Общественная теория относительности Эйнштейна: четверо этапа, предпринятых гением

    Революционный физик употреблял свое воображение, а уж и не сложноватую арифметику, дабы выдумать свое самое узнаваемое и стильное уравнение. Общественная теория относительности Эйнштейна знаменита тем самым, что предвещает странноватые, однако настоящие явления, вроде замедления старения космонавтов в космосе по сопоставлению с людьми на Планете земля и конфигурации форм жестких объектов на больших скоростях.

    Однако увлекательно то, что ежели вы возьмете копию уникальной статьи Эйнштейна о относительности 1905 года, ее будет достаточно легко разобрать. Текст элементарен и понятен, а уж уравнения в большей степени алгебраические — них сумеет разобрать хоть какой старшеклассник.

    Все поэтому, что непростая арифметика ни разу и не существовала коньком Эйнштейна. Он обожал мыслить образно, проводить опыты в собственном воображении и осмыслять них перед началом того времени, пока что физические идеи и принципы и не предстанут видны кристально безоблачно.

    Вот с чего же начались мысленные опыты Эйнштейна, когда ему же существовало всего 16 лет, и как только они в итоге привели его к самому революционному уравнению в современной физике.

    Содержание

    • 1 1895 год: бег рядом с лучом света
    • 2 1904 год: измерение света с передвигающегося поезда
    • 3 Май 1905 года: молния лупит в передвигающийся поезд
    • 4 Сентябрь 1905 года: толпа и энергия

    1895 год: бег рядом с лучом света

    К этому моменту жизни Эйнштейна его никудышно скрываемое презрение к германским корням, авторитарным алгоритмам обучения в Германии уже сыграло собственную участие, и его выгнали из посредственной школы, потому он переехал в Цюрих в надежде на поступление в Швейцарский федеральный технологический университет (ETH).

    Однако первым делом Эйнштейн решил провести год подготовки в школе в примыкающем городке Аарау. В этом месте он скоро нашел, что интересуется тем самым, каково это же — бежать рядом с лучом света.

    Эйнштейн уже познал в физическом классе, что этакое луч света: огромное количество колеблющихся электронных и магнитных полей, передвигающихся на скорости 300 000 км за секунду, измеренной скорости света. Ежели он бежал бы рядом с этакий же скоростью, понял Эйнштейн, он мог бы узреть огромное количество колеблющихся электронных и магнитных полей рядом с ним, как будто застывшие в пространстве.

    Однако это же существовало нереально. Во-первых, стационарные поля нарушали бы уравнения Максвелла, математические законы, в каких существовало заложено все, что физики знали о электричестве, магнетизме и свете. Эти законы были (и остаются) достаточно серьезными: любые волны в этих полях обязаны двигаться со скоростью света не умеют стоять на месте, без исключений.

    Ужаснее тамошнего, стационарные поля и не вязались с принципом относительности, который был знаменит физикам со времен Галилея и Ньютона в 17 веке. По большому счету, принцип относительности разговаривает, что законы физики и не умеют зависеть от тамошнего, как только резво вы движетесь: вы сможете измерить только скорость единого объекта относительно иного.

    Однако когда Эйнштейн применил этот принцип к собственному мысленному тесту, появилось противоречие: относительность диктовала, что все, что он мог узреть, двигаясь рядом с лучом света, включая стационарные поля, обязано быть кое-чем приземленным, что физики умеют сделать в лаборатории. Однако этакого никто ни разу и не следил.

    Эта неполадка будет тревожить Эйнштейна гораздо 10 лет, в протяжении всего его пути обучения и работы в ETH и движения к столице Швейцарии Берну, где он станет экзаменатором в швейцарском патентном бюро. Конкретно там он разрешит феномен раз и навечно.

    1904 год: измерение света с передвигающегося поезда

    Это же существовало тяжело. Эйнштейн пытался хоть какое решение, которое приходило ему же в голову, однако ничего и не ишачило. Практически отчаявшись, он начал раздумывать, однако примитивным, но конструктивным решением. Может быть, уравнения Максвелла ишачят для всего, поразмыслил он, однако скорость света все время существовала константной.

    То есть, когда вы видите пролетающий пучок света, и не имеет значения, будет ли его родник двигаться к для вас, от вас, в сторону либо гораздо куда-нибудь, не имеет значения, как резво движется его родник. Скорость света, которую вы измерите, все время будет 300 000 км за секунду. Кроме всего остального, это же означало, что Эйнштейн ни разу и не обнаружит стационарных колеблющихся полей, так как ни разу и не сумеет изловить луч света.

    Это же был один-единственный метод, который заметил Эйнштейн, дабы примирить уравнения Максвелла с принципом относительности. На первый взор, вобщем, это же решение имело свой роковой недочет. Потом он пояснил его иным мысленным тестом: представьте самому себе луч, который запускается вдоль жд насыпи, в то время как только поезд проходит мимо в фолиант же направлении со скоростью, скажем, 3000 км за секунду.

    Некто стоящий около насыпи обязан будет измерить скорость светового луча и получить обычное число в 300 000 км за секунду. Однако кто-то на поезде будет созидать свет, передвигающийся со скоростью 297 000 км за секунду. Ежели скорость света непостоянна, уравнение Максвелла снутри вагона обязано высмотреть по другому, заключил Эйнштейн, тогда и принцип относительности будет нарушен.

    Это же кажущееся противоречие принудило Эйнштейна призадуматься практически на год. Однако потом, в одно великолепное утро в мае 1905 года, он шел на работу со собственным самым близким другом Мишелем Бессо, инженером, коего он знал со студенческих лет в Цюрихе. Двое мужиков разговаривали об проблеме Эйнштейна, как только и все время. И вдруг Эйнштейн заметил решение. Он функционировал над ним всю ночь, и когда последующим днем они повстречались, Эйнштейн произнес Бессо: «Спасибо. Я целиком решил проблему».

    Май 1905 года: молния лупит в передвигающийся поезд

    Откровение Эйнштейна состояло в фолиант, что наблюдатели в относительном движении воспринимают время по-разному: полностью может быть, что два действия будут происходить сразу исходя из убеждений единого наблюдающего, однако в различное время исходя из убеждений иного. И оба наблюдающего будут правы.

    Позже Эйнштейн проиллюстрировал собственную точку зрения иным мысленным тестом. Представьте, что рядом с металлической дорогущий опять стоит ли наблюдающий и мимо него проносится поезд. Тогда, когда центральная точка поезда проходит мимо наблюдающего, в каждый финал поезда лупит молния. Так как молнии лупят на одном расстоянии от наблюдающего, них свет попадает в его очи сразу. Справедливо будет сообщить, что молнии лупят сразу.

    Меж тем самым ровно посередине поезда посиживает альтернативный наблюдающий. С его точки зрения свет от двух ударов молний проходит однообразное расстояние и скорость света будет схожей в любом направлении. Однако так как поезд движется, свет, приходящий от задней молнии, обязан пройти большее расстояние, потому попадает к наблюдающему несколькими мгновениями потом, чем свет из начала. Так как импульсы света приходят в различное время, можно заключить, что удары молнии и не одновременны — один происходит скорее.

    Эйнштейн осознал, что относительна как только раз эта одновременность. И как вы это же признаете, странноватые спецэффекты, кои мы ныне связываем с относительностью, разрешаются с помощью простейший алгебры.

    Эйнштейн лихорадочно записал свои мысли и выслал собственную работу для публикации. Заглавием предстало «Об электродинамике передвигающихся тел», и в нем отразилась попытка Эйнштейна увязать уравнения Максвелла с принципом относительности. Бессо существовала вынесена отдельная благодарность.

    Сентябрь 1905 года: толпа и энергия

    Эта первая работа, вобщем, и не предстала крайней. Эйнштейн был одержим относительностью перед началом лета 1905 года, а уж в сентябре выслал вторую статью для публикации, уже вдогонку, задним числом.

    Она существовала базирована гораздо на одном мысленном опыте. Представьте объект в состоянии покоя, рассказывал он. Сейчас представьте, что тамошний сразу излучает два схожих импульса света в обратных направлениях. Объект будет оставаться на месте, однако так как каждый импульс уносит определенное количество энергии, заключенная в объекте энергия будет уменьшаться.

    Сейчас, писал Эйнштейн, как только будет высмотреть этот процесс для передвигающегося наблюдающего? С его точки зрения, объект ординарно будет продолжать двигаться по прямой полосы, в то время как только два импульса будут улетать. Однако даже ежели скорость двух импульсов будет оставаться прежней — скоростью света — их энергии будут различными. Импульс, который движется вперед по направлению движения, будет иметь наиболее высоченную энергию, чем тамошний, что движется в оборотном направлении.

    Добавив малость алгебры, Эйнштейн проявил, что для тамошнего, дабы все это же существовало поочередным, объект обязан не совсем только терять энергию при отправке световых импульсов, да и толпу. Либо же толпа и энергия обязаны быть взаимозаменяемы. Эйнштейн записал уравнение, которое них связывает. И оно предстало самым известным уравнением в истории науки: E = mc2.