Jak zrozumieć teorię względności

Jak wiecie, cały materialny wszechświat ma trzy wymiary: w górę iw dół, w lewo iw prawo, w przód iw tył. Czwarty wymiar - czas. Razem stanowią one kontinuum czasoprzestrzeni. Ale w tym sęk, że nasze pojęcia czasu i przestrzeni jest bezpośrednio zależne od prędkości, z jaką idziemy.

Jest to zależność między czasem, przestrzenią i poruszającego się obiektu opisuje szczególnej teorii względności (SRT) opracowanej przez Alberta Einsteina w 1905 roku. Później na jego podstawie wielki fizyk i ogólnej teorii względności (GR), który, oprócz czasu i przestrzeni, i uwzględnia inne czynniki, takie jak grawitacja. Na to, że nie będziemy rozmawiać - wymagałoby to osobnego traktatu. Więc przystępujemy do badania szczególnej teorii względności!

Główne założenia teorii względności

Pierwszą rzeczą do zrozumienia dla rozwoju teorii względności: ruch względny.

Oznacza to, że obecność lub brak ruchu jest zawsze określa się w stosunku do innych przedmiotów. Ruch i jego szybkość zależy od obserwatora (ten, który patrzy na obiekt) i ramy odniesienia (ten, w którym to wygląda).

Wyobraźmy sobie, że pasażer podróżują w pociągu czytając książkę. Dla niego, książka nadal jako nieruchomy i siedzenia w pociągu, i innych pasażerów (jeśli siedzą na swoich miejscach i nie torują sobie drogę do wagonu restauracyjnego, oczywiście). Szybkość wszystkich stałych obiektów w pociągu, z punktu widzenia naszego, będzie zero-reader pasażer.

W tym czasie, platforma powinna druga osoba, która ze świstem obok latającego pociągu. Dla niego i dla pasażera z książką i ruchów z siedziskiem prędkości pociągu - powiedzmy, 200 km / h. Ale pasażerowie na drodze do wagonu restauracyjnego, znajduje się w szefa konwoju będą poruszać się jeszcze szybciej: ich prędkość będzie rozwijać z prędkością pociągu.

Jest to przypadek z dowolnym dodatkiem prędkości, ale z jednym wyjątkiem: prędkość światła. Światło z projektora na nosie naszego pociągu będzie zawsze poruszają się z tą samą prędkością - 300 000 km / s.

Tutaj mamy zbliżyć się do podstawowych zasad, na których teoria względności:

• Zasada względności: Dla tych ciał, które poruszają się względem siebie ze stałą prędkością lub łopatki (zarówno pasażerskiego i jego książka), procesy fizyczne są takie same.
• Zasada stałości prędkości światła: Prędkość światła jest stała dla wszystkich obserwatorów, niezależnie od ich prędkości względem źródła światła. Oznacza to, że światło z lampy na nosie pociągu lub światła z projektora na kosmicznych mają taką samą prędkość.

Światło porusza się tak szybko, że jego rozprzestrzenianie się wydaje chwilowe. Ale wygląda na bardzo różne odległości w przestrzeni. Przykładowo, odległość od słońca w ziemi stanowiącej 150 milionów kilometrów światło przechodzi w ciągu około 8 minut. Oznacza to, że jeśli kiedykolwiek słońce ugaszonyZobaczymy go w zaledwie 8 minut.

Konsekwencje teorii względności

Co wynika z powyższych zasad oraz w jaki sposób są one związane z czasem i przestrzenią? Teoria względności ma trzy główne konsekwencje: rozszerzają przestrzeń, umowy czasowe, zwiększa masę. Będziemy zrozumieć z każdego zlecenia.

Czas jest skompresowany

Einstein był najpierw uświadomić sobie, że czas To nie jest absolutna i zależy od układu odniesienia, w którym możemy go obserwować. Ziemia i odległe galaktyki na drugim końcu wszechświata znajdują się w różnych miejscach, nie tylko w przestrzeni, ale czas.

Stosunkowo ruchomych obiektów czas idzie wolniej. Fakt ten został zweryfikowanyDookoła Świata Atomic Zegary: Przewidywane Zyski Czas relatywistyczna przy użyciu dwóch identycznych zegarów atomowych: jedno urządzenie w lewo na Ziemi, a drugi wysłany do naddźwiękowego samolotu wokół planety. Sadząc, stwierdzono, że zegar, który przyleciał na kilka tysięcznych sekundy za dobę w stanie spoczynku.

Im bliżej prędkość obiektu staje prędkość światła, tym wolniej płynie czas dla niego. Teoretycznie, jeśli astronauta będzie udać się na wycieczkę na statku kosmicznym z prędkością bliską prędkości światła, otrzyma w przyszłości. Dla potrwa kilka tygodni, a na świecie - od dziesięcioleci. To jest względność czasu.

kurczy się przestrzeń

Innym zaskakującym wynikiem względności: kiedy widzimy obiekt w ruchu, możemy zaobserwować, że staje się krótszy wraz ze wzrostem prędkości. Z punktu widzenia obserwatora, gdy zbliża się do prędkości światła przedmiot staje się coraz krótsze w kierunku ruchu i prostopadle do niej pozostaje w swoich dawnych rozmiarów.

Załóżmy, że roślina astronauta w statku kosmicznym, który może podróżować z prędkością światła, a sami pójść do przytulnej obserwatorium obserwować swoją podróż. W miarę zbliżania się z prędkością światła z statek zaczyna się coś dziwnego. Zauważmy, że staje się coraz krótszy. Ale zmiany odbywają się tylko w stosunku do kierunku jazdy, szerokość pojazdu pozostaje niezmienna. Osiągając prędkość światła, stanie się praktycznie nie do odróżnienia długości.

Prawdopodobnie nasz astronauta nie jest dużo zabawy? Nie martw się o niego dla astronautów będzie żadnej zmiany. On jest po prostu radość rushes kierunku połacie przestrzeni i niczego nie zauważy. Przestrzeń jest kompresowany tylko w stosunku do obserwatora.

zwiększa masę

Inną niezwykłą konsekwencją względności jest fakt, że jako prędkość obiektu, jego masa wzrasta również.

Masa i energia są ze sobą nierozerwalnie związane. Jest ona wyrażona w słynnym równaniem Einsteina E = mc². Wzór ten pokazuje, że energia ciała jest proporcjonalny do jego masy. Podczas przesyłania energii do korpusu (czyli, jego przyspieszenia) i zwiększenie masy ciała. Okazuje się, że część energii idzie do zwiększenia prędkości, a druga część zwiększa wagę.

Przypomnijmy naszych astronautów, który zbliża się do prędkości światła w jego statku. Obserwując z Ziemi widzimy, że prędkość pojazdu staje się trudniejsze, aby go przyspieszyć, istnieje coraz więcej energii jest wymagane, aby go przesunąć. Przychodzi taki czas, kiedy statek osiągnie wagę, że żadna siła we wszechświecie nie może go przenieść. Dlatego w praktyce, podróże w czasie nie jest jeszcze możliwe.

krótko

Tak więc, gdy zbliża się do prędkości światła jest rozbudowany, tym skurczy kosmicznych. Ale to wszystko dzieje się tylko w oczach obserwatora, który widzi ruch obiektu w stosunku do siebie. Dla astronautów w kosmicznych nie uległa zmianie (z wyjątkiem zwiększenia masy). Ale jednocześnie oba poglądy są prawdziwe. Dlatego teoria względności, a jego nazwa.

Nadal nie bardzo jasne? Nie jest to zaskakujące, ponieważ sam Einstein trwało 10 lat, tworząc podstawowe założenia teorii względności. Jest to książka, która pomoże Ci ponownie umieścić te zasady na uwadze i wyjaśnić wszystko dosłownie na palcach, z jasnymi zdjęć i dostępnych schematów. „Teoria względności” zgoda „Avanta” wydawnictwo AST skierowana do uczniów klas średnich, ale będzie interesujące dla osoby dorosłej, która chce przeniknąć tajemnice naszego wszechświata. Po tym, co wydaje się cuda, w rzeczywistości, to rzeczywistość!

Kup książkę