Это было самое долгое затмение за 500 лет, оно длилось около 7 минут. Но известно оно в первую очередь тем, что благодаря наблюдению этого затмения и эксперименту Артура Эддингтона и его коллег, было получено доказательство Общей Теории Относительности Эйнштейна, согласно которой пространство-время - это не просто пустота, оно динамично, может изгибаться и искривляться, и это должно влиять на траекторию движения света через пространство.
Когда Луна закрыла Солнце, стали видны звезды, и оказалось, что положение звезд на небе около Солнца немного изменилось, по сравнению с тем когда Солнце находится в другом участке неба. Гравитация Солнца исказила пространство-время, оно сработало как “линза”, и из-за этого звезды визуально немного изменили положение на небе.
Специальная теория относительности, перевернувшая в начале прошлого столетия общепринятые представления о мире, до сих пор продолжает будоражить умы и сердца людей. Сегодня мы попытаемся разобраться вместе, что это такое.
В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал специальную теорию относительности (СТО), которая объясняла, как интерпретировать движения между различными инерциальными системами отсчета – попросту говоря, объектами, которые движутся с постоянной скоростью по отношению друг к другу.
Эйнштейн объяснил, что когда два объекта двигаются с постоянной скоростью, следует рассматривать их движение друг относительно друга, вместо того чтобы принять один из них в качестве абсолютной системы отсчета.
Так что, если два космонавта, вы и, допустим, Олег, летите на двух космических кораблях и хотите сравнить ваши наблюдения, единственное, что вам нужно знать – это ваша скорость относительно друг друга.
Специальная теория относительности рассматривает лишь один специальный случай (отсюда и название), когда движение прямолинейно и равномерно. Если материальное тело ускоряется или сворачивает в сторону, законы СТО уже не действуют. Тогда в силу вступает общая теория относительности (ОТО), которая объясняет движения материальных тел в общем случае.
Теория Эйнштейна базируется на двух основных принципах:
1. Принцип относительности: физические законы сохраняются даже для тел, являющихся инерциальными системами отсчета, т. е. двигающимися на постоянной скорости относительно друг друга.
2. Принцип скорости света: скорость света остается неизменной для всех наблюдателей, независимо от их скорости по отношению к источнику света. (Физики обозначают скорость света буквой с).
Одна из причин успеха Альберта Эйнштейна состоит в том, что он ставил экспериментальные данные выше теоретических. Когда в ряде экспериментов обнаружились результаты, противоречащие общепринятой теории, многие физики решили, что эти эксперименты ошибочны.
В конце 19 века физики находились в поиске таинственного эфира – среды, в которой по общепринятым предположениям должны были распространяться световые волны, подобно акустическим, для распространения которых необходим воздух, или же другая среда – твердая, жидкая или газообразная. Вера в существование эфира привела к убеждению, что скорость света должна меняться в зависимости от скорости наблюдателя по отношению к эфиру.
Альберт Эйнштейн отказался от понятия эфира и предположил, что все физические законы, включая скорость света, остаются неизменными независимо от скорости наблюдателя – как это и показывали эксперименты.
Однородность пространства и времени
В Специальной теории относительности Эйнштейна постулируется фундаментальная связь между пространством и временем. Материальная Вселенная, как известно, имеет три пространственных измерения: вверх-вниз, направо-налево и вперед-назад. К нему добавляется еще одно измерение – временное. Вместе эти четыре измерения составляют пространственно-временной континуум.
Если вы двигаетесь с большой скоростью, ваши наблюдения относительно пространства и времени будут отличаться от наблюдений других людей, движущихся с меньшей скоростью.
На картинке ниже представлен мысленный эксперимент, который поможет понять эту идею. Представьте себе, что вы находитесь на космическом корабле, в руках у вас лазер, с помощью которого вы посылаете лучи света в потолок, на котором закреплено зеркало. Свет, отражаясь, падает на детектор, который их регистрирует.
Сверху – вы послали луч света в потолок, он отразился и вертикально упал на детектор. Снизу – для Олега ваш луч света двигается по диагонали к потолку, а затем – по диагонали к детектору
Допустим, ваш корабль двигается с постоянной скоростью, равной половине скорости света (0.5c). Согласно СТО Эйнштейна, для вас это не имеет значения, вы даже не замечаете своего движения.
Однако Олег, наблюдающий за вами с покоящегося звездолета, увидит совершенно другую картину. С его точки зрения, луч света пройдет по диагонали к зеркалу на потолке, отразится от него и по диагонали упадет на детектор.
Другими словами, траектория луча света для вас и для Олега будет выглядеть по-разному и длина его будет различной. А стало быть и длительность времени, которое требуется лазерному лучу для прохождения расстояния к зеркалу и к детектору, будет вам казаться различным.
Это явление называется замедлением времени: время на звездолете, движущимся с большой скоростью, с точки зрения наблюдателя на Земле течет значительно медленнее.
Этот пример, равно как и множество других, наглядно демонстрирует неразрывную связь между пространством и временем. Эта связь явно проявляется для наблюдателя, только когда речь идет о больших скоростях, близких к скорости света.
Эксперименты, проведенные со времени публикации Эйнштейном своей великой теории, подтвердили, что пространство и время действительно воспринимаются по-разному в зависимости от скорости движения объектов.
Объединение массы и энергии
В своей знаменитой статье, опубликованной в 1905 году, Эйнштейн объединил массу и энергию в простой формуле, которая с тех пор известна каждому школьнику: E=mc^2.
Согласно теории великого физика, когда скорость материального тела увеличивается, приближаясь к скорости света, увеличивается и его масса. Т.е. чем быстрее движется объект, тем тяжелее он становится. В случае достижения скорости света, масса тела, равно как и его энергия, становятся бесконечными. Чем тяжелее тело, тем сложнее увеличить его скорость; для ускорения тела с бесконечной массой требуется бесконечное количество энергии, поэтому для материальных объектов достичь скорости света невозможно.
До Эйнштейна концепции массы и энергии в физике рассматривались по отдельности. Гениальный ученый доказал, что закон сохранения массы, как и закон сохранения энергии, являются частями более общего закона массы-энергии.
Благодаря фундаментальной связи между этими двумя понятиями, материю можно превратить в энергию, и наоборот – энергию в материю.
Биографию и пр. описывать я не буду, так как всё это есть в вики.
«Да улыбнитесь же, профессор!»: на самом деле Альберту надоело позировать, он хотел избавится от наглого фотографа испортив ему фотку (ну там целая история про приём дзюдо есть), но фотка "завирусилась".
И так. В первую очередь он известен тем, что перевернул "с ног на голову" или наоборот - всё зависит от точки отсчёта ? всю Ньютоновскую механику. Фактически это была "отмена" Ньютона для больших скоростей и масс. Да-да. Ньютоновской механикой мы не перестали пользоваться, для автомобиля и пешехода без GPS - самое то.
Что же он там такого сделал. Во первых ввёл ограничение на распространение на скорость распространения любого сигнала и, соответственно любого физического взаимодействия между объектами (к этому мы ещё вернёмся позже), ограничив скорость света в вакууме ведь до этого считалось, любое взаимодействие происходит мгновенно (Ньютон). Но накапливались "косяки" ньютоновской теории гравитации:
Максвелл со своими уравнениями электро-динамики, сам не зная того, ограничивал скорость света (это следствия его формул)
Необъяснимая задержка прохождения спутников Юпитера по его диску при наблюдении в обычный телескоп - никак не вязалась с моментальной скоростью распространения сигнала в ньютоновской механике. Причём первая оценка скорости света в вакууме именно из этих наблюдений, причём эта оценка ошиблась на ~10%
Меркурий со своим смещением перигелия ставл вообще всех в тупик, в том числе и Специальную Теорию Относительности Эйнштейна(СТО).
И многое-многое другое. Так сказать, в то время "новая физика" просто стучалась в двери. И он, Альберт, её создал. Сначала СТО связав воедино пространство и время, а потом и ОТО, добавив туда гравитацию (то самое смещение перигелия Меркурия, которое СТО объяснить не могла). Теперь, создав единую теорию пространства-времени-гравитации Эйнштейн окончательно порвал скепктиков его теорий относительности. (А вездесущий эфир до сих пор ищут).
Наша Земля, на самом деле всегда падает в "гравитационную яму" Солнца, но скорость движения по орбите позволяет ей держаться на плаву, примерно как в цирковых гонках на мотоцикле в цилиндре или шаре
И вот Альберт Эйнштейн получает "нобелевку". За что? За СТО или уже за ОТО?
А вот фиг вам. Он получает нобелевку за то, что дал дикий толчок для развития своим же оппонентам - квантовикам, решив проблему внешнего фотоэффекта (грубо говоря выбывание электронов из атомов внешними фотонами). Его работа в этой теме нехило продвинула квантовую механику (ту, которая работает с тем, что "измерить нельзя").
Тут я немного лукавлю, его неоднократно выдвигали на "нобелевку", но СТО и ОТО не имела большой экспериментальной доказанности, потому врубили в формулировку добавку "и за другие работы в области теоретической физики"....
Думаете это только некоторые его достижения?
Главные достижения великого физика-теоретика:
специальная теория относительности;
закон взаимосвязи энергии массы;
теория броуновского движения;
квантовые теории теплоемкости и фотоэффекта;
теория рассеяния света;
теория индуцированного излучения.
К тому же он и наизобретал нехило:
измеритель очень малых напряжений (совместно с братьями Габихт, Паулем и Конрадом);
устройство, автоматически определяющее время экспозиции при фотосъёмке;
Так почему же Эйнштейн оказался "врагом" тех "квантовиков" которым и помогал?
А вот теперь и вернёмся к тому самому - почему введение запрета на скорость распространения любого воздействия не вяжется с ОТО, и почему Эйнштейн проиграл это противостояние? Так это ЭПР-парадокс, названный по первым буквам его основных защитников: Эйнштейн, Подольский, Розен. Фишка в том, что уже экспериментально доказанная и уже эксплуатируемая "квантовая запутанность" умеет превосходить скорость света. Это очень не нравилось Альберту, да и вообще многим квантовикам (а Эйнштейн - он у истоков квантовой физики стоял, между прочим).
Вообще, я, лично, не дорос для понимания квантовой запутанности тех, кто победил, мне более понятна позиция Эйнштейна, но оппоненты, не только математически, но и экспериментально доказали свою правоту.
З.Ы. Как-то я своему отцу в старших классах хотел объяснить понятие "бесконечность" не только в математическом, а и физическом смысле (тогда я не знал в 93-94 годах обо всём, что сейчас написал выше), а он одно твердил - часы когда нибудь остановятся - не будет энергии стрелку двигать... А сейчас уже и сам об этом думаю - ведь когда-нибудь и последний протон во вселенной развалится...
