5 минут о теории относительности

Что будет, если разогнаться до скорости света и полететь рядом с лучом? Можно ли при этом увидеть «застывшую волну»? Зависит ли масса объекта может зависеть от скорости? Обо всем этом в новом выпуске "5 минут о".

Всем привет! Я – Маша Осетрова, и сегодня я немного расскажу вам о том, что скрывается за, возможно, самым популярным уравнением в истории: E = m*c2.

Работу, или, правильнее сказать, - размышления - над теорией относительности Альберт Эйнштейн начал еще в шестнадцатилетнем возрасте. Тогда воображение подсказало ему живую картинку, которая в конечном счете привела к возникновению специальной теории относительности.

На тот момент было известно, что свет представляет собой волну, и молодой Альберт спрашивал себя: “Что будет, если разогнаться до скорости света и полететь рядом с лучом. Можно ли при этом увидеть «застывшую волну»? Здравый смысл и опыт, а самое главное, - фундаментальные уравнения Максвелла, указывали на невозможность такой ситуации.

Для того, чтобы нагляднее представить себе, что происходит при движении с околосветовой скоростью, автор книги «Космос Эйнштейна» Митио Каку предлагает рассмотреть такой пример. Представьте, что преспокойно дежуривший на своем посту полицейский, заметив злостного нарушителя скорости, пустился за ним в погоню. Допустим при этом, что и нарушитель, и служитель закона способны передвигаться со скоростью света.
Наблюдая за эффектной погоней со стороны, мы увидим, что полицейский, как следует разогнавшись, двигается вровень с нарушителем и вот-вот его нагонит. Но, странное дело, с позиции полицейского эта история будет звучать совершенно иначе: по его мнению, как он ни старался, ему не удавалось нисколько приблизиться к нарушителю, оставлявшему полицейского далеко позади.

Для Эйнштейна именно этот спор в свое время представлял главную, мучительную загадку: как так может быть, чтобы два человека видели одно и то же событие настолько по-разному? Если скорость света и правда представляет собой природную константу, то как может наблюдатель утверждать, что полицейский шел почти вровень с нарушителем, а сам полицейский — клясться, что не сумел даже приблизиться к нему?
Как обычно бывает в таких случаях, разрешить проблему гению удалось в совершенно неожиданный момент. Однажды, возвращаясь домой от своего друга на автобусе, Эйнштейн смотрел на знаменитую башню с часами, возвышающуюся над городом Берном, в котором тогда жил ученый. Он представил себе, что произойдет, если вдруг автобус разгонится до скорости света и начнет уноситься прочь от башни.

Тут-то он понял, что в такой ситуации часы на башне показались бы ему остановившимися, поскольку свет от них не смог бы догнать автобус, но что его собственные часы в автобусе шли бы совершенно нормально. Ответ на мучивший его вопрос оказался простым и элегантным: время в разных точках Вселенной может идти с разной скоростью в зависимости от того, как быстро вы движетесь.

В конце 1905 г. Эйнштейн написал небольшую статью, которой суждено было изменить мировую историю. В ней он сумел показать, что масса объекта увеличивается тем сильнее, чем быстрее он движется. Это означает, что энергия движения каким-то образом трансформируется в увеличение массы объекта. Математически именно этот факт записывается простым выражением: E = mc2.

Стоит отметить, однако, что в современной терминологии ученые стараются избегать формулировки, указывающей на то, что масса объекта может зависеть от скорости.

Научное сообщество прониклось идеями Эйнштейна далеко не сразу, поначалу встретив новую теорию оглушительным молчанием. Только со временем выдающиеся ученые того времени постепенно обратили свое внимание на теорию относительности. К примеру, идея фундаментальности скорости света как мировой константы заинтересовала одного из отцов квантовой теории Макса Планка.

Его привлекала некоторая симметрия идеи: по мнению ученого, две константы — постоянная Планка и скорость света — обозначили границы территории, на которой действовали «здравый смысл» и ньютонова физика. Крайне маленькая постоянная Планка и огромная скорость света ограждают нас от квантового мира и космического мира с его чуднЫми законами.

Конечно, формулировка специальной теории относительности, посвященной движению со скоростями, близкими к скорости света, вызвала множество вопросов. Было придумано множество парадоксов, иллюстрирующих странную природу СТО. Помимо всем известного парадокса близнецов, один из которых улетает от Земли на ракете, возник, к примеру, парадокс размещения более длинного предмета внутри более короткого. Его иллюстрируют поимкой трехметрового тигра в метровую клетку. Обычно это невозможно, но если тигр движется достаточно быстро, можно подгадать момент, когда он сожмется достаточно для того, чтобы уместиться в клетке.
На самом деле, эти парадоксы, конечно, мнимые, и почти все их легко разрешить с использованием двух приемов: во-первых, всегда нужно принимать в расчет сопутствующее искажению пространства искажение времени; а во-вторых, сравнение объектов всегда нужно проводить в единой системе отсчета (какими бы разными объекты ни казались в своих системах, сведение в одну систему отсчета, как правило, помогает разрешить парадокс).

На этом все, читайте умные книги, не превышайте скорость света, читайте портал «Чердак» и смотрите следующий выпуск, в котором я расскажу вам о квантовой случайности.

Анастасия Тмур
Теги:

Читать еще на Чердаке: