Е.52. Специальная теория относительности

Новый взгляд на природу движения разработал в первой четверти прошлого столетия великий ученый Альберт Эйнштейн. Это была теория относительности. Теория относительности состоит из двух частей. Первая часть называется специальной (или частной) теорией (сокращенно - СТО). Она исследует быстрые равномерные прямолинейные движения вне гравитационных полей. Вторая часть - общая теория относительности (сокращенно - ОТО) охватывает неравномерные движения и гравитационные поля.

Главное своеобразие физики Эйнштейна заключается в том, что движение вещества она сопоставляет с поведением света. Фундаментом СТО служат два постулата, объединяющие основные свойства движения вещества и света. Первый постулат: равномерные прямолинейные движения невозможно отличить от покоя. То и другое физически равноценно. Второй постулат: скорость света не зависит от движения светового источника.

По отдельности постулаты ничуть не странны. В закрытой каюте невозможно узнать, движется корабль (плавно, без толчков и тряски) или стоит возле пристани. Вместе с тем легко поверить, что световые волны распространяются одинаково быстро от движущегося и неподвижного фонаря. Ведь именно так ведут себя звуковые волны, волны на воде и так далее. Как видите, каждый постулат сам по себе понятен и логичен.

Однако соединенные вместе, они выглядят несовместимыми. Вторым, казалось бы, опровергается первый. В самом деле: резонно думать, что равномерное прямолинейное движение, возможно, обнаружить относительно световых волн и, значит, отличить его от покоя, что противоречит первому постулату. Когда пилот быстроходного самолета перестает слышать рев собственных двигателей, он знает, что обогнал звук и мчится быстрее звуковых волн.

Со светом подобное невозможно (в 1881 году американский физик Майкельсон доказал это экспериментом). Как бы быстро не мчалась ракета, свет ее прожектора всегда бьет вперед с неизменной скоростью – 300.000 км/сек. Изменить свою скорость относительно световых волн невозможно. Поэтому, воспользовавшись светом, невозможно отличить равномерное прямолинейное движение ракеты от покоя, несмотря на то, что скорость света не зависит от движения источника.

СТО резко меняет привычные представления об устройстве мира. Во Вселенной нет сверхсветовых скоростей для всего, что способно служить сигналом или действием. Вопреки предположению Ньютона, нет в мире и всеобщего независимого от материи времени. Длительности, сроки, темп хода часов тесно связаны с движением систем отсчета. Отсутствует ньютоновское "абсолютное" пространство, эта незыблемая пустота, сковавшая в себе костяк расстояний. В действительности расстояния податливы, зависят от скорости путника. Например, для нас от Земли до Сириуса 1014 км, а для фантастически быстрого космонавта, мчащегося к Сириусу со скоростью 260.000 км/сек, - вполовину меньше. При 0,9999 скорости света тот же путь будет в 70 раз меньше.

Казалось бы, поразительный эффект сокращения расстояний в сочетании с парадоксом близнецов открывает надежду на сверхдальние звездные путешествия, совершаемые за годы, месяцы, даже дни собственного ракетного времени. Однако относительность массы эту надежду отвергает: при околосветных скоростях слишком возрастает инерция ракеты и для ее ускорения понадобилась бы небывалая энергия. Сделан подсчет: чтобы облететь нашу Галактику за десятилетия собственного времени, на разгон и торможение весьма скромной ракеты ушло бы, самое малое, столько энергии сколько излучает Солнце за сто миллионов лет. По-видимому, галактические полеты на ракетах – фантазия неосуществиямая.

Зато та же относительность массы в совокупности с законом эквивалентности массы и энергии подарила нам огромное богатство – указала на гигантские энергетические склады в любом веществе или теле. Даже при ядерных реакциях освобождается лишь очень малая доля этой внутренней энергии – около процента. Во всем мире физики ищут пути более полного ее освоения. И уже известны процессы (например, аннигиляция), при которых вещество целиком превращается в излучение, освобождая всю свою энергию.

Наконец, специальная теория относительности (сокращенно - СТО) решила задачу об источнике движения мировой материи. Если в механике Ньютона вещество Вселенной признавалось неспособным к самодвижению и, чтобы "пустить мир в ход", сообщить веществу энергию, потребовалась гипотеза "божественного толчка", то физика Эйнштейна утвердила принципиальную неразделимость движения и материи. Уже в постулатах Эйнштейна вещество лишилось абсолютного покоя, свет - даже относительного. А закон эквивалентности массы и энергии указал на неуничтожимость движения вплоть до сокровенных глубин микромира.