Теорія відносності Ейнштейна

Відповідно до принципу відносності, закони природи однакові об'єктів у всіх інерційних системах відліку. Також у всіх таких системах постійна швидкість світла. Ґрунтуючись на цих двох постулатах, Альберт Ейнштейн у 1905 році сформулював спеціальну теорію відносності, яка допомогла вирішити багато протиріч фізичної науки того часу.

Дізнаємося, у чому відмінності між спеціальною та загальною теорією відносності та які парадокси часу, маси та розмірів тіла випливають із цих теорій. Також розберемося, чи є протиріччя між теорією відносності та квантовою механікою і чи знадобиться знання цієї теми на Єдиному державному іспиті з фізики.

Що таке теорія відносності Ейнштейна простими словами

Теорія відносності Ейнштейна (ТОЕ) - це зведення правил, які пов'язують простір і час і є справедливими для будь-яких процесів. Підрозділ ТОЕ на спеціальну та загальну теорію відносності дозволяє доповнити це визначення:

• спеціальна теорія відносності розглядає рівномірний прямолінійний рух об'єктів;
• загальна теорія відносності застосовується у випадках, коли матеріальні тіла рухаються з прискоренням або по траекторіях, що згинаються.

Корисна інформація про теорію відносності Ейнштейна

Зібрали деякі принципи та парадокси теорії відносності в одну таблицю.

Спеціальна теорія відносності

Альберт Ейнштейн ставив вище за всякі теорії експериментальні дані, саме це дозволило йому по-новому поглянути на фізичні догми, прийняті в науці на початку XX століття. Поки інші вчені вважали помилковими результати експериментів, які не збігаються із загальноприйнятою теорією, Альберт Ейнштейн побудував власну теорію, яку назвав спеціальною теорією відносності (СТО). Вона розглядає наш світ не тривимірним, як ми звикли його бачити, а чотиривимірним, запроваджуючи четверту вісь – час.

Також Ейнштейн уперше ввів у фізику твердження, що поняття маси та енергії нероздільні: маса може переходити в енергію та навпаки. Так відбувається під час ядерних реакцій, коли мала втрата маси при розпаді перетворюється на колосальну кількість енергії.

Теорія відносності справедлива всім фізичних процесів, та її висновки і затвердження зроблено з урахуванням двох постулатів, зазначених далі. Однак варто пам'ятати, що спеціальна теорія відносності підходить лише для рівномірно рухомих об'єктів.

Постулати спеціальної теорії відносності

Спочатку розберемося, що таке постулат. Постулатом у фізиці називається твердження, прийняте за істину і вимагає ні експериментальних підтверджень, ні докази. Тобто за своєю суттю фізичні постулати не відрізняються від математичних аксіом.

Щоб створити логічно вірну теорію, Ейнштейн прийняв за основу два постулати.

Принцип відносності

Перший постулат СТО можна сформулювати так: всі фізичні явища та закони природи однакові для нерухомих тіл та тіл, що рухаються з постійною швидкістю.Інший варіант формулювання: фізичні явища протікають однаково у всіх інерційних системах відліку (ІСО), і жодними дослідами, що проводяться всередині ІСО, неможливо встановити факт її руху щодо інших інерційних систем.

Постійність швидкості світла

Другий постулат СТО – принцип сталості швидкості світла. Швидкість світла залишається незмінною всім спостерігачів незалежно від розташування і відстані до джерела світла. Також вона залежить від швидкості руху джерела і приймача світла.

Швидкість світла позначається латинською літерою c і у вакуумі становить 3⋅10 8 м/с або 300 000 кілометрів на секунду. Це максимальна швидкість взаємодії, можливої ​​у природі.

Загальна теорія відносності

Загальна теорія відносності (ОТО) входить у гру, коли об'єкти перестають рухатися рівномірно і прямолінійно: вони з'являється прискорення чи викривляється траєкторія. Загальна теорія відносності також пояснює походження гравітації: за принципами ОТО, гравітація – це сила, лише прояв викривлення простору-часу.

Один із найцікавіших наслідків постулатів теорії відносності – залежність перебігу часу від швидкості руху. Чим швидше рухається матеріальне тіло, тим повільніше йому тече час. На цьому слідстві заснований так званий «парадокс близнюків»: якщо один із братів-близнюків вирушить у космічну подорож, за час польоту він постаріє менше, ніж його брат, який залишився на Землі.

Друге наслідок: для стаціонарного спостерігача об'єкт, що рухається, стає тим коротшим, чим швидше він рухається. І третє: зі збільшенням швидкості зростає маса об'єкта. Однак варто пам'ятати, що всі ці наслідки справедливі лише для об'єктів, швидкість яких близька до швидкості світла.