Специальная теория относительности изменила физику: в чем суть идеи Эйнштейна о времени и свете

Об этом пишет Space.

Специальная теория относительности Альберта Эйнштейна 1905 года произвела революцию в современной физике. Эта теория объясняет, как скорость влияет на массу, время и пространство, и представила миру самое известное уравнение в науке: E = mc².

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Специальная теория относительности применима к ситуациям, связанным с высокими скоростями, огромной энергией и огромными расстояниями и все это в отсутствие гравитации. Что касается последней, то главной теорией гравитации стала общая теория относительности Эйнштейн 1915 года.

До Эйнштейна три закона движения Исаака Ньютона легли в основу классической физики. Но они не могли объяснить все, особенно поведение света.

Ключевые понятия специальной теории относительности Эйнштейна

Почему ничто не может двигаться быстрее света?

Когда объекты приближаются к скорости света (приблизительно 300 000 км/с), их масса фактически становится бесконечной, что требует бесконечной энергии для движения. Это создает универсальное ограничение: ничто с массой не может двигаться быстрее света.

Что означает E = mc²?

Уравнение E = mc² означает, что энергия (E) и масса (m) взаимозаменяемы. Скорость света (c) в квадрате — это огромный множитель, поэтому даже крошечная часть массы содержит огромное количество энергии. Например, преобразование атомов в обычной канцелярской скрепке в чистую энергию высвободило бы эквивалент 18 килотонн в тротиловом эквиваленте.

Как Эйнштейн разработал специальную теорию относительности?

Как говорил сам Эйнштейн, он представлял себя подростком, преследующим луч света. Если бы он мог его догнать, он бы увидел волну света неподвижной. Но это противоречило утверждениям физика Джеймса Максвелла, уравнения которого требовали, чтобы электромагнитные волны всегда двигались с одинаковой скоростью в вакууме: 300 000 км/с.

Это противоречие привело Эйнштейна к предположению, что законы физики и скорость света одинаковы для всех наблюдателей, независимо от их движения. Эта идея легла в основу специальной теории относительности.

Почему время относительно?

Одним из многих следствий специальной теории относительности является то, что время движется относительно наблюдателя. Объект в движении испытывает замедление времени, что означает, что, когда объект движется очень быстро, для него время идет медленнее, чем, когда он находится в состоянии покоя.

Например, астронавты на орбите стареют на орбите медленнее, чем люди на Земле, ведь Международная космическая станция движется быстрее, чем вращается наша планета.

Но на скоростях, близких к скорости света, эффекты замедления времени являются более очевидными. Представьте себе 15-летнего подростка, который в течение 5 лет (с его точки зрения) перемещался в космосе со скоростью 99,5% скорости света, а затем вернулся на Землю. В итоге подросток постарел бы на 5 лет, но все его родственники постарели бы на 65 лет. Дело в том, что 50 лет прошли намного быстрее на более медленно движущейся планете.

В чем разница между специальной и общей теорией относительности?

Специальная теория относительности имеет дело с пространством, временем и энергией в постоянном движении, без учета гравитации. Общая теория относительности расширяет эти идеи, включая гравитацию и ускорение.

Что означает "относительность" в специальной теории относительности?

Это означает, что измерения времени и пространства зависят от относительного движения наблюдателя.

Почему скорость света постоянна?

Эйнштейн показал, что независимо от того, насколько быстро вы движетесь, вы всегда будете измерять свет, движущийся с одной и той же скоростью. Это постоянство является ключом к пониманию того, почему время и пространство смещаются для движущихся наблюдателей.

Как уже писал Фокус, физика не дает покоя то, что общая теория относительности не работает внутри черных дыр. Теперь ученые предложили решение этой проблемы.

Напоминаем, что общая теория относительности Эйнштейна не работает вместе с квантовой механикой, но физики ищут способ их объединить, чтобы описать вместе все четыре главные силы природы. Ученые приблизились к созданию так называемой теории всего, как уже писал Фокус.

Также Фокус писал о том, что Землю накрыла самая мощная геомагнитная буря за 21 год и ученые рассказали о последствиях. Ученые из NASA рассказали о том, к чему привела мощнейшая геомагнитная буря на Земле, которая возникла 10 мая 2024 года и последствия которой до сих пор являются предметом детального изучения.