А вы знали, что чем выше мы находимся, тем быстрее идет время? Если один человек останется стоять на земле, а второй поднимется на самый верх останкинской башни, то для первого время будет идти медленнее, чем для второго. Этот феномен можно объяснить с помощью теории относительности Альберта Эйнштейна.

Спросите, что это за теория такая?

Для того чтобы разобраться обратимся к историческим фактам. В 1905 году Альберт Эйнштейн создал специальную теорию относительности (СТО), она рассматривает только частный случай, когда движение прямолинейно и равномерно. Если материальное тело начинает ускоряться или искривляется траектория его движения, то в таком случае применяется общая теория относительности (ОТО).

 

Материальное тело - объект, имеющий массу, форму, объём; и отделенный от других тел внешней границей раздела.

Теория относительности базируется на двух основных постулатах:

I. Принцип относительности Эйнштейна: все законы физики и уравнения, их описывающие, одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. (Этот постулат является обобщением принципа относительности Галилея на все физические явления и законы.)

II. Инвариантность скорости света: свет распространяется в вакууме с определенной скоростью света (c), не зависящей от движения источника и наблюдателя.

Постулат - это утверждение, принимаемое без доказательств, и служащее основой для построения какой-либо научной теории.

Если говорить простым языком, то первый постулат говорит нам о том, что если у нас есть два наблюдателя и они движутся с постоянной скоростью относительно друг друга, то такая система отсчета называется инерциальной системой отсчета. И в каждой такой системе отсчета законы физики будут одинаковы.

Второй постулат говорит, что скорость света в вакууме одинакова для любого наблюдателя, независимо с какой постоянной скоростью он движется. Это странное поведение света можно понять на примере. Представим, что у нас есть условно неподвижная система отсчета – земля, и движущийся относительно неё поезд. Вы идете по вагону поезда в сторону движения, тогда ваша скорость — это сумма скоростей вашей собственной скорости и скорости поезда.

Теперь представьте, что в вагоне по ходу поезда распространяется световой луч. Его скорость относительно земли будет равна скорости относительно поезда. Эту скорость называют скоростью света, скорость света обозначается латинской буквой «c» и ровна 300 000 км/с. Отсюда следует определение инвариантности, инвариантность - неизменность какой-либо величины при изменении физических условий или по отношению к некоторым преобразованиям, например, преобразованиям координат и времени при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой.

Общая теория относительности делает следующий шаг: пространство-время не только зависят от движения наблюдателя, они также могут изменяться в ответ на присутствие материи.

Или проще говоря, любое массивное тело искривляет пространство вокруг себя. Самый простой пример если на батут положить тяжелый шар, то он образует своего рода воронку. Если мы попытаемся поставить рядом другой шар, то он будет скатываться в эту воронку. Таким образом, искривлённое пространство-время — это есть тяготение (гравитация). И как следствие в местах сильного искривления ход времени замедляется, это замедление носит абсолютный характер.

Из вышесказанного следует, чем больше гравитация, тем сильнее искажается поле и тем медленнее идет время. Чем выше мы находимся, тем меньше гравитация и, следовательно, меньше искажение пространство-времени.

Но заметить данную разницу очень сложно. Иными словами, в условиях более сильной гравитации, время проходит медленнее, чем в условиях слабой гравитации.

Более подробно об этой теории и других физических законах и явления в доступном изложении можно ознакомиться в книге «Физика для безнадежных гуманитариев» от Аллы Казанцевой.

Вы спросите где же реальной жизни можно встретить проявления теории относительности?

Теория относительности имеет множество практических и теоретических применений. Она используется в системе спутниковой навигации, так как спутники летают на высоте порядка 20000 км и движутся со скоростью порядка 10000 км/ч в силу вступает релятивистское замедление времени. И если бы спутники не учитывали этот эффект, то наши навигаторы показывали бы не правильные данные.

Объясняет принцип работы телевизора с кинескопом, кинескоп это электронно-лучевая трубка. В трубке создается пучок электронов выстреливающий на заднюю часть экрана, где находится тонкий слой вещества, которое под действием пучка светится. Этот пучок вызывает светящееся пятно, также в трубке размещены устройства которые контролируют яркость и отклонение пучка посредством электрического и магнитных полей. В связи с этим при проектировании данного элемента производители обязаны были учитывать теорию относительности, иначе мы могли бы наблюдать простое свечение пучка электронов.

Также теория относительности разъясняет принцип трансформаторов и электрогенераторов, а также многое другое. Еще теория относительности объясняет феномены, такие как гравитационные волны, красное смещение и временной диалог. Более того, эта теория является одной из основ физики элементарных частиц и теории большого взрыва.

В заключение, теория относительности Альберта Эйнштейна является удивительным учением о связи между пространством и временем. Идея о том, что время течет быстрее в условиях более слабой гравитации, открывает перед нами новые горизонты и вызывает множество вопросов о природе нашей вселенной. Она сыграла огромную роль в науке и оставила неизгладимый след в понимании окружающего мира.

Литература:

1. Казанцева, А. Б. Физика для безнадежных гуманитариев / А.Б. Казанцева; Москва: Изд-во АСТ, 2021 - 288 с.
2. Бэйс, С. Очень специальная теория относительности: иллюстрированное руководство / С. Бэйс; пер. с англ. - М. : Бином. Лаборатория знаний, 2013 - 107 с.

Автор: Ленинг С. Ю.