АЛБЕРТ АЙНЩАЙН - ТЕОРИЯТА ЗА ПРОМЕНЛИВОТО ВРЕМЕПРОСТРАНСТВО

December 28, 2021


През 1905г. Алберт Айнщайн представя своята "специална теория на относителността", с която променя представата ни за времето и пространството завинаги. Преди това събитие сме приемали пространството, както и времето, за непроменящи се величини - времето тече еднакво за всички и пространството изглежда еднакво за всички. Това, което открива Айнщайн, вземайки предвид по-ранните приноси на други учени, е че времето и пространството се променят спрямо скоростта с която се движим.

СКОРОСТ

Първото твърдение в Теорията на Относителността е, че "законите на физиката са еднакви във всички инерционни референтни системи". С други думи не съществува нищо, което можем да кажем, че е в движение, само по себе си нито, че е в статично положение, само по себе си. Всеки обект придобива своето движение, или своята статичност, спрямо обектите около него. Ако седим на пейка и пред нас минaва кола, от наша гледна точка ние сме статични, а колата се движи. От гледна точка на шофьора, той е статичен, а ние се движим. Невъзможно е да се определи кое е статично и кое е в движение - всяко нещо е в движение по отношение на едно, и в покой по отношение на друго. Нещото което прави това просто разбиране феноменално и тотално контраинтуитивно е откритието, че скоростта на светлината е винаги постоянна. Когато този факт се слее с теорията на относителността, се поражда "специалната теория на относителността". Скоростта на светлината се движи с приблизително 300 000 км/с. Ако отново седим на пейка и набюдаваме кола, която преминава пред нас със 100км/ч., тя ще се движи със 100 км/ч спрямо нас, няма нищо сложно в това. Ако обаче станем от пейката и започнем да тичаме с 10км/ч. в посока на движението на колата, тогава за нас тя ще изглежда да се движи с 90км/ч. Ако пък започнем да тичаме с 10км/ч. в обратната посока, тогава колата ще се движи със 110км/ч. спрямо нас. Тоест просто прибавяме или изваждаме скоростта на нашето движение спрямо скоростта на друг движещ се обект, за да получим скоростта, с която той се движи спрямо нас, или ние спрямо него. Този метод обаче не важи когато става дума за светлината. Когато казахме, че скоростта ѝ е постоянна, имаме предвид, че тя не се променя никога, независимо от обстоятелствата. Ако пред нас мине кола със скоростта на светлината, тя ще се движи с 300 000км/с. Ако започнем да тичаме с 10 км/ч. в нейната посока, тя отново ще се движи с 300 000 км/с. Ако тичаме в обратната посока с 10км/ч., скоростта на свелината отново ще се движи с 300 000 км/с. Тоест скоростта на светлината е еднаква за всички наблюдатели.


ВРЕМЕПРОСТРАНСТВО

Последствията от това разбиране се изразяват в сливането на времето и пространството в една величина наречена "времепространство", както и в нейната променлива природа. За да разберем как при скорости близки до тази на светлината времепростанството се променя нека вземем следния пример илюстриран с изображенията по-долу. Да си представим, че пред нас имаме конструкция от две неподвижни огледала гледащи вертикално едно срещу друго, както и светлинен лъч, който се отразява от едното в другото огледало и обратно.


За опростяване на примера нека си представим, че разстоянието между двете огледала е 300 000 км., така че скоростта на светлината ще достигне до едното огледало и ще се върне обратно до първото за 2 секунди, тъй като трябва да измине общо 600 000 км, а тя се движи с 300 000 км/с. До тук няма нищо сложно или контраинтуитивно. Нека сега си представим, че със същата тази конструкция се качваме на влак движещ се с някаква висока за текущите влакове скорост. За един статичен наблюдател, който вижда как минава влака пред него, светлината между двете огледала ще изглежда, че се придвижва диагонално, както е показано в изображението по-долу.


За този страничен наблюдател нашият лъч светлина ще изглежда сякаш очертава диагонална траектория на движение, а не вертикална, защото той вижда двете огледала движещи се заедно с влака. От момента, в който той вижда, че светлината тръгва от едното огледало, до момента, в който тя достига второто, самите огледала ще са се преместили напред и следователно светлината между тях няма да очертае напълно вертикална траектория. За него светлината между огледалата ще изминава по-голямо разстояние, отколкото за нас, които се намираме във влака и виждаме първия сценарии, в който светлината между огледалата се движи вертикално. Тук е моментът да напомним, че скоростта се определя от изминатото разстояние за определено време. Както и да напомим, че скоростта на светлината е еднаква за всички наблюдатели. За страничния наблюдател, дистанцията, която лъчът светлина изминава между двете огледала е по-голяма от дистанцията, която същият този лъч изминава от наша гледна точка във влака, но времето, за което го прави и в двата случая трябва да остане същото, за да може скоростта на светлината да остане същата и в двата случая. Но как може с една постоянна и непроменлива скорост, която е скоростта на светлината, да се измине по-голямото разстояние, от гледната точка на страничния наблюдател и по-малкото разстояние, от нашата гледна точка във влака, за същото количество време? Единственото обяснение е, че от гледна точка на страничния наблюдател, той вижда, че времето за нас във влака тече по-бавно. Това дава възможност на светлината да измине по-дългото разстояние, което той вижда за същото време, за което изминава и по-късото, което ние виждаме.

(Ако времето тече по-бавно за даден човек, той може да измине по-голямо разстояние с дадена скорост, от разстоянието, което друг, за който времето тече нормално, може да измине със същата скорост. В това няма нищо сложно за разбиране, ако веднъж приемем фактът, че скоростта на свелината е идентична за всички наблюдатели.)

А от нашата гледна точка във влака, пространството се свива, така че светлинния лъч между огледалата да измине по-малко разстояние и да запази скоростта си.

(Ако един човек иска да стигне от точка А до точка Б, чието разстояние е 100 км., за определено време, а друг човек иска да стигне от точка В до точка Б, чието разстояние е 150 км., за същото време, то вторият може да го направи, ако пространството между точки В и Б се свие, така че дистанцията да стане 100 км. за него.)

10 години по-късно, Айнщайн представя и своята "Обща теория на относителността", в която обяснява как пространството, в което се намират всички небесни тела, както и всеки един обект изобщо, е флуидно по природа. То може да бъде огъвано. Как огъването на пространството означава и огъване на времето. Теорията му разрешава много загадки, като сформирането на галактиките, слънчевите системи, черните дупки, предвиждането на бъдещето на вселената и др.

Автор: Васил Стоянов
Powered by Blogger.