О Теории относительности и знаменитом примере с поездом

23 апреля

О Теории относительности и знаменитом примере с поездом

Теория относительности в первую очередь связана со скоростью света. Датский астроном Оле Рёмер, наблюдавший за спутниками Юпитера, заметил одну интересную деталь. Спутники движутся по орбите вокруг планеты-гиганта, и когда они проходят позади него, то исчезают из виду. Такие затмения в системе спутников Юпитера должны происходить с одинаковыми интервалами, однако Рёмер установил, что промежутки между ними различны. Поскольку скорость движения спутника по орбите одна и та же, значит, дело не в процессе движения спутников, а в том, что скорость света, хоть и крайне высока, но, всё же, имеет предел, хотя до открытия Рёмера считалось, что скорость света бесконечна.

Рёмер рассуждал так: Оле Рёмер попытался измерить скорость света, на основании длительности затмений и их фаз, но, поскольку в то время доподлинно было неизвестно точное расстояние до планет, то он насчитал 215 000 км/с – всё равно неплохо для 17 века!

О Теории относительности и знаменитом примере с поездом

Долгое время, примерно 200 лет, никто ничего не знал о распространении света в пространстве. Только британский физик и математик Джеймс Максвелл, объединив теории электрических и магнитных сил, догадался, что существует электромагнитное поле – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами. Волнообразные возмущения поля должны были иметь постоянную скорость. В ходе расчётов оказалось, что она совпадает со скоростью света. Свет – это электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом. Его скорость – почти 300 000 км/с. Как доказали многочисленные опыты, скорость света конечна и неизменна. Она всегда стабильна. Свет не может мчаться медленнее или быстрее. Но вот относительно чего эту скорость замерить?..

О Теории относительности и знаменитом примере с поездом

В силу вступает ключевое слово – «относительно». Излюбленный пример простого объяснения Теории относительности – движение поезда, о котором хотелось бы рассказать. Для этого вам нужно просто включить воображение и мысленно представить описанное ниже.

Читайте также:  5 редких фразеологизмов, о которых многие и не знают

Итак, поезд остановился на станции. И человек сидит и смотрит в окно. Как только поезд поехал, человек начал двигаться относительно станции, но относительно вагона для него ничего не изменилось. Поезд разогнался, набрал скорость 70 км/ч, а к этому пассажиру в гости из другого вагона решил прийти другой путник. Путник идёт со скоростью 4 км/ч. Для первого пассажира скорость его друга будет составлять 4 км/ч. Поезд проносится мимо станции, на станции скучает наблюдатель и видит, как по поезду кто-то идёт – для наблюдателя скорость идущего человека составит 74 км/ч. С какой же скоростью двигался тот, кто шёл по вагону на самом деле? И 4 км/ч, и 74 км/ч будут в обоих случаях правильными ответами, ведь смотря относительно чего считать! Но причём тут свет?

О Теории относительности и знаменитом примере с поездом

Теория относительности начинается с удивительной загадки света. Скорость света всегда одинакова, не зависимо от того, движется ли сам источник света или нет. Если представить, что наш гипотетический поезд имеет скорость света, то свет от него будет идти с такой же скоростью, что и от, например, неподвижного фонаря на станции. Один фонарь стоит на платформе, другой – мчится вместе с вагоном, но оба луча будут двигаться все с той же скоростью – 300 000 км/с, и придут оба одновременно к наблюдателю.

Представьте, что двери вагона открываются по световому сигналу, который зажигается в середине вагона. Для пассажиров поезда обе двери откроются одновременно. А вот тем, кто будет стоять на станции, будет казаться другая картина: скорость света не зависит от скорости поезда, но задняя дверь, как кажется наблюдателю на станции, идёт навстречу сигналу, поэтому откроется она раньше передней, которая как бы убегает от света. Таким образом, события для одних людей, могут быть иными для других.

Читайте также:  От кого произошли карачаевцы и балкарцы?

О Теории относительности и знаменитом примере с поездом

Если в одном конце вагона зажглась бы лампа, то для наблюдателя в вагоне луч света от неё прошёл бы расстояние, равное пути вагона. Для наблюдателя на станции передняя стенка вагона «уходит от света», поэтому ему будет казаться, что луч должен пройти большее расстояние. Казалось бы, возникает абсурд: с точки зрения пассажира вагона свет прошёл один путь, а с точки зрения наблюдателя вагона – другой. Скорость света одинаковая, пути разные, а что насчёт времени? Ведь в одно время не получится пройти одинаковое расстояние при одинаковой скорости! А время тоже относительно. Время в поезде и на станции будет идти по-разному. В поезде, движущемся с околосветовой скоростью, время будет идти медленнее, чем на станции.

Время относительно. Так, например, для жителей Москвы будет 8.00 утра, а для жителей Нью-Йорка – час ночи. В каждой физической системе есть свои размеры и своё время. Если жители Калининграда посмотрят на жителей Южной Африки на глобусе, то им будет казаться, что африканцы ходят вниз головой, но ведь это не так, потому что в каждой из этих точек будет свой собственный «верх», да и поверхность Земли настолько огромна для нас, что мы этого не замечаем.

О Теории относительности и знаменитом примере с поездом

Увы, со скоростью света двигаться никто не может, только фотоны – частицы света, у которых нет массы покоя. Никакой двигатель не разгонит наш поезд до световой скорости – об этом говорит Теория относительности. Чем больше скорость тела, тем больше увеличивается его масса. Как это понять? Возьмём простой пример: вы играете в теннис со своим другом. Друг ваш весьма лениво ударил ракеткой по мячу, вы ещё не умеете играть, и промахнулись, а сам мячик угодил вам в плечо, но вам было не больно, потому что друг отбивал мяч ракеткой слегка, не особо затрачивая на это энергию. Но если бы он ударил со всей силы, вам бы показалось, что мячик, случайно угодивший вам в плечо, очень массивный! То же самое и с тем странным поездом: сколько же надо энергии, чтобы его разогнать до скорости света! Согласно Теории относительности, объект никогда не сможет достичь скорости света, поскольку в данном случае его масса стала бы бесконечной, а в силу эквивалентности массы и энергии для этого потребовалась бы бесконечная энергия, вот только где её взять?! Так что, согласно заветам дядюшки Эйнштейна, о путешествиях со скоростью света мы пока можем только мечтать, снимать фантастические фильмы и писать книги.

Читайте также:  Материал из панцирей крабов и лобстеров заменит пластик

Источник

Нина Кузнецова
Главный редактор , youtesla.ru
Более 30 лет я занимаюсь наукой и технологиями. Товарищи советовали мне делиться самым интересным на просторах интернета. Изучение нового и неопознанного это моя жизнь, узнавайте самое интересное со мной.

Оцените статью
YouTesla.ru
Добавить комментарий