Теория Относительности

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail

Я знаю, что Вам скорее всего наплевать на Теорию относительности, и что Вам кажется, что скучно про это читать, но Вы все равно, пожалуйста, сделайте над собой усилие. Или хотя бы распечатайте и прочитайте в туалете, когда у Вас будет время, и чтоб я больше не слышал нах “Эйнштейн открыл, что все относительно”.

 

Значит, все началось так. В 1600-х годах жил хороший человек Ньютон, он сформулировал три закона, которые Вы все учили в школе и типа, конечно, помните, но я все-равно еще раз напомню:
1. Если на тело не действует никакая сила, то оно покоится или движется прямолинейно и равномерно.
2. Сила равна массе тела, помноженной на его ускорение.
3. С той-же силой, с которой одно тело действует на другое, и то другое тоже действует на него, только в обратном направлении.

1-ый закон на самом-то деле и Ньютону то не принадлежал, это был принцип относительности Галилея. Означал он следующее: Если из точки ноль вышел молодой человек Бонч и стал по оси x двигаться со скоростью u, а в точке ноль остался ждать его брат-близнец Бруевич, то за время t начало системы координат Бонча сдвинулось по оси x на ut, и в системе координат Бруевича (x, y, z, t) система координат Бонча (x’, y’, z’, t’) будет связана с его собственной соотношениями:

x’=x-ut, y’=y, z’=z, t’=t

Все уравнения механики, подчиняясь этим преобразованиям, сохраняли свое значение, так и проверялась их правильность. Но однажды, спустя много лет, появился некто Максвелл, который экспериментальным методом и методом синтеза всего накопленного до него родил четыре волшебных уравнения электромеханики. Работали они офигенно, но вот блин принципу относительности Галилея-Ньютона не подчинялись!
Это настораживало, это пугало. Физики первым делом, конечно, взялись пересматривать уравнения Максвелла, но те, суки, работали. Поэтому пришлось пересмотреть законы механики.
Лоренц, знатный махинатор, первый заметил, что если подставить в уравнения Максвелла

x’=(x-ut)/(sqrt(1-u2/c2)), y’=y, z’=z, t’=(t-ux/c2)/(sqrt(1-u2/c2))

то форма уравнений после подстановки Галилея не менялась!
А дальше понеслось… Пуанкаре где-то ляпнул, что, возможно, абсолютно все физические законы не должны меняться от преобразований Лоренца, Эйнштейн эту мысль подхватил и подставил во все известные ему законы, в том числе, во второй закон Ньютона. Как оказалось, единственное, что нужно потребовать от всех(!) законов физики, это чтобы масса тела была не константой, а функцией от скорости:

m=m0/(sqrt(1-u2/c2)).

Что это значит, вы меня спросите, как это, масса - не масса, а функция от скорости, как такое может быть?!
А вот смотрите. Когда телу сообщена мегасила, и оно летит с огроменной скоростью, со скоростью света, и тут мы прикладываем к нему еще большую силу, по идее она должна бы вызвать и увеличение скорости, но выше, чем скорость света, тело разогнаться не может по определению, так куда же уходит эта сила, на что она влияет в уравнении F=ma? Правильно, она уходит в массу. Т.е. чем ближе скорость тела к скорости света, тем больше становится масса тела. Эту парадоксальную связь между массой и силой Эйнштейн и выразил в своем знаменитом

e=mc2,
где e - это полная энергия тела, а m - это m0/(sqrt(1-u2/c2)).

Но не только с точки зрения массы эта теория так уж интересна. Еще интереснее проявляет себя время. Как мы помним, время в движущейся системе может быть получено из нашего не движущегося с помощью преобразования Лоренца:

t’=(t-ux/c2)/(sqrt(1-u2/c2))

а это значит, что когда мы наблюдаем, например, как в космическом корабле, двужущемся со значительной скоростью, космонавт прикуривает сигарету (никогда так не далайте), то нам кажется с Земли, что он это делает несколько медленнее, чем обычно, а ему же кажется, что все в порядке, и что он действует как всегда. Почему?
Установим на космическом корабле и на Земле одинаковые секундомеры самой простой конструкции: две линзы одна под другой, и пустим между ними лучик света. Он будет прыгать вверх-вниз и каждый раз, как он будет достигать нижней линзы, секундомер будет отсчитывать одну секунду. Итак, космонавту на корабле кажется, что его лучик прыгает вверх вниз по одной прямой |, а мы же, когда с Земли смотрим на его лучик, видим, что он движется как бы зигзагом /\/\/\/\/\, потому что пока лучик летит между линзами, линза к которой он летит пролетает какое-то расстояние! То есть лучик летит уже чуток не туда-же, откуда он прилетел пол секунды назад. И во столько раз, во сколько гипотенуза / треугольника, образованного от одной грани такого зигзага, оказывается меньше вертикального катета |, во столько раз, нам кажется, секунда у космонавта длиннее, чем наша секунда.

Ну а вдруг это просто часы мы выбрали плохие, а другие, хорошие часы, покажут нам правильное время?.. Но ведь если разные часы покажут в одном движущемся корабле разное время, нарушится первый закон Ньютона, по которому мы никак не должны смочь определить, движется тело или покоится, пока сами находимся внутри внутри этого тела! Ведь тогда мы смогли бы не только узнать, что движемся, но даже смогли бы определить нашу скорость, сверив часы, а определить-то абсолютную скорость никак нельзя по законам Физики! Поэтому все часы на корабле, атомные, механические, любые(!) синхронизируются с нашими гипотетическими световыми. На практике это называется “синхронизация часов” и работает всегда!
На таком восхитительном свойстве времени - течь по-разному - основан знаменитый “парадокс близнецов”. Вспомним наших Бонча и Бруевича. Пусть Бонч улетел в космос и летал там со скоростью, сравнимой со скоростью света. Когда он прилетит обратно, его тело будет физически моложе тела его брата Бруевича, потому что Бруевич прожил на Земле на несколько секунд, минут, лет… больше, относительно Бонча (тут сложатся все разницы между катетами и гипотенузами нашего зигзага). Пока у Бонча длилась одна секунда в Земной системе координат, у Бруевича то проходила 1,00..1!
Но ведь Земля то движется по отношению к кораблю с той-же скоростью, что и корабль по отношению к Земле! - возмутитесь Вы, и будете правы. В чем же дело, почему молодым оказался Бонч, а не Бруевич? Физики отвечают на этот вопрос так: более медленным временем наделено то, что претерпело на себе ускорение и замедление обратно. Действительно, ведь Бруевич как жил, так и жил себе, его скорость в его координатах не ускорялась и не замедлялось, а вот скорость Бонча изменялась, и Бонч это на себе прочувствовал, он прежил ускорение и сопутствующие ему моменты инерции, и поэтому молод он, а не его приземленный братан.

Вот такая вот теория относительности, друзья мои. Самое главное в ней - что скорость света не обогнать, что на разных расстояниях и скоростях все определяется по разному - и пространство, и время (принцип близкодействия), и что все на свете на самом деле взаимосвязано - скорость переходит в массу, та переходит в энергию, та переходит в силу, которая снова переходит в скорость, и все это - суть одно и то же =)

Я надеюсь, что Вы представляли себе всю красоту процессов, которые я постарался описать, и вместе со мной восхищаетесь теми фантастическими красотой и гармонией, с которыми создан этот мир!!!

Техническая поддержка сайта: MasterMaster.SPb.ru