A teoria geral da relatividade é suplementada pela conclusão de que Teoria Especial da Relatividade de Einstein: Resumidamente e em Palavras Simples

Relatividade especial (SRT) ou relatividade privada é a teoria de Albert Einstein, publicada em 1905 na obra "On the Electrodynamics of Moving Bodies" (Albert Einstein - Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Annalen der Physik, IV. Folge 17. Seite 891- 921 de junho de 1905).

Explicava o movimento entre diferentes referenciais inerciais ou o movimento de corpos movendo-se um em relação ao outro a uma velocidade constante. Nesse caso, nenhum dos objetos deve ser tomado como referencial, mas devem ser considerados relativos entre si. O SRT fornece apenas 1 caso em que 2 corpos não mudam a direção do movimento e se movem uniformemente.

As leis da relatividade especial deixam de funcionar quando um dos corpos muda a trajetória do movimento ou aumenta a velocidade. Aqui ocorre a teoria geral da relatividade (GR), que dá uma interpretação geral do movimento dos objetos.

Os dois postulados nos quais se baseia a teoria da relatividade são:

1. O princípio da relatividade- Segundo ele, em todos os sistemas de referência existentes que se movem entre si com velocidade constante e não mudam de direção, operam as mesmas leis.
2. O princípio da velocidade da luz- A velocidade da luz é a mesma para todos os observadores e não depende da velocidade de seus movimentos. Esta é a velocidade mais alta, e nada na natureza tem uma velocidade maior. A velocidade da luz é 3*10^8 m/s.

Albert Einstein tomou como base dados experimentais e não teóricos. Este foi um dos componentes de seu sucesso. Os novos dados experimentais serviram de base para a criação de uma nova teoria.

Físicos com meados do século XIX séculos têm procurado por um novo meio misterioso chamado éter. Supunha-se que o éter pode passar por todos os objetos, mas não participa de seu movimento. De acordo com as crenças sobre o éter, ao alterar a velocidade do observador em relação ao éter, a velocidade da luz também muda.

Einstein, confiando em experimentos, rejeitou a noção novo ambienteéter e assumiu que a velocidade da luz é sempre constante e não depende de nenhuma circunstância, como a velocidade da própria pessoa.

Intervalos de tempo, distâncias e sua uniformidade

A teoria especial da relatividade liga o tempo e o espaço. No Universo Material, existem 3 conhecidos no espaço: direita e esquerda, para frente e para trás, para cima e para baixo. Se acrescentarmos a eles outra dimensão, chamada tempo, isso formará a base do continuum espaço-tempo.

Se você estiver se movendo em baixa velocidade, suas observações não irão convergir com as pessoas que estão se movendo mais rápido.

Experimentos posteriores confirmaram que o espaço, assim como o tempo, não pode ser percebido da mesma forma: nossa percepção depende da velocidade do movimento dos objetos.

A ligação da energia com a massa

Einstein criou uma fórmula que combinava energia com massa. Esta fórmula tornou-se difundida na física e é familiar a todos os estudantes: E=m*s², em que E-energia; m- massa corporal, c-velocidade propagação da luz.

A massa de um corpo aumenta proporcionalmente ao aumento da velocidade da luz. Se a velocidade da luz for atingida, a massa e a energia do corpo tornam-se adimensionais.

Ao aumentar a massa de um objeto, torna-se mais difícil conseguir um aumento em sua velocidade, ou seja, para um corpo com uma massa material infinitamente grande, é necessária uma energia infinita. Mas, na realidade, isso é impossível de alcançar.

A teoria de Einstein combinou duas posições distintas: a posição da massa e a posição da energia em uma lei geral. Isso tornou possível converter energia em massa material e vice-versa.

"ZS" nº 7-11 / 1939

Lev Landau

Este ano marca o 60º aniversário do maior físico de nosso tempo, Albert Einstein. Einstein é famoso por sua teoria da relatividade, que causou uma verdadeira revolução na ciência. Em nossa compreensão do mundo ao nosso redor, o princípio da relatividade, apresentado por Einstein já em 1905, produziu a mesma tremenda revolução que a doutrina copernicana fez em seu tempo.
Antes de Copérnico, as pessoas pensavam que viviam em um mundo absolutamente calmo, em uma Terra imóvel - o centro do universo. Copérnico derrubou esse preconceito milenar, provando que, na verdade, a Terra é apenas um minúsculo grão de areia em um mundo imenso, que está em constante movimento. Isso foi há quatrocentos anos. E agora Einstein mostrou que uma coisa tão familiar e aparentemente completamente clara para nós como o tempo também tem propriedades completamente diferentes daquelas que costumamos atribuir a ela ...

Para entender completamente essa teoria tão complexa, é necessário um grande conhecimento de matemática e física. No entanto, toda pessoa culta pode e deve ter uma ideia geral disso. Tentaremos dar uma ideia geral do princípio da relatividade de Einstein em nosso artigo, que será publicado em partes em três edições de Knowledge is Power.

E. Zelikovich, I. Nechaev e O. Pisarzhevsky participaram do processamento deste artigo para o jovem leitor.

Relatividade a que estamos acostumados

Cada afirmação faz sentido?

Obviamente não. Por exemplo, se você disser "bee-ba-boo", ninguém encontrará nenhum significado nessa exclamação. Mas mesmo palavras bastante significativas, combinadas de acordo com todas as regras da gramática, também podem dar um absurdo completo. Assim, é difícil atribuir algum significado à frase "risadas de queijo lírico".

Porém, nem todo absurdo é tão óbvio: muitas vezes uma afirmação, à primeira vista, bastante razoável, acaba sendo essencialmente absurda. Diga-me, por exemplo, de que lado da Praça Pushkin em Moscou está o monumento a Pushkin: à direita ou à esquerda?

É impossível responder a esta pergunta. Se você for da Praça Vermelha à Praça Mayakovsky, o monumento estará à esquerda e, se for na direção oposta, estará à direita. É claro que sem indicar a direção em relação à qual consideramos "direita" e "esquerda", esses conceitos não têm significado.

Da mesma forma, é impossível dizer o que está agora no globo: dia ou noite? A resposta depende de onde a pergunta é feita. Quando é dia em Moscou, é noite em Chicago. Portanto, a afirmação "agora é dia ou noite" não tem significado a menos que seja indicado a que lugar do globo se refere. Tais conceitos serão chamados de "relativos".

Os dois desenhos mostrados aqui mostram um pastor e uma vaca. Em uma foto, o pastor é maior que a vaca e, na outra, a vaca é maior que o pastor. Mas é claro para todos que não há contradição aqui. Os desenhos foram feitos por observadores que estavam em lugares diferentes: o primeiro mais perto da vaca, o segundo mais perto do pastor. Nas pinturas, não é o tamanho dos objetos que importa, mas o ângulo em que veríamos esses objetos na realidade.

É claro que a "magnitude angular" de um objeto é relativa: depende da distância entre eles e o objeto. Quanto mais próximo o objeto, maior sua magnitude angular e maior ele parece, e quanto mais longe o objeto, menor sua magnitude angular e menor ele parece.

O absoluto acabou por ser relativo

Nem sempre, porém, a relatividade de nossos conceitos é tão óbvia quanto nos exemplos dados.

Costumamos dizer "acima" e "abaixo". Esses conceitos são absolutos ou relativos? Antigamente, quando ainda não se sabia que a Terra era esférica e era imaginada como uma panqueca plana, dava-se como certo que as direções "para cima" e "para baixo" em todo o mundo eram as mesmas.

Mas então descobriu-se que a Terra é esférica e descobriu-se que as direções da vertical em diferentes pontos da superfície da Terra são diferentes.

Tudo isso não nos deixa dúvidas agora. Entretanto, a história mostra que não foi tão fácil entender a relatividade de "em cima" e "em baixo". As pessoas são muito propensas a atribuir significado absoluto a conceitos cuja relatividade não é clara na experiência cotidiana. Lembre-se da ridícula "objeção" contra a esfericidade da Terra, que teve muito sucesso na Idade Média: do "outro lado" da Terra, dizem eles, as árvores teriam que crescer para baixo, as gotas de chuva cairiam para cima e as pessoas andar de cabeça para baixo.

De fato, se considerarmos a direção da vertical em Moscou como absoluta, descobrimos que em Chicago as pessoas andam de cabeça para baixo. E do ponto de vista absoluto das pessoas que moram em Chicago, os moscovitas andam de cabeça para baixo. Mas, na verdade, a direção vertical não é absoluta, mas relativa. E em todos os lugares da Terra, embora seja esférica, as pessoas só andam de cabeça para baixo.

E o movimento é relativo

Vamos imaginar dois viajantes viajando no trem expresso Moscou - Vladivostok. Elas concordam em se encontrar todos os dias no mesmo lugar no vagão-restaurante e escrever cartas para seus maridos. Os viajantes têm certeza de que cumprem a condição - que estão todos os dias no mesmo lugar onde estiveram ontem. Porém, seus maridos não concordarão com isso: afirmarão com firmeza que os viajantes se encontravam todos os dias em um novo local, a mil quilômetros do anterior.

Quem está certo: os viajantes ou seus maridos?

Não temos motivos para dar preferência a um ou outro: o conceito de "um e o mesmo lugar" é relativo. Em relação ao trem, os viajantes realmente se encontravam o tempo todo “no mesmo lugar” e, em relação à superfície da Terra, o local de seu encontro mudava constantemente.

Assim, a posição no espaço é um conceito relativo. Falando da posição de um corpo, sempre nos referimos à sua posição em relação a outros corpos. Portanto, se nos pedissem para indicar onde está tal e tal órgão, sem mencionar outros órgãos na resposta, teríamos que considerar tal exigência como totalmente inviável.

Segue-se disso que o movimento, ou movimento, dos corpos também é relativo. E quando dizemos "um corpo está se movendo", isso significa apenas que ele muda de posição em relação a alguns outros corpos.

Imaginemos que observamos o movimento de um corpo de vários pontos. Concordaremos em chamar tais pontos de “laboratórios”. Nossos laboratórios imaginários podem ser qualquer coisa no mundo: casas, cidades, trens, aviões, a Terra, outros planetas, o Sol e até estrelas.

O que nos parecerá a trajetória, ou seja, a trajetória do corpo em movimento?

Tudo depende de qual laboratório o observamos. Suponha que o piloto esteja ejetando carga da aeronave. Do ponto de vista do piloto, a carga desce verticalmente em linha reta e, do ponto de vista do observador no solo, a queda da carga descreve uma linha curva - uma parábola. Em que trajetória a carga realmente se move?

Essa questão faz tão pouco sentido quanto a questão de qual fotografia de uma pessoa é "real", aquela em que ela é tirada de frente ou aquela em que ela é tirada por trás?

A forma geométrica da curva ao longo da qual o corpo se move tem o mesmo caráter relativo de uma fotografia de uma pessoa. Ao fotografar uma pessoa de frente e de costas, obteremos tomadas diferentes, e cada uma delas estará perfeitamente correta. Da mesma forma, observando o movimento de qualquer corpo de diferentes laboratórios, vemos diferentes trajetórias, e todas essas trajetórias são "reais".

Mas eles são todos iguais para nós? É possível, afinal, encontrar tal ponto de observação, tal laboratório, de onde poderíamos estudar melhor as leis que regem o movimento de um corpo?

Acabamos de comparar as trajetórias de um corpo em movimento com as fotografias de uma pessoa - ambas podem ser muito diversas - tudo depende de qual ponto você observa o movimento do corpo ou tira a foto. Mas você sabe que na fotografia nem todos os pontos de vista são iguais. Por exemplo, se você precisa de uma foto para identificação, naturalmente deseja ser fotografado de frente, não de trás. Da mesma forma, na mecânica, isto é, ao estudar as leis do movimento dos corpos, devemos escolher o mais adequado de todos os pontos de observação possíveis.

Em busca da paz

Sabemos que o movimento dos corpos é influenciado por influências externas, que chamamos de forças. Mas podemos imaginar um corpo livre da influência de quaisquer forças. Concordemos de uma vez por todas em considerar que o corpo, sobre o qual não atuam forças, está em repouso. Agora, tendo introduzido o conceito de repouso, parece que já temos algum suporte sólido no estudo do movimento dos corpos. Com efeito, este corpo, sobre o qual não atuam forças e que convencionamos considerar como repouso, pode servir-nos, por assim dizer, de guia”. estrela Guia» no estudo do movimento de todos os outros corpos.

Imagine que removemos um corpo tão longe de todos os outros corpos que nenhuma força atuará mais sobre ele. E então seremos capazes de estabelecer como os fenômenos físicos devem ocorrer em tal corpo em repouso. Em outras palavras, podemos encontrar as leis da mecânica que regem esse laboratório imaginário de "repouso". E comparando-os com o que observamos em outros laboratórios reais, já podemos julgar as verdadeiras propriedades do movimento em todos os casos.

Então, parece que está tudo bem: encontramos um ponto forte - a "paz", embora condicional, e agora o movimento perdeu a relatividade para nós.

Porém, na realidade, mesmo essa “paz” ilusória alcançada com tanta dificuldade não será absoluta.

Imagine observadores vivendo em uma bola solitária, perdidos nas vastas extensões do universo. Eles não sentem a influência de nenhuma força estranha sobre si mesmos e, portanto, devem estar convencidos de que a bola em que vivem está em completa imobilidade, em paz absoluta e imutável.

De repente, eles notam à distância outra bola semelhante, na qual estão os mesmos observadores. Com grande velocidade, esta segunda bola corre, reta e uniformemente, em direção à primeira. Os observadores da primeira bola não têm dúvidas de que estão parados e apenas a segunda bola está se movendo. Mas os habitantes desta segunda bola também acreditam em sua imobilidade e estão firmemente convencidos de que esta primeira bola "estranha" está se movendo em sua direção.

Qual deles está certo? Não faz sentido discutir sobre isso, uma vez que o estado de movimento retilíneo e uniforme é completamente indistinguível do estado de repouso.

Para estar convencido disso, você e eu nem precisamos subir nas profundezas infinitas do universo. Embarque no navio a vapor no cais, tranque-se em sua cabine e feche bem as janelas. Sob tais condições, você nunca descobrirá se está parado ou se movendo em linha reta e uniformemente. Todos os corpos na cabine se comportarão exatamente da mesma maneira em ambos os casos: a superfície da água no copo permanecerá calma o tempo todo; uma bola lançada verticalmente para cima também cairá verticalmente para baixo; o pêndulo do relógio vai balançar como na parede do seu apartamento.

Seu navio pode ir a qualquer velocidade, mas as mesmas leis de movimento prevalecerão sobre ele como em um navio completamente estacionário. Somente no momento de desacelerá-lo ou acelerá-lo você pode detectar seu movimento; quando segue reto e uniformemente, tudo flui nele da mesma forma que em um navio parado.

Assim, não encontramos repouso absoluto em nenhum lugar, mas descobrimos que no mundo pode haver infinitos “descansos” movendo-se de maneira uniforme e retilínea uns em relação aos outros. Portanto, quando falamos sobre o movimento de um corpo, devemos sempre indicar em relação a qual “repouso” particular ele está se movendo. Esta posição é chamada na mecânica de "a lei da relatividade do movimento". Foi apresentado há trezentos anos por Galileu.

Mas se o movimento e o repouso são relativos, então a velocidade, obviamente, deve ser relativa. Então realmente é. Suponha, por exemplo, que você esteja correndo no convés de um barco a vapor a uma velocidade de 5 metros por segundo. Se o navio estiver se movendo na mesma direção a 10 metros por segundo, sua velocidade em relação à costa será de 15 metros por segundo.

Portanto, a afirmação: “um corpo se move com tal e tal velocidade”, sem indicar contra o que a velocidade é medida, não faz sentido. Determinando a velocidade de um corpo em movimento a partir de diferentes pontos, devemos obter resultados diferentes.

Tudo o que falamos até agora era conhecido muito antes do trabalho de Einstein. A relatividade do movimento, repouso e velocidade foi estabelecida pelos grandes criadores da mecânica - Galileu e Newton. As leis do movimento descobertas por ele formaram a base da física e por quase três séculos contribuíram muito para o desenvolvimento de todas as ciências naturais. Inúmeros novos fatos e leis foram descobertos pelos pesquisadores, e todos eles repetidamente confirmaram a correção das visões de Galileu e Newton. Essas visões também foram confirmadas na mecânica prática - no projeto e operação de todos os tipos de máquinas e aparelhos.

Isso continuou até final do século XIX século, quando foram descobertos novos fenômenos que estavam em contradição decisiva com as leis da mecânica clássica.

Em 1881, o físico americano Michaelson realizou uma série de experimentos para medir a velocidade da luz. O resultado inesperado desses experimentos trouxe confusão às fileiras dos físicos; foi tão impressionante e misterioso que confundiu os maiores cientistas do mundo.

Propriedades notáveis ​​da luz

Talvez você tenha visto isso fenômeno interessante.

Em algum lugar distante, em um campo, em uma ferrovia ou em um canteiro de obras, um martelo está batendo. Você vê com que força ele cai em uma bigorna ou em um trilho de aço. No entanto, o som do impacto é completamente inaudível. Parece que o martelo pousou em algo muito macio. Mas agora ele se levanta novamente. E no momento em que ele já está bem alto no ar, você ouve uma batida forte distante.

Não é difícil entender por que isso está acontecendo. Em condições normais, o som viaja pelo ar a uma velocidade de cerca de 340 metros por segundo, então ouvimos um golpe de martelo não no momento em que ocorre, mas somente depois que o som dele chega ao nosso ouvido.

Aqui está outro exemplo mais impressionante. Relâmpagos e trovões acontecem ao mesmo tempo, mas muitas vezes parece que os relâmpagos piscam silenciosamente, já que os estrondos do trovão chegam aos nossos ouvidos somente depois de alguns segundos. Se os ouvirmos atrasados, por exemplo, 10 segundos, isso significa que o raio está a 340 x 10 = 3400 metros de distância de nós, ou 3,4 quilômetros.

Em ambos os casos, estamos falando de dois momentos: quando um evento realmente aconteceu e o momento em que o eco desse evento chegou aos nossos ouvidos. Mas como sabemos quando exatamente o evento realmente aconteceu?

Nós o vemos: vemos o martelo descendo, o relâmpago brilhando. Nesse caso, assumimos que o evento realmente ocorre no exato momento em que o vemos. Mas é realmente assim?

Não, não é assim. Afinal, não percebemos os eventos diretamente. Nos fenômenos que observamos com a ajuda da visão, a luz está envolvida. E a luz não se propaga no espaço instantaneamente: assim como o som, leva tempo para que os raios de luz superem a distância.

No vácuo, a luz viaja a cerca de 300.000 quilômetros por segundo. Isso significa que se uma luz piscar a uma distância de 300 mil quilômetros de você, você poderá notar seu flash não imediatamente, mas apenas um segundo depois.

Em um segundo, os raios de luz teriam tempo para circunavegar o globo sete vezes ao longo do equador. Em comparação com uma velocidade tão colossal, as distâncias terrestres parecem insignificantes, portanto, na prática, podemos supor que vemos todos os fenômenos ocorrendo na Terra no mesmo momento em que ocorrem.

A inimaginável velocidade da luz pode parecer surpreendente. Muito mais surpreendente, no entanto, é outra coisa: o fato de que a velocidade da luz é notável por sua incrível constância. Vejamos o que é esta constância.

Sabe-se que o movimento dos corpos pode ser artificialmente retardado e acelerado. Se, por exemplo, uma caixa de areia for colocada no caminho de uma bala, a bala na caixa perderá parte de sua velocidade. A velocidade perdida não será restaurada: após sair da caixa, a bala voará mais longe não na mesma velocidade, mas em velocidade reduzida.

Raios de luz se comportam de outra forma. No ar, eles se propagam mais lentamente do que no vazio, na água - mais lentamente do que no ar e no vidro - ainda mais lentamente. Porém, deixando qualquer substância (claro, transparente) no vazio, a luz continua a se propagar em sua velocidade anterior - 300 mil quilômetros por segundo. Ao mesmo tempo, a velocidade da luz não depende das propriedades de sua fonte: é exatamente a mesma para os raios do Sol, o holofote e a vela. Além disso, não importa se a própria fonte de luz está se movendo ou não - isso não afeta a velocidade da luz de forma alguma.

Para entender completamente o significado desse fato, comparemos mais uma vez a propagação da luz com o movimento dos corpos comuns. Imagine que você está lançando um jato d'água de uma mangueira a uma velocidade de 5 metros por segundo na rua. Isso significa que cada partícula de água percorre 5 metros por segundo em relação à rua. Mas se você colocar uma mangueira em um carro passando na direção do jato a 10 metros por segundo, a velocidade do jato em relação à rua já será de 15 metros por segundo: as partículas de água ganham velocidade não apenas por a mangueira, mas também por um carro em movimento, que carrega a mangueira junto com o jato para a frente.

Comparando a fonte de luz com uma mangueira e seus raios - com um jato d'água, veremos uma diferença significativa. Não faz diferença para os raios de luz de que fonte eles entraram no vazio e o que aconteceu com eles antes de entrarem no vazio. Uma vez nele, a velocidade de sua propagação é igual ao mesmo valor - 300 mil quilômetros por segundo, e independentemente de a fonte de luz estar em movimento ou não.

Vamos ver como essas propriedades especiais da luz são consistentes com a lei da relatividade do movimento, discutida na primeira parte do artigo. Para isso, vamos tentar resolver o problema de somar e subtrair velocidades e, para simplificar, vamos supor que todos os fenômenos que imaginamos ocorrem no vazio, onde a velocidade da luz é de 300 mil quilômetros.

Coloque uma fonte de luz em um vaporizador em movimento, bem no meio dele, e um observador em cada extremidade do vaporizador. Ambos medem a velocidade de propagação da luz. Quais serão os resultados de seu trabalho?

Como os raios se propagam em todas as direções e ambos os observadores se movem junto com o vaporizador em uma direção, a seguinte imagem será obtida: o observador localizado na extremidade traseira do vaporizador se move em direção aos raios e o frontal está constantemente se afastando deles.

Portanto, o primeiro observador deve descobrir que a velocidade da luz é 300.000 quilômetros mais a velocidade do navio, e o segundo deve descobrir que a velocidade da luz é 300.000 quilômetros menos a velocidade do navio. E se imaginarmos por um momento que um navio a vapor percorre uma distância monstruosa de 200.000 quilômetros por segundo, a velocidade da luz encontrada pelo primeiro observador será de 500.000 quilômetros e, pelo segundo, de 100.000 quilômetros por segundo. Em um barco a vapor parado, ambos os observadores obteriam o mesmo resultado - 300.000 quilômetros por segundo.

Assim, do ponto de vista dos observadores, em nosso navio em movimento, a luz parece se propagar em uma direção 1 2/3 vezes mais rápido e na outra - três vezes mais devagar do que em uma parada. Tendo realizado operações aritméticas simples, eles poderão estabelecer a velocidade absoluta do vaporizador.

Da mesma forma, podemos estabelecer a velocidade absoluta de qualquer outro corpo em movimento: para isso, basta colocar alguma fonte de luz sobre ele e medir a velocidade de propagação dos raios de luz de diferentes pontos do corpo.

Em outras palavras, inesperadamente nos vimos capazes de determinar a velocidade e, portanto, o movimento de um corpo, independentemente de todos os outros corpos. Mas se existe velocidade absoluta, então existe um único repouso absoluto, a saber: qualquer laboratório no qual observadores, medindo a velocidade da luz em qualquer direção, obtenha o mesmo valor - 300 mil quilômetros por segundo, estará absolutamente em repouso.

É fácil perceber que tudo isso contrasta fortemente com as conclusões a que chegamos na edição anterior da revista. De fato: falamos sobre o fato de que em um corpo que se move uniformemente de maneira retilínea, tudo ocorre da mesma forma que em um estacionário. Portanto, quer atiremos, por exemplo, em um navio a vapor na direção de seu movimento ou contra seu movimento, a velocidade da bala em relação ao navio permanecerá a mesma e será igual à velocidade de um navio parado. Ao mesmo tempo, estávamos convencidos de que movimento, velocidade e repouso são conceitos relativos: movimento, velocidade e repouso absolutos não existem. E agora de repente acontece que as observações das propriedades da luz derrubam todas essas conclusões e contradizem a lei da natureza descoberta por Galileu - a lei da relatividade do movimento.

Mas esta é uma de suas leis fundamentais: domina o mundo inteiro; sua justiça foi confirmada pela experiência inúmeras vezes, é confirmada em todos os lugares e a cada minuto até agora; se de repente ele deixasse de ser justo, uma turbulência inimaginável envolveria o universo. Mas a luz não apenas não o obedece, mas até o refuta!

A experiência de Mikaelson

O que fazer com essa contradição? Antes de fazer algumas considerações sobre este assunto, atentemos para a seguinte circunstância: que as propriedades da luz contradizem a lei da relatividade do movimento, estabelecemos exclusivamente pelo raciocínio. Reconhecidamente, esses eram argumentos muito persuasivos. Mas, limitando-nos apenas ao raciocínio, seríamos como os antigos filósofos que tentavam descobrir as leis da natureza não com a ajuda da experiência e da observação, mas apenas com base apenas em inferências. Neste caso, surge inevitavelmente o perigo de que a imagem do mundo assim criada, com todos os seus méritos, se torne muito pouco parecida com o mundo real que nos rodeia.

O juiz supremo de qualquer teoria física é sempre a experiência e, portanto, não se limitando a raciocinar sobre como a luz deve se propagar em um corpo em movimento, deve-se recorrer a experimentos que mostrem como ela realmente se propaga nessas condições.

No entanto, deve-se ter em mente que a realização de tais experimentos é difícil por uma razão muito simples: é impossível encontrar na prática um corpo que se mova a uma velocidade compatível com a colossal velocidade da luz. Afinal, tal navio a vapor como usamos em nosso raciocínio, é claro, não existe e não pode existir.

Para poder determinar uma ligeira mudança na velocidade da luz em corpos relativamente lentos acessíveis a nós, foi necessário criar instrumentos de medição de precisão excepcionalmente alta. E somente quando tais dispositivos puderam ser feitos, foi possível começar a esclarecer a contradição entre as propriedades da luz e a lei da relatividade do movimento.

Tal experimento foi realizado em 1881 por um dos maiores experimentadores dos tempos modernos, o físico americano Mikaelson.

Como um corpo em movimento, Michaelson usou ... o globo. De fato, a Terra é um corpo que obviamente se move: gira em torno do Sol e, além disso, com uma velocidade bastante "sólida" para nossas condições - 30 quilômetros por segundo. Portanto, ao estudar a propagação da luz na Terra, estamos na verdade estudando a propagação da luz em um laboratório em movimento.

Mikaelson mediu a velocidade da luz na Terra em várias direções com altíssima precisão, ou seja, ele praticamente realizou o que fizemos mentalmente com você em um navio a vapor imaginário em movimento. Para pegar a pequena diferença de 30 quilômetros em relação ao enorme número de 300.000 quilômetros, Mikaelson teve que aplicar uma técnica experimental muito complexa e usar toda a sua grande engenhosidade. A precisão do experimento foi tão grande que Mikaelson teria sido capaz de detectar uma diferença muito menor nas velocidades do que ele queria detectar.

Da frigideira para o fogo

O resultado do experimento parecia óbvio de antemão. Conhecendo as propriedades da luz, pode-se prever que a velocidade da luz medida em diferentes direções seria diferente. Mas talvez você pense que o resultado do experimento realmente acabou sendo assim?

Nada como isto! O experimento de Mikaelson deu resultados completamente inesperados. Ao longo de vários anos, foi repetido muitas vezes sob as mais variadas condições, mas invariavelmente levava à mesma conclusão surpreendente.

Em uma Terra em movimento consciente, a velocidade da luz, medida em qualquer direção, acaba sendo exatamente a mesma.

Portanto, a luz não é exceção. Ele obedece à mesma lei de uma bala em um barco a vapor em movimento, a lei da relatividade de Galileu. Não foi possível detectar o movimento "absoluto" da Terra. Não existe, como deveria ser de acordo com a lei da relatividade.

A desagradável contradição que a ciência enfrentava foi resolvida. Mas surgiram novas contradições! Os físicos saíram do fogo e foram para a frigideira.

A fim de esclarecer as novas contradições às quais a experiência de Mikaelson levou, vamos revisar nossas investigações em ordem.

Primeiro estabelecemos que o movimento e o repouso absolutos não existem; Isso é o que diz a lei da relatividade de Galileu. Então descobriu-se que as propriedades especiais da luz contradizem a lei da relatividade. A partir disso, seguiu-se que o movimento e o repouso absolutos ainda existem. Para testar isso, Mikaelson realizou um experimento. O experimento mostrou o contrário: não há contradição - e a luz obedece à lei da relatividade. Portanto, movimento absoluto e repouso novamente não existem. Por outro lado, as implicações da experiência de Mikaelson obviamente se aplicam a qualquer corpo em movimento, não apenas à Terra; portanto, a velocidade da luz é a mesma em todos os laboratórios, independentemente de seu próprio movimento e, portanto, a velocidade da luz ainda não é um valor relativo, mas absoluto.

Acabou sendo um círculo vicioso. Os maiores físicos do mundo inteiro estão quebrando a cabeça com isso há anos. Várias teorias foram propostas, até as mais incríveis e fantásticas. Mas nada ajudou: cada nova suposição imediatamente causou novas contradições. O mundo erudito estava diante de um dos os maiores mistérios.

O mais misterioso e estranho de tudo isso era que a ciência lidava aqui com fatos absolutamente claros e firmemente estabelecidos: com a lei da relatividade, as propriedades conhecidas da luz e o experimento de Mikaelson. E eles levaram, ao que parece, ao perfeito absurdo.

Contradição das verdades... Mas as verdades não podem se contradizer, pois só pode haver uma verdade. Portanto, deve haver um erro em nossa compreensão dos fatos. Mas onde? O que é?

Por 24 anos inteiros - de 1881 a 1905 - eles não encontraram uma resposta para essas perguntas. Mas em 1905, o maior físico de nosso tempo, Albert Einstein, deu uma explicação brilhante para o enigma. Aparecendo com perfeito lado inesperado, deu aos físicos a impressão de uma bomba explodindo.

A explicação de Einstein é tão diferente de todos os conceitos aos quais a humanidade está acostumada há milênios que parece excepcionalmente incrível. No entanto, apesar disso, revelou-se indubitavelmente correto: há 34 anos, experimentos de laboratório e observações de vários fenômenos físicos no mundo confirmam cada vez mais sua validade.

Quando as portas se abrem

Para entender a explicação de Einstein, é preciso primeiro estar familiarizado com uma consequência do experimento de Mikaelson. Vamos ver isso imediatamente com um exemplo. Vamos usar para isso mais uma vez um vaporizador fantástico.

Imagine um navio a vapor com 5.400.000 quilômetros de comprimento. Deixe-o se mover em linha reta e uniformemente com uma velocidade fabulosa de 240 mil quilômetros por segundo. Em algum momento, uma lâmpada acende no meio do vaporizador. Há portas na proa e na popa do navio. Eles são organizados de forma que, no momento em que a luz de uma lâmpada incide sobre eles, eles se abrem automaticamente. Aqui a lâmpada está acesa. Quando exatamente as portas se abrirão?

Para responder a essa pergunta, vamos relembrar os resultados do experimento de Mikaelson. O experimento de Mikaelson mostrou que, em relação aos observadores em uma Terra em movimento, a luz se propaga em todas as direções na mesma velocidade de 300.000 quilômetros por segundo. O mesmo, é claro, acontecerá em um navio a vapor em movimento. Mas a distância da lâmpada a cada extremidade do navio é de 2.700.000 quilômetros e 2.700.000: 300.000 = 9. Isso significa que a luz da lâmpada atingirá cada porta em 9 segundos. Assim, as duas portas se abrirão ao mesmo tempo.

É assim que o caso será apresentado ao observador no navio. E o que as pessoas verão no cais, por onde passa o vapor?

Como a velocidade da luz não depende do movimento da fonte de luz, ela é igual aos mesmos 300.000 quilômetros por segundo em relação ao píer, apesar de a fonte de luz estar em um navio em movimento. Mas, do ponto de vista do observador no cais, a porta na popa do navio se move em direção ao feixe de luz na velocidade do navio. Quando a porta encontrará a viga?

Estamos lidando aqui com um problema semelhante ao de dois viajantes viajando um em direção ao outro. Para encontrar o tempo de encontro, você precisa dividir a distância entre os viajantes pela soma de suas velocidades. Vamos fazer o mesmo aqui. A distância entre a lâmpada e a porta é de 2.700 mil quilômetros, a velocidade da porta (ou seja, do vaporizador) é de 240 mil quilômetros por segundo e a velocidade da luz é de 300 mil quilômetros por segundo.

Portanto, a porta traseira abrirá através

2700.000/(300000 + 240000)=5 segundos

Depois que a lâmpada estiver acesa. E a frente?

A porta da frente, do ponto de vista do observador no píer, o feixe de luz deve alcançá-lo, pois se move com o navio na mesma direção do feixe de luz. Portanto, aqui temos o problema dos viajantes, um dos quais ultrapassa o outro. Vamos dividir a distância pela diferença de velocidades:

2700.000/(300000 - 240000)=45 segundos

Assim, a primeira porta abrirá 5 segundos após o acendimento da luz e a segunda porta abrirá 45 segundos depois. Portanto, as portas não se abrirão ao mesmo tempo. É assim que a foto será apresentada às pessoas no píer! A imagem é a mais incrível de tudo o que foi dito até agora.

Acontece que os mesmos eventos - a abertura da frente e porta dos fundos- será simultâneo para as pessoas no navio e não simultâneo para as pessoas no píer, mas separadas por um intervalo de tempo de 40 segundos.

Isso não soa como um absurdo completo? Isso não parece uma afirmação absurda de uma piada - que o comprimento de um crocodilo da cauda à cabeça é de 2 metros e da cabeça à cauda é de 1 metro?

E, veja bem, não vai parecer para as pessoas no píer que as portas não se abriram ao mesmo tempo: para elas, isso é realmente realmente acontecer simultaneamente. Afinal, calculamos o tempo em que cada uma das portas se abriu. Ao mesmo tempo, descobrimos que a segunda porta abriu 40 segundos depois da primeira.

No entanto, os passageiros do navio também estabeleceram corretamente que as duas portas se abriram ao mesmo tempo. E foi mostrado aritmeticamente. O que acontece? Aritmética vs Aritmética?!

Não, a aritmética não é a culpada aqui. Todas as contradições que encontramos aqui residem em nossos equívocos sobre o tempo: o tempo acabou sendo completamente diferente do que a humanidade considerava até agora.

Einstein revisou esses velhos conceitos milenares. Ao mesmo tempo, fez uma grande descoberta, graças à qual seu nome se tornou imortal.

O tempo é relativo

Na edição anterior, mostramos as conclusões extraordinárias que os físicos tiraram do experimento de Mikaelson. Consideramos o exemplo de um navio a vapor imaginário no qual duas portas se abrem ao sinal de uma luz e estabelecemos um fato surpreendente: do ponto de vista dos observadores do navio, as portas se abrem ao mesmo tempo, mas de o ponto de vista dos observadores do cais, em diferentes momentos.

O que uma pessoa não está acostumada parece incrível para ela. O caso das portas de um barco a vapor parece bastante incrível porque nunca nos movemos a uma velocidade que nem remotamente se aproximasse do fabuloso número de 240.000 quilômetros por segundo. Mas devemos levar em conta que os fenômenos que ocorrem em tais velocidades podem ser muito diferentes daqueles a que estamos acostumados no dia a dia.

Claro, de fato, não há navios a vapor se movendo a velocidades próximas à velocidade da luz. E, de fato, ninguém jamais observou tal caso com portas conforme descrito em nosso exemplo. Mas fenômenos semelhantes, graças à moderna tecnologia experimental altamente desenvolvida, certamente podem ser detectados. Lembre-se de que o exemplo da abertura de portas não se baseia em um raciocínio abstrato, mas apenas em fatos firmemente estabelecidos obtidos por meio da experiência: o experimento de Mikaelson e muitos anos de observações sobre as propriedades da luz.

Assim, foi a experiência que nos levou à conclusão indiscutível de que o conceito de simultaneidade de dois eventos não é absoluto. Anteriormente, considerávamos que se dois eventos ocorressem em qualquer laboratório ao mesmo tempo, então para qualquer outro laboratório seriam simultâneos. Agora descobrimos que isso é verdade apenas para laboratórios em repouso um em relação ao outro. Caso contrário, eventos que são simultâneos para um laboratório ocorrerão para outro em tempo diferente.

Segue-se disso que o conceito de simultaneidade é um conceito relativo. Ele adquire significado apenas quando você indica como o laboratório se move, de onde os eventos são observados.

No início do artigo, falamos sobre dois viajantes que apareciam diariamente no vagão-restaurante expresso. Os viajantes tinham certeza de que se encontravam o tempo todo no mesmo lugar. Seus maridos afirmavam que se encontravam todos os dias em um novo local, a mil quilômetros de distância do anterior.

Ambos estavam certos: no que diz respeito ao trem, os viajantes realmente se encontravam no mesmo lugar, mas no que diz respeito aos trilhos da ferrovia, em lugares diferentes. Este exemplo nos mostrou que o conceito de espaço não é um conceito absoluto, mas relativo.

Ambos os exemplos - sobre conhecer viajantes e abrir portas em um navio a vapor - são semelhantes entre si. Em ambos os casos, estamos falando de relatividade, e até as mesmas palavras são encontradas: “ao mesmo” e “ao diferente”. Só no primeiro exemplo é sobre lugares, ou seja, sobre o espaço, e no segundo - sobre momentos, ou seja, sobre o tempo. O que se segue daqui?

Que o conceito de tempo é tão relativo quanto o conceito de espaço.

Para finalmente verificar isso, vamos modificar um pouco o exemplo do barco a vapor. Vamos supor que o mecanismo de uma das portas esteja com defeito. Deixe as pessoas no barco perceberem que a porta da frente abriu 15 segundos antes da porta de trás devido a esse defeito. E o que as pessoas vão ver no cais?

Se na primeira variante do exemplo a porta da frente se abriu para eles 40 segundos depois da porta dos fundos, na segunda variante isso acontecerá apenas 40 - 15 = 25 segundos depois. Acontece, portanto, que para as pessoas no navio a porta da frente se abriu antes da traseira, e para as pessoas no píer - mais tarde.

Então, o que aconteceu antes para um laboratório aconteceu depois em relação a outro. A partir disso, fica claro que o próprio conceito de tempo é um conceito relativo.

Essa descoberta foi feita em 1905 pelo físico Albert Einstein, de 26 anos. Antes disso, o homem imaginava o tempo como absoluto - em todo o mundo o mesmo, independente de qualquer laboratório. Antigamente, as pessoas consideravam as direções de cima e de baixo iguais em todo o mundo.

E agora o destino do espaço recaiu sobre o tempo. Descobriu-se que a expressão "ao mesmo tempo" não faz mais sentido do que a expressão "no mesmo local" se não for indicado a que laboratório se referem.

Talvez alguém ainda tenha uma dúvida: bem, na verdade, independente de qualquer laboratório, quaisquer dois eventos são simultâneos ou não? Pensar nessa questão é tão absurdo quanto pensar na questão, mas onde de fato, independente de quaisquer laboratórios, estão o topo e o fundo do mundo?

A descoberta da relatividade do tempo possibilitou, como você verá mais adiante, resolver todas as contradições a que o experimento de Mikaelson levou a física. Essa descoberta foi uma das maiores vitórias da mente sobre as ideias estagnadas que se desenvolveram ao longo dos milênios. Impressionando o mundo científico com sua singularidade aqui, produziu uma revolução profunda nas visões da humanidade sobre a natureza. Em caráter e significado, só pode ser comparada com a convulsão causada pela descoberta da esfericidade da Terra ou a descoberta de seu movimento em torno do Sol.

Assim, Einstein, junto com Copérnico e Newton, abriu caminhos completamente novos para a ciência. E não foi à toa que a descoberta desse então ainda jovem cientista lhe rendeu rapidamente a fama de maior físico do nosso século.

A doutrina da relatividade do tempo é geralmente chamada de "princípio da relatividade de Einstein" ou simplesmente "o princípio da relatividade". Não deve ser confundido com a lei ou princípio da relatividade do movimento, que foi discutido anteriormente, ou seja, com " princípio clássico relatividade", ou "o princípio da relatividade de Galileu - Newton".

A velocidade tem um limite

É impossível contar em um artigo de jornal sobre essas grandes mudanças e sobre todas as novidades que o princípio da relatividade trouxe para a ciência. Além disso, para entender tudo isso, você precisa conhecer bem a física e a matemática superior.

O objetivo do nosso artigo é explicar apenas os próprios fundamentos do princípio de Einstein e as consequências mais importantes que decorrem da relatividade do tempo. Só isso, como você viu, está longe de ser uma tarefa fácil. Observe que o princípio da relatividade é uma das questões científicas mais difíceis e geralmente é impossível analisá-lo com profundidade suficiente sem a ajuda da matemática.

Para começar, considere uma consequência muito importante da relatividade do tempo, no que diz respeito à velocidade.

Como você sabe, a velocidade das locomotivas a vapor, automóveis e aviões tem aumentado continuamente desde sua invenção até hoje. Atualmente, atingiu um valor que pareceria incrível apenas algumas décadas atrás. Ele continuará a aumentar.

Velocidades muito mais altas também são conhecidas em tecnologia. Esta é, antes de tudo, a velocidade das balas e projéteis de artilharia. A velocidade de vôo de balas e projéteis, graças a melhorias técnicas contínuas, também aumentou de ano para ano e continuará a aumentar no futuro.

Mas a maior velocidade usada na tecnologia é a velocidade de transmissão do sinal usando raios de luz, corrente elétrica e ondas de rádio. Nos três casos, é aproximadamente igual ao mesmo valor - 300 mil quilômetros por segundo.

Pode-se pensar que com o maior desenvolvimento da tecnologia, com a descoberta de alguns novos raios, até essa velocidade será superada; Ao aumentar cada vez mais as velocidades de que dispomos, seremos eventualmente capazes de chegar o mais perto que quisermos do ideal de transmissão instantânea de sinais ou esforços em qualquer distância.

A experiência de Mikaelson mostra, porém, que esse ideal é inatingível. De fato, a uma taxa de transmissão infinitamente alta, os sinais de dois eventos sob todas as condições nos alcançariam instantaneamente; e se em um laboratório dois eventos ocorreram simultaneamente, em todos os outros laboratórios eles também seriam observados simultaneamente - no mesmo momento em que ocorreram. E isso significaria que a "simultaneidade" se tornou absoluta, completamente independente do movimento dos laboratórios. Mas o caráter absoluto do tempo, como vimos, é refutado pelo experimento de Mikaelson. Portanto, a transmissão de sinais ou forças não pode ser instantânea.

Em outras palavras, a velocidade de qualquer transmissão não pode ser infinitamente grande. Existe um certo limite de velocidade - um limite de velocidade que em nenhuma circunstância pode ser excedido.

É fácil verificar que a velocidade limite coincide com a velocidade da luz. De fato, de acordo com o princípio da relatividade de Galileu - Newton, as leis da natureza em todos os laboratórios que se movem em relação um ao outro em linha reta e uniformemente são as mesmas. Isso significa que para todos esses laboratórios a mesma velocidade deve ser o limite. Mas que tipo de velocidade mantém seu valor inalterado em todos os laboratórios? Tal constância incrível, como vimos, é apenas a velocidade da luz, e somente ela! Segue-se daí que a velocidade da luz não é apenas a velocidade de propagação de alguma (embora muito importante) ação no mundo: é ao mesmo tempo a velocidade limite que existe na natureza.

A descoberta da existência de um limite de velocidade na natureza também foi uma das maiores vitórias do pensamento humano. Um físico do século passado não poderia ter adivinhado que havia um limite para a velocidade. Se, no entanto, ele tivesse tropeçado no fato da existência da velocidade limite durante os experimentos, teria decidido que isso era um acidente, que apenas a limitação de suas capacidades experimentais era a culpada. Ele estaria justificado em pensar que, com o desenvolvimento da tecnologia, o limite de velocidade poderia ser superado.

O contrário é claro para nós: seria tão ridículo contar com isso quanto acreditar que com o desenvolvimento da navegação será possível chegar a um ponto da superfície terrestre a mais de 20 mil quilômetros do ponto de partida ( isto é, mais da metade da circunferência da Terra).

Quando um minuto é igual a uma hora?

Para explicar de forma abrangente a relatividade do tempo e as consequências que dela decorrem, que parecem estranhas pelo hábito, Einstein usa exemplos com um trem. Nós faremos o mesmo. Um trem gigante movendo-se a uma velocidade fabulosa imaginária será chamado de "trem de Einstein".

Imagine uma ferrovia muito longa. São duas estações a uma distância de 864 milhões de quilômetros uma da outra. Para cobrir a distância entre eles, o trem de Einstein, movendo-se a uma velocidade de, digamos, 240 mil quilômetros por segundo, levará uma hora. Ambas as estações têm relógios perfeitamente precisos.

Um viajante entra no trem na primeira estação. Primeiro, ele ajusta seu cronômetro de bolso exatamente para o relógio da estação. Ao chegar em outra estação, ele compara com o relógio da estação e fica surpreso ao perceber que o cronômetro ficou para trás...

Por quê isso aconteceu?

Suponha que haja uma lâmpada elétrica no piso do carro e um espelho no teto. Um feixe de luz de uma lâmpada que atinge um espelho é refletido de volta para a lâmpada. A trajetória da viga, vista pelo viajante no carro, é mostrada na figura superior: a viga é direcionada verticalmente para cima e cai verticalmente para baixo.

Uma imagem diferente será apresentada ao observador na estação. Durante o tempo em que o feixe de luz passou da lâmpada para o espelho, o espelho se moveu junto com o trem. E durante a queda do feixe refletido, a própria lâmpada se moveu na mesma distância. O caminho percorrido pelo raio do ponto de vista do observador na estação é mostrado na figura abaixo: ele forma dois lados de um triângulo isósceles. A base do triângulo é formada por uma lâmpada sendo transportada pelo trem.

Vemos que, do ponto de vista do observador na estação, o feixe de luz percorreu uma distância maior do que do ponto de vista do observador no trem. Ao mesmo tempo, sabemos que a velocidade da luz é constante em todas as condições: é exatamente a mesma para um observador na estação e para um viajante em um trem. O que se segue daqui?

É claro que, se as velocidades são as mesmas, mas os comprimentos dos caminhos são diferentes, menos tempo é gasto para passar por um caminho menor e mais tempo é gasto para passar por um caminho maior. É fácil calcular a proporção de ambos os tempos.

Suponha que, do ponto de vista do observador na estação, transcorreram 10 segundos entre a saída do feixe para o espelho e seu retorno para a lâmpada. Durante esses 10 segundos, a luz passou:

300.000 x 10 = 3 milhões de quilômetros.

Conseqüentemente, os lados AB e BC do triângulo isósceles ABC são iguais a 1,5 milhão de quilômetros cada. O lado AC 1, a base do triângulo, é igual à distância percorrida pelo trem em 10 segundos, a saber:

240.000 x 10 = 2,4 milhões de quilômetros.

Metade da base, AD 1 é igual a 1,2 milhão de quilômetros.

A partir daqui é fácil determinar a altura do carro - a altura do triângulo BD. De triângulo retângulo ABD temos:

BD 2 \u003d AB 2 - AD 2 \u003d 1,52 - 1,22

Daí BD = 0,9 milhões de quilômetros.

A altura é bastante sólida, o que, no entanto, não é surpreendente, dadas as dimensões astronômicas do trem de Einstein.

O caminho percorrido pelo raio do ponto de vista do observador no trem é obviamente igual ao dobro da altura do triângulo:

2BD = 2 x 0,9 = 1,8 milhões de quilômetros.

Para percorrer este caminho, a luz precisará de:

1.800.000/300.000 = 6 segundos.

Assim, enquanto o feixe de luz ia da lâmpada para o espelho e vice-versa, 10 segundos se passaram na estação e apenas 6 segundos no trem. A relação entre o tempo no trem e o tempo nas estações é de 6/10.

Daí a consequência surpreendente: de acordo com o horário da estação, o trem gastou uma hora viajando entre as estações, mas de acordo com o cronômetro do viajante, apenas 6/10 horas, ou seja, 36 minutos. É por isso que durante o tempo de movimento entre as estações, o cronômetro do viajante ficou atrasado em relação ao relógio da estação e, além disso, em 24 minutos.

É necessário compreender bem este fato: o cronômetro do viajante ficou para trás não porque; que estava mais lento ou não estava funcionando corretamente. Não, funcionava exatamente como os relógios das estações. Mas o tempo em um trem movendo-se em relação às estações fluiu de maneira diferente do que nas estações.

Pode-se ver no diagrama com um triângulo que quanto maior a velocidade do trem, maior deve ser o atraso do cronômetro do trem para a velocidade da luz, é possível garantir que qualquer pequeno período de tempo passe em o trem em uma hora da estação. Por exemplo, a uma velocidade de trem de cerca de 0,9999 a velocidade da luz, apenas 1 minuto passará em uma hora de tempo de estação em um trem (ou, inversamente, uma hora passará em um minuto de tempo de estação em um trem se um observador em uma estação verifica seu tempo por meio de dois cronômetros instalados no início e no final do trem).

Considerando o tempo absoluto, uma pessoa costumava imaginá-lo como algo fluindo uniformemente e, além disso, em todos os lugares e sob todas as condições do mundo com a mesma velocidade. Mas o trem de Einstein mostra que o ritmo do tempo é diferente em diferentes laboratórios. Essa relatividade do tempo é uma das propriedades mais importantes do mundo físico.

De tudo o que foi dito, podemos concluir que a “máquina do tempo” descrita por Wells em uma história fantástica não é uma fantasia tão vazia. A relatividade do tempo abre diante deles a possibilidade - pelo menos teoricamente - de viajar para o futuro. É fácil perceber que o trem de Einstein é justamente a "máquina do tempo".

Máquina do tempo

De fato, imagine que o trem de Einstein não se mova em linha reta, mas ao longo de uma ferrovia circular. Então, cada vez que o viajante retornar à estação de partida, ele descobrirá que seu relógio está atrasado em relação ao relógio da estação.

Ao aproximar a velocidade do trem da velocidade da luz, você pode, como já sabe, garantir que qualquer pequena quantidade de tempo passe em uma hora de acordo com o relógio da estação do trem. Isso leva a resultados surpreendentes: enquanto apenas anos se passam no trem, centenas e milhares de anos se passam na estação. Saindo de sua "máquina do tempo", nosso viajante se encontrará em um futuro separado... Seus parentes e amigos já morreram há muito tempo... Ele encontrará apenas seus descendentes distantes vivos.

No entanto, o trem de Einstein ainda é muito diferente do de Wells. Afinal, segundo a romancista, ela poderia se mover no tempo não por causa de sua alta velocidade, mas graças a algum dispositivo técnico especial. Mas, na realidade, tal dispositivo não pode ser criado; isso é um absurdo total. Só existe uma maneira de chegar ao futuro: dar ao trem uma velocidade enorme - próxima à velocidade da luz.

Outra propriedade distingue o trem de Einstein da máquina do tempo Wellsiana: ele não pode "voltar" no tempo, ou seja, não pode ir ao passado e, assim, retornar do futuro ao presente.

Em geral, a própria ideia de voltar no tempo é completamente sem sentido. Só podemos influenciar o que ainda não foi, mas não somos capazes de mudar o que já foi. Isso fica claro até neste exemplo: se fosse possível voltar no tempo, poderia acontecer que uma pessoa voltasse ao passado e matasse seus pais quando eles ainda eram bebês. E se voltasse ao presente, se veria na posição ridícula de um homem cujos pais morreram muito antes de ele nascer!

O movimento a uma velocidade próxima à velocidade da luz abre teoricamente mais uma possibilidade: junto com o tempo, vencer quaisquer distâncias. E eles podem ser tão grandes no espaço mundial que, mesmo na velocidade máxima para a maioria das viagens, não haveria espaço suficiente vida humana.

Um exemplo seria uma estrela que está, digamos, a duzentos anos-luz de distância de nós. Como a velocidade da luz é a velocidade mais alta da natureza, é impossível chegar a essa estrela antes de duzentos anos após o início. E como a duração da vida humana é inferior a duzentos anos, parece que se pode dizer com segurança que uma pessoa é fundamentalmente privada da oportunidade de alcançar estrelas distantes.

No entanto, esse raciocínio é errôneo. O erro é que falamos de duzentos anos como algo absoluto. Mas o tempo é relativo, ou seja, não existe um tempo comum para todos os laboratórios. As estações tinham uma contagem de tempo, enquanto o trem de Einstein tinha outra.

Imaginemos um astronauta que partiu para o espaço do mundo. No momento em que atingir uma estrela a duzentos anos-luz de nós, duzentos anos terão de fato se passado de acordo com o tempo terrestre. Em um foguete, dependendo de sua velocidade em relação à Terra, como sabemos, qualquer pequeno período de tempo pode fluir.

Assim, o astronauta alcançará a estrela em seu próprio tempo, não em duzentos anos, mas, digamos, em um ano. Com uma velocidade suficientemente alta, é teoricamente possível “voar” até uma estrela e retornar de acordo com o relógio do foguete mesmo em um minuto ...

Além disso: ao se mover na velocidade máxima do mundo - 300 mil quilômetros por segundo - e o tempo se torna extremamente pequeno, ou seja, igual a zero. Em outras palavras, se o foguete pudesse se mover na velocidade da luz, o tempo para o observador nele pararia completamente e, do ponto de vista desse observador, o momento de partida coincidiria com o momento de chegada.

Repetimos que tudo isso é concebível apenas teoricamente. Na prática, viajar para o futuro e para estrelas distantes é inviável, pois o movimento de carros e pessoas em velocidades próximas à velocidade da luz é razões técnicas impossível.

E os tamanhos são relativos.

O raciocínio e os exemplos divertidos dados nos capítulos anteriores parecem fantásticos. Mas seu objetivo não é cativar o leitor com fantasia, mas mostrar toda a profundidade e seriedade das consequências decorrentes da relatividade do tempo.

É fácil ver que a relatividade dos tamanhos dos corpos também decorre da relatividade do tempo.

Suponha que o comprimento da plataforma por onde passa o trem de Einstein seja de 2,4 milhões de quilômetros. A uma velocidade de 240 mil quilômetros por segundo, o trem passará pela plataforma em 10 segundos. Mas em 10 segundos de estação, apenas 6 segundos se passarão no trem. A partir disso, o viajante concluirá com razão que o comprimento da plataforma é 240.000 x 6 = 1,44 milhão de quilômetros, e não 2,40 milhões de quilômetros.

Isso significa que um objeto em repouso em relação a qualquer laboratório é mais longo do que um em movimento. Em relação ao trem, a plataforma estava em movimento, e em relação à estação, estava em repouso. Portanto, para o observador na estação, foi mais longo do que para o viajante. Os vagões do trem, ao contrário, eram 10/6 vezes mais curtos para o observador na estação do que para o viajante.

À medida que a velocidade aumenta, o comprimento dos objetos diminui cada vez mais. Portanto, na velocidade mais alta, deveria ter se tornado o menor, ou seja, igual a zero.

Assim, todo corpo em movimento se contrai na direção de seu movimento. A este respeito, é necessário corrigir um dos exemplos dados por nós no nº 9 da revista, a saber: na experiência de abertura de portas de um navio, verificamos que para um observador no cais, a segunda porta se abriu 40 segundos depois do primeiro. Mas como o comprimento do navio, movendo-se a uma velocidade de 240 mil quilômetros por segundo, diminuiu 10/6 vezes em relação ao píer, o intervalo de tempo real entre a abertura das portas será igual ao relógio do píer, não 40 segundos , mas 40: 10/6 = 24 segundos . É claro que esta correção numérica não altera as conclusões fundamentais que tiramos da experiência com o vaporizador.

A relatividade das dimensões dos corpos acarreta imediatamente uma nova consequência, talvez a mais marcante, do princípio da relatividade. “O mais impressionante” porque explica o resultado inesperado do experimento de Mikaelson, que certa vez trouxe confusão às fileiras dos físicos. O caso dizia respeito, como você se lembra, à adição de velocidades, que, por alguma razão desconhecida, não "queria" obedecer à aritmética comum.

O homem sempre se acostumou a somar velocidades em linha reta e em uma direção, puramente aritmética, isto é, simplesmente como mesas ou maçãs. Por exemplo, se um navio está navegando em uma determinada direção a uma velocidade de 20 quilômetros por hora e um passageiro está caminhando ao longo de seu convés na mesma direção a uma velocidade de 5 quilômetros por hora, então a velocidade do passageiro em relação a o cais será de 20 + 5 = 25 quilômetros por hora.

Até recentemente, os físicos tinham certeza de que esse método de adição é absolutamente correto e adequado para encontrar a soma de qualquer velocidade. Mas o princípio da relatividade não deixou intocada nem mesmo essa regra da mecânica.

Tente, por exemplo, somar as velocidades de 230 e 270 mil quilômetros por segundo. O que vai acontecer? 500 mil quilômetros por segundo. E tal velocidade não pode existir, já que 300 mil quilômetros por segundo é a velocidade mais alta do mundo. A partir disso fica pelo menos claro que a soma de todo e qualquer número de velocidades, em qualquer caso, não pode ultrapassar 300.000 quilômetros por segundo.

Mas, talvez, seja permitido adicionar velocidades aritmeticamente mais baixas, por exemplo, 150 e 130 mil quilômetros por segundo? Afinal, a soma deles, 280 mil quilômetros por segundo, não ultrapassa o limite de velocidade do mundo.

É fácil ver que a soma aritmética também está incorreta aqui. Deixe, por exemplo, um navio a vapor passar pelo píer a uma velocidade de 150.000 quilômetros por segundo e uma bola rolar ao longo do convés do navio a uma velocidade de 130.000 quilômetros por segundo. A soma dessas velocidades deve expressar a velocidade da bola em relação ao cais. No entanto, sabemos do capítulo anterior que um corpo em movimento diminui de tamanho. Portanto, uma distância de 130.000 quilômetros em um navio a vapor não é igual a 130.000 quilômetros para um observador no píer, e 150.000 quilômetros ao longo da costa não é igual a 150.000 quilômetros para um passageiro em um navio.

Além disso, para determinar a velocidade da bola em relação ao píer, o observador usa o relógio do píer. Mas a velocidade de uma bola em um barco a vapor é determinada pelo tempo do barco a vapor. E o tempo em um navio a vapor em movimento e em um cais, como sabemos, não são a mesma coisa.

A questão da soma de velocidades é assim na prática: é preciso levar em conta a relatividade tanto das distâncias quanto do tempo. Como as velocidades devem ser combinadas?

Einstein deu uma fórmula especial para isso, correspondente ao princípio da relatividade. Até agora, não demos fórmulas da teoria da relatividade, não querendo sobrecarregar este difícil artigo com elas. No entanto, a linguagem concisa e precisa da matemática torna muitas coisas imediatamente claras, substituindo argumentos longos e prolixos. A fórmula para somar velocidades não só é muito mais simples que todo o raciocínio anterior, como em si é tão simples e interessante que vale a pena citá-la:

V1 + V2
W = _________________
V 1 x V 2
1+ ___________
C2

Aqui V 1 e V 2 são os termos da velocidade, W é a velocidade total, c é a velocidade mais alta do mundo (a velocidade da luz), igual a 300 mil quilômetros por segundo.

Esta fórmula maravilhosa tem a propriedade certa: por mais que acrescentemos velocidades, nunca chegaremos a mais de 300 mil quilômetros por segundo. Tente adicionar 230.000 e 270.000 quilômetros por segundo usando esta fórmula, ou mesmo 300.000 e 300.000 quilômetros por segundo, e veja o que acontece.

Ao adicionar pequenas velocidades - como na maioria dos casos encontramos na prática - a fórmula nos dá o resultado usual, que difere pouco de soma aritmética. Tomemos, por exemplo, até mesmo as mais altas velocidades modernas de movimento. Deixe dois aviões se moverem um em direção ao outro, voando a 650 quilômetros por hora cada. Qual é a velocidade de sua convergência?

Aritmeticamente - (650 + 650) = 1300 quilômetros por hora. De acordo com a fórmula de Einstein - apenas 0,72 mícrons por hora a menos. E no exemplo acima com um navio em movimento lento, em cujo convés um homem está andando, essa diferença ainda é 340 mil vezes menor.

É impossível detectar tais quantidades em tais casos por medições. Sim, e seu valor prático é zero. A partir disso, fica claro por que, por milhares de anos, o homem não percebeu que a adição aritmética de velocidades é fundamentalmente errada: a imprecisão com tal adição é muito menor do que os requisitos mais rigorosos da prática. E, portanto, na tecnologia, tudo sempre convergiu com os cálculos, desde que os cálculos estivessem corretos.

Mas não é mais possível adicionar aritmeticamente velocidades comparáveis ​​à velocidade da luz: aqui podemos cair em erros grosseiros. Por exemplo, em velocidades de 36 mil quilômetros por segundo, o erro ultrapassará 1 mil quilômetros, e a 100 mil quilômetros por segundo já chegará a 20 mil quilômetros por segundo.

O fato de a soma aritmética das velocidades estar errada e a fórmula de Einstein correta é confirmado pela experiência. Não poderia ser diferente: afinal, foi a experiência que fez os físicos reconsiderarem os antigos conceitos da mecânica e os levaram ao princípio da relatividade.

Sabendo como realmente somar as velocidades, podemos agora entender os resultados "misteriosos" do experimento de Michaelson. Realizando esse experimento quando a Terra se movia em direção ao feixe de luz a uma velocidade de 30 quilômetros por segundo, Michaelson esperava obter um resultado de 300.000 + 30 = 300.030 quilômetros por segundo.

Mas você não pode adicionar velocidade assim!

Substitua V 1 = c (c é a velocidade da luz) e V 2 = 30 na fórmula para adicionar velocidades e você descobrirá que a velocidade total é apenas c1, e nada mais. Esse foi o resultado do experimento de Mikaelson.

O mesmo resultado será obtido para todos os outros valores de V 2 , desde que V 1 seja igual à velocidade da luz. Deixe a Terra passar por qualquer número de quilômetros por segundo: 30 - ao redor do Sol, 275 - junto com o sistema solar e milhares de quilômetros - com toda a Galáxia. Isso não muda as coisas. Em todos os casos de somar a velocidade da Terra à velocidade da luz, a fórmula dará o mesmo valor c.

Assim, os resultados do experimento de Mikaelson nos surpreenderam apenas porque não sabíamos como somar as velocidades corretamente. Não sabíamos fazer isso, porque não sabíamos que os corpos se contraem na direção de seu movimento e que o tempo passa de maneira diferente em diferentes laboratórios.

massa e energia

Resta considerar a última questão.

Uma das propriedades mais importantes de qualquer corpo é a sua massa. Estamos acostumados a acreditar que sempre permanece inalterado. Mas os cálculos baseados no princípio da relatividade mostram outra coisa: quando um corpo se move, sua massa aumenta. Aumenta tantas vezes quanto diminui o comprimento do corpo. Assim, a massa do trem de Einstein, movendo-se a uma velocidade de 240 mil quilômetros por segundo, é 10/6 vezes maior que a massa em repouso.

À medida que a velocidade se aproxima do limite, a massa cresce cada vez mais rápido. Na velocidade limite, a massa de qualquer corpo deve se tornar infinitamente grande. As velocidades usuais que encontramos na prática causam um aumento de massa completamente desprezível.

No entanto, ainda é possível testar esse fenômeno experimentalmente: a física experimental moderna é capaz de comparar a massa de elétrons em movimento rápido com a massa daqueles em repouso. E a experiência confirma plenamente a lei da dependência da massa com a velocidade.

Mas, para dizer a velocidade dos corpos, é preciso gastar energia. E acontece que, em geral, qualquer trabalho feito em um corpo, qualquer aumento na energia do corpo acarreta um aumento na massa proporcional a essa energia gasta. Portanto, a massa de um corpo aquecido é maior que a de um frio, a massa de uma mola comprimida é maior que a de uma livre.

Quantidades insignificantes de unidades de massa correspondem a enormes quantidades de unidades de energia. Por exemplo, para aumentar a massa de um corpo em apenas 1 grama, é necessário trabalhá-lo em 25 milhões de quilowatts-hora. Em outras palavras, a massa de 25 milhões de quilowatts-hora de energia elétrica é igual a 1 grama. Para obter este grama, é necessária toda a energia gerada pelo Dneproges durante dois dias. Contando apenas um copeque por quilowatt-hora, descobrimos que 1 grama da energia elétrica mais barata custa 250 mil rublos. E se você transformar eletricidade em luz, 1 grama de luz custará cerca de 10 milhões de rublos. Isso é muitas vezes mais caro do que a substância mais cara - o rádio.

Se você queimar 1 tonelada de carvão dentro de casa, os produtos da combustão pesarão apenas 1/3.000 de grama a menos que o carvão e o oxigênio dos quais foram formados após o resfriamento. A fração que falta da massa é perdida por radiação de calor. E aquecer 1 tonelada de água de 0 a 100 graus acarretará um aumento de sua massa em menos de 5/1.000.000 de frações de grama.

É bastante claro que essas mudanças insignificantes na massa dos corpos quando eles perdem ou ganham energia escapam às medições mais precisas. No entanto, a física moderna conhece fenômenos nos quais uma mudança na massa se torna perceptível. Estes são os processos que ocorrem durante a colisão de núcleos atômicos, quando os núcleos de outros elementos são formados a partir dos núcleos de alguns elementos.

Por exemplo, quando o núcleo de um átomo de lítio colide com o núcleo de um átomo de hidrogênio, formam-se dois núcleos de um átomo de hélio. A massa desses dois núcleos já é uma quantidade significativa - 1/4 parte - menor que a massa total dos núcleos de hidrogênio e lítio. Portanto, ao converter 1 grama de uma mistura de lítio e hidrogênio em hélio, deve-se liberar 1/400 de grama de energia, que será em quilowatts-hora:

25.000.000/400 = 62,5 mil quilowatts-hora.

Assim, se pudéssemos facilmente realizar transformações nucleares, seríamos os donos da mais rica fonte de energia: para obter o poder dos Dneproges, bastaria converter apenas 4 gramas de uma mistura de lítio e hidrogênio em hélio a cada hora.

Física nova e velha

Isso conclui nossa introdução superficial ao princípio da relatividade.

Vimos quão sério e mudanças profundas introduziu o princípio da relatividade na visão de mundo que se desenvolveu entre a humanidade por muitos séculos. Isso não significa que as velhas idéias foram completamente destruídas? Que eles devem ser totalmente rejeitados? Que toda física criada antes da descoberta do princípio da relatividade deveria ser riscada como incorreta?

Não, porque a diferença entre a física antiga (chamada “clássica”) e a física que leva em conta o princípio da relatividade (“relativística”, da palavra latina “relatio”, que significa “referência”), é muito pequeno em quase todas as áreas de nossa atividade prática.

Se, por exemplo, um passageiro de um trem comum, mesmo o mais rápido (mas, é claro, não o trem de Einstein), colocasse na cabeça introduzir uma correção de tempo para o princípio da relatividade, ele seria ridicularizado. Por um dia, tal alteração seria expressa em dez bilionésimos de segundo. A agitação do trem e o funcionamento impreciso do melhor mecanismo de relojoaria têm um efeito incomparavelmente mais forte nas leituras do relógio.

Um engenheiro que entrasse nos cálculos do aumento da massa de água quando ela é aquecida poderia ser chamado de louco. Por outro lado, um físico que estuda a colisão de núcleos atômicos, mas não leva em conta as possíveis mudanças de massa, deveria ser expulso do laboratório por ignorância.

Designers sempre projetarão máquinas usando as leis da física clássica: emendas ao princípio da relatividade terão menos efeito nas máquinas do que um micróbio que pousou em um volante. Mas um físico observando elétrons rápidos deve levar em conta a mudança em sua massa dependendo da velocidade.

Assim, as leis da natureza, descobertas antes do surgimento do princípio da relatividade, não são canceladas; A teoria da relatividade não refuta, mas apenas aprofunda e refina o conhecimento obtido pela velha ciência. Ele define os limites dentro dos quais esse conhecimento pode ser usado sem cometer erros.

Em conclusão, deve-se dizer que a teoria da relatividade não se limita às questões que consideramos neste artigo. Continuando o desenvolvimento de seus ensinamentos, Einstein mais tarde deu completamente nova foto um fenômeno tão importante como a gravitação universal. A este respeito, a doutrina da relatividade foi dividida em duas partes. O primeiro deles, que não diz respeito à gravitação, foi chamado de "princípio da relatividade" "privado" ou "especial"; a segunda parte, que trata das questões da gravitação, é o "princípio geral da relatividade". Assim, nos deparamos apenas com um princípio particular (consideração princípio geral não estava dentro do escopo deste artigo).

Resta apenas observar que, com um estudo suficientemente profundo da física, todos os labirintos da complexa construção da teoria da relatividade ficam completamente claros. Mas entrar neles, como sabemos, não foi nada fácil. Isso exigia um palpite brilhante: era necessário tirar as conclusões corretas do experimento de Mikaelson - descobrir a relatividade do tempo com todas as consequências decorrentes.

Assim, a humanidade, em seu eterno desejo de conhecer o mundo mais amplo e profundo, conquistou uma de suas maiores vitórias.

Deve isso ao gênio de Albert Einstein.

Grande segredo aberto

Alexander Grishaev, trecho do artigo " Spillikins e mechas de gravitação universal»

“Os britânicos não limpam suas armas com tijolos: mesmo que não limpem as nossas, caso contrário, Deus me livre, não servem para atirar ...” - N. Leskov.

8 espelhos parabólicos do complexo de antena receptora e transmissora ADU-1000 - parte do complexo receptor Pluton do Center for Deep Space Communications ...

Nos primeiros anos da formação da pesquisa do espaço profundo, foi tristemente perdido linha inteira Estações interplanetárias soviéticas e americanas. Mesmo que o lançamento tenha ocorrido sem falhas, como dizem os especialistas, “no modo normal”, todos os sistemas funcionaram normalmente, todas as correções orbitais pré-planejadas ocorreram normalmente, a comunicação com os veículos foi interrompida repentinamente.

Chegou ao ponto que, na próxima “janela” favorável ao lançamento, os mesmos aparelhos com o mesmo programa foram lançados em lotes, um após o outro em busca - na esperança de que pelo menos um pudesse ser levado a uma vitória fim. Mas onde está! Houve uma certa Razão que cortou a comunicação na aproximação dos planetas, que não deu concessões.

Claro, eles ficaram quietos sobre isso. O público insensato foi informado de que a estação passava a uma distância de, digamos, 120 mil quilômetros do planeta. O tom dessas mensagens era tão alegre que involuntariamente se pensava: “Os caras estão atirando! Cento e vinte mil não é ruim. Poderia afinal e em trezentos mil passar! Você dá lançamentos novos e mais precisos! Ninguém fazia ideia da intensidade do drama - que eruditos de alguma coisa ali não entendi.

No final, decidimos tentar isso. O sinal pelo qual a comunicação é realizada, que você saiba, há muito é representado na forma de ondas - ondas de rádio. A maneira mais fácil de imaginar o que são essas ondas pode ser o "efeito dominó". O sinal de comunicação se propaga no espaço como uma onda de dominós caindo.

A velocidade de propagação da onda depende da velocidade de queda de cada um dos nós dos dedos, e como todos os nós dos dedos são iguais e caem ao mesmo tempo, a velocidade da onda é um valor constante. A distância entre os ossos da física é chamada "Comprimento de onda".

Um exemplo de onda é o "efeito dominó"

Agora vamos supor que temos um corpo celeste (vamos chamá-lo de Vênus), marcado nesta figura com um rabisco vermelho. Digamos que, se empurrarmos a junta inicial, cada junta subsequente cairá sobre a próxima em um segundo. Se exatamente 100 ladrilhos couberem de nós a Vênus, a onda o alcançará depois que todos os 100 ladrilhos caírem sucessivamente, gastando um segundo cada. No total, nossa onda chegará a Vênus em 100 segundos.

Este é o caso se Vênus estiver parado. E se Vênus não ficar parado? Digamos, enquanto 100 nós dos dedos estão caindo, nossa Vênus tem tempo de "rastejar" a uma distância igual à distância entre vários nós dos dedos (vários comprimentos de onda), o que acontecerá então?

Os acadêmicos decidiram e se a onda ultrapassar Vênus de acordo com a própria lei que os alunos usam notas mais baixas em quebra-cabeças como: “Do ponto A um trem parte em uma velocidade A km/h, e do ponto B ao mesmo tempo, um pedestre sai com uma velocidade b no mesmo sentido, quanto tempo levará para o trem ultrapassar o pedestre?

Foi quando os acadêmicos perceberam que era necessário resolver um problema tão simples para os alunos mais jovens, então as coisas correram bem. Se não fosse por essa engenhosidade, não veríamos as realizações notáveis ​​da astronáutica interplanetária.

E o que há de tão astuto aqui, não sei, inexperiente nas ciências, vai levantar as mãos?! E pelo contrário, Znayka, experiente nas ciências, vai gritar: guarda, segura o malandro, isso é pseudociência! De acordo com a ciência real e correta, corretamente, essa tarefa deve ser resolvida de uma forma completamente diferente! Afinal, não estamos lidando com algum tipo de vaporizador fox-pedista de baixa velocidade, mas com um sinal correndo atrás de Vênus na velocidade da luz, que, não importa o quão rápido você ou Vênus corram, ainda o alcança na velocidade da luz! Além disso, se você correr em direção a ele, não o encontrará antes!

Princípios da Relatividade

- É como, - exclamará Dunno, - acontece que se do parágrafo B eu, que estou em uma nave estelar no ponto A avisá-los que uma epidemia perigosa começou a bordo, para a qual eu tenho um remédio, é inútil me virar para encontrá-los, porque não nos encontraremos antes de qualquer maneira, se a nave enviada para mim estiver se movendo na velocidade da luz? E é isso que significa - posso, com a consciência tranquila, continuar minha jornada até o ponto C entregar um monte de fraldas para macacos que vão nascer exatamente no mês que vem?

- Isso mesmo, - Znayka vai te responder, - se você estivesse de bicicleta, precisaria ir como mostra a seta pontilhada - em direção ao carro que te deixou. Mas, se um veículo na velocidade da luz estiver se movendo em sua direção, não importa se você se moverá em direção a ele ou se afastará dele, ou permanecerá no lugar - o horário da reunião não pode ser alterado.

- Como assim, - Não sei vai voltar ao nosso dominó, - os nós dos dedos vão começar a cair mais rápido? Não vai ajudar - será apenas um quebra-cabeça sobre Aquiles alcançando uma tartaruga, não importa o quão rápido Aquiles corra, ainda levará algum tempo para percorrer a distância adicional percorrida pela tartaruga.

Não, tudo é mais legal aqui - se um feixe de luz alcança você, então você, movendo-se, estica o espaço. Coloque os mesmos dominós em um curativo de borracha e puxe-o - a cruz vermelha se moverá, mas os nós dos dedos também se moverão, a distância entre os nós dos dedos aumenta, ou seja, o comprimento de onda aumenta e, portanto, entre você e o ponto inicial da onda, sempre haverá o mesmo número de ossos. Como!

Fui eu quem delineou popularmente os fundamentos da teoria de Einstein Teorias da Relatividade, a única correta, Teoria científica, que deveria ter sido usado para calcular a passagem de um sinal subluminal, inclusive ao calcular modos de comunicação com sondas interplanetárias.

Vamos focar em um ponto: nas teorias relativísticas (e são duas delas: CEM– a teoria da relatividade especial e relatividade geral- a teoria geral da relatividade) a velocidade da luz é absoluta e não pode ser excedida de forma alguma. E um termo útil, que se refere ao efeito de aumentar a distância entre os nós dos dedos, isso é chamado de " efeito Doppler» - o efeito de aumentar o comprimento de onda, se a onda seguir o objeto em movimento, e o efeito de reduzir o comprimento de onda, se o objeto estiver se movendo em direção à onda.

Assim, os acadêmicos consideraram de acordo com a única teoria correta, restando apenas as sondas "para o leite". Enquanto isso, na década de 60 do século XX, vários países produziram radar de Vênus. Com o radar de Vênus, pode-se verificar este postulado da adição relativística de velocidades.

americano B. J. Wallace em 1969, no artigo “Teste de radar da velocidade relativa da luz no espaço”, ele analisou oito observações de radar de Vênus publicadas em 1961. A análise o convenceu de que a velocidade do feixe de rádio ( contrário à teoria da relatividade) é adicionado algebricamente à velocidade de rotação da Terra. Posteriormente, ele teve problemas com a publicação de materiais sobre o assunto.

Listamos os artigos dedicados aos experimentos mencionados:

1. V.A. Kotelnikov et al. "A instalação de radar usada no radar de Vênus em 1961" Radio Engineering and Electronics, 7, 11 (1962) 1851.

2. V.A. Kotelnikov et al. "Os resultados do radar de Vênus em 1961" Ibid., p.1860.

3. V.A. Morozov, Z.G. Trunova "Analisador de sinal fraco usado no radar de Vênus em 1961" Ibid., p.1880.

conclusões, que foram formulados no terceiro artigo, são compreensíveis até para Dunno, que entendeu a teoria dos dominós em queda, que é enunciada aqui no início.

No último artigo, na parte em que descreviam as condições para detectar um sinal refletido de Vênus, havia a seguinte frase: “ O componente de banda estreita é entendido como o componente do sinal de eco correspondente à reflexão de um refletor de ponto fixo ...»

Aqui, o "componente de banda estreita" é o componente detectado do sinal retornado de Vênus, e é detectado se Vênus for considerado ... imóvel! Aqueles. caras não escreveram diretamente isso O efeito Doppler não é detectado, eles escreveram que o sinal é reconhecido pelo receptor apenas se o movimento de Vênus na mesma direção do sinal não for levado em consideração, ou seja, quando o efeito Doppler é zero de acordo com qualquer teoria, mas como Vênus estava se movendo, portanto, o efeito do alongamento da onda não ocorreu, o que foi prescrito pela teoria da relatividade.

Para grande tristeza da teoria da relatividade, Vênus não expandiu o espaço e havia muito mais “dominós” quando o sinal chegou a Vênus do que durante seu lançamento da Terra. Vênus, como a tartaruga de Aquiles, conseguiu rastejar para longe dos degraus das ondas, alcançando-a na velocidade da luz.

Obviamente, os pesquisadores americanos fizeram o mesmo, como evidenciado pelo caso acima mencionado com Wallace, que não teve permissão para publicar um artigo sobre a interpretação dos resultados obtidos durante a varredura de Vênus. Assim, as comissões para combater a pseudociência funcionaram adequadamente não apenas na totalitária União Soviética.

Aliás, o alongamento das ondas, como descobrimos, segundo a teoria, deveria indicar a retirada de um objeto espacial do observador, e é chamado redshift, e esse desvio para o vermelho, descoberto por Hubble em 1929, fundamenta a teoria cosmogônica do Big Bang.

Localização de Vênus mostrou ausência Esse mesmo viés, e desde então, desde os resultados bem-sucedidos da localização de Vênus, essa teoria - a teoria do Big Bang - como as hipóteses de "buracos negros" e outras bobagens relativísticas, passam para a categoria de ficção científica. Ficção para a qual eles dão prémios Nobel não na literatura, mas na física!!! Maravilhosas são as tuas obras, Senhor!

PS No 100º aniversário do SRT e no 90º aniversário da relatividade geral que coincidiu com ele, descobriu-se que nem uma nem outra teoria foram confirmadas experimentalmente! Por ocasião do aniversário, o projeto "Sonda de Gravidade B (GP-B) ” no valor de US $ 760 milhões, o que deveria dar pelo menos uma confirmação dessas teorias ridículas, mas tudo acabou em grande constrangimento. O próximo artigo é sobre isso...

OTO de Einstein: "Mas o rei está nu!"

“Em junho de 2004, a Assembléia Geral da ONU decidiu proclamar 2005 o Ano Internacional da Física. A Assembleia convidou a UNESCO (Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura) a organizar atividades para a celebração do Ano em cooperação com sociedades físicas e outros grupos de interesse em todo o mundo...”- Mensagem do "Boletim das Nações Unidas"

Ainda faria! – O próximo ano marca o 100º aniversário da Teoria Especial da Relatividade ( CEM), 90 anos da Teoria da Relatividade Geral ( relatividade geral) - cem anos de triunfo ininterrupto da nova física, que derrubou do pedestal a arcaica física newtoniana, assim pensavam os funcionários da ONU, antecipando as comemorações e celebrações do próximo ano maior gênio de todos os tempos e povos, bem como seus seguidores.

Mas os seguidores sabiam melhor do que outros que as teorias “brilhantes” não se manifestavam de forma alguma há quase cem anos: nenhuma previsão de novos fenômenos foi feita com base nelas e nenhuma explicação foi feita que já foi descoberta, mas não explicada por física newtoniana clássica. Absolutamente nada, NADA!

GR não teve uma única confirmação experimental!

Sabia-se apenas que a teoria era brilhante, mas ninguém sabia para que servia. Bem, sim, ela alimentava regularmente promessas e cafés da manhã, para os quais uma massa não medida era liberada e, como resultado - romances de ficção científica sobre buracos negros, pelos quais eles davam prêmios Nobel não em literatura, mas em física, colisores foram construídos, um após o outro, um mais do que o outro, foram criados por todo o mundo interferómetros gravitacionais, nos quais, parafraseando Confúcio, na “matéria escura” procuravam gato preto, que, aliás, não estava lá, e ninguém viu a própria “matéria negra”.

Assim, em abril de 2004, foi lançado um projeto ambicioso, que foi cuidadosamente preparado por cerca de quarenta anos e para a etapa final da qual foram liberados US $ 760 milhões - "Sonda de Gravidade B (GP-B)". Teste de gravidade B deveria girar em giroscópios de precisão (em outras palavras - topos), nem mais, nem menos, o espaço-tempo de Einstein, no valor de 6,6 segundos de arco, aproximadamente, para um ano de vôo - bem a tempo do grande aniversário.

Imediatamente após o lançamento, eles aguardavam relatórios vitoriosos, no espírito do "Ajudante de Sua Excelência" - a "carta" seguia o enésimo quilômetro: "O primeiro segundo de arco do espaço-tempo foi enrolado com sucesso." Mas os relatórios vitoriosos, para os quais os crentes nos mais grandiosos golpe do século 20, de alguma forma, tudo não deveria ter sido.

E sem relatórios vitoriosos, que diabos é um aniversário - multidões de inimigos dos ensinamentos mais progressistas com canetas e calculadoras prontas para cuspir nos grandes ensinamentos de Einstein. Então eles caíram "ano internacional da física" no freio - ele passou silenciosamente e imperceptivelmente.

Não houve relatos vitoriosos mesmo logo após a conclusão da missão, em agosto do ano do aniversário: havia apenas uma mensagem de que tudo estava no caminho certo, a engenhosa teoria foi confirmada, mas vamos processar um pouco os resultados, exatamente em um ano haverá uma resposta exata. Não houve resposta depois de um ou dois anos. No final, eles prometeram finalizar os resultados até março de 2010.

E onde está o resultado? Pesquisando na Internet, encontrei esta nota curiosa, no LiveJournal de um blogueiro:

Sonda de Gravidade B (GP-B) - depoisvestígios$ 760 milhões. $

Então - a física moderna não tem dúvidas sobre a relatividade geral, ao que parece, por que então precisamos de um experimento no valor de 760 milhões de dólares destinado a confirmar os efeitos da relatividade geral?

Afinal, isso é um absurdo - é o mesmo que gastar quase um bilhão, por exemplo, para confirmar a lei de Arquimedes. No entanto, a julgar pelos resultados do experimento, esse dinheiro não foi direcionado para o experimento, dinheiro foi usado para relações públicas.

O experimento foi feito com um satélite lançado em 20 de abril de 2004, equipado com equipamentos para medir o efeito Lense-Thirring (como consequência direta da relatividade geral). Satélite Sonda de Gravidade B carregou a bordo os giroscópios mais precisos do mundo até aquele dia. O esquema do experimento está bem descrito na Wikipédia.

Já durante o período de coleta de dados, começaram a surgir dúvidas sobre o desenho experimental e a precisão do equipamento. Afinal, apesar do enorme orçamento, o equipamento projetado para medir efeitos ultrafinos nunca foi testado no espaço. Durante a coleta de dados, foram reveladas vibrações devido à ebulição do hélio no Dewar, houve paradas imprevistas dos giroscópios, seguidas de spin-up devido a falhas na eletrônica sob a influência de partículas cósmicas energéticas; houve falhas de computador e perda de matrizes de "dados científicos", e o efeito "polhode" acabou sendo o problema mais significativo.

Conceito "polho" As raízes remontam ao século 18, quando o notável matemático e astrônomo Leonhard Euler obteve um sistema de equações para o movimento livre de corpos rígidos. Em particular, Euler e seus contemporâneos (D'Alembert, Lagrange) investigaram flutuações (muito pequenas) nas medições da latitude da Terra, que ocorreram, aparentemente, devido às oscilações da Terra em torno do eixo de rotação (eixo polar) ...

Giroscópios GP-B listados pelo Guinness como os objetos mais esféricos já feitos por mãos humanas. A esfera é feita de vidro de quartzo e revestida com uma fina película de nióbio supercondutor. As superfícies de quartzo são polidas ao nível atômico.

Após a discussão da precessão axial, você está certo em fazer uma pergunta direta: por que os giroscópios GP-B, listados no livro Guinness como os objetos mais esféricos, também exibem precessão axial? De fato, em um corpo perfeitamente esférico e homogêneo, no qual todos os três eixos principais de inércia são idênticos, o período do polhode em torno de qualquer um desses eixos seria infinitamente grande e, para todos os efeitos práticos, não existiria.

No entanto, os rotores GP-B não são esferas "perfeitas". A esfericidade e a homogeneidade do substrato de quartzo fundido permitem equilibrar os momentos de inércia relativos aos eixos até uma milionésima parte - isso já é suficiente para levar em consideração o período polholde do rotor e fixar a trilha ao longo da qual a extremidade do eixo do rotor se moverá.

Tudo isso era esperado. Antes do lançamento do satélite, foi simulado o comportamento dos rotores GP-B. No entanto, o consenso predominante era que, uma vez que os rotores eram quase perfeitos e quase uniformes, eles dariam uma faixa de pollhode de amplitude muito pequena e um período tão grande que a rotação do eixo do polhode não mudaria significativamente ao longo do experimento.

No entanto, ao contrário das previsões favoráveis, os rotores GP-B na vida real possibilitaram ver uma precessão axial significativa. Dada a geometria quase perfeitamente esférica e a composição uniforme dos rotores, existem duas possibilidades:

– decomposição interna de energia;

– Influência externa com frequência constante.

Acontece que a combinação deles funciona. Embora o rotor seja simétrico, mas, como a Terra descrita acima, o giroscópio ainda é elástico e se projeta no equador em cerca de 10 nm. Como o eixo de rotação se desvia, a protuberância da superfície do corpo também se desvia. Devido a pequenos defeitos na estrutura do rotor e defeitos de limite locais entre o material de base do rotor e seu revestimento de nióbio, a energia rotacional pode ser dissipada internamente. Isso faz com que a trilha de deriva mude sem alterar o momento angular total (como acontece ao girar um ovo cru).

Se os efeitos previstos pela relatividade geral realmente se manifestam, então para cada ano de descoberta Sonda de Gravidade B em órbita, os eixos de rotação de seus giroscópios devem desviar 6,6 segundos de arco e 42 milissegundos de arco, respectivamente

Dois dos giroscópios em 11 meses devido a este efeito girou algumas dezenas de graus, porque não foram torcidos ao longo do eixo de inércia mínima.

Como resultado, os giroscópios projetados para medir milissegundos arco angular, foram expostos a efeitos não planejados e erros de várias dezenas de graus! Na verdade foi falha na missão, no entanto, os resultados foram simplesmente abafados. Se foi originalmente planejado anunciar os resultados finais da missão no final de 2007, eles adiaram para setembro de 2008 e depois para março de 2010.

Como Francis Everitt relatou alegremente: “Devido à interação de cargas elétricas “congeladas” em giroscópios e nas paredes de suas câmaras (o efeito patch), e anteriormente não contabilizados os efeitos das leituras de leitura, que ainda não foram completamente excluídos dos dados obtidos, a precisão da medição nesta etapa é limitada a 0,1 segundo de arco, o que permite confirmar com uma precisão melhor que 1% o efeito de precessão geodésica (6,606 segundos de arco por ano), mas até agora não permite isolar e verificar o fenômeno de arrastamento de um referencial inercial (0,039 segundos de arco por ano). Trabalho intensivo está em andamento para calcular e extrair interferência de medição ... "

Ou seja, conforme comentado nesta declaração ZZCW : “dezenas de graus são subtraídas de dezenas de graus e milissegundos angulares permanecem, com precisão de um por cento (e então a precisão declarada será ainda maior, porque seria necessário confirmar o efeito Lense-Thirring para o comunismo completo) correspondente efeito chave OTO…”

Não é de admirar que NASA recusou dar mais milhões de dólares em subsídios a Stanford para um programa de "análise avançada de dados" de 18 meses, programado para o período de outubro de 2008 a março de 2010.

Cientistas que desejam obter CRU(dados brutos) para confirmação independente, ficamos surpresos ao descobrir que, em vez de CRU e fontes NSSDC eles recebem apenas "dados do segundo nível". “Segundo nível” significa que “os dados foram ligeiramente processados…”

Como resultado, os Stanfordites, privados de financiamento, publicaram o relatório final em 5 de fevereiro, que diz:

Depois de subtrair as correções para o efeito geodésico solar (+7 marc-s/ano) e o movimento próprio da estrela guia (+28 ± 1 marc-s/ano), o resultado é −6,673 ± 97 marc-s/ano, para ser comparado com os −6.606 marcos/ano previstos pela Relatividade Geral

Esta é a opinião de um blogueiro que desconheço, cuja opinião vamos considerar a voz do menino que gritou: “ E o rei está nu!»

E agora vamos citar as declarações de especialistas altamente competentes, cujas qualificações são difíceis de contestar.

Nikolay Levashov "A teoria da relatividade é um falso fundamento da física"

Nikolai Levashov "A teoria de Einstein, astrofísicos, experimentos abafados"

Mais detalhado E várias informações sobre os eventos que ocorrem na Rússia, Ucrânia e outros países do nosso belo planeta, você pode entrar conferências na internet, realizada constantemente no site "Chaves do Conhecimento". Todas as Conferências são abertas e totalmente livre. Convidamos todos os acordados e interessados...

Quem diria que um pequeno carteiro mudariafundamentos da ciência de seu tempo? Mas isso aconteceu! A teoria da relatividade de Einstein nos obrigou a reconsiderar a visão usual da estrutura do Universo e abriu novas áreas do conhecimento científico.

Maioria descobertas científicas feito por experimento: os cientistas repetiram seus experimentos muitas vezes para ter certeza de seus resultados. O trabalho geralmente era realizado em universidades ou laboratórios de pesquisa de grandes empresas.

Albert Einstein mudou completamente imagem científica o mundo sem realizar um único experimento prático. Suas únicas ferramentas eram papel e caneta, e ele fazia todos os experimentos de cabeça.

luz em movimento

(1879-1955) baseou todas as suas conclusões nos resultados de uma "experiência mental". Esses experimentos só poderiam ser feitos na imaginação.

As velocidades de todos os corpos em movimento são relativas. Isso significa que todos os objetos se movem ou permanecem estacionários apenas em relação a algum outro objeto. Por exemplo, um homem, imóvel em relação à Terra, gira ao mesmo tempo com a Terra ao redor do Sol. Ou suponha que uma pessoa esteja caminhando no vagão de um trem em movimento na direção do movimento a uma velocidade de 3 km / h. O trem está se movendo a uma velocidade de 60 km/h. Em relação a um observador estacionário no solo, a velocidade de uma pessoa será de 63 km / h - a velocidade de uma pessoa mais a velocidade de um trem. Se ele fosse contra o movimento, sua velocidade em relação a um observador parado seria igual a 57 km / h.

Einstein argumentou que a velocidade da luz não pode ser discutida dessa maneira. A velocidade da luz é sempre constante, independentemente de a fonte de luz estar se aproximando de você, se afastando de você ou parada.

Quanto mais rápido menos

Desde o início, Einstein fez algumas suposições surpreendentes. Ele argumentou que se a velocidade de um objeto se aproxima da velocidade da luz, suas dimensões diminuem, enquanto sua massa, ao contrário, aumenta. Nenhum corpo pode ser acelerado a uma velocidade igual ou maior que a velocidade da luz.

Sua outra conclusão foi ainda mais surpreendente e parecia contrária ao bom senso. Imagine que de dois gêmeos, um permaneceu na Terra, enquanto o outro viajou pelo espaço a uma velocidade próxima à velocidade da luz. 70 anos se passaram desde o lançamento na Terra. Segundo a teoria de Einstein, o tempo passa mais devagar a bordo do navio, e lá se passaram apenas dez anos, por exemplo. Acontece que um dos gêmeos que permaneceram na Terra ficou sessenta anos mais velho que o segundo. Este efeito é chamado de " paradoxo gêmeo". Parece incrível, mas experimentos de laboratório confirmaram que a dilatação do tempo em velocidades próximas à velocidade da luz realmente existe.

Conclusão impiedosa

A teoria de Einstein também inclui a famosa fórmula E=mc 2, onde E é a energia, m é a massa e c é a velocidade da luz. Einstein afirmou que a massa pode ser convertida em energia pura. Como resultado da aplicação desta descoberta a vida prática surgiu a energia atômica e a bomba nuclear.

Einstein era um teórico. Os experimentos que deveriam provar a correção de sua teoria, ele deixou para outros. Muitos desses experimentos não puderam ser realizados até que instrumentos de medição suficientemente precisos estivessem disponíveis.

fatos e eventos

• Foi realizado o seguinte experimento: um avião, no qual foi acertado um relógio muito preciso, decolou e, tendo voado ao redor da Terra em alta velocidade, afundou no mesmo ponto. O relógio a bordo da aeronave estava uma pequena fração de segundo atrasado em relação ao relógio que restava na Terra.
• Se uma bola cair em um elevador caindo com aceleração de queda livre, a bola não cairá, mas, por assim dizer, ficará suspensa no ar. Isso ocorre porque a bola e o elevador estão caindo com a mesma velocidade.
• Einstein provou que a gravidade afeta as propriedades geométricas do espaço-tempo, que por sua vez afeta o movimento dos corpos nesse espaço. Assim, dois corpos que começaram a se mover paralelamente um ao outro acabarão se encontrando em um ponto.

Curvando tempo e espaço

Dez anos depois, em 1915-1916, Einstein desenvolveu uma nova teoria da gravidade, que ele chamou de relatividade geral. Ele argumentou que a aceleração (mudança na velocidade) age sobre os corpos da mesma forma que a força da gravidade. O astronauta não pode determinar por suas próprias sensações se está sendo atraído por um grande planeta ou se o foguete começou a desacelerar.

Se a espaçonave acelerar a uma velocidade próxima à velocidade da luz, o relógio diminuirá. Quanto mais rápido o navio se move, mais lento o relógio funciona.

Suas diferenças em relação à teoria newtoniana da gravitação se manifestam no estudo de objetos espaciais com grande massa, como planetas ou estrelas. Experimentos confirmaram a curvatura dos raios de luz que passam perto de corpos com grande massa. Em princípio, é possível um campo gravitacional tão forte que a luz não possa ultrapassá-lo. Este fenômeno é chamado de " buraco negro". "Buracos negros" parecem ter sido encontrados em alguns sistemas estelares.

Newton argumentou que as órbitas dos planetas ao redor do Sol são fixas. A teoria de Einstein prevê uma lenta rotação adicional das órbitas dos planetas associada à presença do campo gravitacional do Sol. A previsão foi confirmada experimentalmente. Foi realmente uma descoberta marcante. A lei da gravitação universal de Sir Isaac Newton foi alterada.

Começo da corrida armamentista

O trabalho de Einstein deu a chave para muitos dos mistérios da natureza. Eles influenciaram o desenvolvimento de muitos ramos da física, desde a física de partículas elementares até a astronomia - a ciência da estrutura do universo.

Einstein em sua vida estava envolvido não apenas na teoria. Em 1914 tornou-se diretor do Instituto de Física de Berlim. Em 1933, quando os nazistas chegaram ao poder na Alemanha, ele, como judeu, teve que deixar este país. Ele se mudou para os EUA.

Em 1939, apesar de se opor à guerra, Einstein escreveu uma carta ao presidente Roosevelt alertando-o de que era possível fabricar uma bomba com tremendo poder destrutivo e que a Alemanha nazista já havia começado a desenvolver tal bomba. O Presidente deu a ordem de início dos trabalhos. Isso marcou o início de uma corrida armamentista.

A teoria geral da relatividade, junto com a teoria especial da relatividade, é o brilhante trabalho de Albert Einstein, que no início do século 20 mudou a visão dos físicos sobre o mundo. Cem anos depois, a relatividade geral é a principal e mais importante teoria da física no mundo e, juntamente com a mecânica quântica, afirma ser um dos dois pilares da “teoria de tudo”. A teoria geral da relatividade descreve a gravidade como consequência da curvatura do espaço-tempo (combinado em um único todo na relatividade geral) sob a influência da massa. Graças à relatividade geral, os cientistas deduziram muitas constantes, testaram vários fenômenos inexplicáveis ​​e criaram coisas como buracos negros, matéria escura e energia escura, a expansão do universo, o Big Bang e muito mais. Além disso, o GTR vetou a velocidade da luz, literalmente nos aprisionando em nossa vizinhança (o sistema solar), mas deixou uma brecha na forma de buracos de minhoca - curto maneiras possíveis através do espaço-tempo.

Um funcionário da Universidade RUDN e seus colegas brasileiros questionaram o conceito de usar buracos de minhoca estáveis ​​como portais para vários pontos no espaço-tempo. Os resultados de suas pesquisas foram publicados na Physical Review D. - um clichê bastante banal em ficção científica. Um buraco de minhoca, ou "buraco de minhoca", é uma espécie de túnel que conecta pontos distantes no espaço, ou mesmo dois universos, curvando o espaço-tempo.