Когда-то давно Эйнштейн сказал очень известную фразу:
"Всё в мире относительно"
Сейчас люди любят ее применять в любой удобной ситуации: "Красота - понятие относительное", "Ум - понятие относительное" и т. д. В общем, суют ее куда ни попадя. А какой же смысл вкладывал в относительность Эйнштейн? Естественно, физический. И понять, в чем заключается та самая "относительность", не вдаваясь в детали, довольно несложно, даже не обладая знаниями математики и физики, нужно лишь иметь хорошую фантазию.
Начнем издалека. Давайте рассмотрим ситуацию, с которой все сталкивались в жизни. Представим, что мы едем по трассе в красном автомобиле и рядом движется синяя машина в ту же сторону по соседней полосе.
Если смотреть из окна красного автомобиля, кажется, что синяя машина стоит на месте, но все мы знаем, что она всего лишь движется со скоростью, равной скорости нашей машины, поэтому кажется нам неподвижной. Это и есть относительность движения. Сидя в красной машине, мы, как говорят физики, находимся в системе отсчета красной машины. И в этой системе отсчета синий автомобиль неподвижен, так как он движется со скоростью равной скорости нашей системы отсчета. А если теперь мы станем мальчиком Ваней, стоящим на остановке, то мимо него эти две машины проезжают с какой-то скоростью. А сам же Ваня стоит неподвижно на землей, значит он находится в системе отсчета, связанной с землей.
Таким образом, мы увидели, что от выбора системы отсчета зависит скорость синей машины: для красной она неподвижна, а для земли - движется с какой-то скоростью. В этом и заключается относительность скорости.
При "пересадках" между системами отсчета скорость меняется по принципу относительности Галилея. (почитать подробнее можно здесь)
Теперь давайте двигаться к теории относительности, которой занимался Эйнштейн, но корректнее называть её Специальной Теорией Относительности (СТО). Почему так? Потому что есть два условия, при котором она применяется:
1) В рассматриваемой ситуации не должны участвовать сильные гравитационные поля (если проще, всё должно происходить вдали от больших вращающихся космических тел по типу планет).
2) Скорость света во всех системах отсчета считаем одинаковой.
А теперь, основываясь на этом, проведем два мысленных эксперимента:
1) Относительность одновременности
Поначалу иллюстрация может показаться непонятной, но текст после нее внесет ясность в происходящее.
Итак, главный вопрос: что здесь происходит?
Пусть трубка движется с некоторой скоростью вправо и внутри нее ровно в центре происходит вспышка света. А теперь давайте рассмотрим ситуацию двумя способами:
Первый способ: давайте представим, что мы сидим внутри трубки (т.е. находимся в системе отсчета трубки). Для нас трубка неподвижна, ровно как, если мы сидим внутри машины, для нас она неподвижна, т.к. мы едем вместе с ней. В таком случае лучи света начнут с одинаковой скоростью удаляться от нас вправо и влево и тогда, моменты, когда луч идущий влево коснется левой стенки, а идущий вправо - правой, настанут одновременно. Это проиллюстрировано в левой колонке таблички на рисунке. Точки 1 и 2 означают моменты, когда луч коснулся соответствующей стенки.
Второй способ: а теперь представим, что мы сидим внутри лаборатории и наблюдаем за этим экспериментом со стороны, то есть трубка для нас стала двигаться вправо. Тогда очевидно, что луч, идущий влево, быстрее коснется левой стенки, чем правый - правой, потому что левая стенка движется навстречу лучу, идущему влево, а правая, наоборот, "убегает" от луча движущегося вправо.
Отвечая на "главный вопрос", отмеченный выше, в этом мысленном эксперименте мы смогли наблюдать, как одновременность событий "сломалась" при изменении системы отсчета.
2) Относительность времени
Это немного более простой мысленный эксперимент для понимания.
Выглядит также запутанно, как первый опыт, но давайте разбираться. Возьмем два зеркала, движущихся параллельно друг другу с одинаковыми скоростями вправо, и пускай у верхнего зеркала происходит вспышка. Снова рассмотрим ситуацию двумя способами:
Первый способ: представим, что мы сидим на одном из двух зеркал, то есть они для нас неподвижны, тогда луч пойдет от вспышки к нижнему зеркалу, отразится и поднимется обратно ко второму зеркалу. Получили что луч прошел расстояние, равное двойному расстоянию между зеркалами.
Второй способ: теперь предположим, что мы наблюдаем за ситуацией со стороны (т.е. в лабораторной системе отсчета), тогда луч проделает то же самое: опустится к нижнему зеркалу и поднимется к верхнему, но при этом вся система сместится еще и вправо! Получили, что луч прошел расстояние большее, чем двойное расстояние между зеркалами.
Какой вывод можно сделать из этого опыта? Во втором способе луч прошел большее расстояние с такой же скоростью, а это значит, что он затратил больше времени.
Таким образом, при изменении системы отсчета изменилось время!
Итак, мы поняли, что стало основой появления теории относительности: ученых интересовало математическое и физическое рассмотрение таких вот опытов. Большой труд в этом направлении проделал Лоренц - он вывел преобразования Лоренца для СТО и, собственно, Эйнштейн внес огромный вклад в развитие СТО.
Теперь и ты знаешь, с какими вопросами работал Эйнштейн в Специальной Теории Относительности и что, на самом деле, значит фраза: "Все в мире относительно".
Понять всё - бесценно.
А если ты хочешь знать больше про окружающий нас мир и смотреть на него сквозь призму понимания физики - подписывайся на канал, задавай вопросы в комментариях и ставь лайки.
