Что такое специальная теория относительности простыми словами
Что такое специальная теория относительности простыми словами Поезд движется со скоростью 100 км/ч. Пассажир бросает мяч вперёд со скоростью 20 км/ч относительно вагона, и наблюдатель на платформе получает примерно 120 км/ч. Но для луча фонарика такое сложение не работает. И пассажир, и наблюдатель на платформе измерят одну и ту же скорость света в вакууме, точно 299 792 458 м/с. Именно распространение света поставило под вопрос привычную картину абсолютных пространства и времени. Ньютоновская механика успешно описывала движение планет и повседневных предметов, но её правила сложения скоростей было трудно согласовать с электродинамикой. Эйнштейн пересмотрел представления о пространственных и временных интервалах. Классическая механика при этом сохранилась как хорошее приближение для сравнительно небольших скоростей. Специальная теория относительности, созданная в 1905 году, описывает пространство и время без учёта гравитации. В её основе два принципа. Законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта, движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга. Скорость света в вакууме одинакова для наблюдателей в этих системах и не зависит от движения источника. Совместимость этих принципов требует, чтобы разные наблюдатели могли получать разные значения длительностей и длин. Представим корабль, равномерно движущийся относительно Земли со скоростью 0,8c, где c обозначает скорость света. За десять лет в земной системе его часы отсчитают шесть лет. Для космонавта собственное время идёт совершенно обычно. Различие обнаруживается при сравнении измерений. При других скоростях за те же десять земных лет корабельные часы покажут примерно 9,95 года при 0,1c, 8,66 года при 0,5c, 4,36 года при 0,9c и 1,41 года при 0,99c. Эти числа относятся к равномерному движению без гравитации. Они не описывают полный полёт с разгоном, разворотом и возвращением. Малые различия временных интервалов позволяют обнаруживать атомные часы. Меняется и одновременность удалённых событий. Пусть две молнии ударили в переднюю и заднюю части поезда. Наблюдатель на платформе, находящийся посередине между точками ударов, устанавливает их одновременность с учётом расстояний и времени распространения света. Пассажир движущегося поезда после такого же корректного учёта получает другой результат. В его системе удары произошли в разные моменты. Здесь важно различать получение светового сигнала и определение времени самого события. Расхождение остаётся после поправок на распространение света. При этом порядок событий, между которыми возможна причинная связь со скоростью не выше скорости света, сохраняется для всех инерциальных наблюдателей. Отсюда понятнее, почему измеренная длина тоже зависит от системы отсчёта. Чтобы измерить длину корабля, нужно определить положения обоих его концов одновременно. Но разные системы по-разному задают эту одновременность. Корабль собственной длиной 100 метров, движущийся со скоростью 0,8c, имеет в земной системе длину 60 метров вдоль движения. Пассажиры по-прежнему измеряют 100 метров. Механического сжатия корпуса нет, поперечные размеры из-за этого эффекта не меняются. Ещё один результат СТО выражает формула E = mc². Здесь E обозначает энергию покоя тела, m его массу, c скорость света в вакууме. Даже неподвижному телу соответствует энергия покоя. Для одного грамма массы это приблизительно 90 триллионов джоулей. Возможность получить полезную энергию зависит от конкретного процесса и законов сохранения. Формула сама по себе не обещает простого и полного преобразования любого вещества. Связь массы и энергии проявляется в ядерных реакциях и важна для понимания звёзд.