Что такое теория относительности: разбираемся за 5 минут | Популярный университет

Что такое теория относительности: разбираемся за 5 минут

Free Albert Einstein's famous formula

Теория относительности — одна из самых знаменитых теорий физики, над которой, тем не менее, нависает ореол таинственности и неимоверной сложности. Но мы покажем, что это не так, рассказав о теории относительности простыми словами.

Теория относительности Альберта Эйнштейна на самом деле представляет собой две отдельные теории: специальную теорию относительности, постулированную в статье 1905 года «Электродинамика движущихся тел», и общую теорию относительности, расширение более ранней теории, которая была представлена широкой публике в 1916 году. 

Эйнштейн пытался объяснить ситуации, в которых ньютоновская физика может оказаться неспособной успешно справиться с явлениями, и при этом предложил революционные изменения в человеческих представлениях о времени, пространстве и гравитации.

Специальная теория относительности была основана на двух основных постулатах: во-первых, что скорость света постоянна для всех наблюдателей; и во-вторых, что наблюдатели, движущиеся с постоянными скоростями, должны подчиняться одним и тем же физическим законам. Следуя этой логике, Эйнштейн предположил, что время должно изменяться в соответствии со скоростью движущегося объекта относительно системы отсчета наблюдателя. 

Ученые проверили эту теорию с помощью экспериментов, доказав, например, что атомные часы при движении на высокой скорости тикают медленнее, чем при нахождении в неподвижном состоянии. Суть статьи Эйнштейна заключалась в том, что и пространство, и время являются относительными (а не абсолютными), что, как утверждалось, справедливо в случае отсутствия гравитационного поля. В то время теория относительности была ошеломляющей концепцией — ученые всего мира спорили о достоверности знаменитого уравнения Эйнштейна E = mc2, которое подразумевало, что материя и энергия эквивалентны, то есть одна частица материи может быть преобразована в огромное количество энергии. 

Однако, поскольку специальная теория относительности была верна только в отсутствие гравитационного поля, Эйнштейн еще 11 лет пытался включить гравитацию в свои уравнения и выяснить, как теория относительности может работать в целом.

Согласно общей теории относительности, материя вызывает искривление пространства. Предполагается, что гравитация — это не сила, как ее понимает ньютоновская физика, а искривленное поля (область пространства под действием силы) в пространственно-временном континууме, которое создается присутствием массы. 

Согласно Эйнштейну, эту теорию можно было проверить, измерив отклонение звездного света, движущегося вблизи Солнца. Оказалось, что физик правильно утверждал, что отклонение света будет в два раза больше, чем ожидается по законам Ньютона. Эта теория также объясняла, почему свет от звезд в сильном гравитационном поле был ближе к красному концу спектра, чем свет от звезд в более слабом гравитационном поле.

Последние тридцать лет своей жизни Эйнштейн пытался найти единую теорию поля, в которой свойства всей материи и энергии можно было бы выразить в одном уравнении. Его поиск был затруднен принципом неопределенности квантовой теории , в котором говорилось, что движение одной частицы никогда не может быть точно измерено, поскольку скорость и положение не могут быть одновременно оценены с одинаковой точностью. 

Хотя ему не удалось создать всеобъемлющую теорию, которую он искал, новаторская работа Эйнштейна позволила бесчисленному множеству других ученых продолжить поиски того, что некоторые называют «святым граалем физики» — теории всего.

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Поделиться