В 1905 году Альберт Эйнштейн
опубликовал специальную теорию относительности (СТО), которая объясняла, как
интерпретировать движения между различными инерциальными системами отсчета –
попросту говоря, объектами, которые движутся с постоянной скоростью по
отношению друг к другу.
Революционные теории
Альберта Эйнштейна открыли новую эру в физике и проложили дорогу технологиям,
без которых невозможно представить себе современный мир.
Во времена английского
физика Исаака Ньютона, сотни лет назад, мир представлялся еще относительно
простым и понятным: время шло своим размеренным чередом и считалось столь же
неизменным, как и окружающее нас пространство. Представление о том, что время и
пространство могут быть подвержены деформациям, что часы вблизи массивных
объектов идут медленнее, чем вдали от них, - все это современники Ньютона
назвали бы ересью. И даже сегодня, 100 спустя после того, как Альберт Эйнштейн
сформулировал свою теорию относительности, ее постулаты представляются многим
людям невероятными и малопонятными.
Ощущение тайны
Между тем, теория
относительности давно уже многократно подтверждена наблюдениями и образует один
из фундаментов современной физики. Суть ее ученый из южно-германского города
Ульма, позднее провозглашенный непревзойденным гением, изложил Прусской
Академии наук 25 ноября 1915 года. "Самое
прекрасное, что мы можем испытать – это ощущение тайны", - напишет
Эйнштейн позднее в одном из своих сочинений. Именно тайны мироздания стремился
он раскрыть в течение всей своей жизни. "У
меня нет никакого особенного таланта, - говорил Эйнштейн в 1952 году за три
года до своей смерти, - я просто страстно
любопытен".
Если у Ньютона пространство и время были абсолютными и неизменными, то у Эйнштейна пространственно-временные отношения становятся "релятивистскими", зависящими от позиции наблюдателя, четырехмерными, подверженными изменениям. Теоретически Эйнштейн доказал, что для экипажа космического корабля, который летит почти со скоростью света (300 000 километров в секунду) время течет медленнее, чем для находящегося в покое наблюдателя. Кроме того, как постулирует специальная теория относительности, не только время и пространство являются относительными величинами, но и масса тела: она увеличивается по мере увеличения скорости. Эйнштейну принадлежит и едва ли не самая известная из всех физических формул, в наиболее универсальной форме представляющая эквивалентность массы и энергии:
E= mc²
В 1915 году Эйнштейн
представил свою общую теорию относительности, которая, наконец, объяснила, что
на протяжении двух веков до него не удавалось никому, что не силах была
объяснить ньютоновская теория всемирного тяготения: как сила притяжения
передавалась через совершенно пустое пространство, причем бесконечно быстро?
Объяснение Эйнштейна было простым: материальным носителем тяготения является
само пространство, а точнее соотношение пространства и времени.
Члены Нобелевского
комитета долгое время не решались присудить премию автору столь революционных
теорий. В конце концов, был найден дипломатичный выход: премия за 1921 год была
присуждена Эйнштейну за теорию... фотоэффекта, то есть за наиболее бесспорную и
хорошо проверенную в эксперименте работу; текст решения содержал нейтральное
добавление: "… и за другие работы в области теоретической физики".
Начало всех
начал
Найти, "за
что" давать Нобелевку, было не так сложно. Ведь Эйнштейну принадлежит
решающая роль в популяризации и введении в научный оборот целого ряда новых
физических концепций и теорий. В первую очередь, это относится к пересмотру
понимания физической сущности пространства и времени, и к построению новой
теории гравитации взамен ньютоновской, благодаря чему получили объяснение
явления, долгое время приводившее в недоумение астрономов, и были заложены
основы нового толкования мира на основах квантовой физики.
Практическое применение
общая теория относительности нашла в системах глобального позиционирования GPS,
где расчеты координат производятся с очень существенными релятивистскими
поправками. Четким изображением на телевизионном экране мы тоже обязаны
Эйнштейну: массивно ускоряемые электроны, согласно теории относительности,
увеличивают свою массу. Без учета этого изображение на экране было бы размытым.
Эквивалентность массы и
энергии играет большую роль в ядерной энергетике. Полимеры также отчасти
обязаны своим появлением Эйнштейну, который соединил классическую гидродинамику
с теорией диффузии и дал, таким образом, объяснение полной картине мира в трех
агрегатных состояниях. Лазерные технологии - в проигрывателе компакт-дисков, в
сканнере супермаркета или же в сложном медицинском оборудовании - тоже работают
на принципах, сформулированных Эйнштейном, причем еще в 1924 году. Без
Эйнштейна, возможно, не было бы солнечных батарей и цифровых фотоаппаратов,
вообще никаких аппаратов, переводящих свет в электричество.
И сверхмощные квантовые
компьютеры, если когда-нибудь они будут созданы, будут обязаны своим появлением
Альберту Эйнштейну: в 1935 году совместно с Борисом Подольским и Натаном
Розеном Эйнштейн описал мысленный эксперимент, в котором частицы могут
находится одновременно в двух или нескольких состояниях, но эти состояния не
поддаются одновременному наблюдению. Названный по имени авторов парадокс дал
толчок еще одному в высшей степени плодотворному научному направлению.
По
материалам dw
Головоломка
теории относительности (Эйнштейна)