Теория относительности

Материал из РациоВики
(перенаправлено с «Общая теория относительности»)
Перейти к: навигация, поиск

Теория относительности была предложена Альбертом Эйнштейном и её краткая суть состоит в том, что время и пространство взаимосвязаны и что движение определяется системой отсчёта. Теория может быть разделена на специальную теорию относительности (имеющей дело в основном с системами отсчёта, скорость которых постоянна) и общую теорию относительности (которая включает в рассмотрение ускорение в большей мере).

Специальная теория относительности[править]

Специальная теория относительности (СТО) была предложена Эйнштейном в 1905 году в качестве обобщения преобразований Лоренца, что привело к распространению применимости уравнений Максвелла с электромагнитных явлений до событий во Вселенной вообще.

Постулаты[править]

СТО исходит из двух постулатов:

  1. Законы физики действуют одинаково во всех инерциальных системах отсчёта.
  2. Скорость света в вакууме не зависит от системы отсчёта.

Первый постулат является обобщением принципа относительности Галилея, поскольку в отношении механических явлений он был впервые механически получен Галилеем. При отсутствии вибраций или внешних систем отсчёта невозможно отличить равномерное прямолинейное движение от состояния покоя.

Тем не менее, обобщение этого постулата достаточно парадоксально, и, кроме того, прямо противоречит теории светоносного эфира, общепринятой теории того времени, согласно которой пространство заполнено веществом, колебания которого являют собой свет. Независимо от этой теории, стороннему наблюдателю трудно было сделать валидные предсказания. Если луч света двигается к наблюдателю со скоростью c, и если наблюдатель двигается в обратную сторону со скоростью v, то можно было бы ожидать наблюдаемую скорость света величиной v+c. Согласно с первым постулатом, наблюдаемая скорость будет оставаться равной c. Не смотря на свою необычность, этот постулат представляется верным, как это следует из опыта Майкельсона-Морли.

В связи с этим можно сделать достаточно неожиданный вывод о том, что время и пространство не являются универсальными, в то время как скорость света в вакууме таковой является. Неспособность измерить это отсутствие универсальности было следствием того, что величина скорости света по отношению к скоростям, с которыми приходилось иметь дело ранее, необычайно велика. Поэтому даже сейчас часто приходится пользоваться следствиями этого постулата о скорости света.

Этот постулат менее очевиден, но посредством аргументов Майкельсона и Морли в конце 19 века научное сообщество было им удовлетворено.

Следствия[править]

Согласно со специальной теорией относительности, для любой системы отсчёта наблюдаемые события в другой системе отсчёта, движущейся относительно первой с постоянной относительной скоростью, будут протекать дольше, чем эти же события, проведённые в первой системе (либо их длительность, измеренная во второй системе), а все объекты второй системы отсчёта будут обладать сокращённой длинной вдоль своего направления движения относительно первой системы. Эти эффекты, известны соответственно как замедление времени и сокращение длины, относительны, и они не будут наблюдаться из системы отсчёта, в которой происходят экспериментальные события.

Иным важным следствием специальной теории относительности является магнетизм. Эффект сокращения длины применительно к векторным полям движущихся объектов позволил физикам получить магнетизм в качестве прогнозированного следствия электрических зарядов.

Другим следствием является то, что масса и энергия тесно взаимосвязаны, и что массу также можно рассматривать как величину, зависящую от системы отсчёта (т.н. "релятивистская масса")[1], и стремящуюся к бесконечности когда скорость тела приближается к скорости света в вакууме. Вследствие этого усложняется дальнейшее ускорение объекта, поскольку по мере приближения его скорости к c для этого требуется всё большая сила. Таким образом, ни один объект ненулевой "массы покоя" не может достичь скорости света.

Примечательно, что согласно с другим результатом СТО, никакая информация не может быть передана из одной части Вселенной в другую быстрее, чем со скоростью света в вакууме. Этот результат имеет важные последствия для закона всемирного тяготения Ньютона, согласно с которым гравитация является мгновенной силой, действующей на потенциально бесконечные расстояния. В конечном итоге это привело к замене теории ньютоновской гравитации на общую теорию относительности.

Общая теория относительности[править]

Общая теория относительности или ОТО является более сложной тематикой и предметом её изучения являются ускоренные системы отсчёта и гравитация. Наподобие специальной теории относительности, её выводы порой далеки от интуитивных, но тем не менее являются хорошо подтверждёнными подавляющим большинством экспериментов по состоянию на сегодня.

Среди её наиболее важных следствий является то, что ускоренная система отсчёта неотличима от системы отсчёта в гравитационном поле, что время проходит медленнее в окрестности гравитационных полей, и что пространство-время является не евклидовым, т.е., "искривлённым".

В модели общей теории относительности гравитация являет собой фиктивную силу, а траектория объектов изменяется ввиду того, что в окрестности массивных объектов пространство искривляется.

Одной из важных нерешённых проблем современной физики является противоречивость ОТО и квантовой механики. Несмотря на то, что обе теории превосходно подтверждены в разных областях исследований, они в простейшем случае представляются фундаментально несовместимыми. Тем не менее, эта проблема пока не имела "прикладного" значения, и обе эти теории как минимум являются хорошими приближениями реальных событий в природе, описывая их в разных масштабах. В настоящее время существует ряд непротиворечивых теорий, объединяющих квантовую механику и гравитацию, например теория суперструн. И квантовая механика, и ОТО являются частными случаями, следующими из этих теорий.

См. также[править]

New logo.png
If you were looking for this article in the English language, it can be found at Relativity.

Внешние ссылки[править]

Примечания[править]

  1. Такая терминология употреблялась ранее. Ныне употребления термина "релятивистская масса" избегают, поэтому проблемы множественности масс более нет. Вместо этого термина и термина "масса покоя" используется термин "инвариантная масса" либо, сокращённо, просто "масса". Все необходимые релятивистские поправки вносят в величину импульса, который, в отличии от скорости, может быть неограниченным для заданной массы.