Три вида относительности в физике (видео научпоп + статья внутри)
Теория относительности — это очень популярная штука. Даже люди, далекие от физики, наверняка слышали хоть раз в жизни про относительность.
Мне понятие относительности впервые попалось в рекламе. Возможно вы помните, что одно время на телевидении крутили ролик, где некоторый товарищ приносил Эйнштейну ящик и спрашивал мол — куда ящик ставить? Эйнштейн, не долго думая, отвечал — ну поставьте ящик справа. Мужик переспрашивал — справа относительно меня или вас? У Эйнштейна загоралась лампочка над головой и он кричал гениально!!! Видимо был намек на то, что именно так открылась теория относительности :)
Понятие относительности
Между тем, понятие относительности существовало гораздо раньше, чем Эйнштейн даже родился на этот свет. Ещё папа механики Ньютон использовал понятие относительности движения. Оно и логично. Представьте себе любую жизненную ситуацию, где происходит механическое движение. Это движение всегда рассматривается относительно чего-то. Причем, если рассматривать его относительно разных точек, то меняется и значение изучаемого параметра.
Думаю, понятие относительности протекания процессов в физике долго пояснять и раскрывать не нужно. Если поезд едет со скоростью 50 км/ч, то относительно неподвижной станции его скорость 50 км/ч, а относительно идущего рядом поезда в том же направлении — это 0 км/ч.
Вот только если приправить всё это современными знаниями, например представлениями о скорости света, то и относительность получится слегка другой.
Начнем с того, что смысл теории относительности везде, в общем-то, сохраняется. Из общей теории относительности следует специальная теория относительности, а из неё можно выделить и Ньютоновскую часть.
Относительность у Ньютона
По большому счёту, можно сказать, что вся механика Ньютона — это частный случай специальной теории относительности. Главное различие тут — абсолют. Только сидхи всё возводят в абсолют, а ещё так делает Ньютон.
В этой версии относительности есть и привычная всем нам координатная плоскость, и вполне себе работают часы, и гравитация влияет на объекты только как гравитация. Ещё у тел есть длина, которая неизменна. И, в общем-то, если говорить о физике с позиции здравомыслящего человека, который пока ещё не заглядывал глубже, то теория Ньютона выглядит наиболее логичной и правильной. Относительность воспринимается как логичная и понятная сущность.
Законы физики Ньютона имеют дело с абсолютным временем и движением. Но в процессе развития знаний о природе оказалось, что всё немного иначе. Появилась более крутая теория относительности. Тут отметим, что Эйнштейн, которому негласно приписывается абсолютно ВСЁ, связанное с относительностями в физике, был далеко не первым, кто об этом задумывался.
Так, новый взгляд на относительность изначально рассматривал Анри Пуанкаре.
Специальная теория относительности Эйнштейна (СТО)
Специальная теория относительности Эйнштейна математически показала, что ни одна из абсолютных величин Ньютона, таковыми не являются. Единственная константа тут — это скорость света во вселенной.
Относительно любого тела скорость света будет неизменной величиной, как бы быстро оно не двигалось
Тут сразу вспоминаются эти шуточки, про велосипед и фонарик. И вполне справедливо и логично считать, что применяя релятивистское сложение скоростей так и должно быть, но нет.
Относительно любого тела скорость света будет неизменной величиной, как бы быстро оно не двигалось
Тут сразу вспоминаются эти шуточки, про велосипед и фонарик. И вполне справедливо и логично считать, что применяя релятивистское сложение скоростей так и должно быть, но нет.
По идее, скорость движущегося вперед велосипеда должна суммироваться со скоростью света в фонарике и вот мы и превысили скорость света. Однако, было доказано, что скорость света в подобных ситуациях превысить невозможно и все взаимодействия не могут её превышать.
В итоге мы имеем два основных положения СТО:
- Принцип относительности, который говорит, что для тех тел, которые перемещаются относительно друг друга на постоянной скорости или неподвижны, физические процессы протекают одинаково и работает механика Ньютона
- Принцип постоянства скорости света, который и запрещает свету в фонарике велосипеда превышать скорость света и суммироваться
Массивные математические вычисления показывают, что второе обстоятельство вызывает множество странных парадоксов. Например, длина не является константой и при движении вперед с большой скоростью линейная длина тела начинает уменьшаться!
Важным дополнением будет тот факт, что обстоятельства эти начинают работать уже и при меньших скоростях. Например, широко известен эксперимент, в котором высокоточные часы на борту скоростного лайнера шли медленнее, чем на земле.
Общая теория относительности (ОТО)
Специальная теория следует из общей теории относительности и является её частным случаем. Это означает, что она вполне применима для нашего пространства. Но откуда берется вся эта, простите, чертовщина? Почему часы идут медленнее в самолете? Это и пытается объяснить ОТО. Причем, через гравитацию и массу.
Тут тоже Эйнштейн успел наломать дров, но не в одиночку.
Общая теория относительности подразумевает очень важное и страшное обстоятельство.
Пространство и время не являются однородной системой.
Мы не можем воспринимать четырехмерное пространство. Мы не умеем работать со временем. То, что доступно нам — это проекции. Не реальность, а проекции. Поэтому, возможны и искажения и длины, и времени.
Массивные объекты вызывают искажение пространства-времени и это называется гравитацией. В такие искажения проваливаются объекты, а мы ощущаем это как силу притяжения.
Масса изгибает окружающее её пространство так, что мы движемся к центрам большей массы.
В специальной теории относительности всё ещё как-то походило на добрую и очевидную механику Ньютона. Тут нет. Теперь добавилось ускорение! Теперь любое неподвижное тело на самом деле двигается, да ещё и с ускорением. Если у Ньютона тела просто притягивались друг к другу, то Эйнштейн в общей теории взял и сказал - все объекты проваливаются в дыры пространства друг за другом.
Ожидаемое движение предметов и тел подразумевает следование простейшему пути через пространство-время без взаимодействия с пространством.
Vkontakte
Twitter
Одноклассники
