Що таке теорія відносності Ейнштейна?

Коли була опублікована ця теорія, вважалося, що в усьому світі її зможуть зрозуміти не більше десятка вчених! Ось чому ми і не намагатимемося уявити її технічні особливості. Однак буде корисно зрозуміти, чим займався Ейнштейн, які досліджував проблеми.

Ми знаємо, що будь-який рух «щодо». Це означає, що його можна виміряти стосовно чогось. Наприклад, ми перебуваємо у вагоні поїзда і дивимося у вікно. Спостерігаючи за предметами, що миготять за вікном, ми знаємо, що поїзд рухається. Але по відношенню до пасажира, що сидить навпроти вас, ви залишаєтеся на місці!

Тому наявність руху можна визначити стосовно чогось нерухомого. Це перша частина теорії Ейнштейна. Ми можемо сформулювати його так: рух тіла з постійною швидкістю в космічному просторі неможливо зафіксувати безвідносно до інших об'єктів.

Другим основним становищем теорії Ейнштейна є те, що єдино незмінним у Всесвіті є швидкість світла. Нам відома його швидкість – близько 300 000 км/сек. Але нам важко навіть уявити, що це стала величина. І ось чому: якщо автомобіль рухається зі швидкістю 100 км/год, це означає, що його швидкість по відношенню до нерухомого спостерігача, становить 100 км/год. Якщо перший автомобіль обганяє другий, що рухається зі швидкістю 60 км/год, це означає, що швидкість першого на 40 км/год вище, ніж другого. А якщо другий автомобіль їде назустріч, їхня сумарна швидкість у точці зустрічі складе 160 км/год.

Отже, згідно з теорією Ейнштейна, якщо вимірювати швидкість руху променя світла так само (наприклад, ми рухаємося в одному напрямку, а промінь світла — у протилежному), його швидкість залишиться незмінною — близько 300 тис. км/сек. Це дає лише загальне уявлення про теорію відносності Ейнштейна. Крім цього, він досліджував питання, пов'язані з масою та енергією, способами переходу одного стану до іншого.

Що таке теорія відносності Ейнштейна? 🌌🧠

Теорія відносності – це дві взаємопов’язані теорії фізики, розроблені Альбертом Ейнштейном в 1905 році (спеціальна теорія відносності) та в 1915 році (загальна теорія відносності). Вони змінили наше розуміння простору, часу, маси та гравітації.

1. Спеціальна теорія відносності (1905)

Основні принципи:

1. Закони фізики однакові для всіх спостерігачів, незалежно від того, чи рухаються вони з постійною швидкістю чи перебувають у спокої.

2. Швидкість світла однакова для всіх спостерігачів, незалежно від їхнього руху чи руху джерела світла.

Ключові наслідки:

• Часова дилатація (сповільнення часу): Якщо об'єкт рухається зі швидкістю, близькою до швидкості світла, час для нього сповільнюється, порівняно з об'єктами, що знаходяться в спокої. Це означає, що для астронавта, що подорожує на космічному кораблі на високій швидкості, час пройде повільніше, ніж для людей на Землі.

• Скорочення довжини: Об'єкти, що рухаються швидше, здаються коротшими в напрямку руху для спостерігача, що перебуває в спокої.

• Енергія та маса є взаємопов'язані: Найтаке важливе рівняння E=mc² описує зв'язок між енергією (E) і масою (m) об'єкта, де c — це швидкість світла. Масу можна перетворити на енергію і навпаки. Це рівняння стало основою для розвитку ядерної енергетики та розуміння реакцій, таких як ядерні вибухи.

2. Загальна теорія відносності (1915)

Загальна теорія відносності розширює принципи спеціальної теорії відносності на випадки, коли присутня гравітація та коли об'єкти рухаються з прискоренням.

Ключові принципи:

• Гравітація як викривлення простору-часу: Замість того, щоб вважати гравітацію простою силою, Ейнштейн показав, що масивні об'єкти, як планети та зірки, викривлюють навколишній простір-час. Це викривлення змушує інші об'єкти рухатися по кривих траєкторіях, як-от орбіти планет навколо зірок.

• Часова дилатація у гравітаційних полях: Час проходить повільніше біля масивних об'єктів (наприклад, біля чорних дір) порівняно з областями, де гравітація слабша.

Основні наслідки:

• Чорні діри: Якщо масивна зірка скидає свої зовнішні шари, її ядро може стискатися до такої міри, що навіть світло не може покинути це місце. Це утворює чорну діру — об'єкт, де гравітація настільки сильна, що простір і час втрачають свої звичні властивості.

• Гравітаційні хвилі: Коливання простору-часу, які виникають при прискорених масах (наприклад, при злитті чорних дір), можна виявити за допомогою спеціальних детекторів.

Ключові наслідки теорії відносності:

• Викривлення простору і часу: Маса та енергія змінюють "геометрію" простору-часу. Це було підтверджено експериментами, зокрема спостереженням за викривленням світла зірок, що проходять поруч із Сонцем (гравітаційне лінзування).

• Підтвердження через експерименти: Перші підтвердження теорії відносності отримано через спостереження за орбітою Меркурія, де гравітаційні ефекти Сонця викривляють його орбіту. Пізніше було виявлено гравітаційні хвилі, що підтверджують теорію.

Висновок:

Теорія відносності Ейнштейна змінила наше розуміння фундаментальних фізичних явищ, показавши, що простір, час і гравітація не є такими, як ми їх собі уявляли до того. Вона відкрила нові горизонти для досліджень у фізиці та астрономії! 🌌🧑‍🚀