Теория относительности Эйнштейна
«Когда жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что путь, который он проделывает, искривлен. Мне удалось это заметить.»
Альберт Эйнштейн
Эйнштейн и его теория относительности в начале ХХ века совершили переворот в физике. Казалось, что опровергнуты все известные законы природы. На самом деле новая теория не опровергла старые, а включила их в свой состав.
Все зависит от наблюдателя
В нашем мире все относительно. Для иллюстрации этого принципа можно вспомнить старый анекдот: «Три волоска на голове — это очень мало, а в супе — очень много». О подобной разнице идет речь и в теории относительности Эйнштейна. Описание любого события зависит от того, в какой системе отсчета находится наблюдатель. Если говорить о нашем примере, то первая система отсчета — это обладатель незамысловатой прически. А вторая — тот, кому придется есть суп. Они воспринимают ситуацию прямо противоположным образом.
Тем не менее законы природы остаются неизменными для всех систем отсчета, утверждал Эйнштейн, — меняется только их описание. В этом и заключается принцип относительности, из которого ученый вывел две знаменитые теории, изменившие представления о мире: общую и специальную теории относительности.
Одно из самых загадочных следствий специальной теории относительности заключается в том, что часы, которые перемещаются в пространстве, идут медленнее часов, находящихся в состоянии покоя. И не только часы — замедляется само время. Однако тут стоит помнить, что речь идет о перемещении на очень высоких скоростях, приближенных к скорости света. Если положить часы в автомобиль и после поездки сравнить с контрольными часами, никакой разницы мы не заметим. А вот часы, помещенные на борт трансатлантического авиалайнера, через какое время начинают отставать (ученые Мичиганского университета проводили такой эксперимент). Правда, отставание составляет всего лишь сотые доли секунды. Но, тем не менее, оно есть. Это одно из экспериментальных подтверждений теории относительности.
Скорость света считается универсальной константой (постоянной), потому что именно эта величина одинакова в любой системе отсчета. Свет доходит до наблюдателя с одинаковой скоростью и от неподвижного источника, и от движущегося
Четвертое измерение
Общая теория относительности математически сложнее специальной — не зря Эйнштейну понадобилось целых одиннадцать лет, чтобы завершить все вычисления. Но он успешно с этим справился и громко заявил миру, что он не трехмерный, как считалось ранее, а четырехмерный.
К трем привычным измерениям (длина, ширина, высота) добавляется четвертое— время. И все эти четыре измерения, в соответствии с теорией относительности, представляют собой единое и неразрывное целое, так называемое пространство-время. Поэтому вместо такого понятия, как расстояние между двумя предметами в пространстве, действующего в трехмерном мире, используется понятие пространственно-временного интервала. Этот интервал рассматривает удаленность между какими-то событиями и в пространстве, и во времени.
Эйнштейн в общей теории относительности по-новому объясняет понятие гравитации, в свое время обоснованное и доказанное Ньютоном. С точки зрения Ньютоновского закона всемирного тяготения, Земля вращается вокруг Солнца потому, что между этими двумя телами действуют силы взаимного притяжения. Эйнштейн смотрит на ситуацию несколько иначе. Гравитация, согласно теории относительности, — это искривление ткани пространства-времени под действием массы тел. Можно проиллюстрировать это так: представим ткань пространства-времени в виде упругого полотна, например резинового. Солнце — это большой и тяжелый шар. Если поместить его в центр туго натянутого полотна, то образуется воронка — это и есть искривление пространства-времени. Земля в этом случае — шар гораздо меньшего размера и массы, который катается вокруг конуса воронки.
«Вопрос, который ставит меня в тупик: „Кто сумасшедший — я или все остальные?"» (А. Эйнштейн)