Теория относительности

Материал из Lurkmore

ACHTUNG! Опасно для моска! Министерство здравоохранения Луркмора предупреждает: вдумчивое чтение нижеследующего текста способно нанести непоправимый ущерб рассудку. Вас предупреждали.

Хендрик (Гедерик) Лоренц, наивный и простой

Эйнштейн вглядывается в постулаты Ньютоновской физики

Теория относительности — научная теория, объясняющая устройство нашего мира на макроуровне, объединяющая механику, электродинамику и гравитацию. Собственно термин «Теория относительности» ввёл немецкий физик Макс Планк. Внедрена в научные круги расовым немецким евреем Альбертом E=mc² Эйнштейном путём компиляции работ нидерландца Г. А. Лоренца, расового еврея Минковского, француза А. Пуанкаре, ну и собственных тоже. Делится на две части: Специальную Теорию Относительности (СТО, теория структуры пространства-времени) и Общую Теорию Относительности (ОТО, теория гравитации).

[править] Предыстория вопроса

Суммарный интеллект больше, чем у остальной планеты

На рубеже XIX и XX веков в среде физиков царило нарастающее уныние. Научные руководители на полном серьёзе рекомендовали своим студентам не связывать карьеру с физикой, а отправляться на юрфак, ибо почти все законы уже были вроде бы открыты, и лет через 20—30, когда последние нюансы разрешатся, кормиться на ниве физики будет уже нечем. Кафедры физики позакрывают, а их бывшим научным сотрудникам раздадут мётлы для подметания коридоров юрфака. Это, например, упоминается в биографии Макса Планка.

Одним из таких не до конца ещё выясненных нюансов был вопрос: как скрестить механику Ньютона с уравнениями Максвелла (электродинамикой).Речь идет о принципе относительности Галилея (в механике), его закона сложения скоростей, когда брошенный в движущемся вагоне мячик, имел суммарную скорость относительно платформы w=v+u. И в опыте Майкельсона, когда интерференция оптических (электромагнитных)волн не нарушалась при повороте прибора относительно направления движения Земли (u=30 км/с). То есть имело место сложение скоростей: с+u=c, где с-скорость света, u=30 км/с скорость Земли.

[править] Источник проблемы

Внезапно была обнаружена нестыковка двух областей физики: проверенной временем и практикой механики Ньютона и сравнительно молодой науки электродинамики (в том числе описывающей распространение электромагнитных волн). Вот это вот распространение волн описывалось так называемыми уравнениями Максвелла, которые тоже были многократно проверены экспериментом и сомнений не вызывали. Тогда уже было известно, что свет — это тоже электромагнитная волна, и, следовательно, скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света. Но вот попытка поместить на движущийся поезд фонарик и посчитать, с какой там скоростью будет распространяться свет этого фонарика, заканчивалась фейлом и когнитивным диссонансом. В механике Ньютона скорости поезда и света надо было бы складывать, но уравнения Максвелла такого финта ушами описать не могли, а попытки их допилить, чтобы подстроить под такую ситуацию, лажали. Например, если лететь вдогонку за светом с такой же скоростью — со скоростью света, — то этот свет по уравнениям Максвелла… исчезал. Совершенно неотличимая ситуация становилась от того, как если бы никакого света и не было.

[править] Всё дело в эфире!

Замечено, что для распространения волны необходима среда, которая будет передавать колебания. Например, для распространения акустической волны (то есть звука) нужен воздух. Брошенный в воду камень создаёт на её поверхности волны. Ну так может и электромагнитная волна распространяется в какой-то специфической среде? Вот это чудо-вещество и было названо эфиром. Эфир был одной из моделей, предназначенной сперва для описания электродинамики, а позднее — и гравитации, а также строения элементарных частиц.

По сути, эфиродинамика была первой попыткой создать полевую теорию всего, и не самой плохой: и уравнения Максвелла, и даже преобразования Лоренца успешно выводились Лоренцем и обосновались исходя из положений эфиродинамики. Даже многие сугубо квантовые эффекты, например, планковский спектр излучения [1], в этой модели вполне объяснимы силами классической физики. В электродинамике устоялись с той поры такие «механические» наименования понятий, как «напряжённость», «ток» etc.

В наиболее простых моделях считалось, что эфир и вещество — различные вещи, и первый не оказывает материи никакого сопротивления. Такую идею продвигал, к примеру, Больцман. Но подобный подход порождал проблемы: если эфир — идеальная жидкость, а частицы — идеальные шарики, то силы трения, которые отвечали за создание магнитного поля, исчезали, в противном случае возникало лобовое трение частиц об эфир. Магнитное поле вроде бы наблюдалось, и поэтому учёные сделали вывод: раз эфир у нас живёт сам по себе, то двигаясь вместе с землей, мы должны тереться об эфир. А поскольку этого трения не было заметно, ему требовалось приписать волшебные свойства — эфир должен одновременно быть и абсолютно твёрдым, для проведения электромагнитных волн, и абсолютно разреженным, во избежание энергетических потерь.

Потом пришёл Максвелл и нарешал столько матана, что его хватило на брошюру, диссертацию, и две толстенные книги. Матан оказался настолько лютым, что даже сам Максвелл не до конца понял, что из его уравнений следует, и сподвиг сообщество на поиски эфирного ветра: дескать, если наша земля двигается мимо эфира, то весь свет на земле должен сие движение чувствовать. По-научному это называется анизотропией скорости света, а тогда народ был проще и решил искать ветер. В итоге товарищи Майкельсон и Морли ставят опыт, и не находят искомого эффекта. То есть что-то они там намеряли, но в 6 раз слабее и не в том направлении. Научное сообщество сей факт расценило, как отсутствие эфирного ветра, и стало думать, как жить с этим знанием. Лоренц, к примеру, вывел Лоренцеву теорию относительности, где часы замедлялись и линейки укорачивались, но всё это происходило благодаря эфирному ветру.

[править] Эйнштейн

«Да что же всё-таки происходит?» — опять спросили себя физики и принялись думать дальше.

Особенно далеко в размышлениях продвинулись два товарища: вышеупомянутый Лоренц, чьи формулы представляли собой попытку объяснения необнаружения эфира [2], и Пуанкаре. Выводы теории относительности во многом совпадают с формулами, полученными в их работах, хотя авторы и основывались на других предпосылках. Однако Эйнштейн, проявив недюжинную гибкость ума и широту сознания, не останавливаясь даже в тех местах, где обычный порошок не справляется и другой теоретик уже давно бы зачеркнул все труды, выбросив их в унитаз, предложил альтернативную трактовку формул, подойдя к проблеме с другого конца.

Обычно физики ставили механику Ньютона на более приоритетное место и стремились подогнать уравнения Максвелла под неё. Но Эйнштейн пошел от противного: по-настоящему верны именно уравнения Максвелла, и это механика Ньютона требует доработки!

Мозголомка началась.

[править] Специальная теория относительности

[править] Постулаты Специальной теории относительности

Что значит «по-настоящему верны именно уравнения Максвелла»? Сие означает, что в любой инерциальной системе отсчёта законы электродинамики (а не только как у Галилея механики) неизменны, а потому и уравнения не меняют свой вид (инвариантны). Из формул преобразования при переходе между такими системами, в свою очередь, при допущении равноправности всех точек нашей необъятной вселенной и всех направлений, следует вывод, что скорость света во всех таких системах отсчёта одинакова.

Небольшое пояснение: инерциальные системы отсчёта (ИСО) — это системы отсчёта, в которых точечное тело, на которое не действуют никакие силы, сохраняет свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Умнее говоря, ИСО — это системы отсчёта, в которых выполняется первый закон Ньютона. Постулаты СТО формулируются именно для таких систем, как, впрочем, и второй и третий законы Ньютона в ньютоновой же механике, ничего нового Эйнштейн тут не изобрёл. Но, в отличие от Ньютоновской физики, неинерциальные системы отсчёта — намного более глубокая тема для обсуждений.

Если кто не уловил тонкости вопроса: сложение скоростей по Галилею, использовавшееся в ньютоновой механике, пошло котэ под хвост. Один и тот же лучик света, испущенный фонариком на поезде, будет двигаться с одной и той же скоростью как относительно движущегося поезда, так и относительно неподвижного перрона. То есть, для перрона он будет улетать со скоростью света. И для поезда — он тоже будет улетать ровно с той же скоростью света. И для фонарика. И для поезда. Одна и та же скорость. Даже если они двигаются друг относительно друга!!!

Собственно постулатов 3 штуки:

1. Принцип относительности Эйнштейна: все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, и всё равно, неподвижна ли эта система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.
2. Скорость света постоянна во всех инерциальных системах отсчёта.
3. Пространство и время однородны, пространство является изотропным.

Первый постулат казалось бы спижжен у Галилея, но там речь шла сугубо о механике Ньютона, а не о всех физических процессах. На самом деле ничего, кроме механики Ньютона тогда и не было, а потому речь шла именно о «всех» физических процессах, то есть правильней было бы говорить «принцип относительности Галилея», благо у Эйнштейна и своих заслуг хватает. По-настоящему важным является именно второй постулат. Из него, собственно, всё и выводится. Третий постулат (обычно неявно) используется при выводе преобразования Лоренца, которое оказывается аффинным, кроме того, он имеется и в механике Ньютона. Как следствия, из них выводятся законы сохранения импульса, энергии и момента импульса.

Если сесть за стол с листочком бумаги и карандашом, взять тот же опыт с поездом и фонариком и начать разлиновывать бумажку согласно второму постулату, то получается ну просто полная хуйня. Получается, что время одного и того же процесса, вычисленное по формулам в ИСО перрона и в ИСО поезда, разное. Время. Разное. Совсем. Время. Для стоячего и движущегося. Разное. Нестыковочка!

«Так может, на самом деле время разное?» — неожиданно подумал Эйнштейн и оказался чертовски прав. Но сколько же ему надо было выкурить травы, чтобы пустить мысль по этому направлению — это история умалчивает (однако, фраза «Воображение важнее знания», приписываемая Эйнштейну, какбэ намекает).

[править] Относительность одновременности. Преобразования Лоренца

Итак, одним из важных выводов, следующих из такого странного поведения света, вернее, его скорости, было то, что события, одновременные в одной инерциальной системе отсчёта, будут не одновременными в другой, если эти системы отсчёта относительно друг друга движутся.

Другой бы учёный на этом этапе порвал бы свои листочки с чертежами на лоскуты, но Эйнштейн продолжал скрупулёзно выводить формулы.

Итогом стали формулы по пересчёту координат, как временны́х, так и пространственных, из одной системы отсчёта в другую, которые сейчас называются преобразованиями Лоренца. Дело в том, что Лоренц вывел их ещё до Эйнштейна, но использовал чтобы устранить противоречия между электродинамикой и Ньютоновской механикой. Выходили забавные вещи: как пространство, так и время в разных системах отсчёта (если они двигаются относительно друг друга), выглядят по разному. Причём в формулах пересчёта пространственные координаты зависят от временны́х, а временны́е — от пространственных. Возникла зависимость «пространства от времени» и причины говорить, что время и пространство неразделимы и составляют единый пространственно-временной континуум.

Наиболее известные эффекты, выводимые из преобразований Лоренца, таковы:

1. Сокращение размеров, или Лоренцево сокращение — если бы мимо нас летела ракета, то её размеры, будучи измеренными в нашей неподвижной СО, сократились бы вдоль вектора скорости, по сравнению с измеренными размерами ракеты, находящейся в состоянии покоя, и тем сильнее, чем быстрее она летит относительно нас. В пределе — если бы ракета летела со скоростью света, (её длина стала бы нулевой, а на самом деле короче всего в 3 раза).
2. Замедление времени — временные интервалы между событиями, происходящими в одной и той же локации ракеты — с нашей точки зрения будут длиннее, чем были бы интервалы между теми же самыми событиями, измеренными в неподвижной ракете, и тем длиннее, чем ближе её скорость к скорости света. В пределе — если бы ракета летела со скоростью света, нам бы казалось, что время в ней совсем остановилось.

Если кто-то подумает, что из ракеты мы будем при таких пертурбациях выглядеть удлинённо и со спешащими часами — то это неверно. В силу относительности движения для ракеты (а она летела прямолинейно и без ускорения) это мы движемся, а она покоится, так что наблюдатель в ней будет видеть нас укороченными и с замедленными часами.

Эти эффекты наиболее известны, но не составляют полной картины. Полная картина — сами преобразования Лоренца. Попытки рассматривать некоторые эксперименты на основании только этих эффектов зачастую приводят к парадоксам. Многие критики СТО обламываются именно на этом моменте.

[править] Скорость света и причинно-следственность

Ещё одним следствием преобразований Лоренца является то, что при движении со скоростью большей скорости света временные отрезки измеряются в мнимых временных единицах, что, с точки зрения механики Ньютона, лишено какого-либо физического смысла. С этим даже обкуренный мозг Эйнштейна мириться не стал, и последовал вывод: двигаться в вакууме со скоростью, большей световой, нельзя^[1]. Из СТО следует невозможность для тела, обладающего массой, достичь скорости света. А из принципа причинности — невозможность тахионов (частиц, якобы летающих быстрее света) взаимодействовать с досветовыми объектами.

Так скорость света в вакууме стала не только инвариантной (одинаковой для одного и того же пучка света во всех системах отсчёта), но и максимальной возможной скоростью чего-бы-то-ни-было вообще. В механике Эйнштейна этому соответствует простой факт: чтобы разогнать массивное тело до скорости света, нужно затратить бесконечное количество энергии, что, разумеется, невозможно.

Двигаться со скоростью большей чем скорость света в некой среде возможно. Педивикия расскажет об этом. Однако свет там двигается медленее света в вакууме, так что всё пучком.

Недавно появилась публикация коллаборационистов OPERA, в которой они мамой клянутся, что нейтрино статистически достоверно превысили скорость света на 0.0025%, и что они всё-всё учли, но учёные смотрят на этот результат, пока что, как на говно. [3]

[править] E=mc²

Древняя как мир формула, E=mc². В классической механике — прямое следствие уравнения Мещерского для тела, излучающего частицы со скоростью света. Как и любой велосипед, была кем только не открыта: Толвером Престоном (1895), Кельвин (1903), Олинто де-Претто (1903), Анри Пуанкаре (1904), Фритц Хазенорл (1904, ошибся коэффициентом), Макс Планк (1907). Но мы ведь не ищем простых путей.

Формулы традиционной до того механики Ньютона потребовали полного пересмотра в теории относительности. Одна из таких формул — формула кинетической энергии тела. Для подзабывших школьную программу напомню, что кинетическая энергия летящего куска массы — это работа, которую надо затратить, чтобы разогнать данную массу из неподвижного состояния до той скорости, с которой оно летит. А работа — это произведение расстояния на силу и на косинус угла между телом и приложенной к нему силой, трам-парам, интегрируя и дифференцируя, Ньютон получил широко известное эм-вэ-квадрат-пополам (E_k=mv²/2).

Идя по тому же пути, Эйнштейн интегрировать и дифференцировать не стал, а вместо этого разложил в ряд по степеням «v» и получил в итоговой формуле для кинетической энергии в релятивистской механике, что она состоит из разности двух величин: членика, зависящего от скорости (и обнуляющегося при скорости равной нулю), и членика, не зависящего от скорости и равного всегда mc². Должно быть, уже понятно, что такая хуйня, как какой-то там членик в уравнении, не могла остановить Эйнштейна, и он сделал вывод, что даже на то, чтобы тело покоилось — ну то есть просто вот, чтобы взять и вот — тело, просто покоящееся, вот на это уже надо затратить энергию E₀=mc², и ввел понятие полной энергии тела E=E_k+E₀. Волшебным образом, выражение релятивистского импульса через полную энергию из многоэтажного мата агрегата схлопнулось в красивую формулу.

Так возникла концепция эквивалентности массы и энергии, превосходно подтвердившаяся в ядерной физике, и лежащая в основе принципа действия ядреных бомб. В каждой массе, даже неподвижной, заключено дохуя потенциальной энергии — Хиросима в этом убедилась лично. И Нагасаки подтвердит. Сам Эйнштейн, кстати, был очень недоволен, когда узнал, в каких целях генералы решили использовать его теоретические выводы. Собственно, популярная литература гласит, что с тех пор он начал сходить с ума, но мы то знаем, что началось всё не с этого…

На самом же деле, E=Ymc², где Y=1/(1-v²/c²)^0,5, m — масса покоя.
Если ввести релятивистcкую массу: m_rel=Ym, то формула будет работать и для движущейся частицы: E=m_relc².

[править] Мир Минковского

Проекция ущербного трехмерного сечения Германа Минковского на ещё более ущербное двумерное пространство

Большой вклад в СТО внёс позже математик Минковский. Он показал, что преобразования Лоренца замечательно переносятся на графики, если на графиках изображено псевдоевклидово пространство с метрикой −1,+1,+1,+1 (ну или +1,−1,−1,−1 — те же яйца, только в профиль). Звучит заумно, таковым и является. Тем не менее, всё это означает, что живём мы с вами не в евклидовом, а в псевдоевклидовом пространстве-времени Минковского, так называемом пространственно-временном конусе Минковского. В школах об этом не рассказывают. Власти скрывают, но истинно обкуренные физики знают.

Идея пространственно-временного конуса Минковского широко представлена в популярной форме во всяких бредовых фильмах тесно связанных с машинами, якобы позволяющими перемещаться во времени, ибо реализация любой машины времени на сегодняшний день зиждется на этом конусе, и ниибёт.

На самом деле в пространстве Минковского заключена вся суть современного (лет сто назад) представления об СТО. Грубо говоря, наше пространство-время четырёхмерно. К этому ещё добавляется то, что это не обычное (евклидовое) 4-мерное пространство, а псевдоевклидовое пространство-время Минковского с уже указанной выше метрикой. Означает это примерно то, что в этом пространстве расстояния меряются немного по-другому. Таким образом тот же парадокс Близнецов (ниже), например, сводится к тому, что два близнеца пролетели в упомянутом пространстве Минковского разные расстояния (называемые "интервалами"), вылетев из одной точки (момента времени) и встретившись в другой (также как два автомобиля проехав разные пути потратят разное количество бензина, хотя и встретятся в одной точке).

ОТО, собственно, отличается от этой картины тем, что это пространство-время Минковского ещё и искривлено.

[править] Положение механики Ньютона в рамках СТО

В узких народных массах бурлят говны на тему того, является ли классическая механика Ньютона предельным случаем специальной теории относительности. Этот холивар докатился и до уютненького. Анонимус помнит его на этом самом месте. Одни приводили аргументы, что, мол, преобразования Галилея это афинные преобразования, а преобразования Лоренца это гиперболический поворот, и этот самый поворот никак не может в пределе переходить во что-то афинное. Приводились расчёты, касающиеся полёта умученных коммунистами собак Белки и Стрелки на первой космической скорости по орбите Земли в направлении на Плутон, до которого аж 43 а.е., и после нехитрого матана выяснялось, что жывотным будет казаться, что до Плутона аж на 1,7 км меньше, чем кажется кровавой гэбне в подвалах Лубянки. Другие же замечали, что 1,7км это ниачём, по сравнению с 43 а.е. (примерно 6 432 708 438,38 км). И, ЧСХ, они правы.

Теперь к сути. Преобразования Лоренца — это самый что ни на есть труъ гиперболический поворот. Тут надо отметить, что от обычного он отличается тем, что в формулах пересчёта координат стоят не обычные синусы и косинусы некоторого угла, а гиперболические синусы(sh) и косинусы(ch). Собсно, потому поворот и называется гиперболическим. Но, при малых, по сравнению со скоростью света, скоростях, угол поворота становится тоже малым, и sh и ch от него вполне себе кошерно аппроксимируются sin и cos от него же. Что это значит? А это значит, что в предельном случае малых скоростей поворот можно считать обычным, а не гиперболическим. А обычный поворот это и есть афинное преобразование, инфа 100%. Более того, можно и не заморачиваться с тем, гиперболический поворот или обычный. Даже гиперболический поворот является афинным преобразованием, это видно тупо из его записи.

Тут ещё стоит отметить, что преобразования Галилея являются предельным случаем преобразований Лоренца не для «малых скоростей». В классической механике нет понятия «малая скорость», ибо малая по сравнению с чем? Чтобы получить Галилея из Лоренца, нужно осуществлять предельный переход c→∞, в этом и есть отличие высера Альбертика от креатива Изи Ньютона — классическая механика полагает скорость света бесконечно большой.

Тем не менее, многие продолжают комплексовать по поводу того, что афинное-то оно афинное, но преобразования Галилея — это перенос, а преобразования Лоренца — поворот, и это разрыв шаблона. В общем и целом это так. Именно поэтому первые обладают свойством коммутативности, а вторые — нет. То есть если сделать два преобразования Галилея, то результат не зависит от порядка их выполнения, чего не скажешь о преобразованиях Лоренца. Но, при предположении о бесконечности скорости света, всё равно одни переходят в другие, желающие могут ознакомиться с формулами и сделать выводы. Иначе и быть не может, преобразования Галилея верны для малых, по сравнению со скоростью света, скоростей. Это подтверждает опыт. А это самое главное.

[править] Критика СТО

Алик смотрит на критиков СТО… Ну, вы поняли.

Теория относительности - это в первую очередь теория, а не техническая документация о сотворении мира, справедливая в последней инстанции. Теория это частично подтверждается опытами, а частично опровергается. В соответствии с экспериментальными данными, те или иные аспекты теории дорабатываются или переосмысливаются. Да-да, прямо сейчас, а не сотню лет назад на столе у автора.

Быдло и школота если и слышали о ТО, то считают её слишком сложной и неинтересной, поэтому не критикуют. Впрочем, расовая еврейскость Эйнштейна не даёт покоя антисемитам.

Офисный планктон иногда всё же сталкивается с упоминаниями о том, чем живёт наука в наши дни, и, как правило, впадает в ступор мозга от попыток осознать современное состояние науки на самом деле.

Многие сильно комплексуют по поводу того, что Лукас не только соврал в своём культовом кинофильме насчёт звука имперских истребителей в вакууме, но и вообще — что сама идея звёздных перелетов в Звёздных Войнах далека от реальности. По СТО, отправив звездолёт в соседнюю галактику, мы хуй когда дождемся его возвращения — только нашим глубоким пра-пра-пра-…-внукам может выпасть такое счастье, ибо двигаться быстрее скорости света звездолёт не сможет, а до ближайшей к нам галактики Большого Магелланового Облака ни много ни мало 168 тысяч световых лет. Что уж говорить о фокусах-покусах со временем и пространством, которые никак не укладываются в пропитые мозги среднестатистического человека?

В сущности, критика состоятельности СТО разделяется на три основных типа. Первый, наиболее распространенный, сводится к тому, что Эйнштейн, работая в патентном бюро и прочитывая большое количество научно-технической литературы, занимался банальным плагиатом. Дескать, всю теорию он украл у Лоренца и Пуанкаре (а также Томсона и Ланжевена, по-видимому — автора «парадокса близнецов»), математику — у Давида Гильберта (Эйнштейн действительно присылал Гильберту свои работы для проверки математических выкладок), а экспериментальные результаты — у Майкельсона. Ну а еврейская пресса превознесла Эйнштейна до небес. Несомненно, Эйнштейн читал работы этих (и многих других) учёных, но, во-первых, они не были секретными, а издавались вполне открыто, так что почему бы благородному дону, даже с еврейской фамилией, их не читать (и до него многие читали, да что-то ничего не придумали), а во-вторых, никто из этих ученых своей обобщенной теории не предложил, что по некоторому мнению давало моральное право первопроходчеству любой ценой. Ещё более конспиративный вариант — что Эйнштейн обменивался письмами, в частности, с Лоренцем и Гильбертом, а те по простоте душевной выболтали ему какие-то тайные знания. Из всего этого внезапно якобы делается вывод, что раз теория украдена, то верной она быть никак не может. Однако, следует заметить, что знаменитые формулы замедления времени, сокращения длины тел при приближении к скорости света и т. д. действительно принадлежат не Эйштеину, а Лоренцу^[2]. Математическое обоснование теории относительности в исполнении Эйнштеина практически полностью копирует работы Лоренца с некоторыми дополнениями (в частности, относительно массы движущихся тел).

Второй тип критики (обычно смешивается с первым) — копание в биографии Эйнштейна. Тут, понятно, сразу вспоминают весьма посредственные успехи юного Альберта в школе, экстравагантное поведение, развод с первой женой Милевой Марич (в таких статьях она всегда объявляется истинным автором математического аппарата ТО), поддержку атомной бомбы и происки сионистов, и даже обвинение в том, что он позировал фотографам в непристойном виде. После создания образа мерзавца и еврейского ставленника, ставится вопрос: как мог такой негодяй додуматься до чего-то путного?

Вообще, тут большая заслуга падких до сенсаций журнализдов и излишне ретивых биографов Эйнштена, превративших его самого и его теорию в некий культурный феномен, чуть ли не идол. А идола всегда хочется ниспровергнуть, и лично Эйнштейн и ТО тут совершенно ни при чем. И теперь многие, прочитав излишне хвалебную популярную работу, впоследствии с удивлением обнаруживают, что ТО во времена своего появления вовсе не была принимаема безоговорочно абсолютным большинством ученых и даже нобелевскую премию этот товарищ получил не за сабж, а за какое-то там «явление фотоэффекта» (про которое современная толпа ничего не знает, хотя на его принципах работает огромное число электротехники, в том числе открывающиеся двери супермаркета и конечно же этот ваш тачскрин в айпадике), а затем делают вывод о её несостоятельности.

Наиболее прелестный образчик — весьма длинный опус В. Бояринцева «АнтиЭйнштейн»: тут и евреи, и заговоры, и тупой (но очень коварный!) Эйнштейн. Весьма показательно.

Третий тип — попытка всё-таки опровергнуть какие-то общие принципы ТО. Общее место — всегда рассматриваются и опровергаются самые первые сообщения Эйнштейна о новой теории, которые представляют собой скорее набор идей и гипотез, но никак ещё не законченную систему. То, чего в этих сообщениях не было и нет — додумывается автором критики, а то, что есть — переворачивается с ног на голову, и получившийся бред (к которому Эйнштейн уже не имеет никакого отношения) успешно опровергается. Впрочем, многие из опровергателей не читали не то что работ Эйнштейна, но даже ниасилили научно-популярных книг на тему ТО. Зачастую ими рассматриваются мысли, которых ни Эйнштейн, ни какие-либо другие разработчики ТО никогда не писали и не высказывали, а которые возникли лишь в воображении автора. При этом также изобретаются мысленные эксперименты, в которых ТО оказывается неверна, но авторам невдомёк (так как методами научного анализа они, как правило, не владеют), что, исходя из критериев фальсифицируемости, такие эксперименты, не то что могут, а обязаны существовать. Или, как сказано ниже в описании парадокса шеста и сарая (предложенного, как считается, Р. Фейнманом), авторы «вцепляются» в некий постулат ТО, напрочь забывая об остальных, и закономерно приходят к невозможным результатам.

Учёные же давно заебались перетирать в ступе одно и то же со всякой критикующей публикой, что оспаривание теории Энштейна относят примерно туда же, куда и оспаривание законов сохранения — то есть в чёрный анал торсионщины и псевдонауки. Почитать образцы.

Но всем похуй.

Четвёртый тип критиков заходит с тылу. До опыта Майкельсона классическая механика объясняла происходящее вокруг чуть менее, чем полностью. Результаты этого опыта по Ньютону вызывают мгновенный разрыв шаблона, зато отлично подтверждают ТО. Есть, однако, люди, способные тупо послать дохуя пол-десятка поколений физиков и покопаться в опыте заново. Но одному копаться скучно, а рассказать физикам и не быть посланным туда же самому — сложно, так как см . выше. Ради такого дела создаются целые сайты. Креатив подчас доставляет чуть более, чем. Обычно это попытки объяснить опыт Майкельсона с точки зрения классической механики. Указываются ошибки в работах самого Майкельсона, которые отдаляли теоретический и практический результаты, главная из ошибок — теоретическое описание опыта с точки зрения оптики, тогда как с учетом волновой природы света в оптических элементах, использованных в опыте, сказывается эффект Доплера и прочие штуки, которые с пеленок ненавидит каждый фотограф, потому что они мешают и его опытам. Если все это доказать не хомячкам в сети, а ученой комиссии, то по хитрому плану критиков, современная физика не рухнет, а будет переведена на смежные рельсы классической механики, возьмет вторую космическую скорость, затем скорость света и не только. А Эйнштейн так и останется навсегда в этой жопе галактике. ТО, кстати, тоже.

Главный вопрос к критикам четвертого типа такой же, как и к третьим типам: если вы такие умные, то где же ваши деньги ракеты ученые степени сторонники? И где они были сто лет назад, когда как раз и надо было двигать классическую механику?

FTGJ следует отметить, что есть и пятый тип критики Эйнштейна: адекватный. Под ТО физики потихоньку копают (как и под все остальные физические теории), но происходит это тихо, в своём кругу, и для широкой публики столь же малодоступно, как и малоафишируемо. Этот способ — проверка границ применимости СТО, точно также как проверяют любую другую теорию — аналитически и экспериментально. ИЧСХ, это абсолютно нормально. Здоровая критика, как и дельные идеи, при наличии адекватной реакции ещё никому не вредили. почитать.

Справедливости ради стоит отметить, что альтернативные теории гравитации являются либо расширенными вариантами ОТО (Дикке-Бранса, Картана и др.), содержащими ещё больше матана, нежели оригинал; либо, как и всё «гениальное и простое», противоречащей опыту хуетой (РТГ, Лесажа).

[править] Парадоксы СТО

[править] Введение

Попытки разобраться в СТО зачастую подводят людей к ступору мозга, а если желание разобраться в ней изначально было спровоцировано попыткой опровергнуть и высмеять старичка Эйнштейна, то ступор мозга обязательно выливается в заявление, что молодой и незашоренный мозг наконец-то поверг в пух и прах колосс с глиняными ногами, именуемый теорией относительности. И прочие вкусные эпитеты. Британские ученые считают, что Эйнштейн вертится в гробу over 9000 проворотов в день из-за постоянного муссирования так называемых «парадоксов теории относительности» (даже несмотря на то, что тело, после кончины, отправили в биореактор). Наиболее известные парадоксы относятся к СТО, так как ОТО понять и чего-то там напарадоксировать среднестатистический мозг отказывается даже на подступах к азам. Поэтому наиболее сильной атаке подвергается именно СТО. Учёные же знают, что СТО математически непротиворечива и умственными экспериментами её опровергнуть невозможно — единственный способ опровергнуть её — поставить реальный эксперимент который бы показал расхождение результата с теорией в границах её применимости. А учитывая, что границы эти анально огорожены от реального мира, остаётся только пытаться мысленно оперировать взаимоисключающими тезисами, оставаясь при этом в рамках формальной логики.

Рассмотрим некоторые такие «парадоксы».

[править] Парадокс шеста и сарая

Из СТО мы знаем, что движущиеся тела сокращаются в направлении движения. Возьмём сарай с двумя сквозными дверьми. Возьмём шест, который чуть длиннее, чем сарай. Если открыть обе двери и просунуть в них шест, то он в сарай не поместится и будет торчать из дверей по обе стороны. Воспользуемся сокращением длин — разгоним шест до такой скорости, чтобы он сократился, допустим в 2 раза, и тогда, пролетая сквозь сарай, он весь целиком там поместится! Захлопнем двери сарая, пока шест находится внутри и тут же быстренько их откроем, чтобы не поломать сей девайс. И мы видим следующее противоречие: система отсчёта, связанная с шестом, такая же равноправная, как и связанная с сараем. То есть, в ней будут наблюдаться те же эффекты сокращения продольных размеров, но только уже сарая! В ней сарай станет короче, и чуть более длинный изначально шест станет ещё более длинным и никогда в сарай не поместится. Значит, захлопнув двери сарая, мы обязательно сломаем шест!

Этот парадокс — один из типичных случаев, когда, вцепившись в один из эффектов СТО, человек делает далеко идущие выводы, пренебрегая другими, подчас более важными, эффектами. Сокращение длин действительно произойдёт так, как описано в парадоксе — для сарая шест окажется укороченным и поместится в нём целиком, а для шеста — сарай окажется укороченным и не сможет поместить в себя весь шест. Так где же правда?

А правда — в относительности одновременности. Сокращение длин — это второстепенный эффект, относительность же одновременности — намного же более важный. Ещё раз вспомним уже сказанное тут: события, одновременные в одной системе отсчёта, будут по СТО неодновременными в другой системе отсчёта, если системы движутся друг относительно друга. Если присмотреться к эксперименту, у нас в нём есть чётко выраженные события, одновременные в ИСО сарая — это момент, когда мы закрываем переднюю и заднюю двери сарая. Мы делаем это в ИСО сарая ОДНОВРЕМЕННО. Нетрудно догадаться, что в ИСО шеста они произойдут в разные моменты времени, а именно: когда передний конец шеста войдёт в сарай и приблизится к задней двери, она захлопнется и тут же откроется, а когда задний конец шеста сравняется с передней дверью, захлопнется и откроется, в свою очередь, и она. Таким образом, шест не сломается ни в ИСО сарая, ни в ИСО шеста.

Если внимательно присмотреться к этому парадоксу, то можно сделать один важный вывод насчёт эффекта сокращения длин. Как мы измеряем длину объекта? Прикладываем к нему линейку и смотрим на показания шкалы у начала и конца объекта. А что если этот объект двигается? Тогда, чтобы не испортить показания, посмотреть на шкалу у начала и конца объекта надо… ОДНОВРЕМЕННО. Одновременно? Хм… Ну да, иначе показания окажутся всяко неверными. Но ведь то, что в нашей ИСО по теории относительности одновременно, в другой ИСО будет неодновременным и тогда… Последнее умственное усилие сделайте сами.^[3]

[править] Парадокс близнецов

Парадокс близнецов. «…А ты почти такой же молодой в продольном направлении!»

Другой парадокс касается эффекта замедления времени и звучит следующим образом:

Жили-были два брата-близнеца (одногодки) — Коля и Юра. Коля с юношества пил и бухал, якшался со всяким сбродом, в общем, пошёл по наклонной. А Юра вёл здоровый образ жизни, поступил в лётное училище, закончил его с золотой медалью и стал в конце-концов космонавтом. Недолго думая, учёные посадили Юру на ракету, хорошенько разогнали и отправили его с почти световой скоростью к ближайшей звезде (допустим, на расстояние в 1 световой год) с заданием: прилететь, сфотать звезду и тут же улететь обратно на Землю. Заранее выкрутим параметры эксперимента до экстремальных, так легче будет рассуждать: Юра почти мгновенно разгоняется до почти световой скорости, долетает до звезды, почти мгновенно тормозится до состояния покоя, мгновенно фотографирует звезду, опять мгновенно разгоняется до почти световой скорости по направлению уже к Земле, летит до Земли и там почти мгновенно останавливается, выходит из ракеты и сразу в бар, обмывать морковным соком успех эксперимента, а там, как завсегдатай, уже в стельку пьяный в дверях лежит Коля. И вот, братья, кто с укоризной, а кто с мутным равнодушием в глазах, смотрят друг на друга. Что же они видят?
— Ёбаная тётя, как ты постарел!!! — восклицает Юра, — Вот он — наглядный вред беспорядочного образа жизни!

Если рассматривать эксперимент с точки зрения (из ИСО) Земли, то Юра 2 года провёл в полете, двигаясь с почти световой скоростью. По СТО мы знаем, что часы у Юры, с точки зрения Земли, в этом случае, все 2 года шли крайне замедленно (почти что стояли на месте). Поэтому вернётся он почти в том же возрасте, что и улетал — ну там, 10 минут, допустим, по его часам всего прошло. Коля же находился всё это время почти что в состоянии покоя (ну, шлялся там по барам-ресторанам, но это явно со скоростью намного меньше световой, поэтому можно считать, что покоился) и всё это время усиленно старел со скоростью 1 год за год. То есть Коля по итогу эксперимента окажется почти на 2 года (за вычетом 10 минут) старше брата-близнеца.

Вот на этом месте некоторые вспоминают про первый постулат Эйнштейна — о равноправии систем отсчёта — и говорят: но ведь в системе отсчёта Юры это он покоился, а Земля сперва улетала назад с почти световой скоростью, а потом летела обратно к ракете. Значит, с точки зрения Юры, это на ней время было замедлено, а следовательно, более молодым должен стать пьяница Коля! Вот в этом утверждении многие и усматривают парадокс.

Ошибка тут в том, что люди вспоминают о первом постулате Эйнштейна совершенно напрасно. Дело в том, что первый постулат, хоть и, действительно, говорит о равноправии систем отсчёта, но делает это только для инерциальных систем отсчёта. Он явно подчеркивает, что распространяется ТОЛЬКО на инерциальные системы отсчёта (ИСО). Напомним, что ИСО — это такие системы отсчёта, которые связаны с телами, не испытывающими действия сил, то есть, не подвергающимися ускорениям, а движущимися равномерно и прямолинейно (другими словами – покоящимися). Только в этих системах справедлив второй постулат об инвариантности скорости света, следовательно, только в них справедливы преобразования Лоренца, выведенные из второго постулата. В итоге замедление времени у Коли для Юры действительно будет иметь место — но только на тех участках пути, которые он летел равномерно-прямолинейно, то есть после разгонов и до торможений.

Пытливый и незашоренный ум ниспровергателя СТО в этом месте может заметить: но ведь с точки зрения Юры, в его координатной сетке, это не он ускорялся, а Земля ускорялась, так что опять таки можно говорить о равноправии СО. Но это не так. В отличие от состояния равномерного прямолинейного движения, которое является относительным, то есть, невозможно экспериментами установить для двух тел, двигающихся друг относительно друга, какое именно двигается, а какое именно покоится — сама постановка вопроса бессмысленна, — так вот, в отличие от этого, состояние ускорения НЕ относительно. Состояние ускорения легко обнаруживается опытами. Его легко почувствовать на себе в кресле ракеты по эффекту вжимания в это самое кресло. Юра будет отчётливо ощущать силу, вжимающую его в кресло в момент старта ракеты. Коля же в этот момент времени никакого вжимания чувствовать не будет. Никакого равноправия у их систем отсчёта при этом нет. Ускоряется именно Юра, а не Коля (хотелось бы заметить, что имеется в виду инерционное «вжимание», гравитация же одинаково вжимает обоих братьев в то, что под ними и в момент старта ракеты, и некоторое время после).

Большинство объяснений парадокса близнецов на этом останавливается. Мы выяснили что СО близнецов были неравноправными — вот это неравноправие и выразилось в том, что один из близнецов постарел. На этом ставится точка. Часто замечают при этом, что рассмотреть мир глазами неинерциальной системы отсчёта (неИСО) может только ОТО, а СТО в них неправомерна. Доходит даже до утверждений, что неИСО в СТО рассмотреть невозможно вообще, иначе она превратится в ОТО. Но это уже устаревшая точка зрения, ОТО — это теория, расширяющая СТО до рассмотрения эффектов гравитации, и она довольно остроумно подводит неИСО под мнимое гравитационное поле, что легко, без изменения матаппарата, рассматривает неИСО-вость. Тем не менее, возможно, оставаясь полностью в рамках СТО, разработать матаппарат неИСО-вости без привлечения идей ОТО. То, что получается — получается тоже весьма сложным, ненамного проще, чем формулы ОТО, но всё же попроще (и, кстати, местами очень похоже). И тоже полностью объясняет парадокс близнецов из глаз Юры.

Так что же там происходит у Юры, когда он разгоняется/тормозится, то есть, в те моменты, когда его СО является неИСО? Если вспомнить про относительность одновременности, вспомнить что если системы отсчёта двигаются относительно друг друга, то события в них «рассинхронизированы по времени», вспомнить, что пока ракета ещё стояла — рассинхронизации не было, а когда она уже летит (после ускорения) — рассинхронизация уже имеет место, то становится понятно, что именно в момент ускорения и происходит процесс рассинхронизации. Если замостить всё расстояние до звезды синхронно тикающими часами, показывающими одно и то же время, пока ракета стояла, и начать разгонятся, то часы впереди направления ускорения начнут тикать быстрее, и тем быстрее, чем дальше до них расстояние. Те часы, которые находятся сзади, начнут тикать медленнее, и тем медленнее, чем дальше до них расстояние, вплоть до того, что на каком-то расстоянии позади будет горизонт событий.

Вот и готово объяснение. В те моменты времени, когда Юра стартовал с Земли и когда он будет в конце эксперимента на ней тормозиться, расстояние до Земли будет нулевым, и эффекты неИСО-вости (рассинхронизации) заметны не будут. Но в те моменты, когда он будет тормозиться у звезды и ускоряться по направлению к Земле (ускорение в обоих случаях направлено на Землю), часы на Земле для Юры стремительно промотаются вперёд — как раз, в сумме, на эти 2 года, с поправкой на 10 минут.

Парадокс интересен тем, что заставляет всё-таки рассматривать эффекты неИСО-вости, оставаясь в рамках более простой, чем ОТО, специальной теории относительности. Это на самом деле забавно, так как в эффектах неИСО-вости можно пронаблюдать такие страшные вещи, как горизонт событий, о котором мы знаем из ОТО по чёрным дырам.

Быдло и школота из этой секции тоже может сделать полезный для себя вывод: Коля постарел не потому, что он пил, бухал и беспредельничал, так что никакого вреда эти вещи возрасту не несут. Так поднимем же за это стаканы!

А пока быдло поднимает стаканы, упомянем второе следствие из данного «объяснения»: энергия гравитационного взаимодействия теперь пропорциональна расстоянию. Разность хода часов, которую надо скомпенсировать ускорением, при полёте туда-обратно со скоростью v без учёта ускореных участков (считаем их пренебрежимо малыми) составит 4L(1−(v/c)²)^1/2/v, и чтоб скомпенсировать это расхождение, эффекты от ускорения должны также возрастать пропорционально расстоянию.

[править] Парадокс диска

Рассмотрим велосипедное колесо, которое крутится с большой скоростью. Каждый элемент спицы движется перпендикулярно своей длине и сокращения в продольном измерении не испытывает. Значит, не испытывает сокращения и вся спица. С другой стороны, каждый элемент обода движется вдоль своей длины и сокращается. Таким образом, отношение длины окружности к её радиусу меняется.

Разгадка в том, что каждый элемент колеса движется ускоренно, и СТО тут малоприменима. В ОТО же непостоянность числа π совершенно нормальна.

[править] Парадокс Альфы Центавра

Командир космического корабля перед стартом видит Альфу Центавра на расстоянии 4 световых лет. Корабль взлетает, летит очень быстро и, благодаря сокращению расстояния, постаревший на год командир видит ту же самую Альфу Центавра на самом кончике своего носа. Значит, средняя скорость сближения корабля и звезды была 4 скорости света.

Это даже не парадокс, а неожиданное и забавное свойство СТО. Скорость, измеренная по расстоянию в покоящейся СО и времени в движущейся СО — так называемая «собственная скорость» — вполне может быть больше скорости света, СТО говорит лишь о случае, когда и расстояние, и время измерены в одной СО. Более интересным является вопрос, какую скорость сближения видел капитан корабля в процессе полёта (перед решением надо уточнить вопрос, каким образом он измерял расстояние до звезды), и как эффект Доплера сказался на цвете Альфы Центавра.

Это свойство СТО имеет интересный вывод: колонизация космоса в принципе всё-таки возможна, но будет выглядеть совсем не так, как показано в звёздных войнах. Дело в том, что с точки зрения Земли, запускающей колонизационные корабли в космос, — они никогда не превысят скорость света, и ждать каких-то результатов экспедиций или колонизаций придётся сотни/тысячи/миллионы/миллиарды лет, смотря куда лететь. Но вот с точки зрения экипажа корабля — им вполне по силам достичь самых удалённых галактик за вполне разумное собственное время — никаких миллионов лет, а очень даже быстро — в зависимости от мощности двигателей (правда, такие ещё не изобрели) можно и за 10 минут долететь до ближайшей звезды, позаботившись только о том, чтобы ускорение не расплющило всех в лепёшку на борту — это уже технические задачи. Ведь ускоряясь, ракета попадает в такой срез пространства Минковского, где расстояние до далёких звезд резко сокращается (сокращение длин по Лоренцу) и лететь остаётся всего-ничего.

Таким образом, складывается интересная ситуация: отправлять колонизационные корабли к самым далёким уголкам галактики, в принципе, возможно, ракета вполне себе долетит, а не иструхлеет за миллионы лет, так как время на ней для Земли замедлено, в том числе и процессы коррозии обшивки и старения экипажа, но вот дождаться результатов колонизации для Земли уже будет очень проблематично. Вкратце: отправить колонизировать — можно, а дождаться результатов — затруднительно (очень красочно описано в истории консула почти в самом конце «Гипериона» Дэна Симмонса). Парадокс близнецов — описание этой ситуации на малых расстояниях.

Забавно, что большинство эфирных теорий, поклонникам которых так не нравится ограничение на скорость света, и которые мечтают о быстрой колонизации космоса, на самом деле ставят на такой колонизации ещё более жирный крест, нежели СТО — ведь что будет с атомом вещества, преодолевшего скорость света в эфире? — С него как минимум «сдует» электронные оболочки, взаимодействие с ближайшими атомами тоже пойдёт по пизде — корабль просто рассыпется. В итоге не только Земле, но и самому космонавту придётся телепать до ближайшей галактики тысячи лет — технический вопрос задачи становится очень сомнительным. Да и в СТО, собственно, не лучше. Дело в том, что космос пронизан огромным количеством всяких излучений высоких энергий, радиацей, быстрыми электронами, межзвёздными газами и злобными инопланетянами. И если среди крупных объектов маневрировать на малых (сокращённых) расстояниях уже очень сложно, то от излучения вообще никуда не свернуть. Так что на больших скоростях и при хорошем сокращении расстояний даже фоновое реликтовое излучение, благодаря эффекту Доплера, превратится в адскую баню, сжигающую все известные науке материалы. А космическая пылинка на таких скоростях превратится в бронебойный снаряд.

Следует отметить, что этот «парадокс» имеет вполне наблюдаемое и измеримое проявление в реальном мире. В космических лучах обнаружены короткоживущие частицы, всякие там мюоны и пи-мезоны. Это при том что

• время их жизни: микро- и нано- секунды.
• расстояния до их источников: неибическое количество световых лет.

Так как обнаружили их в 30-40-х годах прошлого века, особого фурора это не произвело — очередное предсказанное следствие СТО.

[править] Парадокс подводной лодки

Мысленно представим себе подводную лодку, плывущую со скоростью, близкой к скорости света. Тогда, согласно специальной теории относительности, с точки зрения наблюдателя на берегу, длина лодки должна уменьшиться, плотность — увеличится, и лодка начнет тонуть. Но с точки зрения капитана лодки, наоборот, сжимается и становится более плотной вода, а лодка должна всплывать на поверхность.

Этот парадокс неразрешим в рамках специальной теории относительности, которая не учитывает действие гравитации.[4]

[править] Парадокс Белла

В лабораторной ИСО разместим на некотором расстоянии L две абсолютно одинаковых ракеты, изначально покоящихся, с синхронизированными часами. Пусть капитаны обеих ракет выполняют одинаковое задание: в 12:00 по Москве (этот момент времени в ИСО и ракетах будет одновременным) включают двигатель своей ракеты на одну и ту же мощность, и по прошествии 5 минут по своим часам их отключат. Одна ракета летит вслед за другой.

Рассматривая эксперимент из лабораторной ИСО, нетрудно установить, что пути обеих ракет будут абсолютно идентичными — моменты включения и выключения двигателей совпадут, траектория пути будет идентичной, следовательно, до разгона, во время разгона и по окончанию разгона расстояние между ракетами всегда будет L — первоначальному расстоянию между ракетами.

«А как же Лоренцево сокращение длин?!» — возмутится обыватель. «Ведь вот, была система из двух ракет, она разогналась до скорости V в лабораторной ИСО, следовательно её длина по Лоренцу должна сократиться, то есть расстояние между ракетами должно уменьшиться!»

Для придания последним словам физического смысла ракеты связывают предельно натянутой веревкой, которая порвётся, если растянуть её (в собственной ИСО веревки) длиннее L и задаются вопросом «порвётся или не порвётся?».

Ответ — порвётся: одновременность старта ракет, троса, частей ракет и молекул частей ракет в ИСО приведёт к неодновременности старта всего этого хлама в равноускоренной СО. Так что на все части системы будет действовать «разрывная сила» aka приливная сила эффективного гравитационного поля, aka разность гравитационных потенциалов. Впрочем, холивары идут до сих пор, в чём можно убедиться на Педевикии.

[править] Общая теория относительности

[править] И снова проблема

Разработав СТО и превосходно описав в её рамках базовую механику и электродинамику, Эйнштейн, однако, снова столкнулся с вопросом «что за фигня?». И фигня эта была в гравитации. Уж и ёж опять показали свой звериный оскал: СТО решительно отказывалась скрещиваться с гравитационными силами. Принудить зверьков к спариванию малой кровью не удалось. Чтобы побороть проблему, Эйнштейну пришлось на протяжении семи лет насиловать свой мозг и разработать чудовищно сложную теорию гравитации, называемую Общей Теорией Относительности. Скрывается она под вот этим матаном:

[править] Суть проблемы

По старичку Ньютону, гравитация описывалась как полевое силовое взаимодействие: каждый объект, имеющий массу, порождает вокруг себя силовое гравитационное поле, которое действует силой тяжести на прочие тела, обладающие массой. Важный момент тут в том, что гравитация — это сила. И тут свет снова начал выёбываться: он опять не укладывался в картинку (за что боролись, на то и напоролись). Свет же был электромагнитной волной, то есть полевой структурой, не обладающей массой, то есть сила тяжести по Ньютону просто не могла на него действовать: нет массы — нет и силы, которая могла бы на массу действовать. А если бы сила тяжести не действовала на свет, то лесом пошли бы законы сохранения.

«Да когда же хрень наконец исчезнет?!» — возопил про себя Эйнштейн и опять принялся думать.(спойлер: Дочитавшим досюда рекомендуется повторить.)

[править] Гравитация такая гравитация

«А ведь гравитация — довольно странная штука», — додумался в какой-то момент Эйнштейн. И были все причины так думать. С давнего времени учёных сильно интересовал один вопрос: «почему гравитационная масса совпадает с инертной?». Ещё Галилей (по легенде) измерял время падения двух тел разных масс с верхнего этажа Пизанской башни до уровня земли; однако точно известно, что он измерял время качения двух шаров по наклонной плоскости и в пределах погрешностей эксперимента эти два тела одновременно касались земли. Получается, что тела, обладающие разной массой, падают в гравитационном поле ровно с одним и тем же ускорением. Ньютон зафиксировал этот факт в своих уравнениях так, что масса тел входит в формулу силы тяжести, и, когда речь заходит об определении пути, пройденного телом в поле гравитации, его масса просто сокращается в числителе и знаменателе и не участвует в расчётах. То есть, неважно, какие массы у падающих в поле тяжести тел — при одинаковых начальных условиях они будут двигаться абсолютно идентично.

«А ведь это очень не похоже на действие обычной силы», — подумал снова Эйнштейн. — «Ведь сила — тем меньше действует на тело, чем больше его масса. Ну по самому определению. Что-то тут явно не так!». Воспалённый гениальностью мозг сделал ещё один головоломный кульбит и задал самому себе эпический вопрос, из которого всё и выросло: А есть ли сила?

[править] Мысленный эксперимент с лифтом

Как мы узнаём, что на нас действует сила? Это довольно легко обнаружить: например, сидя в разгоняющейся машине мы явственно чувствуем, как нас вжимает в кресло. Когда мы уже разогнались и едем равномерно и прямолинейно — ничего нас в кресло не вжимает. Проезжая по идеально гладкой дороге, мы чувствуем себя ровно так же, как если бы машина стояла неподвижно (разве что с работающим двигателем) — никаких отличий нет. То, что нет никаких отличий, находит своё выражение в равноправии инерциальных систем отсчёта: при равномерном прямолинейном движении все процессы и законы протекают абсолютно одинаково, невозможно поставить физический эксперимент, который смог бы отличить одну ИСО от другой. Что мы будем чувствовать, если бы нас поместили в ИСО? А чувствовать мы будем невесомость — нас не будет тянуть ни в какую сторону ни с каким ускорением, висим себе неподвижно на месте и висим.

«Как странно», — заметил Эйнштейн. — «Ведь если поместить человека в свободно падающий лифт, он как раз будет чувствовать невесомость. То есть не сможет, не выглядывая из лифта, определить, падает он свободно в гравитационном поле или висит неподвижно (двигается равномерно и прямолинейно) глубоко в космосе вдали от всяких гравитирующих масс». Странным выходило и другое: если лифт в гравиполе зафиксировать, застопорить на этаже, то человек в нём будет чувствовать себя так, как будто на него действует ускорение. То есть, проводя физические эксперименты внутри лифта, он находил бы их результаты в точности такими же, как если бы он двигался под действием ускорения в далёком космосе вдали от гравитирующих масс — его будет вдавливать в пол кабинки некая сила, как вдавливает нас в кресло ускоряющегося автомобиля.

«Но если свободно падающую в гравиполе систему отсчёта невозможно физическими экспериментами отличить от движущейся равномерно прямолинейно (инерциальной), то может быть она и движется равномерно прямолинейно (является инерциальной)?» — задал себе вопрос Эйнштейн, и был, как всегда, чертовски сообразителен.

[править] Искривление пространства-времени

«Стоп, стоп, стоп!» — возразит на этом месте здравомыслящий обыватель. — «Как это? Тело, свободно падающее в гравиполе, никак не может двигаться равномерно прямолинейно! Это легко доказать, кинув камень под углом к горизонту, — траектория его полёта будет далека от прямолинейной, а движение — от равномерного, это же очевидно!». Эйнштейну было до пизды, что там видно, и по хуям на обывательское здравомыслие. Раз никакие приборы в теле не могут отличить свободное падение от равномерного прямолинейного движения, значит, оно и есть равномерное прямолинейное! Но почему же тогда в итоге мы наблюдаем кривую линию полёта?

Неизвестно, была ли сама концепция целиком спизжена Эйнштейном у Римана, который творчески развил Лобачевского, или он допёр до основ самостоятельно, а проработкой математики просто воспользовался, но однозначно то, что математику подобного вопроса разработал именно Риман-Лобачевский, ещё задолго до Эйнштейна. Такое расчудесное чудо может иметь место, если искривлена не траектория полёта камня, а искривлено само пространство-время, в котором камень движется. Такое пространство называется уже пространством Римана и представляет собой намного более жёсткую вещь, чем пространство Минковского. Тут следует напомнить, что когда к Эйнштейну начали присматриваться санитары из ближайшего дурдома, он смог снять с себя все подозрения в психозе, сославшись на математику Лобачевского, чем объяснил психиатру, что у математиков уже давно принято пороть такую вот муть и стационарного лечения ему не требуется.

[править] Что значит искривлено?

Туманная аналогия:

По поверхности яблока ползут два муравья. Каждый из них равномерно перебирает лапками, целеустремленно двигаясь вперёд и никуда не поворачивая. Муравьи начали движение из одной точки яблока в разные стороны. Через какое-то время они могут с удивлением обнаружить, что их пути пересеклись, хотя они и начинали ползти в разные стороны равномерно прямолинейно.

Примерно подобным образом путь камня, брошенного под углом к горизонту, несмотря на то, что он разошёлся с поверхностью Земли в начале полёта, несмотря на то, что он весь полёт двигался равномерно прямолинейно, как и Земля, но их пути в какой-то момент снова пересекаются в искривлённом четырёхмерном пространстве-времени: камень падает на Землю.

Ещё одна туманная аналогия:

Берём резиновую бабу мембрану (идеально — очень тонкий презервативный латекс), натягиваем параллельно земле (сорри за рекурсию, зато эксперимент сможет повторить кто угодно). Кладём в центр что-нить тяжёлое, например, апельсин. Мембрана прогнётся вниз. Собственно, мы и видим то самое искривление пространства, правда, двухмерного, но суть от этого не меняется. Если теперь равномерно и прямолинейно запустить по мембране шарик (желательно вымазав в краске, чтоб траектория отпечаталась), то его траектория будет на мембране нифига не прямолинейной, а искривлённой. Можно даже добиться эффекта спутника, когда шарик будет кататься вокруг апельсина в центре и в итоге на него «упадёт» (силу трения никто не отменял). А если катнуть шарик из центра (от апельсина) под небольшим углом к касательной, то получим как раз нашу любимую баллистическую кривую из предыдущего примера.

Данный пример до кучи иллюстрирует и искривление пространства самим мелким шариком (под его весом мембрана тоже прогнется, но намного меньше).

А двойную звезду легко себе представить, запустив два больших шарика (апельсин слишком плохо катается) навстречу друг другу параллельными курсами. При правильном подборе начальных скоростей они начнут вращаться вокруг одного «центра тяжести». Таким образом, этот пример является плоской иллюстрацией искривления пространства гравитационным полем.

Чтобы представить это искривление в объёме, достаточно мысленно представить не прогнувшуюся мембрану, а некое поле, которое имеет бо́льшую плотность у шарика и рассеивается во все стороны (то есть следует оперировать не глубиной, а плотностью).

И так далее, у кого на что фантазии хватит.

Стоит заметить, что аналогии действительно туманные. В примере с презервативной мембраной на тела, которые по ней катятся, всё-таки действуют реальные физические силы (реакция опоры). В примере с яблоком двумерная поверхность плода вложена в привычное трёхмерное пространство, и можно тоже сделать ложные выводы. Искривлённое пространство — оно никуда не вложено и не действует никакими силами. Просто в нём кратчайшее расстояние между двумя точками может отличаться от прямой линии, а параллельный перенос отрезка по замкнутому контуру легко может не совпасть с исходным отрезком.

Что же искривляет пространство и время? Согласно ОТО, его искривляет наличие в нём массы (более точно — энергии-импульса). Наличие массы делает с пространством такую вещь, что расстояние между двумя точками меняется со временем (тоже туманная аналогия, ибо пространство и время ещё и взаимосвязаны, как в СТО, и довольно трудно говорить «пространство меняется со временем», для этого надо вводить систему координат и строить изохронные сечения — мозги сломать как нехуй делать).

Таким образом, лучик света, пролетая мимо массивного тела:

1. Не испытывает действия никаких сил и летит равномерно прямолинейно.
2. Но расстояние между ним и массой меняется из-за наличия искривляющей пространство-время массы, что приводит к тому, что путь света какбе отклоняется от прямой линии.

Такая пертурбация элегантно расправилась с проблемой света в гравиполе и с вопросом «почему все тела падают в нём с одинаковым ускорением, независимо от массы». А именно: никакого падения нет, просто пространство искривлено — двигаясь в нём равномерно и прямолинейно, при одинаковых начальных условиях, тела полетят одинаково. Действительно, никакой зависимости от массы равномерное прямолинейное движение не имеет, а то, что пространство-время искривлено — ну тут уж, извините, никто не обещал, что будет просто.

[править] Эффекты, предсказанные ОТО

4 голубеньких пятна на самом деле 1 квазар, расположенный позади какой-то там галактики. Этот объект называется Крест Эйнштейна.

• Гравитационное отклонение света в ускоренной системе отсчёта. В частности, т. н. эффект гравитационного линзирования возникает тогда, когда между наблюдателем и источником света находится массивный объект. В результате этот объект чем-то напоминает линзу, гравитация которой изменяет направление распространения электромагнитной волны. Самый известный пример — Крест Эйнштейна. Свет от квазара расщепляется и отклоняется расположенной ближе к нам галактикой, в результате чего мы видим не 1, а 4 изображения одной и той же хуйни. Типо как луч фонарика, пропущенный через гранёный стакан с водкой. Только преломление не преломление, а гравитационное отклонение.

• Гравитационное красное смещение света — частота света будет уменьшаться (то есть линии спектра будут смещаться к красному концу) при выходе из гравитационной ямы наружу (то есть при удалении света от чего-то ооочень тяжёлого). Это смещение было обнаружено в спектрах звёзд и Солнца и подтверждено в каком-то там эксперименте.

• Геодезическая прецессия — эффект состоит в том, что ось вращающегося тела (планеты) сама вращается и не потому, что действуют там какие-то силы. Просто потому что время-пространство у нас кривое." — Писал неуч и школоло. Настоящий Анонимус знает, что прецессия (волчок, пущенный по столу, помимо своего вращения, раскачивается круговыми движениями — это и есть прецессия) планет была известна и при Кеплере, причём её абсолютная величина рассчитывалась по Ньютоновской модели, а результаты не сходились с реально наблюдаемой картиной. Формулы ОТО же полностью совпали с наблюдениями.

Прецессия перигелия орбиты

• Прецессия перигелия планетных орбит. На картинке чёрная точка — Солнце. Эллипсы — орбита планеты. Величину прецессии на бумаге вывел Эйнштейн, что потом совпало с наблюдаемой прецессией перигелия у Меркурия.

• Предсказано существование гравитационных волн и её частиц — гравитонов (но это уже при дополнительном участии квантовой механики). Пока что есть только косвенные доказательства из надёжных наблюдений за двойными звёздами (Нобелевка инклюдед).

• Гравитационная задержка сигнала (эффект Шапиро). Из-за этого эффекта в поле тяготения электромагнитные сигналы идут дольше, чем в отсутствие этого поля. Эффект подтверждён.

• Гравитационное замедление времени: чем глубже часы в гравитационной яме (то есть чем ближе к чему-то очень большому и очень тяжёлому), тем медленнее они будут идти. Эффект подтверждён экспериментом Паунда-Рёбки . Влияние эффекта учитывается в работе этих ваших GPS и ГЛОНАСС.

Так что если какое нибудь мудило будет вам доказывать, что теория относительности выдумана проклятыми жидами суньте ему в нос GPS навигатор и ебашьте его ногами, пока до него не дойдет.

• Чёрные дыры — аж отдельная статья.

[править] Роль СТО в рамках ОТО

Являясь предельным случаем Общей теории относительности, СТО довольно неплохо описывает процессы, если силами гравитации можно пренебречь. Другими словами, при отсутствии значимо гравитирующих масс искривленное пространство-время Римана вырождается в плоское пространство-время Минковского.

[править] Проблемы ОТО

В отличие от СТО (в своих условиях применимости), Общая Теория Относительности имеет ряд незакрытых проблем. Из-за этого она является более уязвимой для критики, чем СТО, и даже сам Эйнштейн был этими вопросами недоволен и после разработки ОТО пытался разработать так называемую «Единую Теорию Поля», которая бы описывала вообще всё, но хуй там успехов так и не добился.

Проблема энергии 

Есть в ОТО такая проблемка: энергия не сохраняется, вернее сохраняется, но только после хорошего финта ушами. Проблема в структуре уравнений Эйнштейна:

Слева стоит кривое пространство, оно же — гравитационное поле. А справа — энергия-импульс, оно же — материя. Соль в том, что справа нет гравитационного поля, потому что гравитационное поле всё слева. То есть вся энергия распиливается материей, а гравитационное поле остаётся «с бюджетом», хотя даже школота (надеюсь) помнит, что есть такая потенциальная энергия гравитационного взаимодействия, и кроме того чуть позже внезапно выясняется, что гравитационные волны таки переносят энергию, хотя и не могут этого делать. То есть крутится себе двойная звезда, гравитационные волны уносят от неё энергию, энергия уменьшается, а поток энергии всё равно ноль, как будто ничего и не было.

Также ОТО, в отличие от СТО, принципиально не стыкуется с другой общепризнанной теорией — квантовой механикой, описывающей процессы микромира. Да, да, да. Вы правильно поняли — уж и ёж никуда не делись и ехидно щурясь, смотрят на физиков, как на говно и по сей день.

[править] Значимость™

Знал бы Эйнштейн, с кем он в конце концов рядом окажется… жутко бы собой гордился

Ideas are sexy too, школота

Вне зависимости от научных заслуг Эйнштейна, его заслуги в области пиара неоспоримы. Именно после Эйнштейна учёным стал считаться тот, у кого сумасшедшие глаза и дико нестриженная причёска. На стене личной комнаты почти любого американского тинейджера красуется два портрета — Эйнштейн с высунутым языком и Памела Андерсон с голыми сиськами. Причём, вместо Памелы могут висеть другие бляди, но вот Эйнштейн в данном случае величина постоянная. Олдфакеры вспоминают, что среди советских школьников, особенно ботаников, в 1970-е годы тоже было труЪ повесить дома на стене возле своего учебного стола данную эпичную фотографию, но без приложения в виде сисек, однако к середине-концу 1980-х Эйнштейн стал непопулярен, сдал позиции и был заменён (не дополнен, а именно выпилен и заменён) сначала на разных Пугачёвых и рекламы совковых тачек в окружении камвхор, а позже на всяких Samantha Fox и других анонимусных пиндосовских голых сисястых баб из Playboy шушоры, что как бэ намекает нам на смену приоритетов.

Под влиянием ли ZOG, или по собственной глупости, пиндосы так распиарили Эйнштейна, что для рядового американца он стал вообще чуть ли не единственным учёным, и его знает даже Ворд. Не верите? Проверьте.

В 2010 году в Пиндостане появилась реклама GMC Terrain с фоткой качка с головой Эйнштейна и татуировкой E=mc² на плече. Реклама стала сенсацией, а популярность Алика стала ещё выше (хотя куда уж выше — непонятно). Однако даже привыкшие немного соблюдать чужие права и много бороться за свои юристы и копирайтеры из GM нехило удивились, когда… им предъявил счёт иерусалимский Еврейский университет, которому, как выяснилось, хитрый Эйнштейн завещал все права на свои работы и даже на собственный образ. Внезапно выяснилось даже, что использование его образа ежегодно приносит ЕРЖ порядка $18 млн, что ставит Эйнштейна на четвёртое место в списке самых прибыльных умерших знаменитостей. Вот так то, школота, есть повод задуматься, кому подражать и кого делать кумиром — гопника Сашу Белого или самого знаменитого ботаника XX века.

[править] АЛСО

[править] См. также

• Теория струн
• Когнитивный диссонанс
• Щито

[править] Ссылки

• Теория относительности для чайников 1 часть, 2 часть.
• Книжка с картинками известного в совке популяризатора Мартина Гарднера «Теория относительности для миллионов» [5]
• FOUNDATIONS (eng.) — теорминимум от расового австралийского sci-fi писателя под веществами Грега Игана (Greg Egan). Позволяет читателям с ещё не законченным физ-мат образованием хоть как-то разобраться в существе происходящего в его творениях. Затрагивает СТО, ОТО и основы квантовой механики, особый интерес представляют две части про ОТО, остальное можно найти в любом букваре.

[править] Примечания

1. ↑ В средах скорость движения частиц может превышать (групповую) скорость света в этой среде (см. w:Эффект Вавилова — Черенкова).
2. ↑ И, блджад, именно как формулы Лоренца и изучаются в школе. Но так как тупая школота в последних классах озабочена более важными вещами (бухлом и тян), то сей факт остается для нее незамеченным. А уже позже, когда школьник превращается в планктон, сей факт, повторно поданный ему как «на самом деле», рвет ему шаблон.
3. ↑ Вообще измерить длину движущегося объекта можно двумя способами: либо отметить положение его концов в один и тот же момент времени и измерить расстояние между ними, либо встать на его пути, измерить промежуток времени между прохождением его начала и конца мимо наблюдателя и умножить на скорость. Эти измерения дают одинаковый результат, но второе работает правильно только тогда, когда тело движется равномерно и прямолинейно. А если это не так, то и первое измерение имеет сомнительную ценность.

[ + ]   Теория относительности Матан

Науки  Высшая математика • Евгеника • Квантовая механика • Матан (Матановая капча) • Сопромат • Философия Достижения  TeX • Tucker • Атомная бомба • Биореактор • Большой адронный коллайдер • ГМО • Корчеватель • Кубик Рубика • Нанотехнологии • Палата мер и весов • Роботы • Термоядерный синтез • Чернобыль • Экзоскелет Теория и открытия  Радиация • Теория большого взрыва (сериал) • Теория относительности • Теория струн • Чёрная дыра • Элементарные частицы Мемы  265 • Squirrel institute • xkcd • Деление на ноль (Яценюк) • Дигидрогена монооксид • Задача Льва Толстого • Задача Эйнштейна • Закон Мерфи • Закон Парето • Кот Шрёдингера • Матановая капча • Квадратно-гнездовой способ мышления • Метод научного тыка • Поймать льва в пустыне • Рекурсия • Сферический конь в вакууме • Фотон • Число Эрдёша Люди и организации  Организации (ИТМО • МФТИ • НМУ) • Белоненко • Березовский • Вассерман • Григорий Перельман • Инженер • Кари Байрон • Леонардо да Винчи • Лобачевский • Луговский (Цитатник) • Льюис Кэрролл • Миша Вербицкий • Никола Тесла • Омар Хайям • Пятисемиты • Ричард Докинз • Ричард Фейнман • Стивен Хокинг • Технофашисты • Яков Перельман Паранаука  Science freaks/Научное фричество • Scorcher.ru • Великая тайна воды • Вечный двигатель • Гомеопатия • ГСМ • Квадратно-гнездовой способ мышления • Научный креационизм (аргументы) • НЛП • Соционика • Телегония • Торсионные поля • Электронный голосовой феномен Фрики и шарлатаны  Sherak • Алекс Лотов • Андрей Скляров • Британские учёные • Владимир Жданов • Гаряев • Геннадий Малахов • Грабовой • Мулдашев • Олег Т. • Петрик • РАЕН • Устин Чащихин • Фоменко • Чудинов • Чурляев • Юрий Мухин Срачи  Бесполезная наука • Взлетит или не взлетит? • Дети индиго • Луносрач • Наука vs Религия • Пирамидосрач • Плутоносрач • Физики vs лирики