Теория относительности Альберта Эйнштейна

Мир световых скоростей

Создатель теории относительности был очень скромным и благородным человеком. Вероятно, именно поэтому так хочется вслушаться в те немногие слова, которыми он пытался описать свои первые шаги в науке: «…я скоро научился выискивать то, что может повести в глубину, и отбрасывать все то, что перегружает ум и отвлекает от существенного».

И тут же шутил: «Нормальный взрослый человек едва ли станет размышлять о проблемах пространства — времени. Он полагает, что разобрался в этом еще в детстве. Я же, напротив, развивался интеллектуально так медленно, что, только став взрослым, начал раздумывать о пространстве и времени. Понятно, что я вникал в эти проблемы глубже, чем люди, нормально развивающиеся в детстве».

Теория относительности получила свое название из-за ее второго важного утверждения: длина и масса тела, а также продолжительность события и количество движения (произведение массы на скорость) не абсолютны, они зависят от скорости движения наблюдаемых предметов относительно наблюдателя.

В формулах теории относительности для массы, длины и времени имеется слагаемое, в котором основную роль играет отношение квадрата скорости тела к квадрату скорости света в вакууме. Если тело движется медленно и плавно, как планеты вокруг Солнца, то это слагаемое становится пренебрежимо малым и длина, масса, время приобретают свои обычные, знакомые нам значения. Для таких тел совершенно справедливы выводы классической механики, механики Ньютона.

Даже скорости космических аппаратов (около 11 км/сек) так далеки от скорости света, что их движение можно вполне рассчитывать по обычным классическим формулам.

На рисунке Л. О. Пастернака запечатлен Альберт Эйнштейн, играющий на скрипке. Музыка помогала Эйнштейну всю жизнь, в ней он находил гармонию, к которой так стремился в науке.

Лишь в особых условиях, когда скорость тела приближается к скорости света, начинают проявляться эффекты теории относительности. Практически их можно наблюдать в двух внешне совершенно различных мирах: в бесконечно далеких от нас просторах Вселенной, где находятся звезды других галактик, убегающих от «центра мироздания» со скоростью, близкой к скорости света, и в… крохотном, но энергичном царстве мельчайших частиц материи, например электронов и протонов, разогнанных в современных ускорителях тоже почти до световых скоростей.

Для таких тел, очень быстро двигающихся, теория относительности предсказывает сокращение длины, замедление времени и возрастание массы. Цвет далеких раскаленных звезд, удаляющихся от нас, должен, как предсказывал Эйнштейн, изменяться в зависимости от скорости определенным образом: например, из голубоватого становиться красным. Путь светового луча, пролетающего около массивного тела, такого, как Солнце, будет в поле его тяготения немного искривляться.

И все эти странные для нашего привычного, обыденного мира явления физики смогли зарегистрировать, подтвердив тем самым справедливость теории относительности.

Убегающие звезды действительно постепенно краснеют, световой луч изгибается около Солнца, электроны, скорость которых в ускорителе отличается от скорости света лишь на 30 — 40 км/сек, становятся тяжелее почти в 2000 раз!

Знаменитая формула

В теории относительности имеется знаменитая формула, показывающая, что энергия, заключенная в теле, и его масса неразрывно связаны. Энергия тела равна его массе, умноженной на квадрат скорости света. Вот и все, удивительно просто и лаконично, но мы теперь можем легко оценить, какие огромные запасы энергии таятся в любом веществе. Масса тела, как нам теперь известно, зависит от его скорости, и, следовательно, от скорости будут зависеть энергетические запасы тела.

Как всякая истинно новаторская и глубокая теория, теория относительности совершенно меняет существовавшие ранее представления о времени и пространстве, объединяет их, лишает их абсолютного смысла, убедительно доказывает относительность таких, казалось бы незыблемых, свойств материи, как масса и геометрические размеры. Теория относительности — дальнейшее обобщение, развитие физических законов движения. Она не отменяет, а включает в себя как необходимую составную часть всю классическую механику.

Мишель Монтень однажды написал о древнегреческом философе Сократе: «У Сократа как-то спросили, откуда он родом. Он не ответил: «Из Афин», а сказал: «Из Вселенной». Этот мудрец, мысль которого отличалась такой широтой и богатством, смотрел на Вселенную как на свой родной город, отдавая свои знания, себя самого, свою любовь всему человечеству,— не так, как мы, замечающие лишь то, что у нас под ногами…»

Эти прекрасные слова можно полностью отнести и к Эйнштейну.

Источник: Марк Колтун “Мир физики“.