Скорость света независима от их движений и одинакова во всех направлениях

Но это требует отбросить представление о том, что существует единая для всех величина, называемая временем, которую измеряют любые часы. Вместо этого у каждого должно быть свое собственное, персональное время. Время двух человек будет совпадать, только если они находятся в покое друг относительно друга, но не в том случае, если они движутся.

Это было подтверждено рядом экспериментов. В одном из них два очень точных хронометра отправили вокруг света в противоположных направлениях, и по возвращении их показания слегка различались: показания часов, которые летели на восток, оказались немного меньше. Отсюда можно сделать вывод: желая продлить свою жизнь, надо постоянно лететь на восток, чтобы скорость самолета добавлялась к скорости вращения Земли (она вращается с запада на восток).

Постулат Эйнштейна о том, что законы природы должны быть одинаковы для всех свободно движущихся наблюдателей, стал основой теории относительности, получившей такое название потому, что значение имеют только относительные движения. Ее красоту и простоту признают многие мыслители, но остается и немало тех, кто думает иначе.

Эйнштейн отбросил два абсолюта науки 19 века:

· Абсолютный покой, представленный эфиром

· Абсолютное универсальное время, которое измеряют все часы.

Теория относительности сегодня полностью принята научным сообществом, а ее предсказания были проверены в бесчисленном количестве экспериментов:

1. Парадокс близнецов

Согласно теории относительности каждый наблюдатель имеет свою меру времени – это может приводить к так называемому парадоксу близнецов:

· один из близнецов (а) отправляется в космическое путешествие, в ходе которого движется с околосветовой скоростью (с), а его брат (б) остается на Земле

· из-за движения в космическом корабле время для путешественника (а) идет медленнее, чем для его близнеца (б) на Земле

· поэтому вернувшись, космический путешественник (а2) обнаружит, что его брат (б2) постарел больше, чем он сам.

Хотя это кажется противоречащим здравому смыслу, ряд экспериментов подтверждает, что в этом сценарии путешествующий близнец будет моложе.

2. Космический корабль пролетает мимо Земли со скоростью, равной 4/5 скорости света:

· импульс света испускается в одном конце кабины и отражается обратно в другом (а)

· за светом следят люди на Земле и на корабле

· из-за движения космического корабля они разойдутся в оценке пути, пройденного светом (б)

· они также должны разойтись в оценке времени, которое свет затратил на движение туда и обратно, поскольку, согласно постулату Эйнштейна, скорость света постоянна для всех движущихся наблюдателей.

Очень важным следствием теории относительности стала связь между массой и энергией:

· из постулата Эйнштейна о том, что скорость света должна быть одинакова для всех, вытекает невозможность двигаться быстрее, чем свет

· если использовать энергию для ускорения некоего объекта, будь это элементарная частица или космический корабль, его масса станет возрастать, делая дальнейшее ускорение все более трудным

· разогнать частицу до скорости света будет невозможно, поскольку на это потребуется бесконечное количество энергии

· масса и энергия эквивалентны E=mc² - знаменитая формула Эйнштейна:

ü одним из ее следствий стало понимание того, что если ядро атома урана распадается на два ядра с немного меньшей суммарной массой, то при этом должно выделяться огромное количество энергии (Е); нейтроны могут запустить цепную реакцию

Цепная реакция: нейтрон, образовавшийся при распаде исходного урана-235, ударяет другое ядро; это вызывает распад ядра и запускает цепную реакцию дальнейших столкновений. Если реакция способна самопроизвольно нарастать, ее называют критической, а соответствующую массу урана-235 – критической массой.

Именно это и происходит при взрыве атомной (ядерной) бомбы. Некоторые люди винят в последствиях применения атомных бомб Эйнштейна, поскольку он открыл соотношение между массой и энергией. Но с тем же успехом можно обвинять Ньютона в крушении самолетов, поскольку он открыл гравитацию. Сам Эйнштейн не принимал участия в создании атомной бомбы, он пришел в ужас от бомбардировки японских городов в 1945 году.

Хотя теория относительности полностью соответствует законам, управляющим электричеством и магнетизмом, она несовместима с ньютоновским законом тяготения:

· он говорит, что если изменить распределение вещества в одном месте пространства, то изменения гравитационного поля мгновенно проявятся повсюду во Вселенной

· это не только означает возможность передавать сигналы со сверхсветовой скоростью (что запрещено теорией относительности), но – для придания смысла понятию «мгновенно» - требует также существования абсолютного или универсального времени, от которого теория относительности отказалась в пользу индивидуального времени.

Эйнштейн понял, что есть тесная связь между ускорением и гравитационным полем:

· находясь в небольшом замкнутом помещении (например, в лифте), нельзя сказать, поится ли оно в земном гравитационном поле (a) или ускоряется ракетой в открытом космосе (b)

· отключение двигателя ракеты (с) ощущалось бы точно так же, как и свободное падение лифта на дно шахты (d)

· если бы Земля была плоской, мы могли бы с равным успехом приписать падение яблока на голову Ньютона как тяготению, так и тому, что Ньютон вместе с поверхностью Земли ускоренно двигался вверх

· для сферической Земли эта эквивалентность ускорения и гравитации не наблюдается – люди на противоположных сторонах земного шара должны были бы ускоряться в разных направлениях, оставаясь при этом на постоянном расстоянии друг от друга.

Эйнштейн обошел это препятствие:

· эквивалентность ускорения и гравитационного поля должна работать, если пространство-время окажется искривленным, а не плоским, как считалось раньше

· масса и энергия должны изгибать пространство-время

· такие объекты, как яблоки или планеты, должны стремиться к тому, чтобы двигаться сквозь пространство-время по прямым линиям, но их пути выглядят искривленными гравитационным полем, потому что искривлено само пространство-время

С помощью своего друга Марселя Гроссмана Эйнштейн изучил теорию искривленных пространств и поверхностей, и в 1913 году была выдвинута идея: сила, о которой мы думаем как о гравитации, - это лишь проявление того, что пространство-время искривлено. В 1915 году Эйнштейн нашел уравнения, связывающие кривизну пространства-времени с находящимися в нем массой и энергией.

Новая теория искривленного пространства-времени получила название общей теории относительности (ОТО), чтобы отличать ее от первоначальной теории, которая не включала гравитацию и ныне известна как специальная теория относительности (СТО).

ОТО получила эффектное подтверждение в 1919 году, когда британская экспедиция наблюдала в Западной Африке незначительное изгибание света звезды, проходящего вблизи Солнца во время затмения. Это было прямым доказательством того, что пространство и время искривляются, и стимулировало самый глубокий пересмотр представлений о Вселенной со времен Евклида (около 300 г. н. э.).

Теория относительности Эйнштейна говорит, что время и пространство неразделимо переплетены: невозможно искривить пространство, не затрагивая времени; однако оно все равно движется в одном направлении, как паровозы на рисунке:

Дата добавления: 2014-01-11