Зародження теорії
Отже, почнемо курс "Теорія відносності для чайників". Альберт Ейнштейн опублікував свою роботу в 1905 році, і вона викликала резонанс серед вчених. Ця теорія практично повністю перекривала багато прогалини та розбіжності у фізиці минулого століття, але і, до всього іншого, перевернула уявлення про простір і час. У багато твердження Ейнштейна сучасникам було складно повірити, але експерименти і дослідження тільки підтверджували слова великого вченого.Теорія відносності Ейнштейна простою мовою пояснювала те, над чим люди билися століттями. Її можна назвати основою всієї сучасної фізики. Однак перш ніж продовжити розмову про теорію відносності, слід роз'яснити питання про терміни. Напевно багато хто, читаючи науково-популярні статті, стикалися з двома абревіатурами: СТО і ОТО. Насправді вони мають на увазі дещо різні поняття. Перша - це спеціальна теорія відносності, а друга розшифровується як "загальна теорія відносності".
Просто про складне
СТО - це більш стара теорія, яка потім стала частиною ЗТВ. В ній можуть бути розглянуті тільки фізичні процеси для об'єктів, що рухаються з рівномірною швидкістю. Загальна ж теорія може описати, що відбувається з прискореними об'єктами, а також пояснити, чому існують частинки гравітонів і гравітація.Якщо треба описати рух і закони механіки, а також відношення простору і часу при наближенні до швидкості світла, - це зможе зробити спеціальна теорія відносності. Простими словами можна пояснити так: приміром, друзі з майбутнього подарували вам космоліт, який може літати на високій швидкості. На носі космічного корабля стоїть гармата, здатна розстріляти фотонами все, що попадеться попереду. Коли проводиться постріл, то щодо корабля ці частинки летять зі швидкістю світла, але, за логікою, нерухомий спостерігач повинен побачити суму двох швидкостей (самих фотонів і корабля). Але нічого подібного. Спостерігач побачить фотони, які рухаються зі швидкістю 300000 м/с, ніби швидкість корабля була нульовою. Вся справа в тому, що як би швидко рухався об'єкт, швидкість світла для нього є незмінною величиною. Це твердження є основною вражаючих логічних висновків на кшталт уповільнення і спотворення часу, що залежать від маси і швидкості об'єкта. На цьому засновані сюжети багатьох науково-фантастичних фільмів і серіалів.
Загальна теорія відносності
Простою мовою можна пояснити і більш об'ємну ЗТВ. Для початку варто взяти до уваги той факт, що наш простір чотиривимірний. Час і простір об'єднуються в такому "предмет", як "просторово-часовий континуум". В нашому просторі є чотири осі координат: х, у, z і t. Але люди не можуть сприймати безпосередньо чотири виміри, так само, як гіпотетичний плоский людей, що живуть у двомірному світі, не в змозі подивитися вгору. По суті, наш світ є лише проекцією чотиривимірного простору в тривимірне.Цікавим фактом є те, що, відповідно до загальної теорії відносності, тіла не змінюються при русі. Об'єкти чотиривимірного світу насправді завжди незмінні, і при русі змінюються лише їх проекції, що ми і сприймаємо як спотворення часу, скорочення або збільшення розмірів та інше.
Експеримент з ліфтом
Про теорії відносності простою мовою можна розповісти за допомогою невеликого мисленого експерименту. Уявіть, що ви в ліфті. Кабінка прийшла в рух, і ви опинилися в стані невагомості. Що сталося? Причини може бути дві: або ліфт знаходиться в космосі, або перебуває у вільному падінні під дією гравітації планети. Найцікавіше полягає в тому, що з'ясувати причину невагомості можна, якщо немає можливості визирнути з кабіни ліфта, тобто обидва процеси виглядають однаково. Можливо, провівши схожий уявний експеримент, Альберт Ейнштейн прийшов до висновку, що якщо ці дві ситуації відрізняються один від одного, значить, насправді тіло під впливом гравітації не прискорюється, це рівномірний рух, яке викривляється під впливом масивного тіла (в даному випадку планети). Таким чином, прискорений рух - це лише проекція рівномірного руху в тривимірний простір.
Наочний приклад
Ще один хороший приклад на тему "Теорія відносності для чайників". Він не зовсім коректний, зате дуже простий і наочний. Якщо на натягнуту тканину покласти який-небудь об'єкт, він утворює під собою "прогин", "воронку". Все менші тіла змушені будуть спотворювати свою траєкторію згідно з новим вигину простору, а якщо у тіла трохи енергії, воно взагалі може не подолати цієї воронки. Однак з точки зору самого об'єкта, що рухається, траєкторія залишається прямою, вони не відчують вигину простору.Гравітація "знижено у званні"
З появою загальної теорії відносності гравітація перестала бути силою і тепер задовольняється положення простого слідства викривлення часу і простору. ОТО може здатися фантастичним, однак є робочою версією і підтверджується експериментами.Безліч, здавалося б, неймовірних у нашому світі речей може пояснити теорія відносності. Простою мовою такі речі називають наслідками ЗТВ. Наприклад, промені світла, що пролітають на близькій відстані від масивних тіл, викривляються. Більш того, багато об'єктів з далекого космосу приховані один за одним, але з-за того, що промені світла огинають інші тіла, нашому погляду (точніше, погляду телескопа) доступні, здавалося б, невидимі об'єкти. Адже це все одно, що дивитися крізь стіни. Чим більше гравітація, тим повільніше на поверхні об'єкта тече час. Це стосується не тільки масивних тіл на зразок нейтронних зірок або чорних дір. Ефект уповільнення часу можна спостерігати навіть на Землі. Наприклад, прилади для супутникової навігації забезпечені точнейшими атомними годинами. Вони знаходяться на орбіті нашої планети, і час там цокає трохи швидше. Соті частки секунди через добу складуться в цифру, яка дасть до 10 км похибки в розрахунках маршруту на Землі. Розрахувати цю похибку дозволяє саме теорія відносності.
Простою мовою можна висловитися так: ОТО лежить в основі багатьох сучасних технологій, і завдяки Ейнштейну ми легко можемо знайти в незнайомому районі піцерію і бібліотеку.