Научно-популярное: Современная теория относительности

[sda]

Говорят, что мало кто ее понимает. И правильно говорят.
Тут, для решения требуются определенные знания высшей математики,
чем многие явно не страдают.
Однако во многих науках можно понимать и чувствовать ее, хотя и не уметь ее описать формулами.
Например мы все можем объяснить, что такое земное тяготение,
хотя мало кто знаком формулой этого закона. И пришла мне мысль. А что если и теорию относительности
можно объяснить так же легко и просто, без формул,
ну или с самыми простейшими действиями: сложения вычитания, умножения и деления. Ну и конечно же логики.

Итак попробуем с самого начала.
1. Все движение относительно!
Действительно мы сидим сейчас неподвижно за компом, и мы можем сказать что мы неподвижны,
однако земля вращается со скоростью 1600 км/ч и на самом деле мы движемся со скоростью боевого истребителя.
Но и это не последняя истина. Земля вращается вокруг солнца летя со скоростью около 100 тыс. км/час.
Что раз в 5 больше чем скорость движения средней космической ракеты.
И мы уже, получается, совсем не стоим на месте. Ну и, наконец, солнечная система вращается
вокруг центра галактики с умопомрачительной скоростью. Вам пока еще все понятно? Тогда вот вам логическая проблема:

Физики конца 19-го века пришли к настоящему вару и форумному срачу об одном важном вопросе:
Существует ли "абсолютная неподвижность"? Такая вещь которая по настоящему неподвижна,
а все остальное движется около нее? Мнения разделились на "за" и "против". В чем же была их точка зрения?

Первая группа "Я за то, что существует абсолютная неподвижность" утверждала, что любое движение можно как то почувствовать,
например бегуна обдувает ветер, пловца обтекает вода. И также и все тела, если оно движется то их что то
наверняка должно "обдувать", будь это земля солнце или галактика.
И достаточно каким нибудь экспериментом поймать этот "ветер" и мы победим в этом споре! Т.к. тогда логически можно как то затормозится,
до состояния когда "ветер" перестанет обдувать и сказать "Я абсолютно неподвижен!"
Ну конечно же не совсем "ветер", ученые уже знали что в космосе абсолютная пустота, поэтому они хитро сформулировали так
"Если удасться хоть каким то физическим экспериментом определить что мы движемся или стоим, то мы победили" т.к. логически
тогда мы можем тормозить до тех пор, пока этот эксперимент не покажет что МЫ СТОИМ. А тогда мы сможем сказать "Я абсолютно неподвижен"

Вторая группа "Я за то что абсолютной неподвижности нет, все движется и если даже относительно меня что-то стоит, то относительно солнца,
центра галактики или еще какой нибудь звезды - это движется". Естественно эта группа утверждала, что никакого обдувающего "ветра" нет и быть не может.
Ну и логическим следствием из этого было то, что "Какой физический эксперимент не ставь, хоть ядерный, хоть электронный - никаким способом
никогда невозможно будет узнать - движемся мы или стоим на месте!"

Спор этот был неожиданно разрешен в 1887 году, кто в нем победил и каким образом я расскажу в следующем посте, а пока попробуйте не подглядывая ответ
сформулировать - какую группу вы поддерживаете и почему?

[Ostrich]

наверно, все таки нет абсолютной неподвижности сформулировать "почему" - не берусь все относительно чего-нить да движется

[Olich]

sda, вы издеваетесь? там ученые умы бились над решением задачи, а вы нам предлагаете ее разрешить.

[sda]

Я не предлагаю разрешить, лишь предлагаю сделать свое предположение.

[Olich]

Если присоединяться, то ко второй группе. Потому что их позиция мне по крайней мере понятна, в отличие от первой. С логикой не дружу.

[Alex de Vill]

предполагаю, что в любом случае можно найти такую точку отсчета, относительно которой есть движение. Думаю, абсолютной неподвижности нет. Почему - не знаю, интуиция)

[sda]

Такую точку найти легко и обе группы это не отрицали. Если мы будем двигаться относительно "абсолютно неподвижного тела", то это абсолютно неподвижное тело будет двигаться относительно нас.

Спор был в другом. Утверждалось, что если исследователя закрыть в черном ящике без окон без дверей, электро и магнитно непроницаемый и отправить в космос, то первая группа утверждала, что исследователь может поставить такой эксперимент, что установит, что он движется с какой то скоростью. Т.е. возможно построить такой спидометр который показывает вашу скорость относительно некого великого галактического центра. Вторая группа утверждала что такой спидометр невозможен. И исследователь может хоть об стену убиться - никогда ему не определить движется ли он или нет.

Добавлено через 26 минут
В те времена было модно заниматься вопросом: что такое свет?
Открыли и доказали, что свет это волна и что эта волна распространяется как звук в воздухе и как круги на воде. Только была некоторая проблема, что свет распространялся даже там где не было ни воздуха ни воды. Ну и ладно, решили оставить эту проблему потомкам, а пока решили, что пустота это такое же вещество как воздух и вода и свет это волновые колебания пустоты, которые распространяются в этой пустоте с огромной скоростью 300000 км/сек (скорость света в вакууме, которую тогда уже померили)

Понятно что если на нас летит кусок пустоты со скоростью 100000 км/сек, а внутри этой пустоты навстречу нам летит яркий луч света со скоростью 300000 км/сек, то свет летит на нас со скоростью (300000+100000) км/сек.
А если пустота улетает от нас со скоротью 100000 км/сек а внутри этого куска пустоты летит на нас летит луч света со скоростью 300000 км/сек, то свет должен лететь на нас со скоростью (300000-100000) км/сек.

Но ведь и земля летит в пустоте. А значит, пустота летит относительно земли. А значит если мы померяем скорость света испускаемую влево и обнаружим что она 400000 км/сек, а потом померяем скорость света испущенную вправо и обнаружим что она 200000 км /сек, то тут же поймем что земля летит в пустоте со скоростью 100000км/сек. Причем земля летит слева на право. В реальности конечно скорость земли относительно пустоты гораздо меньше. Предполагалось что земля летит со скоростью 30 км/сек. Поэтому ожидалось, что будут значения типа 300030 км/сек в одну сторону и 299970 км/сек в другую сторону. Т.е. разница всего 0,01% и чтобы почуствовать, надо очень точные приборы по измерению скорости света.

Тут то и предложили всю великую пустоту - это великий космос в котором летит свет и планеты со звездами считать этим абсолютно неподвижным телом. А у всех остальных тел легко померять скорость, достаточно померять скорость света в разные стороны и можно легко установить куда это тело летит и с какой скоростью. Первая группа считала себя победителем и начала собирать установку которая может очень точно померять скорость света в разные стороны и поймать эту разницу в 0,01%.

Добавлено через 46 минут
Вторая же группа пыталась отмазаться тем, что скорость света не зависит от скорости пустоты,и вообще движущаяся пустота это абсурд, а зависит скорость света от скорости фонарика который этот свет испускает. Т.е. если на нас летит фонарик со скоростью 100000 км/сек, и этот фонарик испускает на нас свет со скоростью 300000 км/сек, то этот свет будет лететь на нас со скоростью 400000 км/сек. и с какой скоростью движется пустота между мной и фонариком, свету пофиг. Поэтому если фонарик будет стоять на земле, то что в одну что в другую стороны свет будет испускаться с одинаковой скоростью света. И на этом вторая группа стала тоже ждать когда построят очень точную установку по измерению скорости света в разные стороны

[Castor]

В итоге все обломались, потому как свет во все стороны стал распространяться с одинаковой скоростью.

[sda]

Для того чтобы понять, что происходило дальше, представим себе следующую ситуацию. Играем мы в боулинг на очень преочень длинной бесконечной дорожке. Вы запускаете шар который катится со скоростью 5 км/час. И этот шар катится и катится по этой бесконечно дорожке. Я спокойно перекуриваю и через минуту после запуска первого шара я запускаю за ним второй шар, но со скоростью 5,001 км/час, т.е. чуточку быстрее. Т.к. этот шар катится быстрее то он все постепенно догоняет и догоняет первый шар и в конце концов настигает его. Да, это произойдет очень не скоро. Можете не считать, я скажу вам ответ. Если я курил 1 минуту, то мой шар догонит ваш шар через 84 часа. Потребуется очень длинная дорожка для боулинга, и очень гладкая. А потом мой шар перегонит ваш шар и будет впереди.
К чему я все это рассказываю? Все это я рассказывал к тому, что сколько бы я не курил, мне достаточно запустить мой шар хотя бы чуточку быстрее вашего, чтобы быть уверенным что он догонит и перегонит ваш шар.

А теперь представим что эти шары это лучики света. И допустим мы находимся ну в уж очень глубоком космосе, ну просто неприлично далеко от земли. Вы запускаете своим фонариком лучик света со скоростью 299970 км/сек в сторону планеты земля, а я курю 2 дня, после чего запускаю в догонку из своего фонарика лучик света со скоростью 300030 км/сек в сторону планеты земля. Так же как мы уже и рассудили, мой лучик рано или поздно обгонит ваш лучик и полетит впереди. А значит, т.к. мы находимся в неприличном далеком космосе, то мой лучик прилетит на землю раньше чем ваш. И астрономы земли, ловя эти лучики в свои огромные чувствительные телескопы увидят интересную картину. Будто вначале зажег фонарик я, и только потом вы, т.к. свет от вашего фонарика пришел позже. Чувствуете? Астрономы увидят вначале событие из будущего, а потом событие из пошлого! Ну не замечательно ли?

[KValery]

sda, Вы весь школьный курс специальной теории относительности собрались рассказывать?
Опыт Майкельсона-Морли входит в курс общего среднего школьного образования.

[Castor]

sda, Вы весь школьный курс специальной теории относительности собрались рассказывать?

Ага, чтобы потом сказать, что это все неправильно и есть квантовая физика.

[Да я блондинка]

И астрономы земли, ловя эти лучики в свои огромные чувствительные телескопы увидят интересную картину. Будто вначале зажег фонарик я, и только потом вы, т.к. свет от вашего фонарика пришел позже. Чувствуете? Астрономы увидят вначале событие из будущего, а потом событие из пошлого! Ну не замечательно ли?

Замечательно! но дело то в том что, эти события друг для друга являются одним из будущего другое из прошлого. Для нас они будут обои из прошлого. Мы, это наблюдаем каждый день глядя в древнее небо нашего космоса которое на самом деле выглядит сейчас иначе, но мы это увидим только через тысячи а то и миллионы лет. Самое главное что мы наблюдаем свет( информацию) единовременно, возраст которой тысячи и миллиарды лет ( то есть видим прошлое и расстояние, не так как оно было, а различными разорванными перемешанными кусками )

[sda]

Браво, блондинка, ты совершенно права. Я оговорился, имелось в виду, что мы наблюдаем на земле вначале второе событие, а потом первое. Хотя в реальности вначале произошло первое, а потом второе. Но оба события, конечно же, в прошлом.

Так вот продолжим, тут уже некоторые кричат по Майкельсона-Морли, забегая, имхо, вперед, поэтому я его пока обойду стороной и продолжу прошлую мысль. Безусловно эксперимент был великий, но чтобы понять его величие надо проникнуться в то, какую проблему ученые пытались разрешить этим экспериментом. Понять их мысли и идеи.

Итак, напомню задача следующая летит пустота вправо со скоростью 50000 км/сек. В пустоте летит фонарик влево со скоростью 10000 км/сек, и фонарик выпускает свет вправо с какой то скоростью.

А мы стоим в сторонке и наблюдаем всю эту проносящуюся мимо пустоту с фонариком внутри и со светом, который тот испускает. (все скорости заданы для земного наблюдателя) Вопрос: с какой скоростью, с нашей точки наблюдения, будет лететь свет от такого фонарика?

Первая группа физиков утверждает, что чтобы определить скорость света для такого наблюдателя как мы, стоящего в сторонке, надо скорость пустоты сложить со скоростью света в пустоте (300000 км/сек) и получится 50000+300000 =350000 км/сек. А с какой скоростью движется фонарик без разницы, т.к. свет распространяется в пустоте так же как звук в воздухе. Т.е. они приводили в пример, что если вы будете нестись на паровозе и подавать гудок, то этот гудок будет распространятся со скоростью звука в неподвижном воздухе, независимо от того насколько быстро несется паровоз.

Вторая группа физиков утверждала, что чтобы определить скорость света надо только от скорости света в вакууме отнять скорость фонарика (отнять т.к. один летит вправо, а другой влево, летели бы в одну сторону, то сложить) И получится 300000-10000=290000 км/сек. А с какой скоростью движется пустота - без разницы. Они приводили в пример бегущего копьеносца, который разогнавшись метает копье. Скорость копья будет такая же как если бы он запустил его стоя, плюс скорость копьеносца, до которой он разбежался, перед тем, как метнуть.

В спор вступили астрономы. Они наблюдали двойную звезду Мицар-Алькор. Эта двойная звезде изображена на фото. Она находится в ковше большой медведицы и то что она двойная, можно рассмотреть даже без телескопа, имея хорошее зрение.

Эта двойная звезда интересна тем, что первая маленькая звезда Алькор этой системы вращается вокруг большой массивной Мицар.


При этом из за этого вращения эта звезда летит то на нас, то от нас. (если мы находимся на земле) А значит что? Вспомним про фонарик, который летит то от нас то к нам и про боулинг. Вначале Алькор летит от нас и испускает свет. Если права вторая группа ученых, то свет испускается со скоростью (300000км/сек-скоростьАлькора). Минус потому что Алькор летит от нас. Потом проходит некоторое время и звезда Алькор полуоборачивается вокруг Мицара и летит на нас. Если опять же права вторая группа ученых, то свет от этой звезды будет лететь со скоростью (300000км/сек+ скорость Алькора). Эта звезда находится от земли на огромном расстоянии. Достаточном чтобы свет, испущенный когда Алькор летел на нас догнал и перегнал тот свет который Алькор испускал до этого, летя от нас.

Значит, мы будем наблюдать очень причудливое движение звезды, как мы уже упомянули, если на двойной звезде Алькор находился вначале сверху, а потом снизу, то мы на земле увидим наоборот, вначале снизу, а потом сверху.

Астрономы понаблюдали, и заявили, что такой причудливости они не наблюдают и что движение Алькора видимое в телескопы происходит по законам небесной механики как часы, без всяких отклонений в прошлое или будущее.

Вторая группа ученых была полностью разбита таким заявлением и наконец ученые установили, что свет распространяется в пустоте с одной и той же скоростью независимо от того с какой скоростью движется фонарик, испускающий этот свет.

А значит если вся пустота космоса неподвижна значит можно принять будто это и есть великая неподвижная система и все остальное движется в ней. У всех остальных тел легко померить скорость относительно этой великой пустоты, достаточно померить скорость света в разные стороны и можно легко установить куда это тело летит и с какой скоростью.

Начал готовится эксперимент по замеру скорости движения земли относительно этой пустоты.