Теория на относителността

Създателят на Теорията на относителността - Алберт Айнщайн

Теорията на относителността може да се обясни с идеята за влака и капката. Има водна капка на прозореца на влака. Влакът се движи. Тогава капката неподвижна ли е или не? От гледна точка на себе си е неподвижна, но от гледна точка на влака, тя се движи. С една дума - Всичко е относително. :)

Същност

Учените и относителността

До XVII век всички са вярвали в постулата на Аристотел, че покоят е естественото състояние на нещата. Галилео Галилей пръв доказал, че покой и движение са относителни понятия. Явленията и законите на физиката са едни и същи, когато едно тяло е в покой и когато е в постоянно праволинейно движение.

Но XIX век е ерата на електромагнетизма, наука за светлината и за нематериалните полета. Основателят й, шотландецът Джеймс Клерк Максуел, доказал съществуването на електромагнитните вълни (между които и видимата светлина), които се движат със скоростта на светлината. А тази скорост е постоянна, каквито и да са източникът и наблюдателят. Но това е в противоречие с механиката на Галилей и на Нютон, според която скоростта зависи от гледната точка.

Теориите на Айнщайн

С други думи, в началото на XX век физиката преживява дълбока криза. Тогава вярват, че електромагнитните вълни се разпространяват в някаква нематериална и неподвижна среда, етера, и множество учени се надяват да свържат механиката и електромагнетизма, като проумеят сложното естество на етера. И въпросът е решен по радикален начин от един немски чиновник от Агенцията за патентите: Алберт Айнщайн.

За изграждането на своята теория Айнщайн тръгва от два основни според него принципа: за относителността и за постоянната скорост на светлината. Той дори разширява принципа за относителността, до този момент запазен само за механиката, върху цялата физика, включително и електромагнетизма. Но цената е пълен срив на класическите понятия за време и пространство. Две едновременно протичащи явления за един наблюдател няма да са същите за друг, който се движи спрямо първия. Нито единият, нито другият са прави или грешат: едновременността не е абсолютно понятие, нито пък продължителността. Последствията са страшни!

Най-напред Айнщайн унищожава понятието "етер" - то става излишно. Но най-вече времето и пространството не са нито непроменливи, нито независими, а напротив, те се променят и са взаимносвързани. В една система в движение (с голяма скорост) по отношение на друга система времето се разширява, а пространството се свива! Но най-известният резултат от славната теория на ограничената относителност е равенството E=mc2. С други думи, когато едно тяло поема енергия, масата му се увеличава, и обратно: когато излъчва енергия, масата му намалява. Маса и енергия са двете лица на една и съща действителност.

Теорията на относителността и приложението и в реалния живот

Втората теория, тази за всеобщата относителност, е завършена 10 години по-късно. Идеята му хрумва още през 1907 година. Собствената му теория изглежда твърде ограничена. Айнщайн се връща към понятието за "ограничена" относителност, приложима към постоянните праволинейни движения. Но и тук генезисът на тази теория е от времето на Галилей и на Нютон. Тя почива върху еквивалентността между "маса инерция" и "маса тежест". Инерционната маса на едно тяло се противопоставя на движението му: колкото по-голяма е неговата маса, толкова по-голяма сила трябва да се приложи за задвижването му. Масата тежест е свойството, върху което действа земното притегляне. Априори няма причина те да са еквивалентни, еднакви. Само че са. Класическата физика го е установила, без да може да го обясни.

Но за Айнщайн тази еквивалентност, на която никой не е обръщал внимание, не може да бъде просто съвпадение. Той разбира, че притеглянето е също "относително", че е еквивалентно на което и да е ускорено движение.

Така през 1907 година Айнщайн изгражда двете колони, върху които почива теорията за всеобщата относителност: принципът на еквивалентността (между притегляне и ускорение) и принципът на всеобщата относителност. Но изграждането на теорията е бавно и поетапно. През 1911 година Айнщайн прекъсва работата си и в продължение на 3 години изучава притеглянето. Но гравитацията вече няма нищо общо с притегателната сила на Нютон. Дори не е сила в истинския смисъл на думата. Превърнала се в чисто геометрично понятие, гравитацията е едно изкривяване на единството пространство-време. И отново понятията променят смисъла си. Единството пространство-време вече не е някаква непроменлива, статична рамка, независима от явленията, които протичат в нея. То е "гъвкаво", моделирано от материята, която съдържа. Една звезда например "дълбае" временно-пространствения континуум и принуждава близките до нея предмети (планетите, но също и светлината) да следват криви траектории, следващи нейното изкривяване.

Новата теория вече налага замяната на класическата евклидова геометрия с нова, геометрия на кривите гъвкави пространства. През 1912 година Айнщайн се запознава със сложни математически методи, необходими за изграждането на уравнения, които да свържат масата и кривините на това "гъвкаво" време-пространство.

Теорията е готова през 1916 година, но най-смайващото й последствие се проявява едва година по-късно: раждането на модерната космология. Защото според теорията за всеобщата относителност цялата Вселена трябва да бъде обект на науката и може да бъде определена с уравнения. Теорията на Айнщайн е също и основата на цяла астрофизика на относителното, изпълнена с какви ли не тела, като пулсари и черни дупки, чудовищни маси, нарушаващи целостта на единството пространство-време. Почти век след появата й благодарение на сателитите и инструменти, позволяващи наблюдения на най-отдалечените кътчета на Вселената, теорията за всеобщата относителност е по-жива и плодовита отвсякога. Проверена със зашеметяваща точност, досега тя никога не ни е подвеждала.

Най-общо двете теории се представят така:

• Теорията за ограничената или специалната относителност постановява, че времето за два предмета, които се преместват един спрямо друг, е различно. Това се пояснява от "парадокса на близнаците" в следния, въображаем опит:

Eдиният от тях остава на Земята, докато другият се отправя на междузвездно пътешествие. Неговият кораб отлита от планетата ни, след което се ускорява приблизително до скоростта на светлината (300 000 км/с). Една година по-късно корабът се обръща обратно и след още една година се завръща в точката, от която е тръгнал. Всъщност, пътешественикът се е разходил из звездите за 2 години. Но при своето завръщане той установява, че неговият брат-близнак е остарял с 50 години...

• Теорията за всеобщата (общата) относителност постановява, че всяка маса изкривява пространството, също както билярдна топка върху опъната покривка. Едно от следствията на Общата относителност бе откриването на черните дупки: небесни тела, които са толкова плътни, че пропадат в самите себе си. И така се превръщат в точковидни обекти, "пространствено-времеви сингулярности", в които гравитационното поле е безкрайно голямо.

Вижте още

• Теория на информацията
• Теория на хаоса
• Теория на вероятностите
• Теория на решенията
• Теория на графите
• Теория на игрите
• Теория на кодиране
• Теория на опашките
• Комбинаторика
• Размита логика
• Метод Монте Карло
• Джон Стюарт Мил
• Функция на полезност
• Риск
• Франсис Галтон
• Самоорганизация
• Комплексност
• Леонид Хурвиц
• Готфрид Лайбниц
• Хипотеза
• Логистична функция
• Вероятност
• Шанс
• Пиер Симон Лаплас
• Кенет Ароу

Източници

• Биография Айнщайн

Външни препратки

• Цитати от Айнщайн
• Мисли и афоризми на АЙнщайн
• Проверка закона на Айнщайн за външния фотоефект
• Теория на хаоса - Бръсначът на Окам
• Теория на числата
• Надеждност и вероятност
• Вероятности и статистика
• Аспекти на информацията