Теория относительности Эйнштейна
Согласно принципу относительности, законы природы одинаковы для объектов во всех инерциальных системах отсчета. Также во всех таких системах постоянна и скорость света. Основываясь на этих двух постулатах, Альберт Эйнштейн в 1905 году сформулировал специальную теорию относительности, которая помогла разрешить многие противоречия физической науки того времени.
Узнаем, в чем отличия между специальной и общей теорией относительности и какие парадоксы времени, массы и размеров тела следуют из этих теорий. Также разберемся, есть ли противоречия между теорией относительности и квантовой механикой и пригодится ли знание этой темы на Едином государственном экзамене по физике.
Что такое теория относительности Эйнштейна простыми словами
Теория относительности Эйнштейна (ТОЭ) – это свод правил, которые связывают пространство и время и являются справедливыми для любых процессов. Подразделение ТОЭ на специальную и общую теорию относительности позволяет дополнить это определение:
- специальная теория относительности рассматривает равномерное прямолинейное движение объектов;
- общая теория относительности применяется в случаях, когда материальные тела движутся с ускорением или по изгибающимся траекториям.
Полезная информация о теории относительности Эйнштейна
Собрали некоторые принципы и парадоксы теории относительности в одну таблицу.
| Парадоксы и следствия теории относительности Эйнштейна | Подробности |
|---|---|
| Парадокс близнецов | Время для движущихся объектов замедляется |
| Принцип продольного сокращения | Движущийся предмет сокращается в длину |
| Принцип зависимости массы от скорости | Масса предмета при движении увеличивается |
Специальная теория относительности
Альберт Эйнштейн ставил выше всяких теорий экспериментальные данные, именно это позволило ему по-новому взглянуть на физические догмы, принятые в науке в начале XX века. Пока другие ученые считали ошибочными результаты экспериментов, не совпадающие с общепринятой теорией, Альберт Эйнштейн построил собственную теорию, которую назвал специальной теорией относительности (СТО). Она рассматривает наш мир не трехмерным, как мы привыкли его видеть, а четырехмерным, вводя четвертую ось – время.
Также Эйнштейн впервые ввел в физику утверждение, что понятия массы и энергии неразделимы: масса может переходить в энергию и наоборот. Так происходит во время ядерных реакций, когда малая потеря массы при распаде преобразуется в колоссальное количество энергии.
Теория относительности справедлива для всех физических процессов, а ее выводы и утверждения сделаны на основе двух постулатов, указанных далее. Однако стоит помнить, что специальная теория относительности подходит лишь для равномерно прямолинейно движущихся объектов.
Постулаты специальной теории относительности
Для начала разберемся, что такое постулат. Постулатом в физике называется утверждение, принятое за истину и не требующее ни экспериментальных подтверждений, ни доказательства. То есть по своей сути физические постулаты не отличаются от математических аксиом.
Чтобы создать логически верную теорию, Эйнштейн принял за основу два постулата.
Принцип относительности
Первый постулат СТО можно сформулировать так: все физические явления и законы природы одинаковы для неподвижных тел и тел, движущихся с постоянной скоростью. Другой вариант формулировки: физические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета (ИСО), и никакими опытами, проводимыми внутри ИСО, невозможно установить факт ее движения относительно других также инерциальных систем.
Постоянство скорости света
Второй постулат СТО – принцип постоянства скорости света. Скорость света остается неизменной для всех наблюдателей вне зависимости от их местоположения и расстояния до источника света. Также она не зависит от скорости движения источника и приемника света.
Скорость света обозначается латинской буквой c и в вакууме составляет 3⋅10 8 м/с или 300 000 километров в секунду. Это максимальная скорость взаимодействия, возможного в природе.
Общая теория относительности
Общая теория относительности (ОТО) вступает в игру, когда объекты перестают двигаться равномерно и прямолинейно: у них появляется ускорение или искривляется траектория. Общая теория относительности также объясняет происхождение гравитации: согласно принципам ОТО, гравитация – это не сила, а лишь проявление искривления пространства-времени.
Одно из самых интересных следствий постулатов теории относительности – зависимость течения времени от скорости движения. Чем быстрее движется материальное тело, тем медленнее для него течет время. На этом следствии основан так называемый «парадокс близнецов»: если один из братьев-близнецов отправится в космическое путешествие, за время полета он постареет меньше, чем его брат, оставшийся на Земле.
Второе следствие: для стационарного наблюдателя движущийся объект становится тем короче, чем быстрее он движется. И третье: с увеличением скорости увеличивается масса объекта. Однако стоит помнить, что все эти следствия справедливы лишь для объектов, чья скорость близка к скорости света.
Об авторе
