Теорія відносності для чайників

Більшість людей думає, що саме Ейнштейн заснував теорію відносності в першому десятилітті XX століття – немов Альберт тихо сидів у своєму кабінеті і на самоті зумів створити абсолютно нову теорію простору і часу. Насправді приблизно так справа і йшла, але так як історія науки – це предмет досить нудний, ми не будемо звертати уваги на безліч попередників Альберта, і прямо звернемося до найважливішого.
Так чому ж це називається Теорією Відносності?

Тому що час і довжина не є більше абсолютними величинами. У вас є наручні годинники, ви вмієте користуватися лінійкою. Нам здається, що ці величини безумовні: секунди і сантиметри повинні бути однакові для всіх нас і для тих, хто мешкає на Альфа Центаврі. Але це не так.
Припустимо, що хтось став космонавтом і тепер літає по галактиці з неймовірною швидкістю (бути може, зі швидкістю світла – 300 000 км / с). І якщо він пронесеться повз вас на цій швидкості, і ви порівняєте свідчення ваших годин і вимірювальних приладів, то лінійка космонавта буде менше, а годинник його будуть йти повільніше. (Хоч це й неможливо, адже людське око просто не може помічати щось на такий швидкість, але було б забавно, якби ми змогли провести такий експеримент).
Поки космонавт подорожує в космосі на величезній швидкості, йому здається, що нічого не змінюється. Ми зможе помітити ці зміни тільки в тому випадку, якщо у нас буде можливість порівняти показання приладів на Землі і в космосі.
Часто в розмовах про Ейнштейна згадують про парадокс близнят. Що це таке? Один близнюк у віці 25 років живе на Землі, поки інший, який щойно закінчив школу космонавтів, сідає на космічний корабель і починає подорож зі швидкістю 90% від швидкості світла. Після 10 років у космосі він повертається на Землю. До часу приземлення за своїми корабельним годинах він знає, що пройшло 20 років. Зараз йому 45 років. На щастя, завдяки знанню теорії відносності, він готовий до шоку, коли побачить свого брата-близнюка, якому зараз 71 рік. Висновок: космічні подорожі на дуже великій швидкості є також і подорожжю в часі: ви не так швидко старієте і подорожуєте в майбутнє.
Що ж виходить, все на світі відносно? Не зовсім. Насправді, ідея того, що час і довжина залежать від нашої швидкості, була вперше запропонована як пояснення одного спостереження, яке колись всіх вразило.
У XIX столітті хтось винайшов дуже чутливий апарат, який повинен вимірювати швидкість світла, перебуваючи на Землі. Цю ідею можна краще зрозуміти, якщо уявити космічний корабель і дрібні частинки світла, які називаються фотони. Якщо рухатися у напрямку від сонця, одягнувши спеціальні окуляри, які допомагають бачити фотони, то, досягнувши швидкості 300 000 км / с можна побачити, як фотони повільно рухаються повз космічного корабля. І здоровий глузд говорить, що збільшивши швидкість, можна обігнати фотони, так як швидкість космічного корабля перевищить швидкість світла.
На загальний подив, вчені виявили, що якщо рухатися швидше, то світло не проходитиме повз ілюмінаторів повільніше. Світло завжди рухається з однією швидкістю. Іншими словами, фотони завжди перемагають у гонці – ніщо не може обігнати швидкість світла.
Якщо поглянути на рух надшвидкого космічного корабля з боку, то фотони і справді будуть рухатися повільно, так як швидкість буде дорівнює 300 000 км / с, але якщо годинник на борту сповільнять хід, а відстань стиснеться, то ті ж самі фотони будуть проноситися повз вашого корабля з тією ж самою швидкістю.
Чи доказ всього цього? Так. Хоча в даний час космічні кораблі занадто повільні, і космонавти не можуть помітити ефекту відносності, дослідження поведінки внутрішньоатомних частинок підтверджує цю теорію. У шведських горах є лабораторія, де йдуть спостереження за тим, що відбувається з внутріатомними частинками, коли вони проносяться по круглому тунелю зі швидкістю, близькою швидкості світла. Трапляються дивні речі, наприклад, нестійкі частинки живуть набагато довше, ніж зазвичай, і ці дивні речі можна пояснити лише теорією відносності.

Енциклопедія