во еден инертен систем, можете да ја одредите брзината на ова тело во друг инертен систем , а вредностите на брзините на дадено тело во различни инерцијални координатни системи ќе бидат различни.

Очигледно, третата позиција е во спротивност со првата позиција, според која, повторуваме, светлината има постојана брзина без оглед на движењето на изворот или примачот на светлината. , т.е., без оглед на тоа кои инерцијални координатни системи се мерат.

Оваа контрадикторност беше решена со помош на теоријата на релативноста - физичка теорија, чиишто главни закони беа воспоставени од А. Ајнштајн во 1905 година ( приватна или специјална теорија на релативност) и во 1916 година ( општа теорија на релативност).

Голем физичар Алберт Ајнштајн(1879 - 1955) е роден во Германија (Улм). Од 14-годишна возраст живеел во Швајцарија со своето семејство. Студирал на Политехничкиот институт во Цирих и, дипломирал во 1900 година, предавал во училиштата во градовите Шафхаузен и Весттертур. Во 1902 година, тој успеал да добие позиција како експерт во Федералната канцеларија за патенти во Берн, што повеќе му одговарало од финансиска гледна точка. Годините на работа во бирото (од 1902 до 1909 година) беа години на многу плодна научна активност за Ајнштајн. Во тоа време, тој ја создаде специјалната теорија на релативноста, даде математичка теорија за брауновото движење, кое, патем, остана необјаснето околу 80 години, го воспостави квантниот концепт на светлината, спроведе истражување во статистичката физика и голем број на други дела.

Само во 1909 година веќе огромните научни достигнувања на Ајнштајн станаа широко познати, беа ценети (далеку од целосно) и тој беше избран за професор на Универзитетот во Цирих, а во 1911 година - на германскиот универзитет во Прага. Во 1912 година, Ајнштајн бил избран за шеф на одделот на Политехничкиот институт во Цирих и се вратил во Цирих. Во 1913 година, Ајнштајн бил избран за член на Пруската академија на науките; тој се преселил во Берлин, каде што живеел до 1933 година, за кое време бил директор на Физичкиот институт и професор на Универзитетот во Берлин. Во овој временски период создавал општа теорија на релативност(најверојатно завршена, бидејќи почнал да работи на неа во 1907 година), ја развил квантната теорија на светлината и извршил голем број други студии. Во 1.921 година за работа во областа на теоретската физика, а особено за откривање на законите фотоелектричен ефект(феномен кој вклучува ослободување на електрони од цврста или течност како резултат на дејството на електромагнетното зрачење), Ајнштајн ја доби Нобеловата награда.

Теоријата на релативноста - главното достигнување на Ајнштајн - не беше веднаш препознаена. Може да се смета дека специјалната теорија на релативноста, чии основи, како што веќе рековме, ги создаде Ајнштајн во 1905 година, доби општо признание дури во раните 1920-ти. Но, и после ова имаше многу луѓе, вклучително и физичари, кои беа нејзини активни противници. Згора на тоа, дури и денес воопшто не е невообичаено да се слушнат приговори за тоа. Точно, сега во повеќето случаи ова се однесува на луѓе кои не се доволно запознаени со физиката. Ова веројатно може да се објасни со фактот дека фундаменталните принципи на теоријата на релативноста, како што ќе се види од следново, се многу необични и не се толку лесни за разбирање.

Во 1933 година, поради нападите врз него од страна на идеолозите на германскиот фашизам како јавна личност - борец против војната и Евреин, Ајнштајн ја напуштил Германија, а подоцна, во знак на протест против фашизмот, го одбил членството во Германската академија на науки. Ајнштајн го помина целиот последен дел од својот живот во Принстон (САД), работејќи во Институтот за основни истражувања Принстон.

Ајнштајн, почнувајќи да ја развива теоријата на релативност, прифати две од трите одредби формулирани на почетокот на овој дел, имено: 1) брзината на светлината во вакуум е константна и иста во сите координатни системи кои се движат праволиниски и рамномерно во однос на секој друго, и 2) за сите Во инерцијалните системи, сите закони на природата се исти, а концептот на апсолутна брзина го губи своето значење, бидејќи не постои начин да се открие. Третиот предлог, контрадикторен на првиот (за различни вредности на конвертираните брзини во различни инерцијални системи) беше отфрлен од Ајнштајн, иако ова на почетокот изгледа чудно. Веќе од овој пристап можеме да предвидиме до какви заклучоци требало да дојде Ајнштајн, но да не избрзуваме.

Од она што беше кажано претходно, читателот знае дека постои одредена (или посебна) теорија на релативноста и општа теорија на релативност. Конкретната теорија на релативност разгледува и формулира физички закони во однос само на инерцијалните системи, т.е. за такви системи во кои законот за инерција е валиден како што е воспоставен од Галилео, додека општата теорија на релативност е применлива за сите координатни системи. ги формулира законите за гравитационото поле.

Така, како што сугерираат нејзините имиња, специјалната релативност е посебен случај на посеопфатната теорија на општата релативност. Сепак, во реалноста, прво била развиена конкретната (специјална) теорија на релативноста, а дури потоа општата теорија на релативноста. Ќе ја продолжиме приказната по истиот пат.

Во Њутновата механика постои апсолутен простор и апсолутно време. Просторот содржи материја, е непроменлив и на никаков начин не е поврзан со материјата. Времето е апсолутно, а неговото течење нема никаква врска со просторот или материјата. Оваа претстава е интуитивна и, според класичната механика, ни изгледа природно и правилно. Но, дали е навистина точно? Зарем интуицијата не нè изневери уште еднаш (како што беше случајот при одредувањето на односот помеѓу применетата сила и брзината на движење)? И како, конечно, може Њутновата механика да се помири со експериментот на Мајкелсон за непроменливоста на брзината на светлината во вакуум?

Теоријата на релативноста се потпира на фактот дека концептите за простор и време, за разлика од Њутновата механика, не се апсолутни. Просторот и времето, според Ајнштајн, се органски поврзани со материјата и едни со други. Можеме да кажеме дека задачата на теоријата на релативност се сведува на определување на законите на четиридимензионалниот простор чии три координати се координати на тродимензионален волумен (x, y, z), а четвртата координата е времето (t ).

Што добиваме со одземање на апсолутните вредности од концептите за простор и време и воведување (што во основа е истото) четиридимензионален простор наместо тродимензионален? Факт е дека постојаноста на брзината на светлината, докажана со искуство, нè принудува да го напуштиме концептот на апсолутно време. Оваа не веднаш очигледна изјава може да се докаже со едноставен ментален експеримент.

Да претпоставиме дека повторно имаме два набљудувачи: внатрешен, сместен внатре во подвижен затворен волумен и надворешен, лоциран надвор од овој волумен. Оставете го изворот на светлина, како и досега, да биде поставен во подвижен затворен волумен и да се движи со него. Само сега, за разлика од претходно разгледуваниот сличен експеримент, не се зборува за никаков етер, бидејќи прашањето за неговото постоење е решено негативно.

Што ќе откријат внатрешните и надворешните набљудувачи? Внатрешен набљудувач кој се движи со затворен волумен ќе открие дека светлината истовремено ќе допре до сите ѕидови на волуменот, ако, се разбира, тие се на исто растојание од изворот на светлина. Надворешен набљудувач, за кого, според искуството на Мајкелсон, движењето на изворот на светлина е неважно, исто така ќе види светлосен сигнал кој патува во сите правци со еднаква брзина. Но, бидејќи еден од ѕидовите на затворениот волумен, како што му се чини (во неговиот координатен систем), ќе се приближи до изворот на светлина, а другиот ќе се оддалечи од него, тогаш светлината нема да стигне до овие два ѕида истовремено.

Следствено, излегува дека два настани кои се симултани во еден координатен систем може да не се симултани во друг координатен систем.

Објаснувањето на оваа ситуација се покажа дека е можно само со промена на основните концепти - просторот и времето, што беше направено, како што веќе беше кажано, од Ајнштајн. Како што следува од делумната теорија на релативноста што ја создал на оваа основа, може да се добие единствената можна недвосмислена врска помеѓу времето и должината за инерцијалните координатни системи. Ако назначиме за два системи на инерцијални координати (во однос на мирување и во однос на движење), соодветно, должините во насока на релативната брзина vпреку XИ X“, време внатре тИ т", брзината на светлината c, тогаш добиваме формули кои понекогаш се нарекуваат математичка основа на делумната теорија на релативноста:

Од овие формули произлегува дека колку повеќе vпоблиските vДо Со, толку е поголема разликата помеѓу XИ X"и помеѓу тИ јас". Затоа, при релативно мали вредности јасКога v/cблиску до 0 (и тоа речиси секогаш се случува во макроскопски, „земни“ услови), x" е блиску до x-vt, t" е блиску до t, а равенките на теоријата на релативност може да се заменат со равенките на класичната механика. Напротив, при големи вредности на v, блиску до брзината на светлината c, кога односот v/c не може да се занемари поради неговата мала, т.е. кога треба да се справиш со релативистички ( Релативистички (од латински Rolativus - релативни) ефекти се физички феномени кои се случуваат со брзина блиска до брзината на светлината или во силни гравитациони полиња) ефекти (на пример, при пресметување на забрзувачи на честички или нуклеарни реакции), формулите на класичната механика не можат да се користат од очигледни причини. Од истите овие формули е јасно и дека брзината на светлината c, еднаква, како што е познато, на огромна вредност - 300 илјади km/s, е ограничувачка. Брзината на кој било предмет не може да биде поголема. Навистина, ако v е поголем од c, тогаш под знакот на коренот би имало негативен број и, според тоа, x" и t" би биле имагинарни броеви, кои не можат да бидат.

Во врска со создавањето на специјалната теорија на релативноста треба да се споменат делата на Лоренц и Поенкаре.

Холандски физичар Хендрик Антон Лоренц(1853 - 1928) бил еден од најголемите научници на своето време. Тој ја создаде класичната електронска теорија, која беше завршена во монографијата на Лоренц „Теоријата на електроните) (1909) и овозможи да се објаснат многу електрични и оптички феномени. Лоренц работел на прашања за диелектрична и магнетна пропустливост, електрична и топлинска спроводливост и некои оптички феномени. Кога холандскиот физичар Питер Земаи (1865 - 1943) открил нов ефект (во 1896 година), кој сега го носи неговото име, Лоренц дал теорија за овој ефект и ја предвидел поларизацијата на компонентите на разделувањето на Зема (суштината на работата е дека атомскиот систем кој има магнетен момент и влегува во надворешно магнетно поле, добива дополнителна енергија и неговите спектрални линии се поделени).

Посебно место заземаат делата на Лоренц, извршени на крајот на 19 век, во кои тој дошол блиску до создавање на делумната теорија на релативноста. Кога во 1881 година Мајкелсон експериментално ја утврдил константноста на брзината на светлината во вакуум и нејзината независност од движењето на изворот и примачот на светлина, се појавил проблемот, како што веќе споменавме, да се усогласи овој експеримент со електродинамиката и оптиката, идеи за кои биле изградени врз постоењето на етерот.

Во 1892 година, Лоренц (а пред него во 1889 година, англискиот физичар Џ. Фицџералд) ги добил равенките именувани по него (трансформации на Лоренц), кои овозможуваат да се утврди дека кога се движите од еден инертен систем во друг, вредностите на времето и големина. предмет што се движи во насока на брзината на движење. Ако телото се движи со брзина v во однос на некој инертен координатен систем, тогаш физичките процеси, според трансформациите на Лоренц, ќе се одвиваат побавно отколку во овој систем, во

каде што c е брзината на светлината.

Во новиот инертен координатен систем, надолжните (во однос на брзината v) димензии на телото што се движи ќе се намалат за исто толку. Очигледно е дека равенките наречени математичка основа на делумната теорија на релативноста не се разликуваат од трансформациите на Лоренц и можат да се сведат на една форма. Од Лоренцовите трансформации исто така е јасно дека брзината на светлината е максималната можна брзина.

Лоренц го препознал постоењето на етерот и верувал, за разлика од Ајнштајн, дека побавното минување на времето и намалувањето на големината што беше дискутирано погоре се резултат на промената на електромагнетните сили што дејствуваат во телата кога телото се движи низ етерот.

Еден од најголемите математичари и физичари, француски научник Анри Поенкаре(1854 - 1912), надалеку познат по неговите дела од областа на диференцијални равенки, нови класи трансцендентален (Трансценденталните функции се аналитички функции кои не се алгебарски (на пример, експоненцијална функција, тригонометриска функција).) - таканаречени автоморфни - функции, во голем број прашања од математичката физика. Тим француски математичари во „Есеи за историјата на математиката“ пишува: „Нема математичар, дури и меѓу оние со најобемна ерудиција, кој не би се чувствувал странец во некои области на огромниот математички свет, како оние кои, како Поенкаре или Хилберт, оставаат печат на својата генијалност во речиси сите области, тогаш тие претставуваат дури и меѓу најголемите најретки исклучоци“ ( Цитат од: Tyapkin A.. Shibanov L. Poincaré. М., 1979, стр. 5 - 6. (ЖЗЛ))

Несомнено, Поенкаре остави „печат на својот гениј“ на создавањето на делумната теорија на релативноста. Во голем број негови дела, тој постојано допирал различни аспекти на теоријата на релативноста. Не е рамнодушно што токму Поенкаре го воведе името „Трансформација на Лоренц“ и во раните 1900-ти почна да го користи терминот „принцип на релативност“. Поанкаре, независно од Ајнштајн, ја развил математичката страна на принципот на релативност и дал длабока анализа на концептот на истовременоста на настаните и димензиите на телото во движење во различни инерцијални координатни системи. Општо земено, Поенкаре, речиси истовремено со Ајнштајн, дошол многу блиску до делумната теорија на релативноста. Ајнштајн објави статија во која ја покажа нераскинливата врска помеѓу масата и енергијата, претставена со формула изведена од равенките што ја изразуваат математичката основа на делумната теорија на релативноста (подготвена погоре) и употребата на законите за зачувување на енергијата и моментум:

E = mс 2,Каде Е- енергија, м- Тежина, Со- брзина на светлината.

Од оваа формула произлегува дека еден грам маса одговара на огромна енергија еднаква на 9-1020 erg. Можете, се разбира, врз основа на истите првични податоци, да напишете равенка (што ја направил Ајнштајн) со изразување на зависноста на масата од брзината на движење на телото:

во кој m 0 е масата на мирување (кога v = 0) и v- брзина на движење на телото.

Од последната равенка е јасно дека е речиси невозможно да се даде на макроскопско тело (на пример, килограм тежина) брзина блиска до брзината на светлината, бидејќи во овој случај масата на тежината, зголемувајќи се со нејзината брзина, би имаат тенденција кон бесконечност. Природно, се поставува прашањето: дали воопшто постојат такви честички чии брзини се еднакви на брзината на светлината? Гледајќи малку напред, да речеме: да, постојат. Таква честичка е квантно електромагнетно поле,неутрален (нема електрично полнење) елементарна честичканосител на електромагнетна интеракција (а со тоа и светлина) фотон, чија маса на одмор е нула (tn 0 = 0). Па, се разбира, ќе кажеме, ако само лесен носачнемаше брзина на светлината, работите би биле навистина лоши. Очигледно, има и нулта маса за одмор неутринон.Електронот, на пример, со многу мала маса (околу 9 10 -28 g), може да се движи со брзина многу блиска до брзината на светлината.

Па, дали е можно да се добие последната равенка, која ја претставува зависноста на масата на телото од брзината на неговото движење, врз основа на Лоренцовите трансформации? Да, секако дека можеш. Значи, можеби грешиме што веруваме дека токму Ајнштајн ја открил специјалната теорија на релативноста? Воопшто не можеме да се согласиме со ова. Ние само му го даваме на Ајнштајн неговото право. Ајнштајн претстави сосема нова гледна точка преку создавање на принципите на специјалната теорија на релативноста. Тој направи револуционерен чекор во физиката со напуштање на апсолутноста на времето, што доведе до ревизија на концептот на симултаност и опсегот на применливост на основните физички закони. Ајнштајн барал објаснување за противречностите што се појавиле во физиката по експериментот на Мишел не во специфичните својства на електромагнетното поле, како што тоа го правеле другите физичари, туку во општите својства на просторот и времето. Ајнштајн покажа дека токму тоа ја објаснува промената на проширувањето на телата и временските интервали при движење од еден инертен координатен систем во друг.

Промените што Ајнштајн ги направил во физиката, особено создавањето на специјалните и општите теории на релативноста, често се споредуваат по обем и значење со промените направени во физиката од Њутн.

Ленин го нарече Ајнштајн еден од „големите трансформатори на природната наука“.

Треба да се истакне работата во областа на делумната теорија на релативноста направена од познатиот германски математичар и физичар Херман Минковски (1864 -1909), роден во Русија, во градот Алексоти, провинцијата Минск. Во 1909 година беше објавено неговото дело „Простор и време“ - за четиридимензионално време-простор. Четиридимензионалниот концепт првпат беше развиен од Минковски во неговиот извештај „Принципот на релативноста“, кој тој го претстави во 1907 година на математичкото друштво во Гетинген.

Тука е соодветно да се каже неколку зборови за големиот руски математичар Николај Иванович Лобачевски,(1792 - 1856), творец неевклидова геометрија(геометрија на Лобачевски). Геометријата на Лобачевски, која го револуционизираше разбирањето на природата на просторот, е изградена на истите постулати како Евклидова геометрија, со исклучок на постулатот (аксиома) за паралелните. За разлика од Евклидовата геометрија, според која „во рамнина низ точка која не лежи на дадена права, една и само една права може да се повлече паралелно со дадената, односно да не се пресекува“, во неевклидовата геометрија се наведува: „во рамнина низ точка што не лежи на дадена права, може да се повлече повеќе од една права што не ја пресекува дадената“. Во геометријата на Лобачевски има и други навидум парадоксални одредби (теореми), на пример, „збирот на аглите на триаголникот е помал од два прави агли ( помалкуπ)“. Геометријата на Лобачевски, која не доби признание од неговите современици, се покажа како големо откритие. Општата релативност, како што е дискутирано подолу, води до неевклидова геометрија.

Лобачевски беше професор, декан на Факултетот за физика и математика и ректор на Универзитетот Казан. Каква извонредна случајност: В. И. Ленин, Л. Н. Толстој и II биле студенти на Казанскиот универзитет во различни времиња. I. Лобачевски.

Од 1907 година, интересите на Ајнштајн се повеќе насочени кон создавање на општа теорија на релативноста. Тој го разгледа случајот кога разликата помеѓу координатните системи е посложена отколку кога се споредуваат хипертичните координатни системи. Со други зборови, во овој случај, еден координатен систем во однос на друг може да биде во состојба на произволно движење, на пример, во состојба на забрзано движење.

Со цел истите закони на природата да останат валидни во системите во овој случај, неопходно е, како што утврдил Ајнштајн, да се земат предвид полињата гравитација (гравитациони полиња).Проблемот на непроменливоста во општиот случај се покажува дека е директно поврзан со проблемот на гравитација (гравитација).

Во првата половина на оваа книга, кога се дискутираше за работата на Галилео за раѓањето на модерната наука, беа воведени два концепта: инертна маса и тешка маса.Експериментите на Галилео всушност ја утврдија еднаквоста на нивните вредности за дадено тело. На прашањето дали оваа еднаквост е случајна, беше даден одговорот дека од гледна точка на класичната физика е случајна, но од гледна точка на модерната физика (сега можеме да кажеме: од гледна точка на општото теорија на релативност) тоа во никој случај не е случајно.

Додека ја развивал општата теорија на релативноста, Ајнштајн дошол до заклучок дека фундаменталенвредноста на еднаквоста на инертни и тешки маси. Во реалниот свет, движењето на кое било тело се случува во присуство на многу други тела, чии гравитациони сили влијаат врз него. Еднаквоста на инерцијалните и тешките маси овозможи дополнително да се прошири физичката доктрина за простор-времето, што ја претставува суштината на општата теорија на релативноста. Ајнштајн дошол до заклучок дека реалниот простор е неевклидски, дека во присуство на тела што создаваат гравитациони полиња, квантитативните карактеристики на просторот и времето стануваат различни отколку во отсуство на тела и полињата што тие ги создаваат. Така, на пример, збирот на аглите на триаголникот е помал од l; времето тече побавно. Ајнштајн даде физичка интерпретација на теоријата на Н.И.Лобачевски.

Основите на општата теорија на релативноста се изразени во равенката на гравитационото поле добиена од Ајнштајн.

Ако конкретната теорија на релативноста не само што беше потврдена експериментално, како што беше речено, за време на создавањето и работата на забрзувачите на микрочестички и нуклеарните реактори, туку веќе стана неопходна алатка за соодветните пресметки, тогаш со општата теорија на релативноста ситуацијата е различни. Познатиот советски физичар В.Л. да се тестира теоријата: гравитациско поместување на спектралните линии, отклонување на светлосните зраци во сончевото поле и поместување на перихелот ( Перихел е точка на орбитата на небесно тело што се врти околу Сонцето најблиску до Сонцето, во случајот на Меркур - Забелешка. Автор.) Меркур. Оттогаш помина повеќе од половина век, но темата за експериментална верификација на општата релативност останува актуелна и продолжува да биде во центарот на вниманието...

Заостанувањето во областа на експерименталната верификација на општата релативност се должи и на малите ефекти достапни за набљудување на Земјата и во Сончевиот систем, и на компаративната неточност на соодветните астрономски методи. Сега, сепак, ситуацијата се промени како резултат на употребата на меѓупланетарни ракети, „тестови“ на радио методи итн. Затоа, изгледите за тестирање на општата релативност со грешка од редот од 0,1 - 0,01% сега изгледаат многу добри. .

Ако се покаже (жестоко се надевам) дека „сè е во ред“ со експерименталната верификација на општата релативност на полето на Сонцето, тогаш прашањето за таквата верификација ќе се префрли на сосема друга рамнина. Останува прашањето за валидноста на ГР во силни полиња или во близина и внатре супермасивни космички тела, а да не зборуваме за применливоста на ГР во космологијата.

Последните две фрази се напишани пред пет години и се појавија во претходното издание на книгата. Во тоа време, прашањето за заобленоста на Сонцето остана нејасно, а ефектот на отклонување на зраците и доцнење на сигналите во сончевото поле беше измерен со грешка од неколку проценти. Сега кога сите три ефекти предвидени од GTR за слабо поле се спојуваат со теоријата во рамките на постигнатата точност од 1%, тоа е верификацијата на GTR во силно поле што веќе дојде до израз“ ( Гинзбург Л.Л. За шитикот и астрофизиката. 3-то издание, церебрална. М., 1880, стр. 90-92.)

Како заклучок на она што е кажано за теоријата на релативноста, го забележуваме следново. Многу научници веруваат дека во текот на неговиот понатамошен развој ќе биде неопходно да се соочиме со тешки предизвици. Во моментов, општата теорија на релативноста е, во одредена смисла, класична теорија; таа не користи квантни концепти. Сепак, теоријата за гравитационото поле - нема сомнеж за тоа - мора да биде квантна. Сосема е можно дека токму тука ќе треба да се соочиме со главните проблеми на понатамошниот развој на општата теорија на релативноста.

Сега преминуваме на друга гранка на физиката, во која придонесот на Ајнштајн е многу значаен, имено квантната теорија.

Основачот на квантната теорија е германски физичар, член на Берлинската академија на науките, почесен министер на Академијата на науките на СССР Макс Планк(1858 - 1947). Планк студирал на универзитетите во Минхен и Берлин, слушајќи ги предавањата на Хелмхолц, Кирхоф и други истакнати научници, а работел главно во Кил и Берлин. Главните дела на Планк, кои го впишале неговото име во историјата на науката, се однесуваат на теоријата на топлинското зрачење.

Познато е дека емисијата на електромагнетна волја од телата може да настане поради различни видови енергија, но често ова топлинско зрачење,односно неговиот извор е топлинската енергија на телото. Теоријата на топлинското зрачење, малку едноставно кажано, се сведува на пронаоѓање на врската помеѓу енергијата на зрачењето и електромагнетната бранова должина (или фреквенцијата на зрачење), температурата, а потоа и одредување на вкупната енергија на зрачење во целиот опсег на бранови должини (фреквенции).

Се додека енергијата на зрачењето не се сметаше како континуирано(но не дискретни, од лат. дискретни- прекин, т.е. промена во делови) функцијата на одредени параметри, на пример, должината на електромагнетниот бран (или фреквенцијата на зрачењето) и температурата, но беше можно да се постигне согласност помеѓу теоријата и експериментот. Искуството ја отфрли теоријата.

Одлучувачкиот чекор беше преземен во 1900 година од Планк, кој предложи нов (целосно неконзистентен со класичните идеи) пристап: да се земе предвид енергијата на електромагнетното зрачење како дискретна вредност што може да се пренесе само во посебни, иако мали делови (кванти). Како таков дел (квант) од енергијата, предложи Планк

E = hv,

Каде Е, erg - дел (квант) од енергијата на електромагнетното зрачење, v, s -1 - фреквенција на зрачење, h = 6,62 10 -27 erg s - константа, која подоцна го добила името Планкова константа, или Планк квантум на дејство.Претпоставката на Планк се покажа како исклучително успешна, или, подобро кажано, брилијантна. Планк не само што успеа да добие равенка за топлинско зрачење што одговараше на експериментот, туку неговите идеи беа основата квантна теорија- една од најсеопфатните физички теории, која сега вклучува квантна механика, квантна статистика, квантна теорија на поле.

Мора да се каже дека Планковата равенка важи само за црно телот.е. тело кое го апсорбира целото електромагнетно зрачење кое влегува на него. За да се пресели во други тела, се воведува коефициент - степен на црнило.

Како што веќе рековме, Ајнштајн даде голем придонес во создавањето на квантната теорија. Токму Ајнштајн дошол до идејата, изразена од него во 1905 година, за дискретната, квантна структура на полето на зрачење. Ова му овозможи да објасни такви појави како фотоелектричниот ефект (феномен, како што веќе рековме, поврзан со ослободување на електрони од цврста или течност под влијание на електромагнетното зрачење), луминисценција (сјајот на некои супстанции - фосфор, вишок во споредба со топлинското зрачење и возбуден од некој или друг извор на енергија: светлина, електрично поле итн.), фотохемиски феномени (побудување на хемиски реакции под влијание на светлината).

Давањето на електромагнетното поле квантна структура беше храбар и визионерски потег на Ајнштајн. Контрадикцијата помеѓу квантната структура и брановата природа на светлината, воведувањето на концептот на фотони, кои, како што веќе беше споменато, се кванти на електромагнетното поле, неутрални елементарни честички и создавањето на фотонската теорија на светлината беше важен чекор, иако тоа беше разјаснето дури во 1928 г.

На полето на статистичката физика, покрај создавањето на теоријата за Брауново движење, како што веќе беше споменато, Ајнштајн заедно со познатиот индиски физичар Шатиендранат Бозе развиле квантна статистика за честички со цел број спин (Под спин (од англиски, спин - ротација) го подразбираме внатрешниот аголен импулс на микрочестичката; тој има квантна природа и не е поврзан со движењето на честичката како целина.), повикан Статистика на Бозе-Ајнштајн. Забелешка, дека за: честички со спин од половина цел број има квант Статистика на Ферми-Дирак.

Во 1917 година, Ајнштајн го предвидел постоењето на претходно непознат ефект - стимулирана емисија.Овој ефект, подоцна откриен, ја одреди можноста за создавање ласери.

Написот ја опишува теоријата на релативност на Ајнштајн без никакви формули или апструзни зборови

Многумина од нас слушнале за теоријата на релативност на Алберт Ајнштајн, но некои не можат да го разберат значењето на оваа теорија. Инаку, ова е првата теорија во историјата која не оддалечува од вообичаениот светоглед. Ајде да зборуваме за тоа со едноставни зборови. Сите ние сме навикнати на тридимензионална перцепција: вертикална рамнина, хоризонтална и длабочина. Ако тука додадеме време и го сметаме за четврта количина, тогаш добиваме четиридимензионален простор. Ова се должи на фактот дека времето е исто така релативна вредност. Значи, сè во нашиот свет е релативно. Што значи тоа? На пример, да земеме двајца браќа близнаци, еден од нив да го испратиме во вселената со брзина на светлината 20 години, а другиот да го оставиме на Земјата. Кога првиот близнак ќе се врати од вселената, тој ќе биде 20 години помлад од оној што остана на Земјата. Ова се должи на фактот дека дури и времето е релативно во нашиот свет, како и сè друго. Кога некој предмет се приближува до брзината на светлината, времето се забавува. Кога се постигнува брзина еднаква на брзината на светлината, времето целосно застанува. Од ова можеме да заклучиме дека ако ја надминеш брзината на светлината, тогаш времето ќе се врати назад, односно во минатото.

Сето ова е во теорија, но што е со во пракса? Не можете да се приближите до брзината на светлината, а уште помалку да ја надминете. Што се однесува до брзината на светлината, таа секогаш останува константна. На пример, едно лице стои на платформа на станица, а вториот вози воз во негова насока. Ако оној што стои на платформата свети со батериска ламба, тогаш светлината од неа ќе се движи со брзина од 300.000 километри во секунда. Ако личноста која се вози во воз свети и батериска ламба, тогаш брзината на неговата светлина нема да се зголеми поради брзината на возот, таа секогаш е еднаква на 300.000 километри во секунда.

Зошто сè уште е невозможно да се надмине брзината на светлината? Факт е дека кога се приближува брзина еднаква на брзината на светлината, масата на објектот се зголемува, а енергијата потребна за движење на објектот исто така се зголемува соодветно. Ако ја достигнеме брзината на светлината, тогаш масата на објектот ќе биде бесконечна, како, во принцип, енергијата, но тоа е невозможно. Само објекти кои немаат сопствена маса можат да се движат со брзина на светлината, а овој објект е токму светлина.

Покрај тоа, гравитацијата е вклучена во ова прашање, таа може да го промени времето. Според теоријата, колку е поголема гравитацијата, толку побавно тече времето. Но, сето ова е во теорија, но што е со во пракса? Современите навигациски системи поврзани со сателити се толку прецизни токму поради тоа. Доколку не ја земале предвид теоријата на релативност, тогаш разликата во мерењата би можела да биде од редот на неколку километри.

„Што е теоријата на релативноста? е краток популарен научен филм направен од режисерот Семјон Рајтбурт во Втората креативна асоцијација на филмското студио Моснаучфилм во 1964 година.

„ЗС“ бр.7-11/1939 год

Лев Ландау

Оваа година се одбележуваат 60 години од најголемиот физичар на нашето време - Алберт Ајнштајн. Ајнштајн е познат по својата теорија на релативност, која предизвика вистинска револуција во науката. Во нашите идеи за светот околу нас, принципот на релативност, изнесен од Ајнштајн во далечната 1905 година, ја предизвика истата огромна револуција што ја произведоа учењата на Коперник во своето време.
Пред Коперник, луѓето мислеа дека живеат во апсолутно мирен свет, на неподвижна Земја - центарот на универзумот. Коперник ја поништи оваа вековна предрасуда, докажувајќи дека всушност Земјата е само ситно зрно песок во огромен свет, во континуирано движење. Ова беше пред четиристотини години. И сега Ајнштајн покажа дека една таква позната и навидум сосема јасна работа за нас како времето има и сосема поинакви својства од оние што обично му ги припишуваме...

За целосно да се разбере оваа многу сложена теорија, потребно е големо познавање на математиката и физиката. Сепак, секој културен човек може и треба да има општа претстава за тоа. Ќе се обидеме да дадеме таква општа идеја за принципот на релативност на Ајнштајн во нашата статија, која ќе биде објавена во делови во три изданија на „Знаењето е моќ“.

Во обработката на оваа статија за младиот читател учествуваа: Е. Зеликович, И. Нечаев и О. Писаржевски.

Релативноста на која сме навикнати

Дали секоја изјава има значење?

Очигледно не. На пример, ако кажете „би-ба-бу“, никој нема да најде никакво значење во овој извик. Но, дури и целосно значајни зборови, комбинирани според сите правила на граматиката, исто така можат да произведат целосна бесмислица. Така, тешко е да се припише некое значење на фразата „лирично сирење се смее“.

Сепак, не се сите глупости толку очигледни: многу често изјавата, на прв поглед сосема разумна, се покажува во суштина апсурдна. Кажи ми, на пример, на која страна на плоштадот Пушкин во Москва е споменикот на Пушкин: десно или лево?

Невозможно е да се одговори на ова прашање. Ако одите од Црвениот плоштад до плоштадот Мајаковски, споменикот ќе биде лево, а ако одите во спротивна насока, ќе биде од десната страна. Јасно е дека без да се наведе насоката во која ги сметаме „десно“ и „лево“, овие концепти немаат никакво значење.

На ист начин, невозможно е да се каже дека сега е ден или ноќ на земјината топка? Одговорот зависи од тоа каде е поставено прашањето. Кога е ден во Москва, во Чикаго е ноќ. Затоа, изјавата „ден е или ноќ“ нема никаква смисла, освен ако не се означи на кое место на земјината топка се однесува. Таквите концепти ќе ги наречеме „релативни“.

Двете слики прикажани овде покажуваат овчар и крава. На едната слика овчарот е поголем од кравата, а на другата кравата е поголема од овчарот. Но, на сите им е јасно дека тука нема противречност. Цртежите беа направени од набљудувачи кои беа на различни места: првиот стоеше поблиску до кравата, вториот поблиску до овчарот. Во сликите не е важна големината на предметите, туку аголот под кој би ги виделе овие предмети во реалноста.

Јасно е дека „аголната величина“ на објектот е релативна: зависи од растојанието помеѓу нив и објектот. Колку е предметот поблиску, толку е поголема неговата аголна вредност и се појавува поголем, а колку подалеку од објектот, толку е помала неговата аголна вредност и помала се појавува.

Апсолутот се покажа релативно

Сепак, релативноста на нашите концепти не е секогаш толку очигледна како во дадените примери.

Често зборуваме за „горе“ и „подолу“. Дали се овие апсолутни концепти или релативни? Во претходните времиња, кога сè уште не се знаеше дека Земјата е сферична, а се замислуваше како рамна палачинка, се сметаше дека е очигледно дека насоките на „горе“ и „долу“ се исти низ целиот свет.

Но, беше откриено дека Земјата е сферична и се покажа дека вертикалните насоки на различни точки на површината на земјата се различни.

Сето ова сега не ни предизвикува никаков сомнеж. Во меѓувреме, историјата покажува дека не било толку лесно да се разбере релативноста на „горе“ и „долу“. Луѓето се многу склони да припишуваат апсолутно значење на концепти чија релативност е нејасна од секојдневното искуство. Да се ​​потсетиме на смешниот „приговор“ на сферичноста на Земјата, која имала голем успех во средниот век: на „другата страна“ на Земјата, велат тие, дрвјата треба да растат надолу, капките дожд да паѓаат нагоре, а луѓето би оди наопаку.

И навистина, ако ја сметаме насоката на вертикалата во Москва за апсолутна, тогаш излегува дека во Чикаго луѓето одат наопаку. И од апсолутна гледна точка на луѓето кои живеат во Чикаго, московјаните одат наопаку. Но, всушност, вертикалната насока не е апсолутна, туку релативна. И насекаде на Земјата, иако е сферична, луѓето одат само наопаку.

И движењето е релативно

Да замислиме двајца патници кои патуваат на експресот Москва-Владивосток. Тие се согласуваат да се среќаваат секој ден на истото место во автомобилот за јадење и да им пишуваат писма на своите сопрузи. Патниците се уверени дека го исполнуваат условот - секој ден да се на истото место каде што биле вчера. Сепак, нивните сопрузи нема да се согласат со ова: тие силно ќе тврдат дека патниците се среќавале секој ден на ново место, илјада километри оддалечено од претходното.

Кој е во право: патниците или нивните сопрузи?

Немаме причина да даваме предност на едното или на другото: концептот на „исто место“ е релативен. Што се однесува до возот, патниците всушност цело време се среќавале „на истото место“, но во однос на површината на земјата, местото на нивната средба постојано се менувало.

Така, позицијата во просторот е релативен концепт. Кога зборуваме за положбата на телото, секогаш мислиме на неговата положба во однос на другите тела. Затоа, ако од нас се бараше да укажеме каде се наоѓа такво и такво тело, без да споменеме други тела во одговорот, таквото барање ќе треба да го сметаме за целосно невозможно.

Следи дека движењето или движењето на телата е исто така релативно. И кога велиме „тело се движи“, тоа само значи дека ја менува својата положба во однос на некои други тела.

Да замислиме дека го набљудуваме движењето на телото од различни точки. Ајде да се согласиме да ги наречеме таквите точки „лаборатории“. Нашите имагинарни лаборатории можат да бидат што било на светот: куќи, градови, возови, авиони, Земјата, други планети, Сонце, па дури и ѕвезди.

Како ќе ни изгледа траекторијата, односно патеката на тело во движење?

Се зависи од која лабораторија го набљудуваме. Да речеме дека пилот исфрла товар од авион. Од гледна точка на пилотот, товарот лета надолу вертикално во права линија, а од гледна точка на набљудувач на земја, товарот што паѓа опишува крива линија - парабола. Која траекторија всушност ја следи товарот?

Ова прашање има толку малку смисла како и прашањето која фотографија од личност е „вистинска“ - онаа на која е снимен од напред или онаа на која е снимен одзади?

Геометриската форма на кривата по која се движи телото има ист релативен карактер како и фотографија на личност. Со фотографирање на лице од напред и одзади, ќе добиеме различни слики, и секоја од нив ќе биде целосно исправна. На ист начин, кога го набљудуваме движењето на телото од различни лаборатории, гледаме различни траектории и сите овие траектории се „реални“.

Но, дали сите тие ќе имаат еднаква вредност за нас? Дали е сè уште можно да се најде таква точка на набљудување, таква лабораторија, од каде најдобро би можеле да ги проучуваме законите што го регулираат движењето на телото?

Штотуку ги споредивме траекториите на тело во движење со фотографии на личност - и двете можат да бидат многу разновидни, се зависи од тоа каде го набљудувате движењето на телото или ја фотографирате. Но, знаете дека на фотографијата не се сите гледишта еднакви. На пример, ако ви треба фотографија за идентификација, природно ќе сакате да ве фотографираат од лицето наместо одзади. На ист начин, во механиката, односно кога ги проучуваме законите за движење на телата, мораме да го избереме најсоодветниот од сите можни точки на набљудување.

Во потрага по мир

Знаеме дека движењето на телата е под влијание на надворешни влијанија, кои ги нарекуваме сили. Но, можеме да замислиме тело кое е ослободено од влијанието на какви било сили. Да се ​​согласиме еднаш засекогаш да претпоставиме дека телото на кое не дејствуваат сили е во мирување. Сега, откако го воведовме концептот на одмор, се чини дека веќе имаме солидна поддршка во проучувањето на движењето на телата. Всушност, ова тело, врз кое не дејствуваат никакви сили и за кое се договоривме да го сметаме за мирување, може да ни послужи како водич, „ѕвезда водилка“ кога го проучуваме движењето на сите други тела.

Да замислиме дека сме отстраниле некое тело толку далеку од сите други тела што нема да дејствуваат никакви сили врз него. И тогаш ќе можеме да утврдиме како физичките феномени треба да се појават на такво тело во мирување. Со други зборови, можеме да ги најдеме законите на механиката кои преовладуваат во оваа имагинарна лабораторија за „одмор“. И споредувајќи ги со она што го набљудуваме во други, вистински лаборатории, ќе можеме да ги процениме вистинските својства на движењето во сите случаи.

Значи, се чини дека сè функционира совршено: најдовме силна точка - „мир“, иако условно, и сега движењето ја изгуби својата релативност за нас.

Меѓутоа, во реалноста, овој илузорен „мир“ постигнат со таква тешкотија нема да биде апсолутен.

Замислете набљудувачи кои живеат на осамен глобус, изгубен во огромните пространства на универзумот. Тие не чувствуваат влијание на никакви вонредни сили и затоа мора да бидат убедени дека топката на која живеат е во целосна неподвижност, во апсолутен, непроменлив мир.

Одеднаш во далечината забележуваат друга слична топка, на која има исти набљудувачи. Оваа втора топка ита со голема брзина, директно и рамномерно, кон првата. Набљудувачите на првата топка не се сомневаат дека стојат во место, а само втората топка се движи. Но, и жителите на оваа втора топка веруваат во нивната неподвижност и се цврсто убедени дека оваа прва „вонземска“ топка се движи кон нив.

Кој е во право? Дебатата за ова прашање нема смисла, бидејќи состојбата на праволиниско и еднолично движење е сосема невозможно да се разликува од состојбата на мирување.

За да се увериме во ова, јас и ти не треба ни да се качуваме во бескрајните длабочини на универзумот. Качете се на речен брод на пристаништето, заклучете се во кабината и внимателно завесете ги прозорците. Во такви услови никогаш нема да откриете дали стоите во место или се движите право и рамномерно. Сите тела во кабината ќе се однесуваат на ист начин и во двата случаи: површината на водата во чашата ќе остане мирна цело време; топката фрлена вертикално нагоре ќе падне и вертикално надолу; Нишалото на часовникот ќе се лула на ист начин како на ѕидот од вашиот стан.

Вашиот пароброд може да патува со која било брзина, но на него ќе преовладуваат истите закони на движење како и на целосно неподвижен параброд. Само во моментот на забавување или забрзување можете да го откриете неговото движење; кога се движи право и рамномерно, сè тече по него на ист начин како на брод во мирување.

Така, никаде не најдовме апсолутен одмор, но откривме дека може да има бескрајно многу „одмори“ во светот, кои се движат релативно едни на други рамномерно и во права линија. Затоа, кога зборуваме за движење на телото, секогаш мораме да наведеме во однос на каков „одмор“ се движи. Оваа позиција во механиката се нарекува „закон за релативност на движење“. Тоа беше изнесено пред триста години од Галилео.

Но, ако движењето и одморот се релативни, тогаш брзината, очигледно, мора да биде релативна. Така е навистина. Да речеме, на пример, дека трчате по палубата на пароброд со брзина од 5 метри во секунда. Ако бродот помине во иста насока со 10 метри во секунда, тогаш во однос на брегот вашата брзина ќе биде веќе 15 метри во секунда.

Затоа, изјавата: „тело се движи со таква и таква брзина“, без да се означи со што се мери брзината, нема смисла. При одредување на брзината на тело во движење од различни точки, треба да добиеме различни резултати.

Сè за што зборувавме досега беше познато долго пред делото на Ајнштајн. Релативноста на движењето, одморот и брзината е воспоставена од големите креатори на механиката - Галилео и Њутн. Законите на движење што тој ги откри ја формираа основата на физиката и речиси три века придонесоа многу за развојот на сите природни науки. Истражувачите открија безброј нови факти и закони и сите тие повторно и повторно ја потврдуваа исправноста на ставовите на Галилео и Њутн. Овие ставови беа потврдени и во практичната механика - во дизајнот и работењето на сите видови машини и уреди.

Ова продолжи до крајот на 19 век, кога беа откриени нови феномени кои се покажаа во решителна спротивност со законите на класичната механика.

Во 1881 година, американскиот физичар Мајклсон презел серија експерименти за мерење на брзината на светлината. Неочекуваниот резултат од овие експерименти предизвика конфузија кај физичарите; беше толку неверојатно и мистериозно што ги збуни најголемите светски научници.

Извонредни својства на светлината

Можеби сте забележале толку интересен феномен.

Некаде во далечина, во поле, на пруга или на градилиште, бие чекан. Гледаш колку силно паѓа на наковалната или на челичната шина. Сепак, звукот од ударот е целосно нечуен. Изгледа дека чеканот паднал на нешто многу меко. Но, сега тој повторно се крева. И во моментот кога веќе е доста високо во воздухот, се слуша далечно остро тропање.

Не е тешко да се разбере зошто тоа се случува. Во нормални услови, звукот се движи во воздухот со брзина од околу 340 метри во секунда, па го слушаме ударот на чекан не во моментот кога ќе се појави, туку дури откако звукот од него ќе дојде до нашето уво.

Еве уште еден, повпечатлив пример. Молња и гром се појавуваат истовремено, но често се чини дека молњите трепкаат тивко, бидејќи громовите стигнуваат до нашите уши само по неколку секунди. Ако ги слушнеме со задоцнување, на пример, 10 секунди, тогаш тоа значи дека молњата е 340 x 10 = 3400 метри од нас, или 3,4 километри.

Во двата случаи, зборуваме за два моменти: за тоа кога навистина се случил некој настан и за моментот во кој ехото на овој настан стигна до нашето уво. Но, како да знаеме кога точно се случил настанот?

Го гледаме: го гледаме чеканот како паѓа, молњата трепка. Во овој случај, претпоставуваме дека настанот всушност се случува токму во моментот кога го гледаме. Но, дали е ова навистина така?

Не не вака. На крајот на краиштата, ние не ги перципираме настаните директно. Светлината е вклучена во појавите што ги набљудуваме со помош на видот. И светлината не патува во вселената веднаш: како звукот, така и на светлосните зраци им е потребно време да го покријат растојанието.

Во празнината светлината патува со брзина од околу 300 илјади километри во секунда. Тоа значи: ако трепка светлина на оддалеченост од 300 илјади километри од вас, можеби нема да го забележите нејзиниот блиц веднаш, но само секунда подоцна.

За една секунда, зраците на светлината ќе имаат време да ја обиколат земјината топка седум пати долж екваторот. Во споредба со таквата колосална брзина, земните растојанија изгледаат безначајни, па практично можеме да претпоставиме дека ги гледаме сите појави кои се случуваат на Земјата во истиот момент кога се случуваат.

Незамисливо огромната брзина на светлината може да изгледа изненадувачки. Сепак, многу поизненадувачки е нешто друго: фактот дека брзината на светлината е неверојатно константна. Ајде да видиме што е оваа конзистентност.

Познато е дека движењето на телата може вештачки да се забави и забрза. Ако, на пример, поставите кутија со песок на патеката на куршум, тогаш куршумот во кутијата ќе изгуби дел од својата брзина. Изгубената брзина нема да се врати: по напуштањето на кутијата, куршумот ќе лета понатаму не со иста брзина, туку со намалена брзина.

Зраците на светлината се однесуваат поинаку. Во воздухот тие се шират побавно отколку во празнина, во вода - побавно отколку во воздухот, а во стакло - уште побавно. Сепак, оставајќи каква било супстанција (проѕирна, се разбира) во празнината, светлината продолжува да се шири со претходната брзина - 300 илјади километри во секунда. Покрај тоа, брзината на светлината не зависи од својствата на нејзиниот извор: таа е апсолутно иста за зраците на Сонцето, рефлектор и свеќа. Дополнително, не прави разлика дали самиот извор на светлина се движи или не - тоа не влијае на брзината на светлината на кој било начин.

За целосно да го разбереме значењето на овој факт, уште еднаш да го споредиме ширењето на светлината со движењето на обичните тела. Замислете дека испуштате млаз вода од млазницата за пожар на улица со брзина од 5 метри во секунда. Тоа значи дека секоја честичка вода поминува во однос на улицата 5 метри во секунда. Но, ако поставите противпожарно црево на автомобил што минува во правец на млазот со 10 метри во секунда, тогаш брзината на млазот во однос на улицата ќе биде веќе 15 метри во секунда: на честичките на водата им се дава брзина не само со противпожарната млазница, но и од автомобилот во движење, кој го носи противпожарното црево заедно со млазот напред.

Споредувајќи го изворот на светлина со противпожарното црево и неговите зраци со млаз вода, ќе видиме значајна разлика. За зраците на светлината не е важно од кој извор влегле во празнината и што им се случило пред да влезат во празниот простор. Бидејќи тие се во него, брзината на нивното ширење е еднаква на иста вредност - 300 илјади километри во секунда, и без разлика дали изворот на светлина се движи или не.

Ајде да видиме како овие посебни својства на светлината се во согласност со законот за релативност на движење, кој беше дискутиран во првиот дел од статијата. За да го направиме ова, да се обидеме да го решиме проблемот со собирање и одземање брзини, а за едноставност ќе претпоставиме дека сите појави што ги замислуваме се случуваат во празнина, каде брзината на светлината е 300 илјади километри.

Дозволете извор на светлина да биде поставен на подвижен пароброд, во самата средина на него, и набљудувач на секој крај на паробродот. И двајцата ја мерат брзината на светлината. Какви ќе бидат резултатите од нивната работа?

Бидејќи зраците се шират во сите правци, и двата набљудувачи се движат заедно со паробродот во една насока, ќе се добие следната слика: набљудувачот кој се наоѓа на задниот крај на паробродот се движи кон зраците, а предниот се оддалечува од нив. цело време.

Затоа, првиот набљудувач мора да открие дека брзината на светлината е еднаква на 300 илјади километри плус брзината на паробродот, а вториот - 300 илјади километри минус брзината на паробродот. И ако за момент замислиме дека паробродот поминува монструозно растојание од 200 илјади километри во секунда, тогаш брзината на светлината што ќе ја најде првиот набљудувач ќе биде 500 илјади километри, а до вториот - 100 илјади километри во секунда. На стационарен брод и двајцата набљудувачи би го добиле истиот резултат - 300 илјади километри во секунда.

Така, од гледна точка на набљудувачите, на нашиот брод што се движи светлината се чини дека се шири во една насока 1 2/3 пати побрзо, а во другата три пати побавно отколку на неподвижна насока. Со извршување на едноставни аритметички операции, тие ќе можат да ја утврдат апсолутната брзина на бродот.

На ист начин, можеме да ја утврдиме апсолутната брзина на кое било друго тело во движење: за да го направите ова, доволно е да поставите некој извор на светлина на него и да ја измерите брзината на ширење на светлосните зраци од различни точки на телото.

Со други зборови, одеднаш се најдовме во позиција да ја одредиме брзината, а со тоа и движењето на едно тело, без разлика на сите други тела. Но, ако постои апсолутна брзина, тогаш постои и единствен, апсолутен одмор, имено: секоја лабораторија во која набљудувачите, мерејќи ја брзината на светлината во која било насока, ја добиваат истата вредност - 300 илјади километри во секунда, ќе биде апсолутно во мирување. .

Не е тешко да се види дека сето ова силно противречи на заклучоците до кои дојдовме во претходниот број на списанието. Всушност: зборувавме за фактот дека на тело што се движи рамномерно во права линија, сè се одвива на ист начин како и на неподвижно тело. Затоа, без разлика дали ние, на пример, пукаме на брод во насока на неговото движење или против неговото движење, брзината на куршумот во однос на бродот ќе остане иста и ќе биде еднаква на брзината на бродот што е во мирување. Во исто време, ние сме убедени дека движењето, брзината и одморот се релативни концепти: апсолутно движење, брзина и одмор не постојат. И сега одеднаш излегува дека набљудувањата на својствата на светлината ги поништуваат сите овие заклучоци и се во спротивност со законот на природата откриен од Галилео - законот за релативност на движењето.

Но, ова е еден од неговите основни закони: тој преовладува низ целиот свет; нејзината правда е потврдена со искуство безброј пати, и се потврдува насекаде и секоја минута до денес; ако тој одеднаш престане да биде фер, незамисливи превирања ќе го зафатат универзумот. Но, светлината не само што не ја почитува, туку дури и ја побива!

Искуството на Мајклсон

Што да се прави со оваа противречност? Пред да изразиме какви било размислувања за ова прашање, да обрнеме внимание на следнава околност: утврдивме дека својствата на светлината се во спротивност со законот за релативност на движењето само со расудување. Точно, тоа беа многу убедливи аргументи. Но, ограничувајќи се само на расудување, би биле како античките филозофи кои се обиделе да ги откријат законите на природата не со помош на искуство и набљудување, туку само врз основа на заклучоци. Во овој случај, неминовно се појавува опасноста дека сликата на светот создадена на овој начин, и покрај сите свои заслуги, ќе испадне дека има многу мала сличност со реалниот свет околу нас.

Врховниот судија на секоја физичка теорија е секогаш искуството, и затоа, без да се ограничуваме на размислување за тоа како светлината треба да се шири на тело што се движи, треба да се свртиме кон експерименти кои ќе покажат како таа всушност се шири под овие услови.

Меѓутоа, треба да се има на ум дека поставувањето на такви експерименти е тешко од многу едноставна причина: невозможно е во пракса да се најде тело што би се движело со брзина пропорционална на колосалната брзина на светлината. На крајот на краиштата, таков брод каков што користевме во нашата дискусија, се разбира, не постои и не може да постои.

За да можеме да утврдиме незначителна промена во брзината на светлината на релативно бавно подвижните тела достапни за нас, неопходно беше да се создадат мерни инструменти со исклучително висока точност. И само кога можеше да се произведат такви уреди, беше можно да се започне да се разјаснува противречноста помеѓу својствата на светлината и законот за релативност на движење.

Таков експеримент бил преземен во 1881 година од страна на еден од најголемите експериментатори на модерното време, американскиот физичар Мајклсон.

Мајклсон го користеше... глобусот како тело во движење. Навистина, Земјата е очигледно движечко тело: се врти околу Сонцето и, згора на тоа, со прилично „почитувана“ брзина за нашите услови - 30 километри во секунда. Затоа, кога го проучуваме ширењето на светлината на Земјата, ние всушност го проучуваме ширењето на светлината во лабораторија во движење.

Мајклсон ја мереше брзината на светлината на Земјата во различни правци со многу голема точност, односно практично го постигна она што ние ментално го направивме со вас на имагинарен параброд во движење. За да ја фати малата разлика од 30 километри во однос на огромниот број од 300 илјади километри, Мајклсон мораше да користи многу сложени експериментални техники и да ја покаже сета своја огромна генијалност. Точноста на експериментот беше толку голема што Мајклсон ќе можеше да открие многу помала разлика во брзините од онаа што сакаше да ја открие.

Излезете од тавата во оган

Резултатот од експериментот се чинеше очигледен однапред. Знаејќи ги својствата на светлината, беше можно да се предвиди дека брзината на светлината измерена во различни насоки ќе биде различна. Но, можеби мислите дека резултатот од експериментот всушност испадна вака?

Ништо вакво! Експериментот на Мајклсон даде сосема неочекувани резултати. Со текот на годините се повторува многу пати под различни услови, но секогаш води до истиот зачудувачки заклучок.

На Земјата која очигледно се движи, брзината на светлината измерена во која било насока излегува дека е сосема иста.

Ова значи дека светлината не е исклучок. Го почитува истиот закон како куршум на брод во движење - Галилеоовиот закон за релативност. Никогаш не беше можно да се открие „апсолутното“ движење на Земјата. Не постои, како што треба да биде според законот на релативноста.

Непријатната противречност со која се соочи науката беше решена. Но, се појавија нови противречности! Физичарите паднаа од тава во оган.

За да ги разбереме новите противречности до кои доведоа искуството на Мајклсон, да го погледнеме нашето истражување по редослед.

Прво утврдивме дека апсолутното движење и одмор не постојат; За ова зборува Галилеоовиот закон за релативност. Потоа се покажа дека посебните својства на светлината се во спротивност со законот на релативноста. Од ова следеше дека апсолутното движење и одмор сè уште постојат. За да го тестира ова, Мајклсон направил експеримент. Експериментот го покажа спротивното: нема противречност - и светлината го почитува законот на релативноста. Следствено, апсолутно движење и одмор повторно не постојат. Од друга страна, заклучоците од експериментот на Мајклсон очигледно важат за секое тело што се движи, а не само за Земјата; според тоа, брзината на светлината е иста во сите лаборатории, без оглед на нивното движење, и, според тоа, брзината на светлината сè уште не е релативна, туку апсолутна големина.

Се покажа дека е маѓепсан круг. Најголемите физичари ширум светот со години го мачат својот мозок за тоа. Предложени се различни теории, вклучувајќи ја и најневеројатната и најфантастичната. Но, ништо не помогна: секоја нова претпоставка веднаш предизвикуваше нови противречности. Научниот свет беше соочен со една од најголемите мистерии.

Најмистериозната и најчудна работа во сето ова беше тоа што науката овде се занимаваше со сосема јасни, цврсто утврдени факти: законот на релативноста, познатите својства на светлината и експериментот на Мајклсон. И се чинеше дека доведоа до целосен апсурд.

Противречност на вистините... Но вистините не можат да се противречат една на друга, бидејќи може да има само една вистина. Затоа, мора да има грешка во нашето разбирање на фактите. Но каде? Што е тоа?

Цели 24 години - од 1881 до 1905 година - не беше пронајден одговор на овие прашања. Но, во 1905 година, најголемиот физичар на нашето време, Алберт Ајнштајн, даде брилијантно објаснување на мистеријата. Доаѓајќи од сосема неочекуван правец, на физичарите им остави впечаток на експлозија на бомба.

Објаснувањето на Ајнштајн е толку различно од кој било концепт на кој човештвото е навикнато со милениуми што звучи исклучително неверојатно. Сепак, и покрај ова, несомнено се покажа дека е точно: веќе 34 години лабораториските експерименти и набљудувањата на различни физички феномени во светот сè повеќе ја потврдуваат неговата валидност.

Кога ќе се отворат вратите

За да се разбере објаснувањето на Ајнштајн, потребно е прво да се запознаеме со една последица од експериментот на Мајклсон. Ајде да го погледнеме веднаш со пример. Ајде повторно да го искористиме фантастичниот параброд за ова.

Да замислиме брод долг 5.400 илјади километри. Нека се движи право и рамномерно со чудесна брзина од 240 илјади километри во секунда. Во одреден момент, свети светло во средината на паробродот. Има врати на лакот и на предната страна на бродот. Тие се дизајнирани на таков начин што во моментот кога светлината од сијалицата ќе падне врз нив, тие автоматски се отвораат. Се запали сијалицата. Кога точно ќе се отворат вратите?

За да одговориме на ова прашање, да се потсетиме на резултатите од експериментот на Мајклсон. Експериментот на Мајклсон покажа дека, во однос на набљудувачите на Земјата што се движи, светлината патува во сите правци со иста брзина од 300 илјади километри во секунда. Истото, нормално, ќе се случи и на брод во движење. Но, растојанието од сијалицата до секој крај на бродот е 2.700.000 километри, а 2.700.000: 300.000 = 9. Тоа значи дека светлината од сијалицата ќе стигне до секоја врата за 9 секунди. На овој начин двете врати ќе се отворат истовремено.

Вака ќе се прикаже ситуацијата пред набљудувачот на бродот. Што ќе видат луѓето на пристаништето покрај кое се движи бродот?

Бидејќи брзината на светлината не зависи од движењето на изворот на светлина, тогаш во однос на пристаништето е еднаква на истите 300 илјади километри во секунда, и покрај фактот што изворот на светлина е на брод во движење. Но, од гледна точка на набљудувач на пристаништето, вратата на крмата на бродот се движи кон зракот светлина со брзината на бродот. Кога вратата ќе се сретне со гредата?

Овде се занимаваме со проблем сличен на проблемот на двајца патници кои патуваат еден кон друг. За да го најдете времето на состанокот, треба да го поделите растојанието помеѓу патниците со збирот на нивните брзини. Ајде да го сториме истото овде. Растојанието помеѓу сијалицата и вратата е 2.700 илјади километри, брзината на вратата (односно на паробродот) е 240 илјади километри во секунда, а брзината на светлината е 300 илјади километри во секунда.

Затоа, задната врата ќе се отвори

2700.000/(300.000 + 240.000)=5 секунди

Откако ќе се вклучи светлото. Што е со предниот дел?

Влезната врата, од гледна точка на набљудувач на пристаништето, зракот светлина треба да ја достигне, бидејќи се движи со паробродот во иста насока како и зракот светлина. Затоа, овде имаме проблем со патниците, од кои едниот се израмнува со другиот. Растојанието ќе го поделиме со разликата во брзината:

2700.000/(300.000 - 240.000)=45 секунди

Значи, првата врата ќе се отвори 5 секунди откако ќе се запали светлото, а втората врата ќе се отвори 45 секунди подоцна. Затоа, вратите нема да се отворат во исто време. Еве што ќе видат луѓето на пристаништето! Сликата е најневеројатната од се што е кажано досега.

Излегува дека истите настани - отворањето на предните и задните врати - ќе испаднат да бидат симултани за луѓето на бродот, но не и симултани за луѓето на пристаништето, но разделени со временски интервал од 40 секунди.

Зарем ова не звучи како целосна глупост? Зарем ова не личи на апсурдна изјава од шега - дека должината на крокодил од опашка до глава е 2 метри, а од глава до опашка 1 метар?

И, имајте предвид, луѓето на пристаништето нема да мислат дека вратите не се отвориле во исто време: за нив тоа всушност ќе се случи во исто време. На крајот на краиштата, го пресметавме времето кога се отвори секоја од вратите. Во исто време, откривме дека втората врата всушност се отвори 40 секунди подоцна од првата.

Меѓутоа, патниците на бродот исто така точно утврдиле дека двете врати се отвораат истовремено. И ова се покажа аритметички. Што се случува? Аритметика наспроти аритметика?!

Не, аритметиката не е виновна овде. Сите противречности што ги сретнавме овде лежат во нашите заблуди за времето: испадна дека времето воопшто не е она што човештвото верувало дека е до сега.

Ајнштајн ги преиспита овие илјада години стари концепти. Во исто време, тој направи големо откритие, благодарение на што неговото име стана бесмртно.

Времето е релативно

Во претходниот број покажавме какви извонредни заклучоци мораа да извлечат физичарите од експериментот на Мајклсон. Го погледнавме примерот на имагинарен параброд на кој се отвораат две врати на светлосен сигнал и утврдивме неверојатен факт: од гледна точка на набљудувачите на бродот, вратите се отвораат во истиот момент, но од гледна точка на поглед на набљудувачите на пристаништето, тие се отвораат во различни моменти.

Она на што човек не е навикнат му изгледа неверојатно. Инцидентот со вратите на бродот изгледа сосема неверојатен бидејќи никогаш не сме се движеле со брзина ни оддалеку приближувајќи се до чудесната бројка од 240 илјади километри во секунда. Но, мора да земеме предвид дека појавите што се случуваат со такви брзини можат да бидат многу различни од оние на кои сме навикнати во секојдневниот живот.

Се разбира, во реалноста не постојат парабродови кои патуваат со брзина блиска до брзината на светлината. И всушност, никој никогаш не забележал таков случај со врати како што е опишано во нашиот пример. Но, слични феномени, благодарение на модерната високо развиена експериментална технологија, секако може да се детектираат. Да потсетиме дека примерот со отворање на вратите не се заснова на апстрактно расудување, туку исклучиво на цврсто утврдени факти добиени преку искуство: искуството на Мајклсон и долгогодишното набљудување на својствата на светлината.

Значи, токму искуството нè доведе до неоспорен заклучок дека концептот на симултаност на два настани не е апсолутен. Претходно, верувавме дека ако два настани се случат во која било лабораторија во исто време, тогаш за која било друга лабораторија тие ќе бидат симултани. Сега откривме дека ова е точно само за лабораториите во мирување релативно една на друга. Во спротивно, настаните кои се симултани за една лабораторија ќе се случат во различно време за друга.

Оттука произлегува дека концептот на симултаност е релативен концепт. Таа добива значење само кога ќе се укаже како се движи лабораторијата, од која се набљудуваат настаните.

На почетокот на статијата зборувавме за двајца патници кои секој ден доаѓаа до експресниот автомобил за јадење. Патниците биле сигурни дека цело време се среќаваат на исто место. Нивните сопрузи тврделе дека секој ден се среќаваат на ново место, илјада километри оддалечено од претходното.

И двајцата беа во право: во однос на возот, патниците всушност се сретнаа на исто место, но во однос на железничката пруга - на различни места. Овој пример ни покажа дека концептот за простор не е апсолутен концепт, туку релативен.

И двата примери - за средба со патници и отворање врати на брод - се слични еден на друг. Во двата случаи станува збор за релативност, па дури и се среќаваат исти зборови: „во исто“ и „во различно“. Само првиот пример зборува за места, односно простор, а вториот пример за моменти, односно време. Што следи од ова?

Фактот дека концептот на време е релативен колку и концептот на просторот.

За конечно да се увериме во ова, ајде малку да го измениме примерот со парабродот. Да претпоставиме дека механизмот на една од вратите е погрешен. Нека овој дефект предизвика луѓето на бродот да забележат дека влезната врата се отворила 15 секунди пред задната врата. Што ќе видат луѓето на пристаништето?

Ако во првата верзија на примерот влезната врата им се отвори 40 секунди подоцна од задната врата, тогаш во втората верзија тоа ќе се случи само 40 - 15 = 25 секунди подоцна. Според тоа, излегува дека за луѓето на бродот влезната врата се отворила порано од задната, а за луѓето на пристаништето - подоцна.

Значи, она што се случи порано за една лабораторија се случи подоцна за друга. Од ова е јасно дека самиот концепт на време е релативен концепт.

Ова откритие е направено во 1905 година од дваесет и шестгодишниот физичар Алберт Ајнштајн. Пред тоа, човекот го замислуваше времето како апсолутно - исто насекаде во светот, независно од која било лабораторија. Така, луѓето некогаш сметаа дека насоките на нагоре и надолу се исти насекаде низ светот.

И сега времето ја доживеа судбината на вселената. Се испостави дека изразот „во исто време“ нема повеќе смисла од изразот „на исто место“ доколку не е наведено на која лабораторија се однесуваат.

Можеби некој сè уште има прашање: добро, всушност, без разлика на која било лабораторија, дали два настани се симултани или не? Размислувањето за ова прашање е исто толку апсурдно како и размислувањето за прашањето, каде во реалноста, без разлика на која било лабораторија, се наоѓаат врвот и дното во светот?

Откривањето на релативноста на времето овозможи, како што ќе видите од следново, да се решат сите противречности до кои искуството на Мајклсон ја доведе физиката. Ова откритие беше една од најголемите победи на разумот над осифицираните идеи кои се развиле во текот на илјадници години. Откако го воодушеви научниот свет со својата извонредна природа, тој создаде длабока револуција во погледите на човештвото за природата. По карактер и значење може да се спореди само со револуцијата предизвикана од откривањето на сферичноста на Земјата или откривањето на нејзиното движење околу Сонцето.

Така, Ајнштајн, заедно со Коперник и Њутн, отворија сосема нови патишта за науката. И не беше без причина што откривањето на овој тогаш сè уште млад научник брзо му ја донесе славата на најголемиот физичар на нашиот век.

Доктрината за релативноста на времето обично се нарекува „Ајнштајн принцип на релативност“ или едноставно „принцип на релативност“. Не треба да се меша со законот, или принципот на релативноста на движењето, што беше дискутирано претходно, односно со „класичниот принцип на релативност“ или „Галилео-Њутновиот принцип на релативност“.

Брзината има ограничување

Невозможно е да се каже во статија во списание за тие огромни промени и сите нови нешта што принципот на релативност ги донесе на науката. Дополнително, за да го разберете сето ова треба да имате добро познавање на физиката и вишата математика.

Целта на нашата статија е да ги објасниме само самите основи на принципот на Ајнштајн и оние најважни последици што произлегуваат од релативноста на времето. Само ова, како што видовте, е далеку од лесна задача. Да забележиме дека принципот на релативност е едно од најтешките научни прашања и генерално е невозможно да се разгледа доволно длабоко без помош на математиката.

Прво, да погледнеме една многу важна последица на релативноста на времето во врска со брзината.

Како што знаете, брзината на парните локомотиви, автомобилите и авионите постојано се зголемува од нивниот пронајдок до денес. Сега достигна нивоа што ќе изгледаа неверојатно пред само неколку децении. Ќе продолжи да се зголемува.

Многу поголеми брзини се познати и во технологијата. Ова е, пред сè, брзината на куршумите и артилериските гранати. Брзината на летот на куршуми и гранати, благодарение на континуираните технички подобрувања, исто така се зголемува од година во година и ќе продолжи да се зголемува.

Но, најголемата брзина што се користи во технологијата е брзината на пренос на сигнал користејќи светлосни зраци, електрична струја и радио бранови. Во сите три случаи, тоа е приближно еднакво на иста вредност - 300 илјади километри во секунда.

Може да се помисли дека со понатамошниот развој на технологијата, со откривањето на некои нови зраци, оваа брзина ќе биде надмината; Со постојано зголемување на брзините што ни се достапни, на крајот ќе можеме да се приближиме колку што сакаме до идеалот за моментален пренос на сигнали или напори на кое било растојание.

Сепак, искуството на Мајклсон покажува дека овој идеал е недостижен. Всушност, со бескрајно висока брзина на пренос, сигналите од два настани би дошле до нас веднаш под сите услови; и ако во една лабораторија се случат два настани истовремено, тогаш во сите други лаборатории тие исто така би биле набљудувани истовремено - во истиот момент кога се случиле. И тоа би значело дека „симултаноста“ стана апсолутна, целосно независна од движењето на лабораториите. Но, апсолутноста на времето, како што видовме, е побиена од искуството на Мајклсон. Затоа, преносот на сигнали или напори не може да биде моментален.

Со други зборови, брзината на кој било пренос не може да биде бескрајно голема. Постои одредено ограничување на брзината - максимална брзина што не може да се надмине под никакви околности.

Лесно е да се потврди дека максималната брзина се совпаѓа со брзината на светлината. Навистина, според принципот на релативност Галилео-Њутн, законите на природата се исти во сите лаборатории кои се движат една во однос на друга праволиниско и рамномерно. Тоа значи дека за сите такви лаборатории максималната брзина треба да биде иста. Но, која брзина останува константна во сите лаборатории? Како што видовме, брзината на светлината е таа што има таква неверојатна постојаност, и само таа! Следи дека брзината на светлината не е само брзината на ширење на која било (иако многу важна) акција во светот: таа е истовремено максималната брзина што постои во природата.

Откривањето на постоењето на максимална брзина во природата беше и една од најголемите победи на човековата мисла. Физичар од минатиот век не можел да сфати дека има ограничување на брзината. Ако, за време на неговите експерименти, налеташе на фактот дека постои ограничувачка брзина, ќе одлучи дека ова е несреќа, дека за тоа се виновни само ограничувањата на неговите експериментални способности. Тој би имал право да мисли дека со развојот на технологијата може да се надмине максималната брзина.

Спротивното ни е јасно: да се смета на ова би било исто толку смешно колку и да се верува дека со развојот на навигацијата ќе биде можно да се достигне место на површината на земјата повеќе од 20 илјади километри оддалечено од почетната точка (т.е. повеќе од половина од обемот на земјата).

Кога една минута е еднаква на час?

За целосно да ја објасни релативноста на времето и последователните последици, кои изгледаат чудни од навика, Ајнштајн користи примери со воз. Да го направиме истото. Огромниот воз што се движи со замислена чудесна брзина ќе го наречеме „Ајнштајн воз“.

Ајде да замислиме многу долга железница. Има две станици на оддалеченост од 864 милиони километри една од друга. За да го помине растојанието меѓу нив, на возот на Ајнштајн, кој се движи со брзина од, да речеме, 240 илјади километри во секунда, би му требало еден час. И двете станици имаат совршено прецизни часовници.

На првата станица патникот се качува во возот. Прво, тој го поставува својот џебен хронометар точно според часовникот на станицата. По пристигнувањето на друга станица, ја проверува со часовникот на станицата и изненаден забележува дека хронометарот е зад ...

Зошто се случи ова?

Да претпоставиме дека има електрична сијалица на подот на кочијата и огледало на таванот. Светлосен зрак од сијалица што паѓа на огледало се рефлектира назад кон сијалицата. Патеката на зракот, како што ја гледа патник во кочијата, е прикажана на горната слика: зракот е насочен вертикално нагоре и паѓа вертикално надолу.

На набљудувачот во станицата ќе му се прикаже поинаква слика. За време на времето во кое светлосниот зрак патувал од сијалицата до огледалото, огледалото се движело заедно со возот. И за време на падот на рефлектираниот зрак, самата сијалица се движеше на исто растојание. Патеката што ја минува зракот од гледна точка на набљудувач на станицата е прикажана на долната слика: таа сочинува две страни на рамностран триаголник. Основата на триаголникот е формирана од сијалица која возот ја носи напред.

Гледаме дека од гледна точка на набљудувач на станицата, зракот светлина поминал поголемо растојание отколку од гледна точка на набљудувач во возот. Во исто време, знаеме дека брзината на светлината е константна под сите услови: таа е сосема иста и за набљудувач на станица и за патник во воз. Што следи од ова?

Јасно е дека ако брзините се исти, но должината на патеките се различни, тогаш е потребно помалку време за да се помине пократок пат, а повеќе време за да се помине по поголем. Лесно е да се пресмета односот на двете времиња.

Да претпоставиме дека, од гледна точка на набљудувачот на станицата, поминале 10 секунди помеѓу заминувањето на зракот до огледалото и неговото враќање до сијалицата. Во текот на овие 10 секунди светлината помина:

300.000 x 10 = 3 милиони километри.

Следствено, страните AB и BC на рамнокракниот триаголник ABC се еднакви на по 1,5 милиони километри. Страната AC 1, основата на триаголникот, е еднаква на растојанието поминато за 10 секунди од возот, имено:

240.000 x 10 = 2,4 милиони километри.

Половина од основата, АД 1 е еднаква на 1,2 милиони километри.

Од тука не е тешко да се одреди висината на автомобилот - висината на триаголникот BD. Од правоаголен триаголник ABD имаме:

BD 2 = AB 2 - AD 2 = 1,52 - 1,22

Оттука BD = 0,9 милиони километри.

Висината е доста респектабилна, што, сепак, не е изненадувачки со оглед на астрономските димензии на возот на Ајнштајн.

Патеката што ја минува зракот од гледна точка на набљудувач во возот е очигледно еднаква на двапати поголема од висината на триаголникот:

2BD = 2 x 0,9 = 1,8 милиони километри.

За да го помине овој пат, светлината ќе треба:

1.800.000/300.000 = 6 секунди.

Така, додека зракот светлина отиде од сијалицата до огледалото и назад, на станицата поминаа 10 секунди, а во возот само 6 секунди. Односот на времето во возот и времето на станиците е 6/10.

Оттука и изненадувачката последица: според времето на станицата, возот поминал еден час патувајќи меѓу станиците, но според хронометарот на патникот, само 6/10 од час, односно 36 минути. Затоа, за време на движењето меѓу станиците, хронометарот на патникот заостануваше зад часовникот на станицата и, згора на тоа, за 24 минути.

Треба внимателно да размислиме за овој факт: не е причината зошто хронометарот на патникот заостанува; дека одел побавно или неправилно работел. Не, работеше исто како и часовниците на станиците. Но, времето на воз кој се движеше во однос на станиците помина поинаку отколку на станиците.

Од дијаграмот со триаголникот е јасно дека колку е поголема брзината на возот, толку треба да биде поголемо заостанувањето на хронометарот од возот до брзината на светлината; можно е да се осигура дека секој краток временски период ќе помине на воз за еден час од времето на станицата. На пример, со брзина на воз еднаква на околу 0,9999 брзина на светлината, ќе помине само 1 минута за еден час од времето на станицата во возот (или, обратно, ќе помине еден час во минута од времето на станицата во возот, ако набљудувачот на една станица го проверува своето време користејќи два хронометри инсталирани на почетокот и на крајот на возот).

Сметајќи дека времето е апсолутно, луѓето го замислуваа како нешто што тече рамномерно, а згора на тоа, секаде и под сите услови во светот со иста брзина. Но, возот на Ајнштајн покажува дека темпото на времето е различно во различни лаборатории. Овој релативност на времето е едно од најважните својства на физичкиот свет.

Од сето она што е кажано, можеме да заклучиме дека „временската машина“ опишана од Велс во неговата научно-фантастична приказна не е толку празна фантазија. Релативитетот на времето ја отвора можноста, барем теоретски, за патување во иднината. Не е тешко да се види дека возот на Ајнштајн е токму „временска машина“.

Временска машина

Всушност, да замислиме дека возот на Ајнштајн не се движи по права линија, туку по кружна железница. Потоа, секој пат кога ќе се врати на неговата оригинална станица, патникот ќе открие дека неговиот часовник е зад часовникот на станицата.

Со приближување на брзината на возот до брзината на светлината, можете, како што веќе знаете, да се осигурате дека секое мало време ќе помине во возот за еден час според часовникот на станицата. Ова води до изненадувачки резултати: додека во возот ќе поминат само години, на станицата ќе поминат стотици и илјадници години. Излегувајќи од својата „временска машина“, нашиот патник ќе се најде во посебна иднина... Неговите роднини и пријатели одамна умреле... Тој ќе ги најде живи само нивните далечни потомци.

Сепак, возот на Ајнштајн се уште е многу различен од автомобилот на Велс. На крајот на краиштата, според романсиерката, таа можела да се движи навреме не поради нејзината голема брзина, туку благодарение на некој посебен технички уред. Но, во реалноста не може да се создаде таков уред; ова е целосна глупост. Има само еден начин да се стигне до иднината: да му се даде на возот колосална брзина - блиску до брзината на светлината.

Уште една особина го разликува возот на Ајнштајн од временската машина на Велс: тој не може да се движи „наназад“ во времето, односно е лишен од можноста да оди во минатото, а со тоа да се врати од иднината во сегашноста.

Во принцип, самата идеја за движење наназад во времето е целосно бесмислена. Можеме да влијаеме само на она што сè уште не се случило, но не сме во состојба да го промениме она што веќе се случило. Тоа е јасно дури и од овој пример: кога би било возможно да се врати времето, може да се случи човек да се врати во времето и да ги убие своите родители кога тие биле уште бебиња. И кога би се вратил во сегашноста, би се нашол во апсурдна положба на човек чии родители умреле многу пред да се роди!

Движењето со брзина блиска до брзината на светлината теоретски отвора друга можност: да се надмине секое растојание заедно со времето. И тие можат да бидат толку големи во светскиот простор што дури и при максимална брзина, човечкиот живот не би бил доволен за повеќето патувања.

Пример би била ѕвезда која е, да речеме, двесте светлосни години оддалечена од нас. Бидејќи брзината на светлината е најголемата брзина во природата, затоа е невозможно да се достигне оваа ѕвезда порано од двесте години по лансирањето. И бидејќи времетраењето на човечкиот живот е помалку од двесте години, се чини дека е безбедно да се каже дека човекот е суштински лишен од можноста да стигне до далечни ѕвезди.

Сепак, ова размислување е погрешно. Грешката е што зборуваме за двесте години како нешто апсолутно. Но, времето е релативно, односно нема заедничко време за сите лаборатории. На станиците имаше едно броење, но во возот на Ајнштајн имаше друго.

Ајде да замислиме астронаут кој патува во вселената. До моментот кога ќе стигне до ѕвезда оддалечена од нас двесте светлосни години, според земното време, всушност ќе поминат двесте години. Во ракетата, во зависност од нејзината брзина во однос на Земјата, како што знаеме, може да помине секој краток временски период.

Така, астронаутот ќе стигне до ѕвездата според неговата временска пресметка не за двесте години, туку, да речеме, за една година. Со доволно голема брзина, теоретски е можно да се „лета“ до ѕвезда и да се врати според ракетниот часовник, дури и за една минута...

Покрај тоа: кога се движите со максимална брзина во светот - 300 илјади километри во секунда - времето станува исклучително мало, односно еднакво на нула. Со други зборови, кога ракетата би можела да се движи со брзина на светлината, времето целосно би застанало за набљудувачот во неа, а од гледна точка на овој набљудувач, моментот на стартување би се совпаднал со моментот на завршување.

Повторуваме дека сето тоа е замисливо само теоретски. Во пракса, патувањето во иднината и до далечните ѕвезди е невозможно, бидејќи движењето на автомобилите и луѓето со брзина блиску до брзината на светлината е невозможно од технички причини.

И големините на предметите се релативни

Расудувањето и забавните примери дадени во претходните поглавја изгледаат фантастично. Но, нивната цел не е да го пленат читателот со фантазија, туку да ја покажат длабочината и сериозноста на последиците што произлегуваат од релативноста на времето.

Не е тешко да се види дека релативноста на времето подразбира и релативност на големини на телата.

Нека должината на платформата покрај која минува возот на Ајнштајн биде 2,4 милиони километри. Со брзина од 240 илјади километри во секунда возот ќе ја помине платформата за 10 секунди. Но, за 10 секунди од времето на станицата, во возот ќе поминат само 6 секунди. Оттука, патникот со право ќе заклучи дека должината на платформата е 240 илјади x 6 = 1,44 милиони километри, а не 2,40 милиони километри.

Ова значи дека предметот во мирување во однос на која било лабораторија е подолг од движечкиот. Перонот се движеше во однос на возот, но во однос на станицата беше во мирување. Затоа, за набљудувачот на станицата беше подолго отколку за патникот. Возовите вагони, напротив, беа 10/6 пати пократки за набљудувачот на станицата отколку за патникот.

Како што се зголемува брзината, должината на предметите сè повеќе се намалува. Затоа, при најголема брзина, треба да стане најниска, односно еднаква на нула.

Значи, секое тело што се движи се собира во насока на неговото движење. Во врска со ова, неопходно е да се измени еден од примерите што ги наведовме во бр. 9 од списанието, имено: при експеримент со отворање врати на параброд, откривме дека за набљудувач на пристаништето, втората врата се отвори 40 секунди подоцна од првиот. Но, бидејќи должината на парабродот, кој се движеше со брзина од 240 илјади километри во секунда, беше намалена за 10/6 пати во однос на пристаништето, вистинскиот временски интервал помеѓу отворањето на вратите ќе биде еднаков на часовникот на пристаништето не 40 секунди, но 40: 10/6 = 24 секунди. Оваа нумеричка корекција, се разбира, не ги менува основните заклучоци што ги извлековме од искуството со паробродот.

Релативитетот на големините на телата веднаш повлекува нова, можеби највпечатлива последица на принципот на релативност. „Највпечатливо“ затоа што го објаснува неочекуваниот резултат од експериментот на Мајклсон, кој своевремено донесе конфузија во редовите на физичарите. Работата се однесуваше, како што се сеќавате, за собирање на брзини, кои од некоја непозната причина не „сакаа“ да ја почитуваат обичната аритметика.

Човекот отсекогаш бил навикнат да собира брзини насочени во права линија и во една насока, чисто аритметички, односно едноставно како табели или јаболка. На пример, ако бродот плови во одредена насока со брзина од 20 километри на час, а патникот оди по неговата палуба во иста насока со брзина од 5 километри на час, тогаш брзината на патникот во однос на пристаништето ќе биде еднакво на 20 + 5 = 25 километри на час.

До неодамна, физичарите беа уверени дека овој метод на собирање е апсолутно точен и погоден за пронаоѓање на збирот на какви било брзини. Но, принципот на релативност не го остави ова правило на механиката недопрено.

Обидете се, на пример, да соберете брзини од 230 и 270 илјади километри во секунда. Што ќе се случи? 500 илјади километри во секунда. Но, таква брзина не може да постои, бидејќи 300 илјади километри во секунда е најголемата брзина во светот. Од ова е барем јасно дека збирот на која било и колку брзини, во секој случај, не може да надмине 300 илјади километри во секунда.

Но, можеби е дозволено да се додадат аритметички помали брзини, на пример, 150 и 130 илјади километри во секунда? Впрочем, нивната сума, 280 илјади километри во секунда, не ја надминува максималната брзина во светот.

Лесно е да се види дека аритметичката сума е неточна и овде. На пример, нека параброд се движи покрај столб со брзина од 150 илјади километри во секунда, а топката се тркала по палубата на пароброд со брзина од 130 илјади километри во секунда. Збирот на овие брзини мора да ја изрази брзината на топката во однос на столбот. Меѓутоа, од претходното поглавје знаеме дека телото во движење се собира во големина. Затоа, растојанието од 130 илјади километри на брод воопшто не е еднакво на 130 илјади километри за набљудувач на пристаништето, а 150 илјади километри покрај брегот воопшто не се еднакви на 150 илјади километри за патник на брод.

Следно, за да ја одреди брзината на топката во однос на пристаништето, набљудувачот користи часовник на столбот. Но, брзината на топката на пароброд се определува со времето на паробродот. А времето на брод во движење и на пристаништето, како што знаеме, воопшто не се исти.

Вака во пракса изгледа прашањето за собирање брзини: мораме да ја земеме предвид релативноста и на растојанијата и на времето. Како треба да се додадат брзините?

Ајнштајн даде посебна формула за ова, што одговара на принципот на релативност. Досега не сме дале формули од теоријата на релативноста, не сакајќи да ја оптовариме оваа тешка статија со нив. Сепак, концизниот и јасен јазик на математиката прави многу работи веднаш да бидат јасни, заменувајќи ги долгите аргументи со многу зборови. Формулата за собирање брзини не само што е многу поедноставна од сите претходни аргументи, туку сама по себе е толку едноставна и интересна што вреди да се цитира:

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

Овде V 1 и V 2 се компонентите на брзината, W е вкупната брзина, c е најголемата брзина во светот (брзината на светлината), еднаква на 300 илјади километри во секунда.

Оваа прекрасна формула го има вистинското својство: без разлика какви брзини ќе ги собереме, никогаш нема да добиеме повеќе од 300 илјади километри во секунда. Обидете се да додадете 230 илјади и 270 илјади километри во секунда или дури 300 илјади и 300 илјади километри во секунда користејќи ја оваа формула и видете што ќе се случи.

При додавање на мали брзини - какви што во повеќето случаи се среќаваме во пракса - формулата дава резултат што ни е познат, не многу различен од аритметичката сума. Да ги земеме, на пример, дури и највисоките модерни брзини на движење. Нека се движат два авиони еден кон друг, секој лета со 650 километри на час. Која е брзината на нивниот пристап?

Аритметички - (650 + 650) = 1300 километри на час. Според формулата на Ајнштајн, тоа е само 0,72 микрони на час помалку. И во горенаведениот пример со брод кој полека се движи со лице што оди по палубата, оваа разлика е дури 340 илјади пати помала.

Невозможно е да се откријат такви количини во такви случаи со мерења. И нивната практична вредност е нула. Оттука е јасно зошто луѓето со илјадници години не забележале дека аритметичкото собирање на брзините е фундаментално неточно: неточноста во таквото собирање е многу помала од најстрогите барања на практиката. И затоа, во технологијата, сè секогаш се согласуваше со пресметките, ако само пресметките беа точни.

Но, повеќе не е можно да се додадат аритметички брзини споредливи со брзината на светлината: овде можеме да паднеме во груби грешки. На пример, при брзина од 36 илјади километри во секунда грешката ќе надмине 1 илјада километри, а со 100 илјади километри во секунда веќе ќе достигне 20 илјади километри во секунда.

Фактот дека аритметичкото собирање на брзините е неточно, но формулата на Ајнштајн е точна, се потврдува со искуство. Не можеше да биде поинаку: на крајот на краиштата, токму искуството ги принуди физичарите да ги преиспитаат старите концепти во механиката и ги доведе до принципот на релативност.

Знаејќи како всушност да додадеме брзини, сега можеме да ги разбереме „мистериозните“ резултати од експериментот на Мајклсон. Спроведувајќи го овој експеримент кога Земјата се движела кон светлосниот зрак со брзина од 30 километри во секунда, Мајклсон очекувал да добие резултат од 300.000 + 30 = 300.030 километри во секунда.

Но, не можете да собирате такви брзини!

Заменете ги V 1 = c (c е брзината на светлината) и V 2 = 30 во формулата за собирање брзини и ќе откриете дека вкупната брзина е само еднаква на c1, а не повеќе. Токму ова беше резултат на експериментот на Мајклсон.

Истиот резултат ќе се добие за сите други вредности на V 2, ако само V 1 е еднаква на брзината на светлината. Дозволете Земјата да патува кој било број километри во секунда: 30 - околу Сонцето, 275 - заедно со Сончевиот систем и илјадници километри - со целата Галаксија. Ова не ги менува работите. Во сите случаи на додавање на брзината на Земјата на брзината на светлината, формулата ќе ја даде истата вредност c.

Значи, резултатите од експериментот на Мајклсон не изненадија само затоа што не знаевме правилно да ги собираме брзините. Не знаевме како да го направиме тоа, бидејќи не знаевме дека телата се собираат во насока на нивното движење и дека времето поминува различно во различни лаборатории.

Маса и енергија

Останува да се разгледа последното прашање.

Едно од најважните својства на секое тело е неговата маса. Навикнати сме да мислиме дека таа секогаш останува непроменета. Но, пресметките засновани на принципот на релативност покажуваат нешто друго: кога телото се движи, неговата маса се зголемува. Се зголемува онолку пати колку што се намалува должината на телото. Така, масата на возот на Ајнштајн, кој се движи со брзина од 240 илјади километри во секунда, е 10/6 пати поголема од масата во мирување.

Како што брзината се приближува до границата, масата расте побрзо и побрзо. При максимална брзина, масата на кое било тело мора да стане бескрајно голема. Вообичаените брзини со кои се среќаваме во пракса предизвикуваат сосема незначително зголемување на масата.

Сепак, сè уште е можно експериментално да се тестира овој феномен: модерната експериментална физика е во состојба да ја спореди масата на електроните кои брзо се движат со масата на електроните што мируваат. И искуството целосно го потврдува законот за зависност на масата од брзината.

Но, за да се пренесе брзина на телата, неопходно е да се троши енергија. И така, излегува дека воопшто секоја работа извршена на тело, секое зголемување на енергијата на телото повлекува зголемување на масата пропорционално на оваа потрошена енергија. Затоа, масата на загреаното тело е поголема од онаа на ладно тело, масата на компримирана пружина е поголема од онаа на слободното.

Незначителни количества единици на маса одговараат на огромни количини на единици енергија. На пример, за да се зголеми масата на телото за само 1 грам, на него мора да се работат 25 милиони киловат-часови. Со други зборови, масата на 25 милиони киловат-часови електрична енергија е еднаква на 1 грам. За да се добие овој грам, потребна е целата енергија што ја создава хидроцентралата Днепар за два дена. Пресметувајќи само еден копек по киловат-час, откриваме дека 1 грам најевтина електрична енергија чини 250 илјади рубли. И ако ја претворите електричната енергија во светлина, тогаш 1 грам светлина ќе чини околу 10 милиони рубли. Ова е многу пати поскапо од најскапата супстанција - радиумот.

Ако согорите 1 тон јаглен во затворен простор, производите од согорувањето ќе тежат, по ладењето, само 1/3000-ти од грам помалку од јагленот и кислородот од кои се формирани. Делот од масата што недостасува се губи со топлинско зрачење. И загревањето на 1 тон вода од 0 до 100 степени ќе доведе до зголемување на нејзината маса за помалку од 5/1.000.000 делови од грам.

Сосема е разбирливо дека таквите незначителни промени во масата на телата кога губат или добиваат енергија ги избегнуваат најточните мерења. Меѓутоа, модерната физика знае за појави во кои промената на масата станува забележлива. Тоа се процеси кои се случуваат при судир на атомски јадра, кога јадрата на некои елементи формираат јадра на други елементи.

На пример, кога јадрото на атом на литиум се судира со јадрото на атом на водород, се формираат две јадра на атом на хелиум. Масата на овие две јадра е веќе значителна количина - 1/4 дел - помала од вкупната маса на јадрата на водород и литиум. Затоа, кога 1 грам мешавина од литиум и водород се претвора во хелиум, треба да се ослободи 1/400-ти од грам енергија, што во киловат-часови ќе биде:

25.000.000/ 400 = 62,5 илјади киловат-часови.

Така, кога би можеле лесно да извршиме нуклеарни трансформации, би станале сопственици на богат извор на енергија: за да се добие моќта на хидроцентралата Днепар, би било доволно да се претворат само 4 грама мешавина од литиум и водород во хелиум секој час.

Нова и стара физика

Ова го завршува нашиот краток вовед во принципот на релативност.

Видовме какви сериозни и длабоки промени донесе принципот на релативност во светогледот што се развива меѓу човештвото во текот на многу векови. Зарем ова не значи дека старите идеи се целосно уништени? Дека треба целосно да се отфрлат? Дека целата физика создадена пред откривањето на принципот на релативност треба да биде пречкртана како неточна?

Не, затоа што несовпаѓањето помеѓу старата физика (наречена „класична“) и физиката што го зема предвид принципот на релативност („релативистичка“, од латинскиот збор „relatio“, што значи „референца“) е премногу мала во речиси сите области. на нашата практична активност.

Ако, на пример, патник во обичен, дури и најбрзиот воз (но, се разбира, не возот на Ајнштајн) реши да воведе корекција на времето заснована на принципот на релативност, ќе му се смееше. Во текот на еден ден, таквиот амандман би бил изразен во десет милијардити дел од секундата. Тресењето на возот и непрецизното работење на најдобриот механизам за часовник имаат неспоредливо поголемо влијание врз отчитувањата на часовникот.

Инженер кој би вовел во пресметките зголемување на масата на водата кога се загрева би можел да се нарече луд. Но, физичар кој го проучува судирот на атомските јадра, но не ги зема предвид можните промени во масата, треба да биде избркан од лабораторија поради незнаење.

Дизајнерите секогаш ќе дизајнираат автомобили користејќи ги законите на класичната физика: корекциите на принципот на релативност ќе имаат помало влијание врз автомобилите отколку микроб што слетува на замаец. Но, физичарот кој набљудува брзи електрони мора да ја земе предвид промената на нивната маса во зависност од брзината.

Значи, законите на природата, откриени пред појавата на принципот на релативност, не се откажуваат; теоријата на релативност не го побива, туку само ги продлабочува и усовршува знаењата добиени од старата наука. Ги поставува границите во кои ова знаење може да се користи без да се прават грешки.

Како заклучок, мора да се каже дека теоријата на релативност не е ограничена на прашањата што ги разгледавме во оваа статија. Продолжувајќи го развојот на своето учење, Ајнштајн подоцна дал сосема нова слика за толку важен феномен како универзалната гравитација. Во овој поглед, доктрината за релативност беше поделена на два дела. Првиот од нив, кој не се однесува на гравитацијата, беше наречен „особен“ или „специјален“ „принцип на релативност“; вториот дел, кој ги опфаќа прашањата на гравитацијата, се нарекува „општ принцип на релативноста“. Така, се запознавме само со одреден принцип (разгледувањето на општиот принцип не беше целта на овој напис).

Останува само да се забележи дека со доволно длабоко проучување на физиката, сите лавиринти на сложената градба на теоријата на релативноста стануваат целосно јасни. Но, влегувањето во нив, како што знаеме, беше далеку од лесно. Ова бараше брилијантна претпоставка: беше неопходно да се извлечат точни заклучоци од експериментот на Мајклсон - да се открие релативноста на времето со сите последователни последици.

Така, човештвото, во својата вечна потрага да го разбере светот пошироко и подлабоко, извојува една од своите најголеми победи.

Тоа го должи на генијалноста на Алберт Ајнштајн.

Теоријата на релативност беше воведена од Алберт Ајнштајн на почетокот на 20 век. Која е нејзината суштина? Да ги разгледаме главните точки и да го опишеме TOE на јасен јазик.

Теоријата на релативноста практично ги елиминираше недоследностите и противречностите на физиката на 20 век, принуди радикална промена во идејата за структурата на простор-времето и беше експериментално потврдена во бројни експерименти и студии.

Така, TOE ја формираше основата на сите модерни фундаментални физички теории. Всушност, ова е мајката на модерната физика!

За почеток, вреди да се напомене дека постојат 2 теории на релативност:

• Специјална теорија на релативност (STR) - ги разгледува физичките процеси во рамномерно подвижните објекти.
• Општа релативност (GTR) - опишува објекти кои забрзуваат и го објаснува потеклото на таквите појави како гравитацијата и постоењето.

Јасно е дека STR се појави порано и во суштина е дел од GTR. Ајде прво да зборуваме за неа.

КНИ со едноставни зборови

Теоријата се заснова на принципот на релативност, според кој сите природни закони се исти во однос на телата кои се неподвижни и се движат со постојана брзина. И од таква навидум едноставна мисла произлегува дека брзината на светлината (300.000 m/s во вакуум) е иста за сите тела.

На пример, замислете дека ви е даден вселенски брод од далечната иднина што може да лета со голема брзина. На лакот на бродот е инсталиран ласерски топ, способен да пука фотони напред.

Во однос на бродот, таквите честички летаат со брзина на светлината, но во однос на стационарен набљудувач, се чини дека тие треба да летаат побрзо, бидејќи и двете брзини се сумирани.

Меѓутоа, во реалноста тоа не се случува! Надворешен набљудувач гледа фотони кои патуваат со 300.000 m/s, како да не им е додадена брзината на леталото.

Треба да запомните: во однос на кое било тело, брзината на светлината ќе биде константна вредност, без разлика колку брзо се движи.

Од ова следат неверојатни заклучоци како што се временското проширување, надолжната контракција и зависноста на телесната тежина од брзината. Прочитајте повеќе за најинтересните последици од Специјалната теорија на релативноста во статијата на линкот подолу.

Суштината на општата релативност (ГР)

За да го разбереме подобро, треба повторно да комбинираме два факти:

• Живееме во четиридимензионален простор

Просторот и времето се манифестации на истиот ентитет наречен „просторно-временски континуум“. Ова е 4-димензионално време-простор со координатни оски x, y, z и t.

Ние луѓето не сме во состојба да ги согледаме 4-те димензии подеднакво. Во суштина, гледаме само проекции на вистински четиридимензионален објект на просторот и времето.

Интересно е што теоријата на релативност не наведува дека телата се менуваат кога се движат. 4-димензионалните објекти секогаш остануваат непроменети, но со релативно движење нивните проекции можат да се променат. И ние го доживуваме ова како забавување на времето, намалување на големината итн.

• Сите тела паѓаат со постојана брзина и не забрзуваат

Ајде да направиме застрашувачки мисловен експеримент. Замислете дека се возите во затворен лифт и сте во состојба на бестежинска состојба.

Оваа ситуација може да настане само од две причини: или сте во вселената, или слободно паѓате заедно со кабината под влијание на земјината гравитација.

Без да се погледне надвор од штандот, апсолутно е невозможно да се направи разлика помеѓу овие два случаи. Едноставно во едниот случај летате рамномерно, а во другиот со забрзување. Ќе треба да погодите!

Можеби самиот Алберт Ајнштајн размислувал за имагинарен лифт и имал една неверојатна мисла: ако овие два случаи не можат да се разликуваат, тогаш паѓањето поради гравитацијата е исто така еднообразно движење. Движењето е едноставно униформно во четиридимензионално време-простор, но во присуство на масивни тела (на пример,) тоа е закривено и еднолично движење се проектира во нашиот вообичаен тродимензионален простор во форма на забрзано движење.

Да погледнеме уште еден поедноставен, иако не сосема точен, пример за искривување на дводимензионалниот простор.

Можете да замислите дека секое масивно тело создава некаков облик на инка под него. Тогаш другите тела кои летаат покрај нив нема да можат да го продолжат своето движење по права линија и ќе ја менуваат својата траекторија според свиоците на закривениот простор.

Патем, ако телото нема многу енергија, тогаш неговото движење може да испадне дека е затворено.

Вреди да се напомене дека од гледна точка на телата кои се движат, тие продолжуваат да се движат во права линија, бидејќи не чувствуваат ништо што ги тера да се вртат. Тие само завршија во закривен простор и, без да го сфатат, имаат нелинеарна траекторија.

Треба да се напомене дека 4 димензии се свиткани, вклучувајќи го и времето, така што оваа аналогија треба да се третира со претпазливост.

Така, во општата теорија на релативноста, гравитацијата воопшто не е сила, туку само последица на искривувањето на простор-времето. Во моментов, оваа теорија е работна верзија на потеклото на гравитацијата и е во одлична согласност со експериментите.

Изненадувачки последици од општата релативност

Светлосните зраци може да се свиткаат кога летаат во близина на масивни тела. Навистина, во вселената се пронајдени далечни објекти кои „се кријат“ зад другите, но светлосните зраци се наведнуваат околу нив, благодарение на што светлината допира до нас.

Според општата релативност, колку е посилна гравитацијата, толку побавно минува времето. Овој факт мора да се земе предвид при ракување со GPS и GLONASS, бидејќи нивните сателити се опремени со најпрецизни атомски часовници, кои отчукуваат малку побрзо отколку на Земјата. Ако овој факт не се земе предвид, тогаш во рок од еден ден координативната грешка ќе биде 10 км.

Благодарение на Алберт Ајнштајн можете да разберете каде се наоѓа библиотека или продавница во близина.

И конечно, општата релативност предвидува постоење на црни дупки околу кои гравитацијата е толку силна што времето едноставно застанува во близина. Затоа, светлината што паѓа во црна дупка не може да ја напушти (рефлектира).

Во центарот на црна дупка, поради колосална гравитациска компресија, се формира објект со бескрајно висока густина, а тоа, се чини, не може да постои.

Така, општата релативност може да доведе до многу контрадикторни заклучоци, за разлика од , поради што мнозинството физичари не го прифатија целосно и продолжија да бараат алтернатива.

Но, таа успева да предвиди многу работи успешно, на пример, едно неодамнешно сензационално откритие ја потврди теоријата на релативноста и не натера уште еднаш да се потсетиме на големиот научник со дружење со јазикот. Ако ја сакате науката, прочитајте ја Викинауката.