Logo

Теория относительности простыми словами

Приветствуем вас, приверженцы релятивизма! Сегодня мы по­го­во­рим про теорию от­но­си­тель­нос­ти прос­ты­ми словами. Ну, на­сколь­ко это воз­мож­но. По крайней мере, рас­сказ будет ус­лож­нять­ся по мере по­вест­во­ва­ния. Поэтому его вос­при­я­тие не должно вызвать проблем. Сна­ча­ла мы кратко из­ло­жим ос­нов­ные пос­ту­ла­ты теории от­но­си­тель­нос­ти простыми словами. А уже потом уг­лу­бим­ся в её ин­те­рес­ные след­ст­вия и прак­ти­чес­кое при­ме­не­ние. Кроме того, мы рас­смот­рим историю её раз­ви­тия и вза­и­мо­связь с клас­си­чес­кой физикой. Поэтому текста будет немало, но он раз­бав­лен ин­те­рес­ны­ми ин­фо­гра­фи­ка­ми и под­креп­лён ссыл­ка­ми на на­уч­ные ис­сле­до­ва­ния. Так что будет ин­те­рес­но!

ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ПРОСТЫМИ СЛОВАМИ

Теория относительности простыми словами является теорией дви­же­ния света и теорией гра­ви­та­ции. Спе­ци­аль­ная теория от­но­си­тель­нос­ти (СТО), раз­ра­бо­тан­ная Ло­рен­цом, Эйн­штей­ном и Пу­ан­ка­ре, пос­вя­ще­на при­ве­де­нию теории элек­тро­маг­не­тиз­ма в общий вид [1]. И именно из неё сле­до­ва­ло пос­то­янст­во скорости света в ва­ку­у­ме и от­сут­ст­в­ие ис­тин­но­го времени. Пос­коль­ку ока­за­лось, что время яв­ля­ет­ся свойст­вом дви­же­ния материи. Поэтому, чем быст­рее материя дви­га­ет­ся, тем мед­лен­нее течёт время [2]. Но не для самой материи, а только для сто­рон­не­го наб­лю­да­те­ля. Пос­коль­ку соб­с­т­вен­ное время самой ма­те­рии аб­со­лют­но и не­из­мен­но. А вот ко­ор­ди­нат­ное время мо­жет ме­нять­ся! Таким об­ра­зом, для двух объек­тов, дви­га­ю­щих­ся с разной ско­рос­тью, ко­ор­ди­нат­ное время будет течь по-раз­но­му.

Из этого следует, что, во-первых, теория от­но­си­тель­нос­ти прос­ты­ми словами – это враньё и про­во­ка­ция, а, во-вто­рых, что ощу­ще­ние времени от ско­рос­ти дви­же­ния не зависит, но от­но­си­тель­ная ско­рость дви­же­ния времени – за­ви­сит! Например, если пу­те­шест­вен­ник с Зем­ли летит к Аль­фа-Цен­тав­ре на ракете с ус­ко­ре­ни­ем в 10м/сек2, стре­мясь к ско­рос­ти света, а потом раз­во­ра­чи­ва­ет­ся и с такой же ско­рос­тью летит об­рат­но, то его пу­те­шест­вие для земного наб­лю­да­те­ля займёт ≈11 лет и 9 ме­ся­цев, а для пу­те­шест­вен­ни­ка ≈7лет [3]. Хотя и тот и другой каж­дый час аб­со­лют­но­го времени будет ощу­щать оди­на­ко­во. Вот в этом и зак­лю­ча­ет­ся принцип от­но­си­тель­нос­ти времени. Но на этом всё не за­кон­чи­лось!

Общая теория относительности простыми словами

СТО позволила привести теорию электро­маг­не­тиз­ма в общий вид, в ре­зуль­та­те чего по­на­до­би­лась Общая теория от­но­си­тель­нос­ти (ОТО). Чтобы каж­дый дво­еч­ник знал хотя бы одну фи­зи­чес­кую фор­му­лу. А именно E=mc2 [4]. Которая от­ра­жа­ет эк­ви­ва­лент­ность массы и энер­гии. А по­лу­чить эту фор­му­лу удалось бла­го­да­ря вве­де­нию понятия ре­ля­ти­вист­с­кой массы [5]. Ко­то­рое, в свою оче­редь, приш­лось ввести для со­от­вет­с­т­вия СТО законам сох­ра­не­ния массы, энер­гии и им­пуль­са. Пос­коль­ку в теории от­но­си­тель­нос­ти масса за­ви­сит от ско­рос­ти [6]. Но не масса ма­те­рии в покое, а имен­но ре­ля­ти­вист­с­кая масса! И затем от рас­смот­ре­ния инер­ци­он­ных систем пе­реш­ли к рас­смот­ре­нию не­инер­ци­он­ных сис­тем. И, как след­с­т­вие, от СТО к ОТО!

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Общая теория относительности простыми словами яв­ля­ет­ся, в первую оче­редь, теорией все­мир­но­го тя­го­те­ния [7]. И, если ре­ля­ти­вист­с­кий эф­фект Доп­ле­ра надёжно под­т­вер­ж­да­ет от­но­си­тель­ность времени в СТО [8], в ре­зуль­та­те чего все­лен­ная ока­зы­ва­ет­ся че­ты­рёх­мер­ным прос­т­ранст­вом-вре­ме­нем [9], то ОТО надёжно под­т­вер­ж­да­ет то, что прос­т­ран­с­т­во не­ев­кли­до­во [10] и, так же как и время, яв­ля­ет­ся свойст­вом материи [11]. А из этого следует, что ни прос­т­ран­с­т­во, ни время не су­щест­ву­ет не­за­ви­си­мо от ма­те­рии. И всё это надёжно под­т­вер­ж­да­ет­ся не только ма­те­ма­ти­чес­ким ап­па­ра­том [12], но и наб­лю­да­тель­ны­ми фактами [11]. Боль­ше того, каждый из нас поль­зу­ет­ся ре­зуль­та­та­ми этой теории по пути на ра­бо­ту с помощью де­шё­во­го ки­тай­с­ко­го GPS [13].

НОВАЯ ФИЗИКА

Вот так о теории относительности можно рас­ска­зать прос­ты­ми словами в общих чертах. Хотя, ко­неч­но, следует понимать, что без ма­те­ма­ти­чес­ко­го ап­па­ра­та, а тем более в таком ском­кан­ном виде, всё это очень грубо и при­бли­жён­но. Но след­с­т­ви­ем теории от­но­си­тель­нос­ти дей­ст­ви­тель­но является пос­то­ян­с­т­во ско­рос­ти света, а так же не­воз­мож­ность его пре­о­до­ле­ния. В ре­зуль­та­те чего на­ру­ша­ет­ся принцип сложения ско­рос­тей. Глав­ным же след­с­т­ви­ем является то, что гео­мет­ри­чес­кие свойства прос­т­ран­с­т­вен­но-вре­мен­но­го кон­ти­ну­у­ма оп­ре­де­ля­ют­ся гра­ви­та­цией. То есть истинное прос­т­ран­с­т­во и время не су­щест­ву­ет. Прос­т­ран­с­т­во и время яв­ля­ют­ся лишь свойст­ва­ми ма­те­рии!

АЛЬБЕРТ ЭЙНШТЕЙН

Сам Эйнштейн говорил о принципе от­но­си­тель­нос­ти так: «Ког­да парень про­во­дит час в об­щест­ве кра­си­вой женщины, то ему кажется, что прош­ла всего одна минута. Ког­да он сидит на рас­ка­лён­ной печи всего одну ми­ну­ту – ему ка­жет­ся, что прошло больше часа. Это и есть прин­цип от­но­си­тель­нос­ти» [14]. И это хо­ро­ший наг­ляд­ный пример. Причём, как от­но­си­тель­нос­ти, так и того, что о теории от­но­си­тель­нос­ти прос­ты­ми словами точно го­во­рить не по­лу­ча­ет­ся. Даже Эйн­ш­тей­ну! Пос­коль­ку принцип от­но­си­тель­нос­ти времени зак­лю­ча­ет­ся не в том, как оно ощу­ща­ет­ся. Как раз, на­о­бо­рот, аб­со­лют­ное время не­из­мен­но. А вот ко­ор­ди­нат­ное время – от­но­си­тель­но.

Интересные следствия теории относительности

  1. Теория относительности под­т­вер­ж­да­ет факт то­го, что мы жи­вём в прос­т­ран­с­т­ве с не­ев­кли­до­вой ге­о­мет­рией [15]. Хо­тя он сле­ду­ет не толь­ко из неё, но и из не­воз­мож­нос­ти до­ка­зать пя­тый пос­ту­лат Эв­кли­да [16], [17]. Ко­то­рый гла­сит, что «в плос­кос­ти че­рез точ­ку, не ле­жа­щую на дан­ной пря­мой, мож­но про­вес­ти од­ну и толь­ко од­ну пря­мую, па­рал­лель­ную дан­ной.
  2. Именно теория от­но­си­тель­нос­ти поз­во­ли­ла от­ка­зать­ся от ги­по­те­зы эфи­ра [1]. При этом сле­ду­ет за­ме­тить, что са­ма ги­по­те­за эфи­ра сна­ча­ла бы­ла экс­пе­ри­мен­таль­но оп­ро­верг­ну­та [18].
  3. Гравитация рас­прос­т­ра­ня­ет­ся со ско­рос­тью све­та, а не мгно­вен­но, как счи­тал Нью­тон [19], [20]. А ско­рость све­та в ва­ку­у­ме рав­на ≈300.000км/сек и яв­ля­ет­ся кон­с­тан­той, но мо­жет за­мед­лять­ся в во­де, воз­ду­хе и дру­гой ма­те­рии. Нап­ри­мер, в гла­зу ско­рость све­та рав­на 225.000км/сек [21].
  4. Ничто не может двигаться быст­рее ско­рос­ти све­та. При­чём ско­рость све­та на­ру­ша­ет прин­цип сло­же­ния ско­рос­тей [22], и по­то­му не за­ви­сит от ско­рос­ти сво­е­го ис­точ­ни­ка. А всё по­то­му, что ско­рость све­та ве­ли­чи­на не от­но­си­тель­ная, а аб­со­лют­ная!
  5. Из абсолютности ско­рос­ти све­та сле­ду­ет прин­цип от­но­си­тель­нос­ти од­но­вре­мен­нос­ти. Суть ко­то­ро­го зак­лю­ча­ет­ся в том, что для наб­лю­да­те­ля, сто­я­ще­го по­се­ре­ди­не кры­ши по­ез­да и пус­ка­ю­ще­го два лу­ча в раз­ные его кон­цы, лу­чи дой­дут в оба кон­ца од­но­вре­мен­но. А для сто­рон­не­го наб­лю­да­те­ля нет [23].
  6. Скорость света не ог­ра­ни­чи­ва­ет воз­мож­ность двух объ­ек­тов уда­лять­ся друг от дру­га со ско­рос­тью, пре­вы­ша­ю­щей ско­рость све­та. И тут ни­ка­ко­го про­ти­во­ре­чия с те­о­рией от­но­си­тель­нос­ти нет. Ведь каж­дый из них дви­га­ет­ся мед­лен­нее ско­рос­ти све­та. По­э­то­му в рам­ках те­о­рии от­но­си­тель­нос­ти га­лак­ти­ки мо­гут уда­лять­ся друг от дру­га быст­рее ско­рос­ти све­та.
  7. Расширение вселенной и те­о­рия Боль­шо­го взры­ва ста­ли след­с­т­ви­ем раз­ви­тия те­о­рии от­но­си­тель­нос­ти [24]. Соб­с­т­вен­но, как и ги­по­те­за о су­ще­с­т­во­ва­нии чёр­ных дыр [11].

Проверь себя – ответь на вопросы по статье

P.S. Благодарим за вни­ма­ние! На­де­ем­ся, что ста­тья вам пон­ра­ви­лась. Но про­сим учесть, что те­ма очень об­шир­ная и для кор­рек­т­но­го из­ло­же­ния тре­бу­ет книж­но­го фор­ма­та. По­э­то­му дан­ная ста­тья и на­зы­ва­ет­ся «Те­о­рия от­но­си­тель­нос­ти прос­ты­ми сло­ва­ми». Всем же, ко­го ин­те­ре­су­ет бо­лее глу­бо­кое на­уч­но-по­пу­ляр­ное изу­че­ние те­о­рии от­но­си­тель­нос­ти, ре­ко­мен­ду­ем к проч­те­нию кни­гу А. И. Жу­ко­ва «Вве­де­ние в те­о­рию от­но­си­тель­нос­ти». Она хоть и на­пи­са­на в 1961 го­ду, но на­пи­са­на очень дос­туп­ным язы­ком, при этом ос­та­ва­ясь имен­но по­пу­ляр­ной на­у­кой, а не по­пу­ляр­ным рас­ска­зом о на­у­ке. Ну а мы приг­ла­ша­ем всех в ком­мен­та­рии и бу­дем бла­го­дар­ны, ес­ли вы оце­ни­те ста­тью и по­де­ли­тесь ею с друзь­я­ми!

Источники

[1] arxiv.org/abs/1302.6965

[2] arxiv.org/abs/physics/0510219

[3] А. И. Жуков «Введение в теорию от­но­си­тель­нос­ти»/А. И. Жу­ков. – Москва: ГО­СУ­ДАРСТ­ВЕН­НОЕ ИЗ­ДА­ТЕЛЬСТ­ВО ФИ­ЗИ­КО-МА­ТЕ­МА­ТИ­ЧЕС­КОЙ ЛИ­ТЕ­РА­ТУ­РЫ, 1951. – стр. 94

[4] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC224507/

[5] arxiv.org/abs/physics/0504110

[6] arxiv.org/abs/1301.0753

[7] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4854779/

[8] arxiv.org/abs/physics/0509163

[9] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC222796/

[10] arxiv.org/abs/1601.04996

[11] arxiv.org/abs/1509.01772

[12] arxiv.org/abs/1603.07328

[13] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5253894/

[14] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2707607/

[15] arxiv.org/abs/physics/0408077

[16] arxiv.org/abs/1008.2667

[17] arxiv.org/abs/1307.4902

[18] arxiv.org/abs/physics/0311054

[19] arxiv.org/abs/1608.07136

[20] arxiv.org/abs/1001.0785

[21] ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4763133/

[22] А. И. Жуков «Введение в теорию от­но­си­тель­нос­ти»/А. И. Жу­ков. – Москва: ГО­СУ­ДАРСТ­ВЕН­НОЕ ИЗ­ДА­ТЕЛЬСТ­ВО ФИ­ЗИ­КО-МА­ТЕ­МА­ТИ­ЧЕС­КОЙ ЛИ­ТЕ­РА­ТУ­РЫ, 1951. – стр. 15

[23] А. И. Жуков «Введение в теорию от­но­си­тель­нос­ти»/А. И. Жу­ков. – Москва: ГО­СУ­ДАРСТ­ВЕН­НОЕ ИЗ­ДА­ТЕЛЬСТ­ВО ФИ­ЗИ­КО-МА­ТЕ­МА­ТИ­ЧЕС­КОЙ ЛИ­ТЕ­РА­ТУ­РЫ, 1951. – стр. 25

[24] arxiv.org/abs/1606.06112

[свернуть]
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...

avatar
  Подпишись!  
Уведомлять
Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить