Гарик: другие произведения.

Верна ли теория относительности?

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:
Литературные конкурсы на Litnet. Переходи и читай!
Конкурсы романов на Author.Today

Продавай произведения на
Peклaмa
Оценка: 3.21*16  Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Захотелось сказать борцам с теорией относительности, что я о них думаю :))


 []
Мемориальная доска на доме, в котором жил Эйнштейн (Берн, Швейцария).
55. Рассуждай токмо о том, о чём понятия твои тебе сие дозволяют. Так: не зная законов языка ирокезского, можешь ли ты делать такое суждение по сему предмету, которое не было бы неосновательно и глупо?
61. Всякий необходимо причиняет пользу, употреблённый на своём месте. Напротив того: упражнения лучшего танцмейстера в химии неуместны; советы опытного астронома в танцах глупы.
Козьма Прутков

Есть только две действительно бесконечные вещи - вселенная и глупость. И я не уверен относительно вселенной.
А. Эйнштейн



Дорогие читатели. Уверяю вас, этот текст не является попыткой защитить теорию относительности от нападок. Я не столь самонадеян, чтобы пытаться защищать теорию, которая ни в какой защите не нуждается. Это лишь попытка немного рассказать об этой части физики тем, кому это интересно. Здесь нет ничего особенно хитрого, и я отнюдь не открываю Америку. Все, что здесь написано, более или менее тривиально и хорошо известно практически любому, кто хоть немного разбирается в физике.
***
Вопрос, сформулированный в заголовке, одновременно и простой, и сложный. Простой ответ - теория относительности, обе ее части, верны. Но многие, очень многие, с этим не согласны. Я не буду здесь касаться тех психологических причин, которые приводят к таким сомнениям, расскажу только о том, почему я и подавляющее большинство других физиков (да и не только физиков) считают обе эти теории правильными.

Начну издалека. К концу позапрошлого, 19го, века физика уже очень многого достигла, но были в ней и вещи совершенно загадочные, пережитки далекого прошлого. Я говорю об "эфире". Не о том эфире, который дают при наркозах, а о том, который повсюду, но не видим и неощущаем.

Физики уже более или менее разобрались в природе звука и света. Было известно, что это колебательные процессы. Например, при звуке - происходят колебания воздуха или иной среды, в которой распространяется звук. А вот что колеблется при распространении света и как эти колебания передаются из одной точки пространства в другую, такого понимания еще не было. Вот люди и придумали некоторую мистическую среду, которую и назвали эфир. По идеям того времени свет распространялся в эфире аналогично звуку в воздухе. Этот эфир заполнял все пространство и был неподвижен (относительно чего он был неподвижен - это уже другой вопрос). А все, что находится в нашей Вселенной - звезды, планеты, люди, звери движутся сквозь этот эфир, совершенно его не замечая. Предположение, согласитесь, несколько странное, но люди не могли себе представить, что свет, в отличие от звука может распространяться в пустоте.

Эфир - это вещь исключительно показательная. Дело в том, что не существовало абсолютно никаких экспериментальных фактов, свидетельствующих о его существовании. Он был выдуман из головы. Выдуман для того, чтобы объяснить что-то в те времена непонятное. Как господь Бог нужен для создания вселенной, так и эфир нужен для распространения света. Такова была логика. Сейчас в физике ничего такого нет. Современная физика - это наука целиком и полностью основанная на опыте, в которой именно эксперимент является и основанием для выводов и единственном инструментом для проверки теорий и предположений. Но во времена эфира думали иначе. Думали, что в некоторых случаях законы природы можно правильно "придумать из головы". Именно про такие случаи Л.Д. Ландау говорил: "Там, где начинается философия, кончается наука".

Но время шло, люди узнавали все больше и сомнения в существовании эфира завоевывали все большую популярность. Дело дошло до того, что физики, не очень в эфир верящие, решили экспериментально проверить его наличие. Такой опыт был осуществлен Майкельсоном совместно с Морли и однозначно показал, что эфира нет. Нельзя сказать, что физики того времени все и сразу согласились с выводами опыта Майкельсона-Морли. Очень многие и очень именитые физики считали, что это ерунда и быть такого не может - эфир абсолютно необходим для распространения света! Но это уже вопросы истории, а нас интересует физика.

***

Уже очень давно люди убедились, что, если говорить о механике, т.е., о перемещении тел в пространстве, все инерциальные системы (двигающиеся без ускорения) одинаковы. И действительно, как вы отличите состояние покоя от состояния равномерного и прямолинейного движения? - Никак не отличите (представьте себе, например, что вы едете в поезде, который не постукивает на стыках). Это обстоятельство получило очень элегантное, на мой взгляд, название - "принцип относительности Галилея". Но в 19 веке этот принцип распространяли только на механику, а, если говорить про электромагнитные явления, то думали, что с ними все иначе. Действительно, при наличии эфира никакой эквивалентности инерциальных систем быть не может. Важна скорость движения данной системы относительно неподвижного и вездесущего эфира.

Но вот эфира не стало, и Эйнштейн был одним из первых, кто понял, что принципу Галилея можно придать большую общность и сказать, что "все физические процессы происходят одинаково во всех инерциальных системах". В тот момент, в 1905 году, это было предположением. Еще не было тех экспериментов, которые могли бы это сколько-нибудь убедительно доказать. С другой стороны, нельзя не признать это предположение достаточно естественным - эфир исчез, что еще может приводить к неравноправию систем. Это предположение стало первым основанием специальной теории относительности (СТО) и получило название "принципа относительности Эйнштейна".

Но с одним этим предположением далеко не уедешь, и Эйнштейн сделал еще одно. Он предположил, что скорость света (в пустоте) не зависит от скорости движения источника света и является, таким образом, универсальной физической постоянной. На первый взгляд, это очень странное предположение, но на самом деле можно найти и достаточные для него резоны. Кроме того, оба предположения Эйнштейна, легшие в основание СТО были впоследствии проверены экспериментально и перешли из разряда предположений в разряд экспериментальных фактов.

Эйнштейн назвал эти свои предположения постулатами. Если мы посмотрим толковый словарь русского языка, то увидим: "ПОСТУЛАТ - исходное положение, принимаемое без доказательств". Похожие, хотя и не полностью совпадающие определения, можно найти в английском и немецком языках (статьи Эйнштейна были написаны на немецком). Слово постулат часто встречается в математике и практически никогда не используется в профессиональном физическом языке. Дело в том, что физика - это наука, основанная опыте. На опыте основаны и физические теории. Бывает, правда, когда теории, подобно специальной теории относительности, основаны не на уже установленных экспериментальных фактах, а на предположениях, которые проверяются впоследствии. Понятию "постулат" в его традиционном смысле здесь нет особого места. Трудно сказать, чем руководствовался Эйнштейн, выбирая это слово. Может быть, он хотел подчеркнуть, что на момент создания теории, эти два предположения не были еще доказаны, а, может быть, сказалось его математическое образование или его родной немецкий язык, в котором слово Postulat имеет несколько иное значение.

Важно, что оба предположения таки оказались правильными. Но и не это главное. Главное, что оказалась правильной сама теория. Но как в физике отличают правильные теории от неправильных? - Разумеется, по результатам. Обычно теории предсказывают новые, еще не наблюдавшиеся явления и СТО предсказала таких явлений великое множество. Это и всем известная связь массы и энергии, и поведение систем при очень больших скоростях, и замедление течения времени. Важно, что ничего этого мы не знали и даже не предполагали, поэтому теорию было нельзя "подогнать" под заранее известный ответ, как это нередко случается. Совершенно невозможно представить, что столь точное совпадение предсказаний теории с впоследствии обнаруженными явлениями, простая случайность. Это и есть доказательство ее правильности. Хочу еще сказать, что одно из главных предположений СТО - независимость скорости света от скорости источника, было экспериментально проверено и подтверждено только в 60х годах.

Таким образом, были подтверждены не только все результаты, предсказанные СТО, но и предположения, лежащие в ее основании. Сейчас не осталось ни малейших сомнений в ее правильности и, если мы хотим рассчитать, например, ускоритель элементарных частиц или любое явление электродинамики, мы можем смело пользоваться формулами СТО, будучи уверены в правильном ответе.

Многие думают, что теория относительности существенна только при очень больших скоростях, сравнимых со скоростью света, но это не так. Существуют и явления, которые мы пользуемся в реальной жизни и имеющие "релятивистскую" природу. Слово "релятивистский" означает, что скорость света является существенной для данного явления и, если бы взаимодействия распространялись бесконечно быстро, то этих явлений не существовало бы. К таким явлениям принадлежит, например, электромагнитная индукция, которая лежит в основе работы электромоторов, трансформаторов и всех систем магнитной записи. Хотя и электромагнитная индукция, и уравнения Максвелла были установлены задолго до СТО, никто не знал, что делает скорость света, стоящая в знаменателях многих уравнений. Только СТО объяснила, что это и есть результат релятивистских эффектов.

***

Кстати, в специальной теории относительности мало кто сомневается. Видимо, это делают только люди не слишком амбициозные. Серьезные, уважающие себя, "отрицатели" отрицают общую теорию относительности (ОТО). Что же такое ОТО? Эту теорию нельзя рассматривать, как развитие и углубление СТО. Хотя эти теории и имеют много общих идей и были созданы одним человеком, они совершенно различны. В то время как СТО рассматривает только электромагнитные взаимодействия (электродинамику) и совершенно не касается гравитации, ОТО является современной теорией гравитации.

Скажу еще, что, хотя СТО и описывает замедление времени при больших скоростях, к тому, что называется "парадоксом близнецов" она отношения не имеет. Дело в том, что СТО оперирует только инерциальными системами отсчета и в этом случае никто не может улететь и вернуться обратно. Для этого нужно использовать ускорение и замедление, а такие процессы описываются уже не СТО, а общей теорией относительности - ОТО.

***

В отличие от СТО, ОТО основана не на двух, а одном единственном предположении, которое уже и в те годы было не предположением, а, скорее, экспериментальным фактом. Я говорю об эквивалентности гравитационной и инертной масс, которая сейчас называется "принципом эквивалентности". Несколько слов о том, что это такое. Люди (физики) уже давно заметили, что свою массу мы можем определить, встав, например, на весы. Но это не единственный способ. Кинетическая энергия, как всем известно, определяется выражением эМ-Вэ-квадрат-пополам, где эМ - это тоже масса. Определив массу и тем, и другим способом, люди с удивлением обнаружили, что с точностью измерений они неразличимы. Более того, чем точнее их измеряли, тем точнее они совпадали друг с другом. Этот факт был известен со стародавних времен. Люди им пользовались, но никакого особого значения ему не придавали.

А Эйнштейн, положив этот экспериментальный факт в основу своей ОТО, сотворил то, что иначе как чудом не назовешь. На этой мелочи, на этой ерундовинке он построил громадный и необычайно красивый замок или, если хотите, дворец. Дворец современной теории тяготения. Хотя с создания этой теории прошла почти сотня лет, в ней не пришлось ничего изменять или перестраивать. В ней все было уже с самого начала и все стояло на своих местах. Потом, правда, пристроили некоторые дополнительные крылья, типа науки космологии, но эти крылья настолько органично вписались в начальную конструкцию, что многие стали считать космологию частью ОТО, хотя это и неверно. Космология - это отдельная наука, но наука, стоящая обеими своими ногами на теории относительности.

Итак, что же предполагается в ОТО. Как я уже сказал, эквивалентность гравитационных и инерционных сил и, конечно же, конечная скорость передачи взаимодействий. В данном случае, гравитационного взаимодействия. В этой теории нет даже постоянства скорости света, на которой базируется СТО. Это и понятно постоянство скорости света (независимость скорости света от скорости источника) распространяется только на инерциальные системы отсчета, а ОТО имеет дело с неинерциальными.

Что же означает принцип эквивалентности с точки построения теории? - Он означает, что, если в каждой точке пространства, мы введем систему координат, которая двигается с ускорением, в точности равным ускорению силы тяжести в данной точке, мы можем забыть о гравитации, но получим вместо нее бесконечное число систем отсчета, которые двигаются друг относительно друга с различными ускорениями. Лучше это или хуже? - С той математикой, которая была развита специально для ОТО, оказалось, что вариант со многими системами отсчета много проще для построения теории.

Если мы рассмотрим две системы координат движущиеся с ускорением друг относительно друга, то прямая линия в одной из них будет выглядеть для наблюдателя, находящегося в другой системе, как кривая. Таким образом, вместо нашего эвклидова пространства с гравитацией, мы получаем пространство без гравитации, но уже неэвклидово. Неэвклидово пространство - это и есть такое, в котором прямая, перенесенная из одного места пространства в другое, может оказаться кривой. В эвклидовом такого не бывает.

То, что я написал в предыдущем абзаце, конечно же, не описание ОТО и даже не введение в нее. Это очень грубое представление идеи. Сама же ОТО, хоть и красивая, но очень сложная теория. Не случайно у Эйнштейна ушло более восьми лет напряженной работы на ее окончательную формулировку. Краткое введение в ОТО на физфаке является, если я ничего не путаю, годовым спецкурсом и значительная его часть уходит на изучение Римановой геометрии и тензорного анализа. Здесь, на самиздате, ничего такого невозможно, да я и не являюсь специалистом по теории относительности.

Скажу только, что ОТО является полной и законченной теорией гравитации точно также как СТО является полной и законченной электродинамикой (теорией электромагнитных взаимодействий). Что же дала нам ОТО, действительно ли ее результатам можно доверять, какие есть экспериментальные доказательства ее справедливости?

До ОТО, мы имели теорию тяготения Ньютона. В этой теории гравитационное взаимодействие распространяется мгновенно, что, разумеется, неверно. Но если гравитационные поля не слишком велики, то и теория Ньютона не приводит к большим ошибкам. Например, траектория Земли вокруг Солнца практически идеально описывает ньютоновской теорией, а уже для Меркурия, который находится ближе к Солнцу, эта теория приводит к заметным ошибкам.

Сразу скажу, что до настоящего времени не наблюдалось никаких экспериментальных наблюдений, которые бы хоть в малейшей степени отличались от предсказаний теории относительности. Но давайте по порядку.

1. Отклонение света в поле тяжести. Это наблюдение во время солнечного затмения в 1919 году послужило первым и решающим подтверждением теории относительности. Но, конечно же, такие наблюдения повторялись и повторяются до наших дней. С каждым новым солнечным затмением точность измерений возрастает, и экспериментальный результат становится ближе и ближе к теоретически предсказанному значению.

А что дает теория Ньютона? - Вопрос не такой простой, как может показаться. Если придерживаться волновой теории света, то никакого отклонения не будет вообще. Свет будет двигаться по прямой. Но в корпускулярной теории, которая, как и теория тяготения, была развита Ньютоном, отклонение света в поле тяготения должно иметь место, но это отклонение в два раза меньше того, что предсказывает теория относительности и именно результаты ОТО совпадают с наблюдениями.

2. Другой интересный эффект взаимодействия гравитации и света это, предсказанное ОТО, "красное смещение" в гравитационном поле. Если свет движется в направлении от объекта, к которому он притягивается, то его спектр сдвигается в сторону красного цвета (уменьшение энергии фотонов), а если к объекту, то эффект имеет противоположный знак. Этот эффект вполне понятен и отражает собой закон сохранения энергии. Он наблюдался экспериментально и совпадает с предсказаниями ОТО.

3. Расчеты орбиты Меркурия на основе ОТО полностью совпадают с астрономическими наблюдениями. С повышением точности астрономических наблюдений астрономы наблюли подобные отклонения от предсказаний ньютоновской теории и для других планет солнечной системы.

4. Эйнштейн предсказал, что, если две массивные звезды вращаются вокруг общего центра тяжести, они должны излучать гравитационные волны. Эти волны уносят с собой энергию, отнимая ее у энергии вращения, и, следовательно, звезды должны постепенно сближаться, а их период обращения соответственно изменяться. Этот эффект наблюдался астрономами и это наблюдение было удостоено Нобелевской премии.

5. Другим эффектом ОТО является зависимость скорости течения времени от напряженности гравитационного поля. Сейчас измерение времени достигло такой точности, что этот, ничтожный по своей величине, эффект смогли экспериментально проверить, не выходя за пределы земной атмосферы. Сравнивались показания часов, расположенных на поверхности земли, с часами установленными на самолетах. Многократно больший эффект наблюдается при использовании спутников и космических ракет.

6. Отклонение света в поле сил тяготения массивного небесного тела можно использовать как своеобразную линзу. Такие расчеты, проведенные Эйнштейном, показали, как именно должно изменяться изображение звезды, если на пути света попалась такая гравитационная "линза". Этот эффект тоже наблюдался астрономами и привел к открытию нового класса массивных, но тусклых звезд, которые получили название "коричневых карликов".

7. Несколько слов о парадоксе близнецов. Как все знают, это мысленный эксперимент, когда одного из братьев-близнецов посылают в далекое звездное путешествие со скоростью, близкой к скорости света. Когда он возвращается через несколько лет (по своим часам) на землю, он находит своего брата глубоким старцем. Это, пожалуй, самое известное из предсказаний теории относительности. Несколько лет назад я где-то читал, что американцы собираются произвести экспериментальную проверку этого эффекта, используя космическую ракету. Подозреваю, что это было уже сделано, но результаты этого эксперимента мне на глаза не попадались. Впрочем, я и не искал.

Очень может быть, что этот эффект еще и не имеет своего экспериментального подтверждения, но нет никакого сомнения, что как только такой эксперимент будет проведен с достаточной точностью, подтверждение будет получено. Почему я столь в этом уверен? - Дело в том, что парадокс близнецов это, на самом деле, проявление того же самого эффекта, который приводит к замедлению часов в гравитационном поле или к гравитационному красному смещению, а эти два эффекта, как я уже писал, наблюдались экспериментально.

***

Многие думают, что парадокс близнецов это проявление Лоренцевского сокращения времени. Это не так. Соотношения Лоренца справедливы только в инерциальных системах отсчета, а, используя такие системы, невозможно улететь с Земли и вернуться обратно. Для того полета нужны и торможение, и ускорение в обратном направлении. Более того, если мы, забыв об этом, попытаемся применить соотношения Лоренца к такому мысленному эксперименту, то немедленно придем к полной ерунде. Это обстоятельство нередко используется для демонстрации "несостоятельности" теории относительности, но оно демонстрирует только слабое знание физики такими "специалистами".

На самом деле, вся разница в возрасте братьев набегает не за время полета по инерции, а именно в процессе торможения и обратного разгона. Однажды мне попалось неплохое объяснение этого эффекта в интернете. Но это не легкое чтение. Текст занимал примерно столько, сколько этот мой и, чтобы разобраться, его надо было читать очень не спеша, вдумываясь в каждое слово. Кроме того, это описание в рамках "специальной теории относительности", которая только указывает на момент, когда эта разность в возрасте набежала. Желающие узнать, почему это случилось, должны перейти к "общей теории относительности". Краткое описание можно найти здесь.

***

Одним из результатов теории относительности является вывод системы уравнений, описывающих нашу Вселенную - уравнения Эйнштейна. Их роль и значение оказались значительно шире, чем это предполагалось Эйнштейном при формулировке ОТО. Решения этих уравнений, полученные при определенных условиях, дают нам информацию об эволюции нашей Вселенной. На это обстоятельство указал Фридман примерно через 15 лет после создания теории относительности. Фридман показал, что в зависимости от полной массы Вселенной, существуют три типа решений. Стационарная вселенная, в которой ничего особенного не происходит. Вселенная сжимающаяся, объем которой уменьшается со временем. И Вселенная расширяющаяся. Сравнение этих решений с астрономическими наблюдениями (красное смещение) показало, что наша Вселенная расширяется. Эта работа Фридмана дала начало новой и самостоятельной науке, которая получила название космологии. Эта наука изучает происхождение, эволюцию и структуру Вселенной, как целого.

***

Скажу еще несколько слов о "черных дырах". Про них, конечно же, все слышали, и они находятся как раз посередине между физикой (астрофизикой) и космологией. Что же такое черная дыра? Давайте возьмем сначала просто большую звезду и посмотрим, что с ней происходит с течением времени. Надо сказать, что звезды, как и люди, стареют. Водород, который они используют в качестве ядерного горючего, расходуется, и они постепенно остывают, переходя из одного звездного класса в другой. Эти звездные классы обозначаются заглавными латинскими буквами, причем в очень своеобразном порядке: O, B, A, F, G, K, M. Температура поверхности звезды понижается с 50000 градусов, для звезд класса О, до 3000 - для класса М. Чтобы запомнить эту довольно дурацкую последовательность букв, придумали очень неплохую фразу: "Oh Be A Fine Girl, Kiss Me!". Есть еще и русские варианты этой фразы, например, "Один Бритый Англичанин Финики Жевал Как Морковь", но лично мне гораздо больше нравится английский вариант особенно, если представить, что девушка хорошенькая.

Пока звезда горячая, давление, создаваемое тепловым движением и излучением, несколько компенсирует силу притяжения и звезда занимает большой объем. По мере остывания, силы тяготения приводят к тому, что звезда сжимется и, в конце концов, она делается маленькая, холодная и вся ее громадная масса собирается в сравнительно небольшом объеме. Сила тяжести на поверхности такого образования может быть очень и очень велика. Как известно, чем больше сила тяжести, тем больше становится скорость, необходимая любому объекту, чтобы улететь - так называемая вторая космическая скорость. Может так случиться, что эта вторая космическая скорость окажется больше скорости света. Тогда ничто, даже свет не сможет покинуть эту остывшую звезду и она превратиться в черную дыру. Сейчас уже накоплено достаточное количество астрономических наблюдений, чтобы уверенно предполагать, что такие черные дыры существуют.

Я видел возражения против теории относительности, основанные как раз на том, что существование черных дыр еще не доказано. Такие возражения абсурдны. Дело в том, что черные дыры получаются в любой мыслимой теории гравитации, в том числе и Ньютоновской. Нужно просто, чтобы достаточно большая звезда достаточно остыла. Например, то объяснение, которое я привел в предыдущем абзаце, не имеет никакого отношения к теории относительности, а основано именно на ньютоновской теории тяготения. Другое дело, если вы хотите выяснить количественные характеристики таких объектов. В этом случае вам без ОТО не обойтись.

***

Подведем теперь некоторый итог. Все выводы обеих теорий относительности, которые человечество в состоянии было проверить, идеально согласуются с результатами лабораторных экспериментов и астрономических наблюдений. Не существует ни одного наблюдения, которое хоть в малейшей степени противоречит или не согласуется с этой теорией. Это и есть определение правильной физической теории.

Единственный способ вызвать хотя бы малейшие сомнения в справедливости теорий относительности, это обнаружить такой экспериментальный факт, который должен ими описываться, но описывается неправильно. Другого способа нет. Если вы, размышляя о том, о сем, пришли к выводу, что теория относительности неверна, написали статью и отправили в научный журнал, ее там не напечатают. В лучшем случае, рецензенты напишут вежливый отказ, но, скорее всего, посоветуют подучить сначала физику. На них не следует обижаться - они правы.

Для таких отказов в публикации не нужно никаких мифических постановлений Академий Наук. Да, часто человеку, сделавшему "великое" научное открытие, бывает трудно признать свою неправоту. Гораздо легче списать это на происки научного эстаблишмента, который делает все от него возможное, чтобы защитить себя от всего нового и прогрессивного. Можно много всякой ерунды придумать, но лучше, все-таки, выучить физику или, хотя бы понять одну простую вещь - физика - наука экспериментальная и физические теории опровергаются не рассуждениями, а экспериментами.

Можно, правда, поискать математические ошибки. В принципе, такое иногда случается в теоретических работах. Но для этого вам нужно сначала овладеть соответствующим математическим аппаратом не хуже, чем многие выдающиеся математики, которые уже не раз и не два проверяли эту теорию и никаких ошибок там не обнаружили.

***

Означает ли это, что ОТО является венцом творения? - Нет, конечно. Ее область применимости ограничена. Ее, например, невозможно использовать для описания явлений, происходящих на квантовых масштабах или при больших плотностях материи. На этом пути оказались очень серьезные трудности, которые пока не удалось преодолеть. По самой своей сути теория относительности не может быть обобщена на квантовые объекты. Именно поэтому, несмотря на то, что и теория относительности, и нерелятивистская квантовая механика существуют уже почти 100 лет, квантовая электродинамика (гибрид теории относительности с квантовой физикой) находится еще на зачаточном уровне.

В настоящее время еще не ясно является ли трудность перехода от теории относительности к квантовой механике дефектом теории относительности или это свойство природы, которое останется при любой возможной теории гравитации. Поживем - увидим, но уже сейчас можно утверждать одну вещь. Новая теория гравитации, когда она появится, не отменит теорию относительности, не покажет ее неправильность. Она просто продемонстрирует границы ее применимости. Продемонстрирует точно так, как теория относительности указала область применимости механики Ньютона.

Я здесь ничего не писал про сами теории относительности. Это не входило в мою задачу. Если кто интересуется этим более подробно, много интересных текстов на эту тему можно найти здесь. Кстати, чуть не забыл, у меня и у самого есть текст про космологию.

О ПАРАДОКСАХ


Парадокс - (греч. paradoxos - неожиданный - странный) - противоречие, полученное в результате логически формально правильного рассуждения, приводящее к взаимно противоречащим заключениям.


Поскольку слово парадокс исключительно часто используется в сочетании с теорией относительности, решил добавить этот кусочек к основному тексту. Как вы все сами, наверное, понимаете, настоящих парадоксов в природе не бывает. То, что нам может показаться парадоксом, всегда связано с недостаточным пониманием рассматриваемого явления. Именно такого рода парадоксы и существуют в теории относительности, которая просто описывает окружающую нас действительность. Все ее парадоксы кажущиеся и связаны с тем, что поведение систем при очень больших скоростях, больших ускорениях и в сильных гравитационных полях сильно отличается от того, к чему мы привыкли в повседневной жизни.

Я здесь рассмотрю только один из парадоксов теории относительности, который связан с одновременностью событий в различных системах отсчета. Я выбрал этот, практически хрестоматийный, пример за простоту и наглядность объяснения.

Время субстанция таинственная и нам не так уж трудно согласиться с тем, что оно может течь по разному в различных условиях. Другое дело одновременность. Нам кажется очевидным, что если два события произошли одновременно, то они останутся одновременными, даже если мы будем пролетать мимо них на самолете. Но теория относительности учит нас, что это заблуждение и связано оно с тем, что мы привыкли к самолетам, которые летают медленно. При больших же скоростях одновременность перестает быть абсолютной, а делается, как и все в теории относительности, относительной.

Представим очень длинный поезд (длиной 2L), который едет по прямой линии с постоянной, но очень большой скоростью v. Что бы еще больше упростить нашу задачу, мы не будем двигать наш поезд со скоростью, близкой к скорости света, а ограничим ее, скажем, половиной. Это ограничение позволит нам избежать необязательных для нашего рассмотрения усложнений, связанных с преобразованиями Лоренца.

Пусть у нашего поезда будут две двери, расположенные в голове и хвосте поезда. Открывать эти двери мы будем по световому сигналу, который подается специальной лампой, расположенной в середине состава.

Давайте побудем сначала пассажирами. Свет, как известно, распространяется всегда с одной и той же скоростью c. Значит наш световой сигнал будет идти до передней двери ровно столько же времени, сколько и до задней и двери откроются одновременно через время, которое легко посчитать, поделив половину длины поезда на скорость света.

А что увидит человек, сидящий на пригорке и смотрящий на проезжающий мимо поезд? - Он увидит, что в центре поезда загорелась лампа, свет которой распространяется и по ходу поезда и назад с одинаковыми скоростями. Но это не все. Он еще увидит, что задняя часть поезда движется навстречу этому свету со скоростью v, а передняя столь же быстро убегает. В результате сначала откроется задняя дверь (через время L/(c + v)), а только потом передняя (через L/(c - v)). Если скорость нашего поезда с/2, то временные задержки между включением лампы и открытиями разных дверей отличаются в 3 раза. Это для человека, сидящего на пригорке. Пассажиры же поезда ясно видят, что обе двери открываются одновременно. Такая вот относительность.

Факт, что скорость света в пустоте не зависит от скорости движения его источника установлен достоверно, а это единственное, что использовалось в рассуждениях. Не универсальность одновременности двух событий в различных системах отсчета не вызывает ни малейших сомнений, а нам, тем не менее, трудно с этим согласиться. Мы готовы до посинения твердить, что такого не может быть, что теория относительности это глупость и она не может быть правильной, если приводит к таким 'дурацким' выводам. Наша проблема в том, что мы никогда не сталкиваемся с такими вещами в нашей жизни. Более того, повседневный опыт учит совершенно другому. Это и правильно - не нужно нам этого. Не бывает у нас поездов длиной многие сотни километров и движущихся со скоростями в сотни тысяч километров в час, а в других условиях эти эффекты ненаблюдаемы. Их надо оставить исследователям, которые занимаются такими вещами. Может быть, они поизучают такие вещи и придумают что-нибудь для нас всех полезное.

Оценка: 3.21*16  Ваша оценка:

Популярное на LitNet.com Л.Джейн "Чертоги разума. Книга 1. Изгнанник "(Антиутопия) Д.Маш "Золушка и демон"(Любовное фэнтези) Д.Дэвлин, "Особенности содержания небожителей"(Уся (Wuxia)) Д.Сугралинов "Дисгардиум 2. Инициал Спящих"(ЛитРПГ) А.Чарская "В плену его демонов"(Боевое фэнтези) М.Атаманов "Искажающие Реальность-7"(ЛитРПГ) А.Завадская "Архи-Vr"(Киберпанк) Н.Любимка "Черный феникс. Академия Хилт"(Любовное фэнтези) К.Федоров "Имперское наследство. Забытый осколок"(Боевая фантастика) В.Свободина "Эра андроидов"(Научная фантастика)
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
Э.Бланк "Колечко для наследницы", Т.Пикулина, С.Пикулина "Семь миров.Импульс", С.Лысак "Наследник Барбароссы"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"