Теория относительности, предложенная Альбертом Эйнштейном в начале XX века, сегодня считается базой современной физики. В чем же суть этой теории? Давайте разберём основные идеи простым и доступным языком.
Эйнштейнова теория относительности помогла устранить многочисленные противоречия в физике начала XX века, радикально изменила наше понимание пространства и времени, а свои положения неоднократно подтверждала в экспериментах.
Именно она стала фундаментом для всех современных ключевых физических теорий — можно сказать, это настоящая "мама" современной физики!
В первую очередь нужно различать две части теории:
1. Специальная теория относительности (СТО) — изучает процессы в системах, движущихся с постоянной скоростью относительно друг друга.
2. Общая теория относительности (ОТО) — расширяет рамки с учетом ускоренного движения и объясняет гравитацию, а также возможное существование частиц — гравитонов.
Очевидно, что СТО появилась раньше и по сути входит в более широкую ОТО. Сначала поговорим именно о ней.
- СТО простыми словами
Главный принцип СТО — физические законы одинаковы для всех систем отсчёта, движущихся с постоянной скоростью. Из этого вытекает очень важный факт: скорость света в вакууме (около 300 000 км/с) одинакова для всех наблюдателей, вне зависимости от их движения.
Представьте, что у вас есть космический корабль из будущего, который летит с огромной скоростью и оснащён лазерной пушкой, стреляющей фотонами вперёд.
По отношению к самому кораблю луч света движется со скоростью света. Казалось бы, для неподвижного наблюдателя скорость луча должна быть суммой скорости корабля и света. Однако это не так! Независимо от того, движется корабль или стоит, скорость света всегда будет 300 000 км/с.
Запомните: скорость света постоянна для всех, вне зависимости от движения источника.
Из этого следуют невероятные выводы: время может замедляться, объекты сокращаться в длине, а масса тела зависит от скорости. Подробнее о захватывающих последствиях Специальной теории относительности вы можете узнать в отдельной статье (ссылка ниже).
- Основная идея общей теории относительности (ОТО)
Для понимания ОТО нужно объединить две важные концепции.
Во-первых, мы живём в четырёхмерном пространстве-времени — едином континууме с координатами x, y, z и временем t. Пространство и время — части одного целого.
Мы, люди, воспринимаем только три пространственных измерения и время как отдельное, но на самом деле это проекции четырехмерного объекта.
Теория не говорит, что тела меняются в абсолютном смысле. Сам четырёхмерный объект всегда остаётся неизменным, а его проекции изменяются в зависимости от скорости — именно так мы наблюдаем замедление времени и сокращение длины.
Во-вторых, все тела падают с одинаковым ускорением. Представьте, что вы в лифте, который свободно падает — вы будете испытывать невесомость, словно находитесь в космосе. Внутри кабины невозможно понять, свободно ли вы падаете или летите в невесомости с постоянной скоростью.
Для Эйнштейна этот мысленный эксперимент стал ключом к пониманию: гравитация и ускорение в принципе неразличимы. Значит, гравитационное падение можно рассматривать как движение по "прямой линии" в искривленном четырёхмерном пространстве-времени.