Начало двадцатого века ознаменовалось необычайными научными открытиями. Величайшие умы планеты все больше и больше углублялись в изучение нашего мира, но не всегда гипотезы и догадки оказывались верными.
Пока многие гонялись в поисках некой эфирной среды, которая, как считалось, являлась носителем всех электромагнитных волн, в том числе и видимого света, малоизвестный на тот момент Альберт Эйнштейн выпускает в 1905 году в немецком научном журнале 3 статьи, которые напрочь перевернули взгляд об устройстве мира и буквально начали научную революцию! Самой популярной и важной из них стала специальная теория относительности (СТО), о ней мы сегодня и поговорим.
Для начала, специальная она потому, что она справедлива только для равномерно и прямолинейно движущихся объектов, для всех остальных случаев Эйнштейн позже выведет Общую Теорию Относительности. Так что, если тело движется даже с малейшим ускорением или по наклонной траектории, то СТО здесь не работает.
Теперь давайте разберемся, почему теория о таком простом понятии как "относительность", оказалась настолько важной.
Принцип относительности, я думаю, понятен каждому - если мы решили во время дальней поездки поездом прилечь поспать, то относительно поезда мы будем неподвижны, однако относительно земной поверхности мы движемся и в конечном счете приедем в пункт назначения. А теперь давайте применим этот принцип ко свету. Если наш поезд едет ночью, то он включит фары, которые будут освещать дорогу перед поездом. Так как источник света неподвижен относительно поезда, то логично было бы предположить, что чтобы рассчитать скорость выпускаемых фарами фотонов относительно, например, человека, наблюдающего за движением поезда со стороны, нужно к скорости движения поезда прибавить скорость света.
Ученые, которые верили в существование эфира как среды, в которой распространяется свет, думали, что такой обычный принцип сложения скоростей можно применять для расчета скорости света. Вообще у ученых того времени только из-за веры в существование эфира появлялось множество несостыковок в теориях. Вот здесь то и появляется на свет СТО, которое говорит нам, что:
1. Все законы природы сохраняются и действуют одинаково для тел, которые остаются неподвижными и которые движутся равномерно относительно друг друга.
2. Скорость света неизменна относительно любого объекта вне зависимости от того, как быстро этот объект движется относительно источника света.
Это означает, что и для машиниста поезда, и для стороннего наблюдателя за поездом, свет от фар будет двигаться с одинаковой скоростью, и если бы поезд двигался в вакууме, то скорость света бы составляла почти 300 000 км\сек. Эта скорость является максимальной скоростью в нашей вселенной, и достичь ее можно, только если у объекта нулевая масса, так как если у объекта есть масса, то на световой скорости она увеличивается вплоть до бесконечности и чтобы ее сдвинуть, потребуется бесконечное кол-во энергии, коей не существует в природе. Зная тот факт, что скорость света является статичной, можно прийти к будоражащим мозг выводам:
1. Течение времени относительно. Давайте вспомним одну из самых простых физических формул: расстояние = скорость * время, выразив через эту формулу время получим, что время = расстояние / скорость. А теперь представьте, что на одинаково огромных скоростях параллельно едут два поезда. Из окна первого на стенку второго светит фонарь. Как для наблюдателя из первого поезда, так и для наблюдателя из второго луч света будет перпендикулярен, однако для неподвижного наблюдателя, допустим сверху, луч света будет идти по наклонной, так как источник света движется, при этом скорость света остается неизменной. Получается, что чтобы пройти большее расстояние с той же скоростью, потребуется больше времени! Этот факт говорит нам о том, что быстрее движется объект относительно другого, тем медленнее для него течет время относительно того же другого объекта. Этот эффект был многократно доказан с помощью атомных часов, которые долгое время вращались на орбите земли на огромных скоростях. Согласитесь, это потрясает!
2. Масса относительна. Одна из самых известных формул в мире опять же была выведена в результате открытия СТО. E=mc^2 знакома, наверное, каждому, кто учился в школе. Именно эта формула, формула энергии покоя, и показывает нам тесную взаимосвязь между массой и энергией. Для движущихся объектов эта формула порядком усложняется и в ней прослеживается еще одна взаимосвязь: чем быстрее движется объект, тем больше его масса, причем на околосветовых скоростях масса увеличивается практически до бесконечности, что показывает нам то, что световую скорость может достичь только объекты с нулевой массой, такие как фотоны света, так как чтобы двигать объект с бесконечной массой, потребуется бесконечное количество энергии, коей не существует!
3. Длина объекта относительна. Да, даже длина объекта меняется, когда мы движемся очень и очень быстро, но этот эффект опять же будет заметен только неподвижному наблюдателю.
Вот такие поистине великие открытия позволили сделать свежий независимый взгляд на устройство мира и добавление новой константы в учебники по физике! Но СТО- это лишь часть открытий Альберта Эйнштейна и Общей теории относительности, о которой мы поговорим в следующей статье!
Подпишись, чтобы узнать еще больше удивительных вещей!)