Теория относительности Эйнштейна: суть простыми словами, постулаты специальной и общей теории по физике
Теория относительности Эйнштейна: ключ к познанию Вселенной
Время может замедляться, а пространство — сжиматься. Теория относительности звучит парадоксально, но именно описанные в ней эффекты лежат в основе понимания устройства Вселенной.
Автор Наука Mail
В статье разберем, как Альберт Эйнштейн перевернул представления о пространстве и времени с помощью теории относительности. Вы узнаете, почему движение может замедлять часы, как гравитация искривляет свет и что общего между формулой E=mc² и атомными электростанциями.
Кто такой Альберт Эйнштейн
Альберт Эйнштейн (1879-1955) — один из величайших физиков в истории, изменивший представления о пространстве, времени и самой природе Вселенной.
Он родился в Германии, в городе Ульм. С детства проявлял интерес к науке, знал математику далеко за пределами школьной программы. Позже он поступил Политехникум в Цюрихе. В 1905 году, работая в патентном бюро, Эйнштейн опубликовал три статьи, каждая из которых совершила революцию в физике. Этот год вошел в историю как его «Год чудес».
В 1922 году Эйнштейн получил Нобелевскую премию за теорию фотоэффекта, а в 1933 году эмигрировал в США, спасаясь от нацистов. Он работал в Принстонском институте, его письмо президенту Рузвельту способствовало запуску Манхэттенского проекта. Впоследствии ученый выступал против ядерного оружия.
Интересный факт. В гимназии Альберт Эйнштейн не был лучшим учеником, система заучивания ему очень не нравилась, и он часто вступал в перепалки с преподавателями. Однако миф о том, что он был двоечником, сильно преувеличен.
Перечислим главные открытия Альберта Эйнштейна.
- Теория относительности. Их было целых две — общая и специальная. Это главные открытия ученого, о которых расскажем дальше.
- Квантовая теория фотоэффекта. Эйнштейн предположил, что свет состоит из частиц — фотонов.
- Броуновское движение. Создана молекулярно-кинетическая теория для количественного описания броуновского движения, которое является наглядным экспериментальным подтверждением хаотического теплового движения атомов и молекул.
- Теория индуцированного излучения. При воздействии электромагнитного поля на квантовую систему (атом, молекулу, ядро) происходит генерация нового фотона при переходе между двумя состояниями (с более высокого на более низкий энергетический уровень). Эта теория легла в основу создания лазеров и мазеров — важнейших инструментов в медицине, науке и технике.
О чем гласит теория относительности Эйнштейна: суть простыми словами
Теория относительности включает в себя специальную и общую. Специальная теория относительности (СТО) относится к процессам, при исследовании которых полями тяготения можно пренебречь. Она базируется на постулатах.
- Первый постулат. Законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.
- Второй постулат. Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.
Из постулатов вытекает несколько следствий.
| Следствие | Суть |
|---|---|
| Замедление времени | Чем быстрее движется объект, тем медленнее идет для него время |
| Сокращение размеров | Длина предметов сокращается при больших скоростях |
| Независимость скорости света от движения источника | Скорость света не складывается со скоростью движущегося источника света |
| Масса и энергия взаимосвязаны | Чем быстрее движется объект, тем тяжелее он становится. Масса может превращаться в энергию, и наоборот. E=mc² |
| Гравитация искривляет пространство и время | Чем больше масса, тем сильнее она «гнет» пространство и замедляет время |
Общая теория относительности появилась позже — как теория гравитации. Представьте, что вы летите на космическом корабле. При движении с околосветовой скоростью время для вас будет течь гораздо медленнее, чем для тех, кто остался на Земле. За несколько недель полета на планете могут пройти годы или даже десятилетия — в зависимости от скорости.
А теперь представьте, что вы стоите рядом с черной дырой, как в фильме «Интерстеллар». Из-за ее огромной массы время для вас будет идти медленнее, а свет, проходя мимо нее, искривится. В картине Нолана, например, у планеты, которая находилась ближе всего к сверхмассивной черной дыре Гаргантюа, час соответствовал семи годам на Земле. Это не выдумка сценариста — с научной точки зрения все корректно. Гравитация способна менять само пространство и время.
Попробуем объяснить простыми словами общую и специальную теорию относительности.
