Специальная теория относительности Эйнштейна

Эффект замедления времени

Нужно упомянуть, что время также меняется в разных системах отсчета движения. Это называется «замедлением времени». Время на самом деле замедляет движение, но это становится очевидным только при скоростях, близких к скорости света. Аналогично сокращению длины, если скорость объекта достигает скорости света, время замедляется до остановки, но только для наблюдателя, находящегося не в движении. Наша повседневная скорость движения не достигает, даже отдаленно, скорости света. Поэтому никаких изменений времени для нас совершенно не заметно.

Для попытки доказать теорию замедления времени, двое очень точных атомных часов были синхронизированы. Одни часы были взяты для полета на высокоскоростном самолете. Когда самолет вернулся, эти часы оказались отстающими ровно на сумму уравнения Эйнштейна. Таким образом, движущиеся в пространстве часы идут медленнее в сравнении с теми, которые не находились в движении.

При скоростях, близких к скорости света, возникают временные интервалы. Этот интервал может отличаться в зависимости от того, в какой системе координат находятся часы. Если скорость света остается постоянной (имеет то же измеренное значение независимо от системы отсчета), время становится не просто инструментом измерения движения в пространстве. Это свойство, которое требуется для определения и существования случая. Ранее уже говорилось, что любое событие – это случай пространства и времени, то есть, пространственно-временной континуум.

 

Объединение энергии и массы

Безусловно, самое известное уравнение, из когда-либо написанных E=mc2. Это уравнение говорит о том, что энергия равна массе покоя объекта, превышающей  скорость света в квадрате («с» является общепринятым обозначением скорости света). Что это уравнение на самом деле говорит нам? Математически, так как скорость света постоянна, увеличение или уменьшение в системе массы покоя пропорционально увеличению или уменьшению в системе энергии. Если это отношение затем объединяется с законом сохранения энергии и законом сохранения массы, может быть сформирована эквивалентность. Эта эквивалентность объединяет в одном законе сохранение энергии и массы. Давайте теперь посмотрим на пару примеров такого отношения.

Легко понять, что система с очень маленькой массой обладает потенциалом для выпуска феноменального количества энергии (E=mc2, c2 — это огромное количество). При расщеплении атомного ядра, атом расщепляется с образованием двух и более атомов. В то же время, освобождается нейтрон. Сумма новых атомных масс и массы нейтрона меньше массы исходного атома. Куда делась недостающая масса? Он будет выпущена в виде тепловой  кинетической энергии. Эта энергия — именно та, которую показывает формула Эйнштейна E=mc2. Другое ядерное событие, соответствующее уравнению Эйнштейна — слияние. Слияние происходит, когда легкие атомы подвергаются воздействию высокой температуры. Температура позволяют легким атомам соединяться вместе, чтобы сформировать тяжелый атом. Слияние водорода в гелий является типичным примером. Крайне важным является тот факт, что масса нового атома меньше, чем сумма масс легких атомов. Как и при делении, «отсутствующие» массы выделяются в виде тепловой кинетической энергии.

Один из частых ошибочных аспектов объединения энергии и массы заключается в том, что система масс увеличивается, когда система приближается к скорости света. Это неправильно. Давайте предположим, что ракета движется в  пространстве. Происходит следующее:

1. Энергия должна быть добавлена в систему, чтобы увеличить скорость корабля.

2. Большая часть добавленной энергии уходит в сторону увеличения сопротивления ускорению системы.

3. Меньшая часть добавленной энергии идет на увеличение скорости системы.

4. В конце концов, количество добавляемой энергии, необходимое, чтобы достичь скорости света, стало бы бесконечным.

В пункте 2, сопротивление ускорению системы — это размер энергии и импульса системы. Обратите внимание, что в приведенном выше 4 пункте, отсутствует ссылка на массы. И при этом ее не должно быть.

Далее мы рассмотрим, почему одновременности между двумя события не могут произойти в мире специальной теории относительности.

 

Одновременные события

Не существует одновременности между двумя событиями, рассматриваемыми в различных системах отсчета. Если вы уже поняли то, о чем мы говорили до сих пор, то это понятие будет пустяком. Допустим, один наблюдатель стоит неподвижно точно посередине между двумя абсолютно одинаковыми артиллерийскими орудиями, которые одновременно стреляют навстречу друг другу. Он увидит, что оба снаряда встретятся точно посередине расстояния между этими пушками, то есть, точно напротив него. Второй наблюдатель движется с высокой скоростью от одной пушки к другой, и в момент выстрела так же находится в той же точке, где и первый наблюдатель, то есть посередине между пушками. Легко понять, что для движущегося наблюдателя — снаряды встретятся вовсе не напротив него, поскольку за время полета снарядов он успеет переместиться ближе к одному из орудий.