Самая счастливая мысль Эйнштейна

Великие, История, Космос, Физика

Наконец-то правильные вопросы про теорию относительности!

Ответ на комментарий:

«А есть разница — скорость передвижения космонавтом в звездолёте, в невесомости, или на планете?»

Самая счастливая мысль Энштейна.

Он сам ее так назвал.

Итак, к 1905-му году уже была закончена Специальная теория относительности. И в 1907-м году немецкий журнал (какая-то там) «Радиоактивность и электроника» попросил Эйнштейна написать статью. Задача была нетривиальной. Предлагалось подогнать старые теории, все которые существуют, под новые принципы относительности.

Ну, теорию электромагнитных полей не пришлось переделывать, потому что там итак все распространяется со скоростью света. Механику подтянули.

И вот осталась Теория гравитации Ньютона.

Согласно Ньютону, если Солнце исчезнет, то все планеты тут же разлетятся в разные стороны.
Ключевое слово — «тут же». Потому что, согласно Эйнштейну, ничто, никакое действие не может распространяться быстрее скорости света.

И… Уже доказано, что это не так. (Информация между связанными частицами распространяется мгновенно, читай или смотри «Вселенная локально нереальна — нобелевка по физике 2022).

Согласно Эйнштейну, как только Солнце исчезнет, например, Земля улетит с орбиты через 8 минут — ну это скорость распространения света от Солнца до Земли.

И вот, в общем-то, у Эйнштейна было много разных способов подогнать математические формулы в теории гравитации Ньютона. Как считали величайшим умы того времени — математик Пуанкаре и изобретатель, кстати (!), пространства-времени — это не Эйнштейн, это Минковский, —
они считали, что проблема была не в том, что невозможно было найти какую-то подходящую теорию, чтобы изменить эти формулы. Проблема, скорее, была в том, что этих подходов было слишком много! И получалось, что по разным формулам у Эйнштейна получался разный результат. Например, в скорости падения тел.

В самом простом случае, если на тело действует какая-то боковая сила:

 

Ну то есть, например: выстрелили вы ядром или просто уронили. Или: вы кидаете мячик или вы его с такой же высоты выпускаете просто из руки.

Согласно Ньютону и Галилею, они должны упасть одновременно. Кстати, это ужасно трудно представить. Я думала, что если ты его кидаешь, он все-таки должен позже упасть, но нет. Оказывается, действительно одновременно. Это так же трудно представить, как то, что в вакууме перо и гиря падают одновременно. Но это же уже доказанный факт. Ну, то есть это все, что мы наблюдаем в опытах.

И, в общем, различия в расчетах, когда он это все считал, были чрезвычайно малы. То есть, ни Галилей, ни Ньютон, учитывая уровень развития тогдашней науки и техники, не могли бы проверить, заметить такие вот мельчайшие изменения.

Поэтому все остальные физики такие: «Да, ладно тебе! Ну, наверное, так и есть. Да брось просто! Пойдет, короче».

Но Эйнштейн так не мог.

И вот тут я вам хочу, кстати, сказать, вы представляете, насколько он уважал Ньютона и Галилея?!? Вы мне тут пишите комментарии, мол: «После Эйнштейна Ньютона отвергли!»

Да, вы что!

Он там трясся вокруг этого Ньютона, чтобы всё у него совпало (его формулы, возвращаясь от больших космических тел к классической механике должны были в итоге давать те же результаты, что и формулы Ньютона).

То есть, какая это непререкаемая вера вообще в великие умы! Что вот, раз сказал Ньютон: «одновременно падают», значит, одновременно падают!

И вот он сидел, ковырялся с этими формулами Ньютона и тут ему и пришла самая счастливая мысль в его жизни.

Он вдруг понял, что тела, когда падают, не чувствуют своего веса.

Сейчас-то мы все знаем этот эффект, ведь космонавты на орбите находятся постоянно в состоянии свободного падения и одновременно испытывают невесомость, плавают там.

И дальше я приведу его самый известный мысленный эксперимент.

Представьте себе, что физик просыпается в ящике. Этот ящик летит где-то в свободном пространстве. Предположим, его тащит какая-то ракета. Он летит с постоянным ускорением, не скоростью, а ускорением. Но физик внутри ящика не знает об этом. Он же не видит ничего вокруг.

И предположим у физика в руках три мячика. Предположим, он выпускает их из рук, причем один из них он кидает относительно себя вперед.

Вокруг нет никаких гравитационных полей, то есть нет никаких планет, Солнца. Ничего нету. Если бы ящик покоился, просто болтался бы там, в космосе, в невесомости, то и физик, и эти мячики остались бы на месте, и, в принципе, так и происходит.

Он выпускает эти мячики, и они все остаются на месте в пространстве. Но ящик летит за ракетой, и это ящик сдвигается относительно этих мячиков.

И тогда именно дно ящика встречает эти мячики.

С точки зрения физика, произошло самое обыкновенное падение мячиков на пол, и, самое главное, обратите внимание, тот мячик, который двигался при этом горизонтально, «упал» (в кавычках) на пол одновременно со всеми остальными.

В таком случае это полностью соотносится с теорией гравитации Ньютона, и одновременно это означает, что любая равномерно ускоряющаяся система отсчета эквивалентна той, которая находится в гравитационном поле.

И финальный шаг в этом — это принцип эквивалентности.

То есть Эйнштейн сказал, что это не просто похоже на гравитацию, а что любая ускоряющаяся система создает гравитационное поле!

Так что ответ на ваш вопрос: если звездолет равномерно ускоряется всю дорогу, то для космонавта не будет никакой разницы — что на Земле стоять, что лететь в этом звездолете.

Напоминаю, что равномерное ускорение при равномерной скорости может быть достигнуто при движении по окружности.

И вот это вот мы и наблюдали в фильме «Интерстеллар» в самом конце, где они создали систему, которая постоянно вращается и всех прижимает центробежной силой к стенкам внутри этой трубы. И у всех у них там гравитация.