Специальная теория относительности Энштейна

Нужен был эксперимент — необычный эксперимент, где объектом иcследования была бы геометрия! О таком эксперименте думал Гаусс, келейно (и чуть ли не тайком — ведь из окружающих вряд ли кто-нибудь мог воспринять это иначе как нелепое чудачество) проверявший, равна ли сумма углов треугольника «двум а». О нем говорил еще Лобачевский. И эксперимент, нанесший первый удар по привычным представлениям о пространстве и времени, появился. Но он на первый взгляд не имел никакого отношения к геометрии.

Целая серия независимых и разнородных опытов привела к выводу, поразившему физиков своей парадоксальностью: как бы ни двигался наблюдатель, измеряя скорость света, он получал один и тот же численный результат. Стоите ли вы на месте или пытаетесь догнать световой луч, скорость света оказывается абсолютно одинаковой. От светового луча нельзя убежать, как нельзя убежать от собственной тени. Ту же скорость света покажут ваши приборы, если вы мчитесь навстречу лучу.

Это никак не укладывалось в рамки галилеево-ньютоновых представлений, свидетельствовало об их приближенности и настоятельно диктовало необходимость создания новой теории, которая позволила бы как-то осмыслить этот экспериментальный результат.

Решающий шаг в построении такой новой теории был сделан Эйнштейном.

064.gif

Мы не можем здесь подробно рассказывать об эйнштейновской «специальной теории относительности». Нам нужны будут лишь некоторые ее конкретные результаты. Но прежде всего несколько слов о самой относительности.

Уже Галилей ясно понимал относительность механического движения. Нельзя сказать просто: «тело движется». Нужно указать, по отношению к каким другим телам (физики говорят — по отношению к какой системе отсчета) это движение определяется.

Внешний рисунок движения, конечно, различен в разных системах отсчета. Стенки вагона неподвижны по отношению к системе отсчета сидящих в нем пассажиров. И те же стенки движутся в системе отсчета, связанной с Землей. Траектория вертикально падающего камня выглядит по-разному е точки зрения неподвижного и быстро движущегося наблюдателя. Относительна скорость, относителен путь, пройденный телами, относительна траектория. Но есть и нечто, не зависящее от выбора системы отсчета,— сами законы движения, законы Ньютона. Во всех инерциальных системах эти законы абсолютно одинаковы *). Это значит, например, что, сидя в закрытой кабине, вы никакими механическими опытами не сможете определить, покоится ли кабина или же равномерно движется. Иначе об этом можно сказать так: все инерциальные системы отсчета равноправны. Нельзя выделить среди них абсолютно неподвижную, как нельзя найти и абсолютно движущуюся.

Эйнштейн обобщил этот принцип, распространив его не только на механику, но и на любые другие процессы. Экспериментальный факт постоянства скорости света был принят им как второе исходное требование, которому должна удовлетворять новая теория.

Для дальнейшего нам понадобится лишь одно из важных следствий теории относительности Эйнштейна, а именно, так называемое лоренцово сокращение длин. Если измерить длину какого-то стержня в системе отсчета, где он покоится, а затем в другой системе, по отношению к которой этот стержень движется (в продольном направлении), то вторая длина окажется меньше, чем первая. И дело здесь не в том, что нечто меняется внутри самого стержня. С таким же успехом можно рассмотреть не стержень, а просто две независимые частицы, расположенные достаточно далеко друг от друга. Меняется сама геометрия, происходит изменение самого масштаба длин в направлении движения.

1 2