Суть теории относительности эйнштейна простым языком: Страница не найдена — ВикиНаука: интересно о сложном кратко простыми словами |

Содержание

Теория относительности простым языком. Теория относительности Эйнштейна

СТО, ТОЭ — под этими аббревиатурами скрывается знакомый практически всем термин «теория относительности». Простым языком можно объяснить все, даже высказывание гения, так что не отчаивайтесь, если не помните школьный курс физики, ведь на самом деле все гораздо проще, чем кажется.

Зарождение теории

Итак, начнем курс «Теория относительности для чайников». Альберт Эйнштейн опубликовал свою работу в 1905 году, и она вызвала резонанс среди ученых. Эта теория практически полностью перекрывала многие пробелы и нестыковки в физике прошлого века, но и, ко всему прочему, перевернула представление о пространстве и времени. Во многие утверждения Эйнштейна современникам было сложно поверить, но эксперименты и исследования только подтверждали слова великого ученого.

Теория относительности Эйнштейна простым языком объясняла то, над чем люди бились столетиями. Ее можно назвать основой всей современной физики. Однако прежде чем продолжить разговор о теории относительности, следует разъяснить вопрос о терминах. Наверняка многие, читая научно-популярные статьи, сталкивались с двумя аббревиатурами: СТО и ОТО. На самом деле они подразумевают несколько разные понятия. Первая — это специальная теория относительности, а вторая расшифровывается как «общая теория относительности».

Просто о сложном

СТО — это более старая теория, которая потом стала частью ОТО. В ней могут быть рассмотрены только физические процессы для объектов, движущихся с равномерной скоростью. Общая же теория может описать, что происходит с ускоряющимися объектами, а также объяснить, почему существуют частицы гравитонов и гравитация.

Если нужно описать движение и законы механики, а также отношения пространства и времени при приближении к скорости света — это сможет сделать специальная теория относительности. Простыми словами можно объяснить так: к примеру, друзья из будущего подарили вам космолет, который может летать на высокой скорости. На носу космического корабля стоит пушка, способная расстрелять фотонами все, что попадется впереди.

Когда производится выстрел, то относительно корабля эти частицы летят со скоростью света, но, по логике, неподвижный наблюдатель должен увидеть сумму двух скоростей (самих фотонов и корабля). Но ничего подобного. Наблюдатель увидит фотоны, движущиеся со скоростью 300000 м/с, будто скорость корабля была нулевой.

Все дело в том, что как бы быстро ни двигался объект, скорость света для него является неизменной величиной.

Это утверждение является основной поразительных логических выводов вроде замедления и искажения времени, зависящих от массы и скорости объекта. На этом основаны сюжеты многих научно-фантастических фильмов и сериалов.

Общая теория относительности

Простым языком можно объяснить и более объемную ОТО. Для начала следует принять во внимание тот факт, что наше пространство четырехмерное. Время и пространство объединяются в таком «предмете», как «пространственно-временной континуум». В нашем пространстве имеются четыре оси координат: х, у, z и t.

Но люди не могут воспринимать непосредственно четыре измерения, так же, как гипотетический плоский человек, живущих в двухмерном мире, не в состоянии посмотреть вверх. По сути, наш мир является только проекцией четырехмерного пространства в трехмерное.

Интересным фактом является то, что, согласно общей теории относительности, тела не меняются при движении. Объекты четырехмерного мира на самом деле всегда неизменны, и при движении изменяются только их проекции, что мы и воспринимаем как искажение времени, сокращение или увеличение размеров и прочее.

Эксперимент с лифтом

О теории относительности простым языком можно рассказать с помощью небольшого мысленного эксперимента. Представьте, что вы в лифте. Кабинка пришла в движение, и вы оказались в состоянии невесомости. Что произошло? Причины может быть две: либо лифт находится в космосе, либо пребывает в свободном падении под действием гравитации планеты. Самое интересное состоит в том, что выяснить причину невесомости нельзя, если нет возможности выглянуть из кабинки лифта, то есть оба процесса выглядят одинаково.

Возможно, проведя похожий мысленный эксперимент, Альберт Эйнштейн пришел к выводу, что если эти две ситуации неотличимы друг от друга, значит, на самом деле тело под воздействием гравитации не ускоряется, это равномерное движение, которое искривляется под воздействием массивного тела (в данном случае планеты). Таким образом, ускоренное движение — это лишь проекция равномерного движения в трехмерное пространство.

Наглядный пример

Еще один хороший пример на тему «Теория относительности для чайников». Он не совсем корректен, зато очень прост и нагляден. Если на натянутую ткань положить какой-либо объект, он образует под собой «прогиб», «воронку». Все меньшие тела вынуждены будут искажать свою траекторию согласно новому изгибу пространства, а если у тела немного энергии, оно вообще может не преодолеть этой воронки. Однако с точки зрения самого движущегося объекта, траектория остается прямой, они не почувствуют изгиба пространства.

Гравитация «понижена в звании»

С появлением общей теории относительности гравитация перестала быть силой и теперь довольствуется положением простого следствия искривления времени и пространства. ОТО может показаться фантастичной, однако является рабочей версией и подтверждается экспериментами.

Множество, казалось бы, невероятных в нашем мире вещей может объяснить теория относительности. Простым языком такие вещи называют следствиями ОТО. Например, лучи света, пролетающие на близком расстоянии от массивных тел, искривляются. Более того, многие объекты из далекого космоса скрыты друг за другом, но из-за того, что лучи света огибают другие тела, нашему взору (точнее, взору телескопа) доступны, казалось бы, невидимые объекты. Это ведь все равно, что смотреть сквозь стены.

Чем больше гравитация, тем медленнее на поверхности объекта течет время. Это касается не только массивных тел вроде нейтронных звезд или черных дыр. Эффект замедления времени можно наблюдать даже на Земле. К примеру, приборы для спутниковой навигации снабжены точнейшими атомными часами. Они находятся на орбите нашей планеты, и время там тикает чуть быстрее. Сотые доли секунды через сутки сложатся в цифру, которая даст до 10 км погрешности в расчетах маршрута на Земле. Рассчитать эту погрешность позволяет именно теория относительности.

Простым языком можно выразиться так: ОТО лежит в основе многих современных технологий, и благодаря Эйнштейну мы легко можем найти в незнакомом районе пиццерию и библиотеку.

5 минут о теории относительности

Всем привет! Я – Маша Осетрова, и сегодня я немного расскажу вам о том, что скрывается за, возможно, самым популярным уравнением в истории: E = m*c2.

Работу, или, правильнее сказать, — размышления — над теорией относительности Альберт Эйнштейн начал еще в шестнадцатилетнем возрасте. Тогда воображение подсказало ему живую картинку, которая в конечном счете привела к возникновению специальной теории относительности.

На тот момент было известно, что свет представляет собой волну, и молодой Альберт спрашивал себя: “Что будет, если разогнаться до скорости света и полететь рядом с лучом. Можно ли при этом увидеть «застывшую волну»? Здравый смысл и опыт, а самое главное, — фундаментальные уравнения Максвелла, указывали на невозможность такой ситуации.

Для того, чтобы нагляднее представить себе, что происходит при движении с околосветовой скоростью, автор книги «Космос Эйнштейна» Митио Каку предлагает рассмотреть такой пример. Представьте, что преспокойно дежуривший на своем посту полицейский, заметив злостного нарушителя скорости, пустился за ним в погоню. Допустим при этом, что и нарушитель, и служитель закона способны передвигаться со скоростью света.

Наблюдая за эффектной погоней со стороны, мы увидим, что полицейский, как следует разогнавшись, двигается вровень с нарушителем и вот-вот его нагонит. Но, странное дело, с позиции полицейского эта история будет звучать совершенно иначе: по его мнению, как он ни старался, ему не удавалось нисколько приблизиться к нарушителю, оставлявшему полицейского далеко позади.

Для Эйнштейна именно этот спор в свое время представлял главную, мучительную загадку: как так может быть, чтобы два человека видели одно и то же событие настолько по-разному? Если скорость света и правда представляет собой природную константу, то как может наблюдатель утверждать, что полицейский шел почти вровень с нарушителем, а сам полицейский — клясться, что не сумел даже приблизиться к нему?

Как обычно бывает в таких случаях, разрешить проблему гению удалось в совершенно неожиданный момент. Однажды, возвращаясь домой от своего друга на автобусе, Эйнштейн смотрел на знаменитую башню с часами, возвышающуюся над городом Берном, в котором тогда жил ученый. Он представил себе, что произойдет, если вдруг автобус разгонится до скорости света и начнет уноситься прочь от башни.

Тут-то он понял, что в такой ситуации часы на башне показались бы ему остановившимися, поскольку свет от них не смог бы догнать автобус, но что его собственные часы в автобусе шли бы совершенно нормально. Ответ на мучивший его вопрос оказался простым и элегантным: время в разных точках Вселенной может идти с разной скоростью в зависимости от того, как быстро вы движетесь.

В конце 1905 г. Эйнштейн написал небольшую статью, которой суждено было изменить мировую историю. В ней он сумел показать, что масса объекта увеличивается тем сильнее, чем быстрее он движется. Это означает, что энергия движения каким-то образом трансформируется в увеличение массы объекта. Математически именно этот факт записывается простым выражением: E = mc2.

Стоит отметить, однако, что в современной терминологии ученые стараются избегать формулировки, указывающей на то, что масса объекта может зависеть от скорости.

Научное сообщество прониклось идеями Эйнштейна далеко не сразу, поначалу встретив новую теорию оглушительным молчанием. Только со временем выдающиеся ученые того времени постепенно обратили свое внимание на теорию относительности. К примеру, идея фундаментальности скорости света как мировой константы заинтересовала одного из отцов квантовой теории Макса Планка.

Его привлекала некоторая симметрия идеи: по мнению ученого, две константы — постоянная Планка и скорость света — обозначили границы территории, на которой действовали «здравый смысл» и ньютонова физика. Крайне маленькая постоянная Планка и огромная скорость света ограждают нас от квантового мира и космического мира с его чуднЫми законами.

Конечно, формулировка специальной теории относительности, посвященной движению со скоростями, близкими к скорости света, вызвала множество вопросов. Было придумано множество парадоксов, иллюстрирующих странную природу СТО. Помимо всем известного парадокса близнецов, один из которых улетает от Земли на ракете, возник, к примеру, парадокс размещения более длинного предмета внутри более короткого. Его иллюстрируют поимкой трехметрового тигра в метровую клетку. Обычно это невозможно, но если тигр движется достаточно быстро, можно подгадать момент, когда он сожмется достаточно для того, чтобы уместиться в клетке.

На самом деле, эти парадоксы, конечно, мнимые, и почти все их легко разрешить с использованием двух приемов: во-первых, всегда нужно принимать в расчет сопутствующее искажению пространства искажение времени; а во-вторых, сравнение объектов всегда нужно проводить в единой системе отсчета (какими бы разными объекты ни казались в своих системах, сведение в одну систему отсчета, как правило, помогает разрешить парадокс).

На этом все, читайте умные книги, не превышайте скорость света, читайте портал «Чердак» и смотрите следующий выпуск, в котором я расскажу вам о квантовой случайности.

Анастасия Тмур

Упрощенное введение в теорию относительности Эйнштейна

Теория относительности Эйнштейна столь же проста, сколь и революционна, но как именно она работает? Давайте очень быстро посмотрим.

Wikimedia

Не пугайтесь, какой бы сложной ни казалась теория относительности; это удивительно просто. В этой короткой статье мы попытаемся объяснить, что предлагает Эйнштейн, чтобы дать вам некоторое представление. Итак, без лишних слов, вот наше упрощенное объяснение теории относительности.

С технической точки зрения

Когда мы говорим о «теории относительности», мы на самом деле имеем в виду общую теорию относительности. Специальная теория относительности — это «частный случай» общей теории относительности. Сочетание этих двух принципов помогает объяснить многие предметы, начиная от движения планет, влияния гравитации на свет и заканчивая существованием черных дыр.

Специальная теория относительности утверждает, что законы физики, а значит, и Вселенная одинаковы для всех одинаково «быстрых» наблюдателей. В космическом вакууме скорость света является константой, не зависящей от любого наблюдателя.

Нестандартное мышление

Эйнштейн с его необычным мышлением предположил, что экспериментальные наблюдения были правильными. Это было полной противоположностью мысли его современников. В конце 19 века все физики искали нечто, называемое «эфиром». Считалось, что эфир — это среда, через которую проходит свет. По сути, это стало поиском Святого Грааля. Эйнштейн понял, что одержимость его сверстников этой задачей мешала прогрессу. Его решение состояло в том, чтобы просто удалить его из уравнения. Он предполагал, что законы физики будут работать независимо от того, как движутся предметы. Стратегия, которая не противоречила тому, что показали экспериментальные и математические данные.

В 1905 году Альберт Эйнштейн разработал свою специальную теорию относительности. Его новаторская работа свела на нет столетия общепринятого научного мышления, а также изменила то, как мы воспринимаем окружающий мир.

Как следует из названия, эта теория применима только для особых случаев, т. е. когда оба объекта движутся с постоянной или одинаковой скоростью.

Эйнштейн объяснил, что относительное движение двух объектов должно быть системой отсчета, а не внешней, эзотерической «эфирной» системой отсчета. В качестве примера предположим, что вы были астронавтом на космическом корабле и наблюдали за другим космическим кораблем на расстоянии. Единственное, что имеет значение, это то, как быстро вы и наблюдаемая вами цель двигаетесь относительно друг друга. Однако есть одна загвоздка: специальная теория относительности применима только в том случае, если вы движетесь по прямой и не ускоряетесь. Если имеет место ускорение, необходимо применить общую теорию относительности.

Самый популярный

Теория основана на двух фундаментальных принципах:

Относительность — Законы физики неизменны. Даже для объектов, движущихся по инерции, системы отсчета с постоянной скоростью.

Скорость света — Она одинакова для всех наблюдателей независимо от их относительного движения к источнику света.

Работа Эйнштейна создает фундаментальную связь между временем и пространством. Мы интуитивно представляем Вселенную трехмерной (вверх и вниз, влево и вправо, вперед и назад), но также с временным компонентом или измерением. Их комбинация создает четырехмерную среду, в которой мы живем.

Если бы вы двигались в пространстве достаточно быстро, любые наблюдения, сделанные вами о пространстве и времени, отличались бы от любых других, движущихся с другой скоростью, чем вы. По мере увеличения разницы между скоростями увеличивались и наблюдаемые различия.

Все относительно

Теперь представьте, что вы находитесь в космическом корабле с лазером в руке. Лазерный луч устремляется прямо к потолку, попадает в зеркало и отражается обратно на пол в детектор. Вспомните теперь, что корабль движется, скажем, со скоростью, равной половине скорости света. Теория относительности утверждает, что это движение не имеет для вас никакого значения, вы не можете его «почувствовать» (точно так же, как на Земле, когда она вращается вокруг своей оси и мчится сквозь пространство вокруг Солнца).

Но вот поворот:

Однако внешний наблюдатель увидит совсем другое. Если бы они могли «заглянуть» в ваш корабль, они бы заметили, что лазерный луч движется «вверх» под углом, попадает в зеркало, а затем снова движется вниз под другим углом, чтобы попасть в детектор. Наблюдатель заметит, что световой путь будет длиннее и под более выраженным углом, чем вы могли бы наблюдать на своем корабле. Что еще более важно, время, необходимое лазеру для достижения детектора, будет другим. Учитывая, что скорость света постоянна, как вы оба можете прийти к одному и тому же выводу, подтверждающему эту теорию? Ясно, что течение времени должно быть разным для вас и внешнего наблюдателя.

Какого черта? Это явление известно как замедление времени. В приведенном выше примере время для вас должно «течь» быстрее, чем для более медленного наблюдателя. Этот простой пример позволяет нам наглядно представить теорию относительности Эйнштейна, согласно которой пространство и время тесно связаны.

Как вы можете себе представить, такая крайняя разница в течении времени будет ощутима только при очень больших скоростях, особенно близких к скорости света. Эксперименты, проведенные после откровений Эйнштейна, подтвердили его теорию. Время и пространство воспринимаются по-разному для объектов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света.

Масса, энергия и скорость света

Эйнштейн определенно не останавливался на достигнутом. В том же 1905 году он применил свои принципы относительности, чтобы вывести знаменитое уравнение e=mc2. Это безобидно простое уравнение выражает фундаментальную связь между массой (m) и энергией (e). Довольно аккуратно.

Это небольшое уравнение показало, что по мере приближения к скорости света c масса объектов увеличивается. Таким образом, вы можете путешествовать очень быстро, но ваша масса увеличивается по отношению к вашей скорости. облом. В крайнем случае, если бы вы путешествовали со скоростью света, ваша энергия и масса были бы бесконечны. Как вы уже знаете, чем тяжелее предмет, тем он тверже; таким образом, требуется больше энергии, чтобы ускорить его. Таким образом, невозможно превысить скорость света.

Наследие Эйнштейна

До Эйнштейна масса и энергия рассматривались как совершенно разные вещи. Его работа доказала, что принципы сохранения массы и энергии являются частью более крупного и единого закона сохранения массы-энергии. Материя, таким образом, может превращаться в энергию и наоборот благодаря фундаментальной связи между ними. Это, честно говоря, удивительно.

[см. также]

Подводя итог, во-первых, не существует «абсолютной» системы отсчета, отсюда и использование термина «относительность». Во-вторых, скорость света постоянна для того, кто ее измеряет, будь то в движении или нет — я знаю, что это безумие, верно? Наконец, скорость света не может быть превышена, это универсальный «предел скорости».

Понятно? Большой. Нет? Не беспокойтесь, если вы этого не сделали, это по самой своей природе противоречит здравому смыслу. Величайшие открытия в науке часто находятся за пределами нашего «здравого смысла».

Через dummies.com

For You

наука

Новое исследование доказывает, что все еще должно быть начало «прыгающих» вселенных, которые проходят через циклы расширения и сжатия.

Пол Ратнер | 24.08.2022

инновацийБританский ракетный стартап ставит перед собой задачу сделать запуски спутников

Крис Янг| 25.10.2022

наукаПроект: как исследователи нашли способ быстрее кипятить воду

Элис Кук| 21.08.2022

Другие истории

культура
Предупреждение о Хэллоуине: дети, вы можете получить шоколадный батончик, который играет в Doom

Stephen Vicinanza| 26. 10.2022

Наука
Экспедиция в Арктику в поисках пропавшей климатической головоломки

Дина Тереза| 28.07.2022

транспорт
«Икона морей»: представлен самый большой круизный лайнер в мире

Лукия Пападопулос| 22.10.2022

Что такое теория относительности?

По

Айви Вигмор

Теория относительности Альберта Эйнштейна на самом деле представляет собой две отдельные теории: его специальная теория относительности , постулированная в статье 1905 года, Электродинамика движущихся тел и его 0129 общая теория относительности , расширение более ранней теории, опубликованное как Основание общей теории относительности в 1916 году. предложил революционные изменения в человеческих представлениях о времени, пространстве и гравитации.

Специальная теория относительности основывалась на двух основных постулатах: во-первых, что скорость света постоянна для всех наблюдателей; и, во-вторых, наблюдатели, движущиеся с постоянной скоростью, должны подчиняться одним и тем же физическим законам. Следуя этой логике, Эйнштейн предположил, что время должно изменяться в соответствии со скоростью движущегося объекта 9.0129 относительно относительно системы отсчета наблюдателя. Ученые проверили эту теорию экспериментально, доказав, например, что атомные часы тикают медленнее при движении с высокой скоростью, чем когда они не движутся. Суть статьи Эйнштейна заключалась в том, что и пространство, и время являются относительными (а не абсолютными), что, как утверждалось, верно в особом случае — отсутствии гравитационного поля. В то время концепция относительности была ошеломляющей; Ученые всего мира спорили о достоверности знаменитого уравнения Эйнштейна E=mc2, из которого следует, что материя и энергия эквивалентны, а точнее, что одна частица материи может быть преобразована в огромное количество энергии. Однако, поскольку специальная теория относительности была верна только в отсутствие гравитационного поля, Эйнштейн еще 11 лет стремился включить гравитацию в свои уравнения и выяснить, как может работать теория относительности в целом.

Согласно общей теории относительности, материя искривляет пространство. Утверждается, что гравитация — это не сила, как ее понимает ньютоновская физика, а искривленное поле (область пространства, находящаяся под действием силы) в пространственно-временном континууме, которое фактически создается наличием массы. Согласно Эйнштейну, эту теорию можно проверить, измерив отклонение звездного света, движущегося вблизи Солнца; он правильно утверждал, что отклонение света будет в два раза больше, чем ожидается по законам Ньютона. Эта теория также объясняла, почему свет звезд в сильном гравитационном поле был ближе к красному концу спектра, чем в более слабом.

Последние тридцать лет своей жизни Эйнштейн пытался найти единую теорию поля, в которой свойства всей материи и энергии можно было бы выразить одним уравнением. Его поиски были сбиты с толку принципом неопределенности квантовой теории , который утверждал, что движение отдельной частицы никогда не может быть точно измерено, потому что скорость и положение не могут быть одновременно оценены с какой-либо степенью уверенности. Хотя он не смог найти исчерпывающую теорию, которую искал, новаторская работа Эйнштейна позволила бесчисленному количеству других ученых продолжить поиски того, что некоторые называют «Святым Граалем физиков».

Последнее обновление: январь 2015 г.

Продолжить чтение О теории относительности

Восемь способов увидеть теорию относительности в реальной жизни

Альберт Эйнштейн и теория относительности

Wi-Fi 6

Wi-Fi 6, также известный как 802.11ax, — это последнее поколение и стандарт для беспроводных сетей, который заменяет стандарт 802.11ac или Wi-Fi 5.

ПоискСеть

беспроводная ячеистая сеть (WMN)
Беспроводная ячеистая сеть (WMN) — это ячеистая сеть, созданная путем соединения узлов точек беспроводного доступа (WAP), установленных в . ..
Wi-Fi 7
Wi-Fi 7 — это ожидаемый стандарт 802.11be, разрабатываемый IEEE.
сетевая безопасность
Сетевая безопасность охватывает все шаги, предпринятые для защиты целостности компьютерной сети и данных в ней.

ПоискБезопасность

Что такое модель безопасности с нулевым доверием?
Модель безопасности с нулевым доверием — это подход к кибербезопасности, который по умолчанию запрещает доступ к цифровым ресурсам предприятия и …
RAT (троянец удаленного доступа)
RAT (троян удаленного доступа) — это вредоносное ПО, которое злоумышленник использует для получения полных административных привилегий и удаленного управления целью …
атака на цепочку поставок
Атака на цепочку поставок — это тип кибератаки, нацеленной на организации путем сосредоточения внимания на более слабых звеньях в организации . ..

ПоискCIO

Пользовательский опыт
Дизайн взаимодействия с пользователем (UX) — это процесс и практика, используемые для разработки и реализации продукта, который обеспечит позитивное и …
соблюдение конфиденциальности
Соблюдение конфиденциальности — это соблюдение компанией установленных правил защиты личной информации, спецификаций или …
контингент рабочей силы
Временная рабочая сила — это трудовой резерв, члены которого нанимаются организацией по требованию.

SearchHRSoftware

Поиск талантов
Привлечение талантов — это стратегический процесс, который работодатели используют для анализа своих долгосрочных потребностей в талантах в контексте бизнеса …
удержание сотрудников
Удержание сотрудников — организационная цель сохранения продуктивных и талантливых работников и снижения текучести кадров за счет стимулирования .