2. Теория относительности.
рия тельности — термин,
введённый в 1906 году Максом Планком с
целью показать, как специальная теория
относительности (и, позже, общая теория
относительности) использует принцип
относительности. Часто используется
просто как эквивалент понятия
«релятивистская физика». Теория
относительности подразделяется на 2
части: общая теория относительности -
изучает взаимосвязи между временем,
пространством и силой тяжести, или
гравитацией и специальная теория
относительности.
3. Теория относительности применяется в
физике и астрономии начиная с XX века.
Впервые новая теория заменила 200-
летнюю механику Ньютона. Это в корне
изменило восприятие мира.
Ньютоновские понятия о движении были
опровергнуты или кардинально
скорректированы посредством нового
достаточно глубокого
применения принципа относительности
движения. Время уже не было
абсолютным (а начиная с ОТО — и
равномерным). С помощью данной теории
космология и астрофизика сумела
предсказать такие чрезвычайные явления,
как нейтронные звезды, черные
дыры и гравитационные волны.
4. Более того, Эйнштейн изменил
фундаментальные взгляды на
время и пространство. Согласно
теории относительности время
необходимо воспринимать как
почти равноправную
составляющую
(координату) пространства-
времени, которая может
смешиваться в преобразовании
координат при смене (изменении
скорости движения) системы
отсчета с обычными
пространственными
координатами, подобно тому, как
смешиваются друг с другом
пространственные координаты в
преобразовании их при повороте
осей обычной трехмерной
системы координат.
5. Теория относительности.
Говорят, что прозрение пришло
к Альберту Эйнштейну в одно
мгновение. Ученый якобы ехал
на трамвае по Берну
(Швейцария), взглянул на
уличные часы и внезапно
осознал, что если бы трамвай
сейчас разогнался до скорости
света, то в его восприятии эти
часы остановились бы — и
времени бы вокруг не стало.
Это и привело его к
формулировке одного из
центральных постулатов
относительности — что
различные наблюдатели по-
разному воспринимают
действительность, включая
столь фундаментальные
величины, как расстояние и
время.
6. Системы отчета
Говоря научным языком, в
тот день Эйнштейн
осознал, что описание
любого физического
события или явления
зависит от системы
отсчета, в которой
находится наблюдатель
Если пассажирка трамвая,
например, уронит очки, то
для нее они упадут
вертикально вниз, а для
пешехода, стоящего на
улице, очки будут падать
по параболе, поскольку
трамвай движется, в то
время как очки падают. У
каждого своя система
отсчета.
7. Как любую гипотезу, принцип относительности нужно было
проверить путем соотнесения его с реальными
природными явлениями. Из принципа относительности
Эйнштейн вывел две отдельные (хотя и родственные)
теории. Специальная, или частная, теория
относительности исходит из положения, что законы
природы одни и те же для всех систем отсчета, движущихся
с постоянной скоростью. Общая теория
относительности распространяет этот принцип на любые
системы отсчета, включая те, что движутся с ускорением.
Специальная теория относительности была опубликована в
1905 году, а более сложная с точки зрения математического
аппарата общая теория относительности была завершена
Эйнштейном к 1916 году.
8. Специальная теория относительности
В 1881 году – ученый Майкельсон, опыт разделения
светового луча с помощью полупрозрачного зеркала
на 2 луча. Его результаты оказались неожиданными
для классической физики своего времени:
независимость скорости света от направления и
орбитального движения Земли вокруг Солнца.
Попытка интерпретировать этот результат в начале
XX века вылилась в пересмотр классических
представлений, и привела к созданию специальной
теории относительности.
Постулат I
Объекты, движущиеся со скоростью света, движутся во всех
инерциальных системах отсчета с одной и той же скоростью с
9. Инерциальная система отсчёта (ИСО) — это
такая система, относительно которой объект, не
подверженный внешним воздействиям,
движется равномерно и прямолинейно.
Постулируется, что любая система отсчёта,
движущаяся относительно данной
инерциальной системы равномерно и
прямолинейно, также является ИСО
Во всех инерциальных системах физические законы имеют
одинаковую форму. Другими словами, все инерциальные системы
равноправны в том смысле, что никакими опытами – в механике,
оптике или иных областях науки – невозможно установить, что одна
какая-либо система имеет предпочтение перед другими. Иными
словами, не существует ни абсолютного покоя, ни абсолютного
движения.
10. Общая теория относительности
Общая теория относительности применяется уже ко всем
системам отсчета (а не только к движущимися с постоянной
скоростью друг относительно друга) Она включает в себя как
частный случай специальную теорию относительности (и,
следовательно, законы Ньютона). При этом общая теория
относительности идёт значительно дальше всех своих
предшественниц. В частности, она дает новую
интерпретацию гравитации.
Общая теория относительности делает мир четырехмерным:
к трем пространственным измерениям добавляется время.
Все четыре измерения неразрывны, поэтому речь идет уже
не о пространственном расстоянии между двумя объектами,
как это имеет место в трехмерном мире, а о
пространственно-временных интервалах между событиями,
которые объединяют их удаленность друг от друга — как по
времени, так и в пространстве. То есть пространство и время
рассматриваются как четырехмерный пространственно-
временной континуум или, попросту, пространство-время.
11. Закон всемирного тяготения
Ньютона говорит нам, что между
любыми двумя телами во Вселенной
существует сила взаимного
притяжения. С этой точки зрения
Земля вращается вокруг Солнца,
поскольку между ними действуют
силы взаимного притяжения. Общая
теория относительности, однако,
заставляет нас взглянуть на это
явление иначе. Согласно этой теории,
гравитация — это следствие
деформации («искривления») упругой
ткани пространства-времени под
воздействием массы (при этом чем
тяжелее тело, например Солнце, тем
сильнее пространство-время
«прогибается» под ним и тем,
соответственно, сильнее его
гравитационное поле). А то, что нам
кажется силой тяжести, на самом деле
является, по сути чисто внешнем
проявлением искривления
пространства-времени, а вовсе не силой
в ньютоновском понимании. На
сегодняшний день лучшего объяснения
природы гравитации, чем дает нам
общая теория относительности, не
12. Кроме того, общая теория
относительности помогает
объяснить явления, которые мы
наблюдаем в космосе, — например,
незначительные отклонения
Меркурия от стационарной
орбиты, необъяснимые с точки
зрения классической механики
Ньютона, или искривление
электромагнитного излучения
далеких звезд при его
прохождении в непосредственной
близости от Солнца.
13. Эффект замедления времени
Представим себе два одинаковых космических
корабля движущихся с высокими скоростями в
противоположные скорости. Космонавт первого
космических корабля будет видеть, что второй
корабль короче чем у него. Космонавт же
второго корабля будет видеть первый корабль
короче. Аналогично со временем. Оба
космонавта чистят зубы за 5 минут. Но в
подобной ситуации первый космонавт будет
чистить зубы дольше чем 5 минут по часам
второго. Второй же будет чистить дольше чем
первый. Здесь совершенно невозможно сказать
одновременно они закончили чистить зубы или
нет. В этом и заключается парадокс времени.
14. Немного анекдотов…
Эйнштейна попросили в двух словах
объяснить теорию относительности.
Он говорит:
- Все очень просто. Смотрите: один волос на
голове - это мало, не правда ли?
- конечно...
- Вот ... а в тарелке супа - много.
У Энштейна как-то спросили. Как вы
относитесь к женщинам?
О-о! Сказал Энштейн. И пошел писать свою
теорию относительности.
15. Эйнштейн умирает и попадает на небо:
- Альберт, сын мой, ты жил праведно и много
сделал. Есть ли у тебя какие-то просьба?
- Господи, покажи мне формулу всего сущего!
Щелчок пальцами, появляется доска
исписанная формулами. Эйнштейн, изучая
написанное:
- Это еще Ньютон знал, это я знал, это похоже на
правду... О, о вот этом я догадывался... Хм...
Господи! По-моему, вот здесь у тебя какая-то
фигня!
- Да я и сам уже это понял...
Первокурсник предлагает сокурснице:
- пойдем ко мне домой, кофе попьем...
- Нет, я так не могу. У нас ведь даже нет общих
знакомых...
- как же нет? Эйнштейна знаешь?
- Конечно!
- Тогда пошли!
