Оглавление:

Теория относительности Эйнштейна

В 1905 году Альберт Эйнштейн сделал два заявления: что законы физики одинаковы для всех инерциальных (т.е. двигающихся с постоянной скоростью относительно друг друга) систем, и скорость света в вакууме не зависит от скорости движения наблюдателей.

Эти принципы легли в основу специальной теории относительности (СТО), которая перевернула представления ученых о физике в целом. Эйнштейн потратил целых 10 лет, чтобы включить в данную теорию такой немаловажный компонент, как ускорение. В 1915 году ему это, наконец, удалось, и он представил миру общую теорию относительности (ОТО), в которой утверждалось, что массивные тела провоцируют искривление пространства-времени, что и является по сути причиной возникновения гравитации.
Исаак Ньютон заявлял, что сила тяготения, возникающая между двумя телами, зависит от их массы и расстояния, на котором они друг от друга находятся. Центр Земли притягивает человека к себе, а центр массы человека, в свою очередь, притягивает к себе Землю. Однако наша планета, будучи значительно более массивной, чем любой ее житель, едва ли ощущает его тяготение, в то время как человек стоит на Земле именно благодаря ее притяжению. Казалось бы, все логично. Однако, Ньютон даже не пытался ответить на вопрос, как появляется гравитация, именно поэтому его теория заведомо содержала в себе ошибку. Альберт Эйнштейн пошел дальше. Приняв во внимание озвученные выше принципы СТО и доказав, что скорость света также неизменна и вне вакуума, не зависимо от скорости наблюдателей, он сделал вывод, потрясший абсолютно всех. Эйнштейн провозгласил, что пространство и время следует объединить в один континуум, который получил название пространство-время. Ученый утверждал, что события, произошедшие в одно и тоже время для одного наблюдателя, могут произойти в разное время для другого наблюдателя.

Работая над ОТО, Эйнштейн осознал, что массивные тела провоцируют искривление пространства-времени. Представить это довольно легко: вообразите резиновую мембрану, в центр которой положили массивное тело. Мембрана прогнется под весом тела, образуя «яму», верно? А если мы пустим по краю «ямы» маленький шарик, он покатится по спирали вниз, постепенно приближаясь к нашему массивному телу. Таким же образом работает и гравитация.

Хотя современное оборудование не способно ни увидеть, ни измерить пространство-время, ученые уже обнаружили несколько явлений, которые подтверждают правильность этой теории. Остановимся на них более подробно.

Гравитационное линзирование

Свет вокруг массивных тел, таких как черные дыры, изгибается, подобно тому, как преломляется луч света, проходящий через линзу.

Благодаря этому явлению астрономам удается изучать звезды и галактики, находящиеся за массивными телами.
Крест Эйнштейна — один из ярких примеров гравитационного линзирования. В его центре находится объект-линза — галактика, располагающаяся на расстоянии 400 млн световых лет от Земли.

Другие четыре объекта представляют собой изображения квазара, который на самом деле находится за галактикой и удален от нашей планеты на целых 8 млрд световых лет. Еще один интересный пример: мертвая звезда, которую удалось обнаружить при помощи телескопа «Кеплер». Этот белый карлик находится в двойной звездной системе вместе с красным карликом, который больше его по размерам, но меньше по массе. Когда белый карлик проходит перед своим соседом, его гравитационное поле искажает свет, исходящий от красного карлика, и делает его ярче.

Изменения в орбите Меркурия

Из-за искривления пространства-времени вокруг нашего массивного Солнца орбита Меркурия постепенно смещается. Через несколько миллиардов лет орбита этого небесного тела может измениться настолько, что в этом далеком будущем возможно его столкновение с Землей.

Искривление пространства-времени Землей

Эйнштейн предсказывал, что любое массивное вращающееся тело, как, например, наша планета, закручивает и искривляет пространство-время вокруг себя. Чтобы проверить это предсказание, в 2004 году НАСА запустила на орбиту Земли зонд «Gravity Probe B» (GP-B). Ориентация высокоточных гироскопов, расположенных на борту GP-B со временем действительно изменилась, причем именно настолько, насколько следовало, исходя из расчетов Эйнштейна. «Представьте, что Земля погружена в мед, — объясняет происходящее ведущий исследователь миссии «Gravity Probe B» Френсис Эверитт. – Когда планета вращается, мед закручивается вокруг нее. Тоже самое происходит и с пространством-временем».

Гравитационное красное смещение

Гравитационным красным смещением называют изменение частоты света, испущенного неким источником, по мере его удаления от массивных тел. Представьте машину скорой помощи, которая едет с включенной сиреной. Когда машина приближается к наблюдателю, длина звуковых волн уменьшается, а когда скорая помощь начинает удаляться, звуковые волны, напротив, удлиняются. Это явление называется эффект Доплера. Тоже самое происходит и с волнами света. В 1959 году два физика, Роберт Паунд и Глен Ребка, провели следующий эксперимент: ученые испускали гамма-лучи вертикально в башне Гарвардского университета и обнаружили, что в таких условиях их частота меньше, чем обычно, а причиной тому – искривления, вызванные гравитацией.

light-science.ru

Теория относительности

Теория относительности была предложена Альбертом Эйнштейном и её краткая суть состоит в том, что время и пространство взаимосвязаны и что движение определяется системой отсчёта. Теория может быть разделена на специальную теорию относительности (имеющей дело в основном с системами отсчёта, скорость которых постоянна) и общую теорию относительности (которая включает в рассмотрение ускорение в большей мере).

Содержание

Специальная теория относительности [ править ]

Специальная теория относительности (СТО) была предложена Эйнштейном в 1905 году в качестве обобщения преобразований Лоренца, что привело к распространению применимости уравнений Максвелла с электромагнитных явлений до событий во Вселенной вообще.

Постулаты [ править ]

СТО исходит из двух постулатов:

  1. Законы физики действуют одинаково во всех инерциальных системах отсчёта.
  2. Скорость света в вакууме не зависит от системы отсчёта.

Первый постулат является обобщением принципа относительности Галилея, поскольку в отношении механических явлений он был впервые механически получен Галилеем. При отсутствии вибраций или внешних систем отсчёта невозможно отличить равномерное прямолинейное движение от состояния покоя.

Тем не менее, обобщение этого постулата достаточно парадоксально, и, кроме того, прямо противоречит теории светоносного эфира, общепринятой теории того времени, согласно которой пространство заполнено веществом, колебания которого являют собой свет. Независимо от этой теории, стороннему наблюдателю трудно было сделать валидные предсказания. Если луч света двигается к наблюдателю со скоростью c, и если наблюдатель двигается в обратную сторону со скоростью v, то можно было бы ожидать наблюдаемую скорость света величиной v+c. Согласно с первым постулатом, наблюдаемая скорость будет оставаться равной c. Не смотря на свою необычность, этот постулат представляется верным, как это следует из опыта Майкельсона-Морли.

В связи с этим можно сделать достаточно неожиданный вывод о том, что время и пространство не являются универсальными, в то время как скорость света в вакууме таковой является. Неспособность измерить это отсутствие универсальности было следствием того, что величина скорости света по отношению к скоростям, с которыми приходилось иметь дело ранее, необычайно велика. Поэтому даже сейчас часто приходится пользоваться следствиями этого постулата о скорости света.

Этот постулат менее очевиден, но посредством аргументов Майкельсона и Морли в конце 19 века научное сообщество было им удовлетворено.

Следствия [ править ]

Согласно со специальной теорией относительности, для любой системы отсчёта наблюдаемые события в другой системе отсчёта, движущейся относительно первой с постоянной относительной скоростью, будут протекать дольше, чем эти же события, проведённые в первой системе (либо их длительность, измеренная во второй системе), а все объекты второй системы отсчёта будут обладать сокращённой длинной вдоль своего направления движения относительно первой системы. Эти эффекты, известны соответственно как замедление времени и сокращение длины, относительны, и они не будут наблюдаться из системы отсчёта, в которой происходят экспериментальные события.

Иным важным следствием специальной теории относительности является магнетизм. Эффект сокращения длины применительно к векторным полям движущихся объектов позволил физикам получить магнетизм в качестве прогнозированного следствия электрических зарядов.

Другим следствием является то, что масса и энергия тесно взаимосвязаны, и что массу также можно рассматривать как величину, зависящую от системы отсчёта (т.н. «релятивистская масса») [1] , и стремящуюся к бесконечности когда скорость тела приближается к скорости света в вакууме. Вследствие этого усложняется дальнейшее ускорение объекта, поскольку по мере приближения его скорости к c для этого требуется всё большая сила. Таким образом, ни один объект ненулевой «массы покоя» не может достичь скорости света.

Примечательно, что согласно с другим результатом СТО, никакая информация не может быть передана из одной части Вселенной в другую быстрее, чем со скоростью света в вакууме. Этот результат имеет важные последствия для закона всемирного тяготения Ньютона, согласно с которым гравитация является мгновенной силой, действующей на потенциально бесконечные расстояния. В конечном итоге это привело к замене теории ньютоновской гравитации на общую теорию относительности.

Общая теория относительности [ править ]

Общая теория относительности или ОТО является более сложной тематикой и предметом её изучения являются ускоренные системы отсчёта и гравитация. Наподобие специальной теории относительности, её выводы порой далеки от интуитивных, но тем не менее являются хорошо подтверждёнными подавляющим большинством экспериментов по состоянию на сегодня.

Среди её наиболее важных следствий является то, что ускоренная система отсчёта неотличима от системы отсчёта в гравитационном поле, что время проходит медленнее в окрестности гравитационных полей, и что пространство-время является не евклидовым, т.е., «искривлённым».

В модели общей теории относительности гравитация являет собой фиктивную силу, а траектория объектов изменяется ввиду того, что в окрестности массивных объектов пространство искривляется.

Одной из важных нерешённых проблем современной физики является противоречивость ОТО и квантовой механики. Несмотря на то, что обе теории превосходно подтверждены в разных областях исследований, они в простейшем случае представляются фундаментально несовместимыми. Тем не менее, эта проблема пока не имела «прикладного» значения, и обе эти теории как минимум являются хорошими приближениями реальных событий в природе, описывая их в разных масштабах. В настоящее время существует ряд непротиворечивых теорий, объединяющих квантовую механику и гравитацию, например теория суперструн. И квантовая механика, и ОТО являются частными случаями, следующими из этих теорий.

ru.rationalwiki.org

Теория относительности Эйнштейна для чайников

Специальная теория относительности (СТО) или частная теория относительности – это теория Альберта Эйнштейна, опубликованная в 1905 году в работе «К электродинамике движущихся тел» (Albert Einstein — Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891-921. Juni 1905).

Она объясняла движение между разными инерциальными системами отсчёта или движение тел, двигающихся в отношении друг друга с неизменной скоростью. В этом случае ни один из объектов не должен приниматься за систему отсчёта, а рассматривать их надо относительно друг друга. СТО предусматривает только 1 случай, когда 2 тела не изменяют направление движения и двигаются равномерно.

Законы СТО перестают действовать, когда одно из тел изменяет траекторию движения или повышает скорость. Здесь имеет место общая теория относительности (ОТО), дающая общее толкование движения объектов.

Два постулата, на которых строится теория относительности:

  1. Принцип относительности — Согласно ему, во всех существующих системах отсчета, которые двигаются в отношении друг друга с неизменяющейся скоростью и не меняют направление, действуют одни и те же законы.
  2. Принцип скорости света — Скорость света одинакова для всех наблюдателей и не имеет зависимость от скорости их движения. Это высшая скорость, и ничто в природе не имеет большую скорость. Световая скорость равна 3*10^8 м/с.

Альберт Эйнштейн за основу брал экспериментальные, а не теоретические данные. Это явилось одной из составляющих его успеха. Новые экспериментальные данные послужили базой для создания новой теории.

Физики с середины XIX века занимались поиском новой загадочной среды, названной эфиром. Полагалось, что эфир может проходить через все объекты, но не участвует в их движении. Согласно убеждениям об эфире, изменяя скорость зрителя в отношении эфира, меняется и скорость света.

Эйнштейн, доверяя экспериментам, отверг понятие новой среды эфира и допустил, что скорость света всегда является постоянной и не зависит от любых обстоятельств, таких как скорость самого человека.

Временные промежутки, расстояния, и их однородность

Специальная теория относительности связывает временные промежутки и пространство. В Материальной вселенной существует 3 известных измерения в пространстве: вправо и влево, вперед и назад, вверх и вниз. Если добавить к ним другое измерение, названное временным, то это составит основу пространственно-временного континуума.

Если Вы осуществляете движение с малой скоростью, ваши наблюдения не будут сходиться с людьми, которые двигаются быстрее.

Позже эксперименты подтвердили, что пространство, так же как и время, не может восприниматься одинаково: от скорости движения объектов зависит наше восприятие.

Соединение энергии с массой

Эйнштейн вывел формулу, которая соединила в себе энергию с массой. Эта формула получила широкое распространение в физике, и она знакома каждому ученику: E=m*c², в которой E-энергия; m- масса тела, c-скорость распространения света.

Масса тела возрастает пропорционально увеличению скорости света. Если достигнуть скорости света, масса и энергия тела становятся безразмерными.

Увеличивая массу объекта, становится сложнее достичь увеличения его скорости, т. е для тела с бесконечно огромной материальной массой необходима бесконечная энергия. Но на деле этого достичь нереально.

Теория Эйнштейна объединила два отдельных положения: положение массы и положение энергии в один общий закон. Это сделало возможным преобразование энергии в материальную массу и наоборот.

Первый фильм как раз получился довольно доступным для понимания специальной теории относительности, а второй ролик слишком затянутый, трудно сохранить внимание и материал воспринимается хуже

Да, в СССР на удивление, умели снимать научпоп так, чтобы понятно было максимальному числу зрителей, фильм о теории относительности не стал исключением!

Американский школьник из Огайо стал лауреатом премии Breakthrough Junior Challenge, создав видеоролик о специальной теории относительности Альберта Эйнштейна и получил 250000$ https://www.youtube.com/watch?v=5RWN1CMT44g

Как ни печально, и СТО и ОТО ошибочны, так как основываются на неверном виде преобразований Лоренца. Об этом в моей брошюре «Мемуар по теории относительности и единой теории поля» (2000 г.). Он представлен на моём сайте: http://lev-verkhovsky.ru(у Вас займёт не более четверти часа, чтобы понять главную идею).

В ваших Мемуарах по СТО в параграфе 1.2 Вы ошибаетесь. Лучи света выпущенные А и N достигнут В одновременно и уже не важно на какое расстояние сместится ракета пока лучи будут двигаться к В, т.к. луч света уже выпущен, он уже не принадлежит системе N, он движется в своем пространстве, также как и луч выпущенный А не принадлежит системе А, они оба движутся в своем «световом» пространстве со своей постоянной скоростью не зависимо ни от кого. Это пуля остается принадлежать той системе отсчета в которой была выпущена. Другое дело, N увидит В быстрее чем А, потому что приближается к В, и увидит его со смещением в фиолетовую сторону, т.к. отраженному свету от В приложится встречная скорость ракеты.

К сожалению нет. По СТО тот кто движется и тот кто стоит равноправны. И оба могут трактовать движение света одинаково. «световое»» пространствоб или локальное пространство для света нету смысла брать во вниманиеб ибо время замирает там а все расстояния равняются 0. Смисл в том, что с этой проблемой столкнулся Эйнштейн и объяснил с помощью СТО или понятием одновременности.

Если луч света не принадлежит ни одной системе отсчёта а равно как и невидимые лучи, то это подтверждает существование эфира.

Учёные время называют средой, но время не среда, а одно из свойств бытия. Свойства или виды бытия: время, бесконечность и вечность. Синонимом времени есть тление. Если время — это среда, окружающая предмет, то в ней должно быть возможно перемещение в том или ином смысле. Но если тело действительно может «передвигаться» во времени, ведь можно заставить организм омолодится или постареть гораздо быстрее чем это происходит в обычных условиях. Но как тогда может перемещаться во времени(стареть или молодеть) душа, сознание, разум. Речь идёт не о разрушении или исчезновении разума, к примеру, а о старении или молодении. Время — то есть тление — это свойство того, что познаётся через 5 чувств. Но время не есть средой, но свойством единицы бытия(реальности). И «путешествия» тел во времени не связаны с путешествием в пространстве( в среде обитания единиц бытия). Ведь можно постареть не сдвинувшись с места. Хотите прокатится на машине времени? Урановые шахты за пару-недельный тур перенесёт вас на несколько лет в перед, — в ссср знали о теории относительности ? А то что мы используем как точку фиксации времени(тления) есть бег, движение Земли вокруг своей оси и Солнца. Смена дня и ночи — как бы точка отсчета и фиксации изменения времени(тления). Перемены — верный способ отсчета и фиксации движения в реальности. Ведь где нет перемен — нет и движения.Минуты и секунды только точки отсчета и фиксации времени, но не есть время. Ещё синоним времени — изменение. Вера и наука — два способа познания, и они как бы два весла. Одно без другого создаёт вращение. Но не передвижение вперёд. Так вот, Православие — это не кадилом махать, но учение опирающееся на Откровения Бога и научные — подвластные 5 чувствам знания.

Масса тела возрастает пропорционально увеличению скорости света. Каким образом, если скорость света постоянна?E=mc2 Почему скорость света в квадрате?

Скорее всего имеется в виду, что масса тела возрастает пропорционально увеличению скорости вплоть до скорости света.

при увеличении скорости масса тела , возможно, не возрастает, а изменяет свое отношение к земному тяготению…

основные единицы — масса в кг, время в сек, пространство в м. Производные единицы = скорость в м/сек, ускорение в м/сек2, сила (вес) в Н ( кг х м/сек2), энергия(работа) в Н х м ( кг х мсек2 х м или кг м2/сек2 т.е. масса х скорость с в квадрате или короче массаМ х с2, ещё короче Мс2, это — простая формула ЭНЕРГИИ из классической механики, и вовсе не Эйнштейн её первым придумал,

про временные парадоксы ничего не сказано. толк от статьи?

С вероятностью 99,9…9% Эйнштейн был слишком глуп, чтобы понимать ситуацию.
Хотел нобелевку за свою бредятину.
Вот этому чудику и кинули кость, чтобы угомонился.

ТАЙНА — это причина по которой вукадемикам понадобилась теория относительности.

А потом вукадемикам понадобился спуктакль.

Весь фокус… В СКОРОСТИ.
Понятно?

СКОРОСТЬ — это количество единиц измерения расстояния в единицу времени для пространства вообще.
Этим параметром физики пользовались столетия и накропали кучу трудов.
Но тут есть один нюанс.
Для вычисления параметра СКОРОСТЬ… нужна НЕПОДВИЖНАЯ точка отсчёта.
А последней известной НЕПОДВИЖНОЙ точкой отсчёта была поверхность Земли.
Уже более 100 лет как эта ПОСЛЕДНЯЯ НЕПОДВИЖНАЯ… накрылась медным тазом.
Оказалось, что всё известное… ДВИЖЕТСЯ.

Относительно движущихся тел… определить СКОРОСТЬ невозможно.
Токмо РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ.
Результат 10 кмчас будет одинаковым для скоростей 10кмчас и 20кмчас, 110кмчас и 120кмчас, 1010кмчас и 1020кмчас.

Посему вукадемики пошли на подтасовку.
Под видом СКОРОСТИ реально использовали в формулах РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ.
А замаскировали ПОДТАСОВКУ теорией относительности.

Мошенничество с подменой скорости позволило сохранить ОШИБОЧНУЮ теорию существования кинетической энергии ТЕЛА.
Это затормозило научный поиск в физике на сотню лет.

Из за мошенничества с подменой СКОРОСТИ в физике уже ЛИШНИХ 100 лет продолжают считать что наблюдаемые результаты столкновения тел объясняются этой самой кинетической энергией ТЕЛА.

Совершенно очевидно, что на результат столкновения тел влияет таки РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ.
Проще говоря важно время за которое одно тело пройдёт через другое.

Иными словами механизм результатов столкновения тел можно образно представить как пролёт тела сквозь лопасти вентилятора.
Помимо РАЗНИЦЫ СКОРОСТЕЙ влияет ещё и структура атомов сталкивающихся тел.
Через однолопастной вентилятор таки пролететь проще чем через шестилопастной.

Насчёт изменения времени.
Вот допустим у меня есть клон которого я могу чётко видить на любом расстоянии.
Если я стартую с Земли со всё возрастающей скоростью… то ЧТО буду наблюдать?

С вероятностью 99,9…9% по мере приближения к скорости света наблюдаемые движения клона будут выглядить всё более медленными.

При достижении скорости света я скорее всего буду видить ваще НЕПОДВИЖНОГО клона.
Неподвижного и вечно молодого.
Будут проходить года, я буду стареть… а ИЗОБРАЖЕНИЕ клона будет неизменным.

Только вот состаримся и помрём мы таки примерно в одно и тоже время.
Понятно?

Суть МОШЕННИЧЕСТВА с теорией относительности заключается в непонимании кардинальной разницы между параметрами «СКОРОСТЬ» и «РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ»

СКОРОСТЬ — это количество единиц измерения расстояния на 1 (одну) единицу времени.
РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ — это количество единиц РАЗДЕЛЯЮЩЕГО ТЕЛА расстояния на 1 (одну) единицу времени.

Понятно?
СКОРОСТЬ позволяет оценить перемещение тела в пространстве.
РАЗНОСТЬ СКОРОСТЕЙ позволяет оценить только изменение расстояния между телами.

10 кмчас скорости… это совсем не тоже самое, что 10 кмчас разности скоростей.

Хотя цифра в формуле одна и таже… физический СМЫСЛ совершенно разный аднака.

https://youtu.be/bWBr2E3Y3aY
Обратите внимание, что:
Приобщение к теории относительности на видео начинается с помещения слушателей в условия ОГРАНИЧЕННОГО доступа к информации — купе вагона.
Чайник просто не обращает внимание на этот нюанс.
А зря.

Набираете в гугле:
иллюзии метод недостатка информации.

И кстати методика недостатка информации — это приём таинственный для школяров и любителей физики.
Безграмотные мошенники используют этот «эйнштейновский» фокус с незапамятных времён.

В общем смысл Теории Относительности:
если вы не можете однозначно понять двигаетесь или нет…
то вам надо высунуть голову из вагона для восстановления ориентации.

Чем дальше высунутесь, тем БОЛЬШЕ УЗНАЕТЕ и тем меньше будете читать всякую фигню.
Понятно?

Сидя внутри движущегося вагона можно воображать себя неподвижным.
Это будет ваше ВООБРАЖЕНИЕ.

Чтобы видить РЕАЛЬНОСТЬ из вагона таки надо вылазить.

Поскольку НЕПОДВИЖНОГО ТЕЛА для определения скорости найти низзя, то его существование надо принять на веру.
Отсюда и приставка «относительная» появилась в названии.

Сначала було… ВООБРАЖЕНИЕ неподвижного тела.
Посмотрел Эйнштейн на «неподвижное» тело и сказал, что ЭТО хорошо.
Хотя и немного относительно хорошо.

На следующий день було… ВООБРАЖЕНИЕ скорости тела.
Посмотрел Эйнштейн на воображаемую скорость тела и сказал, что ЭТО хорошо.
Хотя и немного относительно хорошо.

Ну подробности в общем достаточно подробно описаны в Библии.
На седьмой день Эйнштейн взглянул на ВООБРАЖАЕМУЮ ФИЗИКУ и сказал, что ЭТО хорошо.
Хотя и немного относительно хорошо.

только почему-то все считают гением не вас, а Эйнштейна.вот парадокс.

Скорость света не «священная корова». Не понимая природы света можно долго находится в заблуждении. Свет есть свойство среды распространения упругих колебаний, точно такое как и звук в атмосфере. Если среда (эфир, вакуум,физический вакуум — кому как угодно) будет менять свои параметры (плотность, давление и т.д.), то и скорость распространения будет меняться, т.е. скорость света нельзя принимать const априори.

Ну вы даете! Что за бред то вообще… Я чуть себе голову не сломала, пытаясь понять ваши мысли. Вы почитайте что-нибудь более серьезное, чем статью для чайников и прекратите выдавать такой откровенный бред.

www.sciencedebate2008.com

Теория относительности

— Ваш фильм «Золотая лихорадка» понятен во всём мире, и Вы непременно станете великим человеком.
— Я Вами восхищаюсь ещё больше. Вашу теорию относительности никто в мире не понимает, а Вы всё-таки стали великим человеком.

Теория относительности — научная теория, объясняющая устройство нашего мира на макроуровне, объединяющая механику, электродинамику и гравитацию. Собственно термин «Теория относительности» ввёл немецкий физик Макс Планк. Внедрена в научные круги расовым немецким евреем Альбертом «E=mc²» Эйнштейном путём компиляции работ нидерландца Лоренца, расового еврея Минковского, француза Пуанкаре, ну и собственных тоже.

Делится на две части: Специальную и Общую.

Содержание

Предыстория вопроса

Альберт Эйнштейн так часто рассказывал мне свою теорию относительности, что мне даже показалось, что он ее все-таки понимает.

На рубеже XIX и XX веков в среде физиков царило нарастающее уныние. Научные руководители на полном серьёзе рекомендовали своим студентам не связывать карьеру с физикой, а отправляться на юрфак, ибо почти все законы уже были вроде бы открыты, и лет через 20—30, когда последние нюансы разрешатся, кормиться на ниве физики будет уже нечем. Кафедры физики позакрывают, а их бывшим научным сотрудникам раздадут мётлы для подметания коридоров юрфака. Это, например, упоминается в биографии Макса Планка.

Одним из таких не до конца ещё выясненных нюансов был вопрос: как скрестить механику Ньютона с уравнениями Максвелла (электродинамикой).

Источник проблемы

Если факты противоречат моей теории, тем хуже для фактов.

Внезапно была обнаружена нестыковка двух областей физики: проверенной временем и практикой механики Ньютона и сравнительно молодой науки электродинамики (в том числе описывающей распространение электромагнитных волн). Вот это распространение волн описывалось уравнениями Максвелла, которые тоже были многократно проверены экспериментом и сомнений не вызывали. Тогда уже было известно, что свет — это тоже электромагнитная волна, и, следовательно, скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света. Но вот попытка поместить на движущийся поезд фонарик и посчитать, с какой там скоростью будет распространяться свет этого фонарика, заканчивалась неудачей и когнитивным диссонансом. В механике Ньютона скорости поезда и света надо было бы складывать, но уравнения Максвелла такого финта ушами описать не могли, а попытки их допилить, чтобы подстроить под такую ситуацию, лажали. Например, если лететь вдогонку за светом с такой же скоростью — со скоростью света, — то этот свет по уравнениям Максвелла… исчезал. Совершенно неотличимая ситуация становилась от того, как если бы никакого света и не было.

Всё дело в эфире!

Уравнения Максвелла, описывающие распространение света, были волновыми. Изменение электрического поля порождает изменение магнитного, а изменение магнитного — порождает изменение электрического — побежала волна. Если же лететь за такой волной на её скорости, складывалась странная ситуация — изменения полей (в пространстве относительно наблюдателя) нет, а поля неподвижно зависли в пространстве, ничем не подкрепленные физически, что невозможно повторить в опыте. Замечено однако, что для распространения волны необходима среда, которая будет передавать колебания. Так, для распространения акустической волны (то есть звука) нужен, например, воздух. Брошенный в воду камень создаёт на её поверхности волны. Ну так может и электромагнитная волна распространяется в какой-то специфической среде? Вот это чудо-вещество и было названо эфиром. Эфир был одной из моделей, предназначенной сперва для описания электродинамики, а позднее — и гравитации, Менделеев пытался прикрутить эфир к объяснению периодического закона.

В наиболее простых моделях считалось, что эфир и вещество — различные вещи, и первый не оказывает материи никакого сопротивления. Такую идею продвигал, к примеру, Больцман. Но подобный подход порождал проблемы: если эфир — идеальная жидкость, а частицы — идеальные шарики, то силы трения, которые отвечали за создание магнитного поля, исчезали, в противном случае возникало лобовое трение частиц об эфир. Магнитное поле вроде бы наблюдалось, и поэтому учёные сделали вывод: раз эфир у нас живёт сам по себе, то, двигаясь вместе с Землей, мы должны тереться об эфир. А поскольку этого трения не было заметно, ему требовалось приписать волшебные свойства — эфир должен одновременно быть и абсолютно плотным для проведения электромагнитных волн, и абсолютно разреженным во избежание энергетических потерь.

Из эфирной трактовки также следует, что если наша Земля двигается мимо эфира, то весь свет на Земле должен «сноситься встречным потоком». По-научному это называется анизотропией скорости света, и ученые решили искать ветер ничуть не сомневаясь в успехе операции. В итоге товарищи Майкельсон и Морли ставят опыт и не находят искомого эффекта. То есть что-то они там намерили, но в 6 раз слабее и не в том направлении. Научное сообщество стало думать, как жить с этим знанием. А от теории эфира остались такие понятия, как «напряжённость» и «ток» в электродинамике, и бытовое: «В эфире радиостанция „Маяк“»

Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет! И вот явился Ньютон.
Но Сатана недолго ждал реванша.
Пришёл Эйнштейн — и стало всё, как раньше.

«Да что же всё-таки происходит?» — опять спросили себя физики и принялись думать дальше.

Особенно далеко в размышлениях продвинулись два товарища: вышеупомянутый Лоренц, чьи формулы представляли собой попытку объяснения необнаружения эфира в предположении, что движение вещества в эфире порождает изменения в самом веществе, делающие обнаружение анизотропии света невозможным [1], и Пуанкаре. Выводы теории относительности во многом совпадают с формулами, полученными в их работах, хотя авторы и основывались на других предпосылках. Однако Эйнштейн, проявив недюжинную гибкость ума и широту сознания, не останавливаясь даже в тех местах, где обычный порошок не справляется, и другой теоретик уже давно бы зачеркнул все труды, выбросив их в унитаз, предложил альтернативную трактовку формул, подойдя к проблеме с другого конца.

Обычно физики ставили механику Ньютона на более приоритетное место и стремились подогнать уравнения Максвелла под неё. Но Эйнштейн пошел от противного: по-настоящему верны именно уравнения Максвелла, и это механика Ньютона требует доработки!

Специальная теория относительности

Как-то раз английского астронома Артура Эддингтона спросили: — Сэр, правду ли говорят, что вы один из трёх человек в мире, которые понимают теорию относительности Эйнштейна? Наступило неловкое молчание — учёный явно затруднялся с ответом. Тогда спрашивающий поспешил исправить положение: — Может быть, сэр, я что-то не так сказал? Мне, видимо, сэр, следовало бы догадаться, что вы, сэр, при всей вашей скромности, сочтёте мой вопрос несколько бестактным. В таком случае, сэр, позвольте… — Ничего… ничего…— благодушно прервал его Эддингтон.— Просто я задумался, пытаясь вспомнить, кто же этот третий.

Постулаты Специальной теории относительности

Что значит «по-настоящему верны именно уравнения Максвелла»? Сие означает, что в любой инерциальной системе отсчёта законы электродинамики (а не только как у Галилея механики) неизменны, а потому и уравнения не меняют свой вид (инвариантны). Из формул преобразования при переходе между такими системами, в свою очередь, при допущении равноправности всех точек нашей необъятной вселенной и всех направлений, следует вывод, что скорость света во всех таких системах отсчёта одинакова.

Небольшое пояснение: инерциальные системы отсчёта (ИСО) — это системы отсчёта, в которых точечное тело, на которое не действуют никакие силы, сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Умнее говоря, ИСО — это системы отсчёта, в которых выполняются законы Ньютона. Постулаты СТО формулируются именно для таких систем, как, впрочем, и второй, и третий законы Ньютона в ньютоновой же механике, ничего нового Эйнштейн тут не изобрёл.

Если кто не уловил тонкости вопроса: сложение скоростей по Галилею, использовавшееся в ньютоновой механике, пошло котэ под хвост. Один и тот же лучик света, испущенный фонариком на поезде, будет двигаться с одной и той же скоростью как относительно движущегося поезда, так и относительно неподвижного перрона. То есть, для перрона он будет улетать со скоростью света. И для поезда он тоже будет улетать ровно с той же скоростью света. И для фонарика. И для поезда. Одна и та же скорость. Даже если они двигаются друг относительно друга.

Собственно постулатов 3 штуки:

  1. Принцип относительности Эйнштейна: все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, и всё равно, неподвижна ли эта система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.
  2. Существует предельная (максимальная) скорость распространения взаимодействий.
  3. Пространство и время однородны, пространство является изотропным.

Первый постулат, казалось бы, спизжен у Галилея, но там речь шла сугубо о механике Ньютона, а не о всех физических процессах. На самом деле ничего, кроме механики Ньютона, тогда и не было, а потому речь шла именно о всех физических процессах, то есть правильней было бы говорить «принцип относительности Галилея», благо у Эйнштейна и своих заслуг хватает. По-настоящему важным является именно второй постулат. Из него, собственно, всё и выводится. Некоторые дебатировали, что второй постулат кагбэ прямо следует из первого, ежели принять уравнения Максвелла за аксиому [1] , и этого постулата писать специально не надо. Но потом решили не уподобляться Ландафшицу [2] , который при написании своих учебников периодически терял 3-6 страниц выкладок в трамвае, и вместо них писал «далее легко видеть, что…»; и записать второй постулат явным образом во избежание излишнего срача. Кстати, из второго постулата также следует невозможность движения материальных тел со скоростью, превышающей предельную, а для массивных тел — невозможность двигаться ровно с предельной скоростью, только меньше.

Третий постулат (обычно неявно) используется при выводе преобразования Лоренца, кроме того, он имеется и в механике Ньютона. Как следствия, из него выводятся законы сохранения импульса, энергии и момента импульса.

Если сесть за стол с листочком бумаги и карандашом, взять тот же опыт с поездом и фонариком и начать разлиновывать бумажку согласно второму постулату, то получается ну просто полная хуйня. Получается, что время одного и того же процесса, вычисленное по формулам в ИСО перрона и в ИСО поезда, разное. Время. Разное. Совсем. Время. Для стоячего и движущегося. Разное. Нестыковочка!

«Так может, на самом деле время разное?» — неожиданно подумал Эйнштейн, и оказался чертовски прав. Но сколько же ему надо было выкурить травы, чтобы пустить мысль по этому направлению — это история умалчивает (однако, фраза «Воображение важнее знания», приписываемая Эйнштейну, какбэ намекает).

Относительность одновременности. Преобразования Лоренца

Итак, одним из важных выводов, следующих из такого странного поведения света, вернее, его скорости, было то, что события, одновременные в одной инерциальной системе отсчёта, будут не одновременными в другой, если эти системы отсчёта относительно друг друга движутся.

Другой бы учёный на этом этапе порвал бы свои листочки с чертежами на лоскуты, но Эйнштейн продолжал скрупулёзно выводить формулы.

Итогом стали формулы по пересчёту координат, как временны́х, так и пространственных, из одной системы отсчёта в другую, которые сейчас называются преобразованиями Лоренца. Дело в том, что Лоренц вывел их ещё до Эйнштейна, но использовал, чтобы устранить противоречия между электродинамикой и Ньютоновской механикой. Выходили забавные вещи: как пространство, так и время в разных системах отсчёта (если они двигаются относительно друг друга), выглядят по-разному. Причём в формулах пересчёта пространственные координаты зависят от временны́х, а временны́е — от пространственных. Возникла зависимость «пространства от времени» и причина говорить, что время и пространство неразделимы и составляют единый пространственно-временной континуум.

Наиболее известные эффекты, выводимые из преобразований Лоренца, таковы:

  1. Сокращение размеров, или лоренцево сокращение. Если бы мимо нас летела ракета, то её размеры, будучи измеренными в нашей неподвижной СО, сократились бы вдоль вектора скорости по сравнению с измеренными размерами ракеты, находящейся в состоянии покоя, и тем сильнее, чем быстрее она летит относительно нас. В пределе, если бы ракета летела со скоростью света, её длина стала бы нулевой.
  2. Замедление времени. Временные интервалы между событиями с нашей точки зрения будут длиннее, чем были бы интервалы между теми же самыми событиями, измеренными в движущейся ракете, и тем длиннее, чем ближе её скорость к скорости света. В пределе — если бы ракета летела со скоростью света, нам бы казалось, что время в ней совсем остановилось.

Если кто-то подумает, что из ракеты мы будем при таких пертурбациях выглядеть удлинённо и со спешащими часами — то это неверно. В силу относительности движения для ракеты (а она летела прямолинейно и без ускорения) это мы движемся, а она покоится, так что наблюдатель в ней будет видеть нас укороченными и с замедленными часами.

Эти эффекты наиболее известны, но не составляют полной картины. Полная картина — сами преобразования Лоренца. Попытки рассматривать некоторые эксперименты на основании только этих эффектов зачастую приводят к парадоксам. Многие критики СТО обламываются именно на этом моменте.

Скорость света и причинно-следственность

Ещё одним следствием преобразований Лоренца является то, что при движении со скоростью больше скорости света временные отрезки измеряются в мнимых временных единицах, что, с точки зрения механики Ньютона, лишено какого-либо физического смысла. С этим даже обкуренный мозг Эйнштейна спорить не стал, и последовал вывод: двигаться в вакууме со скоростью больше световой нельзя. Из СТО следует невозможность для тела, обладающего массой, достичь скорости света. А из принципа причинности — невозможность тахионов (частиц, якобы летающих быстрее света) взаимодействовать с досветовыми объектами.

Так скорость света в вакууме стала не только инвариантной (одинаковой для одного и того же пучка света во всех системах отсчёта), но и максимально возможной скоростью чего бы то ни было вообще. В механике Эйнштейна этому соответствует простой факт: чтобы разогнать массивное тело до скорости света, нужно затратить бесконечное количество энергии, что, разумеется, невозможно.

Двигаться со скоростью большей, чем скорость света в некой среде, возможно. Педивикия расскажет об этом. Однако свет там двигается медленее света в вакууме, так что всё пучком.

Недавно появилась публикация коллаборационистов OPERA, в которой они мамой клялись, что нейтрино статистически достоверно превысили скорость света на 0,0025%, они зафиксировали опережение в 60 наносекунд и что они всё-всё учли. Другие учёные смотрят на этот результат как на говно: впоследствии обнаружились различные ошибки, которые могли быть как подтверждением существования магии, так и нет, но позже серия экспериментов по измерению скорости нейтрино подтвердила верность СТО в классической её форме. Фок йеа.

Древняя как мир формула E=mc². В классической механике — прямое следствие уравнения Мещерского для тела, излучающего частицы со скоростью света. Как и любой велосипед, была кем только ни открыта: Оливером Хевисайдом (1889; ЧСХ, он получил великую формулу как побочный результат сведения системы 22 уравнений Максвелла в векторную форму, которую изучает каждый студент, но, снова СХ, посчитал её дефектом математики, а не окружающего мира), Толвером Престоном (1895), Кельвином (1903), Олинто де-Претто (1903), Анри Пуанкаре (1904), Фритцем Хазенорлом (1904, ошибся коэффициентом), Максом Планком (1907). Но мы ведь не ищем простых путей.

Формулы традиционной до того механики Ньютона потребовали полного пересмотра в теории относительности. Одна из таких формул — формула кинетической энергии тела. Напоминание для подзабывших школьную программу: кинетическая энергия летящего куска массы — это работа, которую надо затратить, чтобы разогнать данную массу из неподвижного состояния до той скорости, с которой она летит. А работа — это произведение перемещения на силу и на косинус угла между направлением движения тела и приложенной к нему силой, трам-парам, интегрируя и дифференцируя, Ньютон получил широко известное эм-вэ-квадрат-пополам (Ek=mv²/2).

Идя по тому же пути, Эйнштейн интегрировать и дифференцировать не стал, а вместо этого разложил в ряд по степеням «v» и получил в итоговой формуле для кинетической энергии в релятивистской механике, что она состоит из разности двух величин: членика, зависящего от скорости (и обнуляющегося при скорости равной нулю), и членика, не зависящего от скорости и равного всегда mc². Должно быть, уже понятно, что такая хуйня, как какой-то там членик в уравнении, не могла остановить Эйнштейна, и он сделал вывод, что даже на то, чтобы тело покоилось, ну то есть просто на абсолютно покоящееся тело, уже надо затратить энергию E0=mc², и ввел понятие полной энергии тела E=Ek+E0. Волшебным образом выражение релятивистского импульса через полную энергию из многоэтажного мата агрегата схлопнулось в красивую формулу.

Так возникла концепция эквивалентности массы и энергии, превосходно подтвердившаяся в ядерной физике и лежащая в основе принципа действия ядреных бомб. В каждой массе, даже неподвижной, заключено дохуя потенциальной энергии — Хиросима в этом убедилась лично. И Нагасаки подтвердит. Сам Эйнштейн, кстати, был очень недоволен, когда узнал, в каких целях генералы использовали его теоретические выводы. Собственно, популярная литература гласит, что с тех пор он начал сходить с ума, но мы-то знаем, что началось всё не с этого…

Перевести же всю массу в энергию можно только при аннигиляции её с таким же количеством антиматерии. Но, увы, получение античастиц — дело очень трудоёмкое…

Помимо того, что формула открывает глаза на связь чистой массы и энергии, интересен и теоретически полученный коэффициент c², отчего формула и выглядит так изящно, так как по сути в ней объединены разные совершенно не связанные на первый взгляд ипостаси окружающего мира (вещество и поле). Ведь если мыслить технически, то, казалось бы, какая может быть связь между веществом (массой) и светом — электромагнитной волной, у которой есть какая-то там скорость?

На самом же деле, при движении E=γmc², где γ=1/(1-v²/c²)^0,5, m — масса покоя. Можно убедиться, что при v [3] .

Парадокс близнецов

Другой парадокс касается эффекта замедления времени и звучит следующим образом:

Жили-были два брата-близнеца (одногодки) — Коля и Юра. Коля с юношества курил и бухал, якшался со всяким сбродом, в общем, пошёл по наклонной. А Юра вёл здоровый образ жизни, поступил в лётное училище, закончил его с золотой медалью и стал в конце концов космонавтом. Недолго думая, учёные посадили Юру на ракету, хорошенько разогнали и отправили его с почти световой скоростью к ближайшей звезде (допустим, на расстояние в один световой год) с заданием: прилететь, сфотать звезду и тут же улететь обратно на Землю. Заранее выкрутим параметры эксперимента до экстремальных, так легче будет рассуждать: Юра почти мгновенно разгоняется до почти световой скорости, долетает до звезды, почти мгновенно тормозится до состояния покоя, мгновенно фотографирует звезду, опять мгновенно разгоняется до почти световой скорости по направлению уже к Земле, летит до Земли, там почти мгновенно останавливается, выходит из ракеты и сразу в бар, обмывать морковным соком успех эксперимента, а там, как завсегдатай, уже в стельку пьяный в дверях лежит Коля. И вот, братья, кто с укоризной, а кто с мутным равнодушием в глазах, смотрят друг на друга. Что же они видят?
— Тебя, братик, не узнать как ты постарел. — восклицает Юра. — Вот он — наглядный вред беспорядочного образа жизни!

Если рассматривать эксперимент с точки зрения (из ИСО) Земли, то Юра два года провёл в полете, двигаясь с почти световой скоростью. По СТО мы знаем, что часы у Юры, с точки зрения Земли, в этом случае, все два года шли крайне замедленно (почти что стояли на месте). Поэтому вернётся он почти в том же возрасте, что и улетал — ну там, десять минут, допустим, по его часам всего прошло. Коля же находился всё это время почти что в состоянии покоя (ну, шлялся там по барам-ресторанам, но это явно со скоростью намного меньше световой, поэтому можно считать, что покоился) и всё это время усиленно старел со скоростью один год за год. То есть Коля по итогу эксперимента окажется почти на два года (за вычетом десять минут) старше брата-близнеца.

Вот на этом месте некоторые вспоминают про первый постулат Эйнштейна — о равноправии систем отсчёта — и говорят: но ведь в системе отсчёта Юры это он покоился, а Земля сперва улетала назад с почти световой скоростью, а потом летела обратно к ракете. Значит, с точки зрения Юры это на ней время было замедлено, а следовательно, более молодым должен стать пьяница Коля! Вот в этом утверждении многие и усматривают парадокс.

Ошибка тут в том, что люди вспоминают о первом постулате Эйнштейна совершенно напрасно. Дело в том, что первый постулат, хоть и, действительно, говорит о равноправии систем отсчёта, но делает это только для инерциальных систем отсчёта. Он явно подчеркивает, что распространяется ТОЛЬКО на инерциальные системы отсчёта (ИСО). Напомним, что ИСО — это такие системы отсчёта, которые связаны с телами, не испытывающими действия сил, то есть не подвергающимися ускорениям, а движущимися равномерно и прямолинейно (другими словами — покоящимися). Только в этих системах справедлив второй постулат об инвариантности скорости света, следовательно, только в них справедливы преобразования Лоренца, выведенные из второго постулата. В итоге замедление времени у Коли для Юры действительно будет иметь место — но только на тех участках пути, которые он летел равномерно-прямолинейно, то есть после разгонов и до торможений.

Пытливый и незашоренный ум ниспровергателя СТО в этом месте может заметить: но ведь с точки зрения Юры в его координатной сетке это не он ускорялся, а Земля ускорялась, так что опять-таки можно говорить о равноправии СО. Но это не так. В отличие от состояния равномерного прямолинейного движения, которое является относительным, то есть невозможно экспериментами установить для двух тел, двигающихся друг относительно друга, какое именно двигается, а какое именно покоится — сама постановка вопроса бессмысленна, — так вот, в отличие от этого, состояние ускорения НЕ относительно. Состояние ускорения легко обнаруживается опытами. Его легко почувствовать на себе в кресле ракеты по эффекту вжимания в это самое кресло. Юра будет отчётливо ощущать силу, вжимающую его в кресло в момент старта ракеты. Коля же в этот момент времени никакого вжимания чувствовать не будет. Никакого равноправия у их систем отсчёта при этом нет. Ускоряется именно Юра, а не Коля (хотелось бы заметить, что имеется в виду инерционное «вжимание», гравитация же одинаково вжимает обоих братьев в то, что под ними и в момент старта ракеты, и некоторое время после).

Большинство объяснений парадокса близнецов на этом останавливается. Мы выяснили, что СО близнецов были неравноправными — вот это неравноправие и выразилось в том, что один из близнецов постарел. На этом ставится точка. Часто замечают при этом, что рассмотреть мир глазами неинерциальной системы отсчёта (неИСО) может только ОТО, а СТО в них неправомерна. Доходит даже до утверждений, что неИСО в СТО рассмотреть невозможно вообще, иначе она превратится в ОТО. Но это уже устаревшая точка зрения, ОТО — это теория, расширяющая СТО до рассмотрения эффектов гравитации, и она довольно остроумно подводит неИСО под мнимое гравитационное поле, что легко, без изменения матаппарата, рассматривает неИСО-вость. Тем не менее, возможно, оставаясь полностью в рамках СТО, разработать матаппарат неИСО-вости без привлечения идей ОТО. То, что получается — тоже ненамного проще, чем формулы ОТО, но всё же попроще (и, кстати, местами очень похоже). И тоже полностью объясняет парадокс близнецов глазами Юры.

Так что же там происходит у Юры, когда он разгоняется/тормозится, то есть в те моменты, когда его СО является неИСО? Если вспомнить про относительность одновременности, вспомнить, что если системы отсчёта двигаются относительно друг друга, то события в них «рассинхронизированы по времени», вспомнить, что пока ракета ещё стояла — рассинхронизации не было, а когда она уже летит (после ускорения) — рассинхронизация уже имеет место, то становится понятно, что именно в момент ускорения и происходит процесс рассинхронизации. Если замостить всё расстояние до звезды синхронно тикающими часами, показывающими одно и то же время, пока ракета стояла, и начать разгоняться, то часы впереди направления ускорения начнут тикать быстрее, и тем быстрее, чем больше до них расстояние. Те часы, которые находятся сзади, начнут тикать медленнее, и тем медленнее, чем они ближе к основанию клина Риндлера. А за основанием клина начнут тикать ускоренно назад, и тем быстрее, чем дальше от них расстояние.

Вот и готово объяснение. В те моменты времени, когда Юра стартовал с Земли и когда он будет в конце эксперимента на ней тормозиться, расстояние до Земли будет нулевым, и эффекты неИСО-вости (рассинхронизации) заметны не будут. Но в те моменты, когда он будет тормозиться у звезды и ускоряться по направлению к Земле (ускорение в обоих случаях направлено на Землю), часы на Земле для Юры стремительно промотаются вперёд — как раз в сумме на эти два года, с поправкой на десять минут.

Парадокс интересен тем, что заставляет всё-таки рассматривать эффекты неИСО-вости, оставаясь в рамках более простой, чем ОТО, специальной теории относительности. Это на самом деле забавно, так как в эффектах неИСО-вости можно наблюдать такие страшные вещи, как горизонт событий, о котором мы знаем из ОТО по чёрным дырам.

Быдло и школота из этой секции тоже может сделать полезный для себя вывод: Коля постарел не потому, что он пил, курил и шлялся, так что никакого вреда эти вещи возрасту не несут. Так поднимем же за это стаканы!

Парадокс диска

Рассмотрим велосипедное колесо, которое крутится с большой скоростью. Каждый элемент спицы движется перпендикулярно своей длине и сокращения в продольном измерении не испытывает. Значит, не испытывает сокращения и вся спица. С другой стороны, каждый элемент обода движется вдоль своей длины и сокращается. Таким образом, отношение длины окружности к её радиусу меняется.

Разгадка в том, что каждый элемент колеса движется ускоренно, и СТО тут малоприменима. В ОТО же непостоянность числа π совершенно нормальна. ЧСХ, как и с парадоксом близнецов, парадокс диска может быть разрешен и в рамках СТО, в этом случае — путем хитрых манипуляций с геометрией пространства-времени. Парадокс был сформулирован неким Эренфестом в 1910 году. Но знатный троллинг Эйнштейна долго не продержался, к 1916 году тот запилил ОТО, где парадокс разрешается естественным образом.

Парадокс Альфы Центавра

Командир космического корабля перед стартом видит Альфу Центавра на расстоянии четыре световых года. Корабль взлетает, летит очень быстро и, благодаря сокращению расстояния, постаревший на год командир видит ту же самую Альфу Центавра на самом кончике своего носа. Значит, средняя скорость сближения корабля и звезды была четыре скорости света.

Это даже не парадокс, а неожиданное и забавное свойство СТО. Скорость, измеренная по расстоянию в покоящейся СО и времени в движущейся СО, — так называемая «собственная скорость» — вполне может быть больше скорости света, СТО говорит лишь о случае, когда и расстояние, и время измерены в одной СО. Более интересным является вопрос, какую скорость сближения видел капитан корабля в процессе полёта (перед решением надо уточнить вопрос, каким образом он измерял расстояние до звезды), и как эффект Доплера сказался на цвете Альфы Центавра.

Это свойство СТО имеет интересный вывод: колонизация космоса в принципе всё-таки возможна, но будет выглядеть совсем не так, как показано в звёздных войнах. Дело в том, что с точки зрения Земли, запускающей колонизационные корабли в космос, они никогда не превысят скорость света, и ждать каких-то результатов экспедиций или колонизаций придётся сотни/тысячи/миллионы/миллиарды лет, смотря куда лететь. Но вот с точки зрения экипажа корабля им вполне по силам достичь самых удалённых галактик за вполне разумное собственное время — никаких миллионов лет, а очень даже быстро — в зависимости от мощности двигателей (правда, такие ещё не изобрели) можно и за десять минут долететь до ближайшей звезды, позаботившись только о том, чтобы ускорение не расплющило всех в лепёшку на борту — это уже технические задачи. Ведь ускоряясь, ракета попадает в такой срез пространства Минковского, где расстояние до далёких звезд резко сокращается (сокращение длин по Лоренцу) и лететь остаётся всего ничего.

Таким образом, складывается интересная ситуация: отправлять колонизационные корабли к самым далёким уголкам галактики, в принципе, возможно, ракета вполне себе долетит, а не истреплется за миллионы лет, так как время на ней для Земли замедлено, в том числе и процессы коррозии обшивки и старения экипажа, но вот дождаться результатов колонизации для Земли уже будет очень проблематично. Вкратце: отправить колонизировать — можно, а дождаться результатов — затруднительно (очень красочно описано в истории консула почти в самом конце «Гипериона» Дэна Симмонса, а также очень хорошо раскрыто в «Тау Ноль» Пола Андерсона, где команда звездолёта так пролетела до коллапса Вселенной и прилетела в новорожденную Вселенную.) Парадокс близнецов — описание этой ситуации на малых расстояниях.

Но есть другая проблема: дело в том, что космос пронизан огромным количеством всяких излучений высоких энергий, радиацией, быстрыми электронами, межзвёздными газами и злобными инопланетянами. И если среди крупных объектов маневрировать на малых (сокращённых) расстояниях уже очень сложно, то от излучения вообще никуда не свернуть. Так что на больших скоростях и при хорошем сокращении расстояний даже фоновое реликтовое излучение, благодаря эффекту Доплера, превратится в адскую баню, сжигающую все известные науке материалы. А космическая пылинка на таких скоростях превратится в атомную бомбу.

Следует отметить, что этот «парадокс» имеет вполне наблюдаемое и измеримое проявление в реальном мире. В космических лучах обнаружены короткоживущие частицы — мюоны. Мюоны летят к нам от далеких звёзд… Нет, не летят — это миф. Все мюоны образуются в атмосфере: протон первичных космических лучей сталкивается с ядрами газов, выбивается π-мезон, который тут же (время жизни нано-секунды) распадается с образованием мюона. А мюоны слабо взаимодействуют с веществом, летят до поверхности Земли и, даже, немного под землю. Фишка в том, что если умножить время жизни мюона (

2 мкс) на скорость света (3*10 8 м/с), то получится всего 600 метров, а образуются они гораздо выше: характерная высота 20 километров.

Мюоны в космических лучах обнаружили в 30—40-х годах прошлого века, особого фурора увеличение их времени жизни не произвело — очередное предсказанное следствие СТО.

Вообще же замедление времени подтверждено и на малых скоростях, и на больших, и «на средних» — и в опытах с атомными часами, пущенными в самолётах, и опытами на ускорителях, где разогнанные до субсветовых скоростей частицы в десятки раз увеличивают «своё время жизни» с точки зрения нас, и в опытах с ионами лития при скорости, равной 6% от скорости света.

Парадокс подводной лодки

Мысленно представим себе подводную лодку, плывущую со скоростью, близкой к скорости света. Тогда, согласно специальной теории относительности, с точки зрения наблюдателя на берегу, длина лодки должна уменьшиться, плотность — увеличиться, и лодка начнет тонуть. Но с точки зрения капитана лодки, наоборот, сжимается и становится более плотной вода, а лодка должна всплывать на поверхность.

Этот парадокс неразрешим в рамках специальной теории относительности, которая не учитывает действие гравитации.

Парадокс Белла

В лабораторной ИСО разместим на некотором расстоянии L две абсолютно одинаковых ракеты, изначально покоящихся, с синхронизированными часами. Пусть капитаны обеих ракет выполняют одинаковое задание: в 12:00 по Москве (этот момент времени в ИСО и ракетах будет одновременным) включают двигатель своей ракеты на одну и ту же мощность, и по прошествии пяти минут по своим часам их отключат. Одна ракета летит вслед за другой.

Рассматривая эксперимент из лабораторной ИСО, нетрудно установить, что пути обеих ракет будут абсолютно идентичными — моменты включения и выключения двигателей совпадут, траектория пути будет идентичной, следовательно, до разгона, во время разгона и по окончании разгона расстояние между ракетами всегда будет равно L — первоначальному расстоянию между ракетами.

«А как же Лоренцево сокращение длин?!» — возмутится обыватель. «Ведь вот, была система из двух ракет, она разогналась до скорости V в лабораторной ИСО, следовательно её длина по Лоренцу должна сократиться, то есть расстояние между ракетами должно уменьшиться!»

Для придания последним словам физического смысла ракеты связывают предельно натянутой веревкой, которая порвётся, если растянуть её (в собственной ИСО веревки) длиннее L и задаются вопросом: «порвётся или не порвётся?».

Ответ — порвётся: одновременность старта ракет, троса, частей ракет и молекул частей ракет в ИСО приведёт к неодновременности старта всего этого хлама в равноускоренной СО. Так что на все части системы будет действовать «разрывная сила» aka приливная сила эффективного гравитационного поля, aka разность гравитационных потенциалов. Впрочем, холивары идут до сих пор, в чём можно убедиться на Педивикии.

Лулз в том, что эффект может порвать не только трос, но и космический корабль ненулевой длины, а порвёт или нет — годный вброс для научного срача.

Общая теория относительности

В которой читатель, прельщаемый гаремом очаровательных теорий гравитации (и некоторых не таких уж очаровательных), спасается от своих безрассудных страстей благодаря множеству экспериментов и остаётся верным своей преданной супруге Геометродинамике, клянётся вести впредь честную жизнь и становится истинно верующим

lurkmore.to

Это интересно:

  • Ооо юрист центр Организация ООО "ЮРИСТ-ЦЕНТР" Юридический адрес: 394030, Г ВОРОНЕЖ, УЛ РЕВОЛЮЦИИ 1905 ГОДА Д 66 ОКФС: 16 - Частная собственность ОКОГУ: 4210014 - Организации, учрежденные юридическими лицами или гражданами, или юридическими лицами […]
  • Правила безопасности ютуб YouTube усилит меры безопасности во всех своих офисах 05.04.2018 в 04:21, просмотров: 1320 В компании YouTube сообщили о намерении усилить меры безопасности в своих офисах по всему миру. "Мы намерены повысить нынешние меры […]
  • Аварии на морских и речных судах в россии Аварии на морских и речных судах в россии Безопасность человека на воде всегда была актуальной проблемой, но, несмотря на стремление специалистов повысить безопасность судоходства, число морских и речных катастроф не уменьшается. […]
  • За мной бани 5 правил Связаться с нами Описание Параметры Доставка Оригинальная интерактивная игра "За мной, Бани" для веселой игры в прятки. Работает в двух режимах: ребенок следует за зайчиком и Бани следует за ребенком, на руку […]
  • Материальные ценности современной молодежи Ценности современной молодежи К 18-20 годам у человека, как правило, формируется система базовых ценностей, то есть тех, которые влияют на все его решения и поступки. В дальнейшем с течением лет она остается практически […]
  • Правила плавания маломерные суда Правила плавания маломерные суда Обучение судоводителей на права ГИМС скидка на НОВОМ САЙТЕ Обучение от 5000 руб. Судоводителям Санкт- Петербурга и Ленинградской области И нформация об обучении, запись на […]