Проблема одновременности.
Определение Эйнштейна: два события, происходящие в различных точках пространства, одновременны, если посланные в момент каждого события световые лучи встречаются на середине отрезка, соединяющего эти точки.
Верхний рисунок. Наблюдатели М и N находятся на одинаковом расстоянии от точек А и В (например,в середине неподвижного вагона и посередине перрона). Вспышки в точках А и В происходят одновременно.
Нижний рисунок. Вагон движется. Наблюдатель M видит события одновременно. Для N - вспышка в В должна была произойти раньше, чем в А.
Если теперь наблюдатель M увидел удар молнии в точке А немного раньше, чем удар в точке В, то он сделает вывод, что событие в А предшествовало событию в В, тогда как наблюдателю N по-прежнему будет казаться, что событие в В предшествует событию в А.
В результате оба наблюдателя увидят события, совершающиеся в противоположной последовательности, прошлое и будущее для них поменялись местами.
1.Эффект замедления времени:
опыт с маятниковыми часами:1 часы – на Земле,неподвижные;2 часы – на летящем самолете;
Парадокс близнецов “собственное время” для брата-путешественника (или для его часов - не инерциальная система отсчета) окажется меньшим, чем время, которое прошло для брата, оставшегося на Земле.
2. Сокращение длины быстродвижущихся тел: пусть мимо неподвижной линейки пролетает стержень с собственной длиной 1 м. Однако, когда стержень поравняется с линейкой, мы увидим, что его длина меньше 1 м.
При движении с околосветовыми скоростями видоизменяются также и законы динамики.
Изменение массы
В СТО считается, что масса тела не является постоянной величиной, а зависит от скорости, с которой движется тело.
4. Одно из важных следствий СТО – масса – одна из форм энергии. Даже неподвижный объект наделен энергией, заключенной в его массе, и их соотношение выражается знаменитым соотношением Эйнштейна: E=mc2.
Соотношение между массой и энергией следует понимать не как буквальную возможность превращения массы в энергию или наоборот, а лишь как основание для количественного сопоставления этих величин.
В 1 грамме угля содержится энергия Е1=1г×(3×1010 см/с)2 =9×1020 эрг.
В то же время, при сжигании 1 г угля выделяется 7000 кал, или 2.9×1011эрг.
Говорить о превращении массы в энергию можно, только связав массу с частицей, имеющей массу покоя, а энергию - с фотоном. Тогда при превращении фотона в пару частиц происходит “переход” энергии в массу этих частиц, и при аннигиляции пары частиц их масса “превращается в энергию фотона.
Неинерциальные системы - все остальные (кроме инерциальных) системы,
эффекты неинерциальных систем.
Эйнштейн ввел «принцип эквивалентности» (статья 1907 г.): - не существует никакого критерия, с помощью которого можно было бы отделить силы инерции от сил тяготения.
Гравитационное взаимодействие - одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в нашем мире. В рамках классической механики, гравитационное взаимодействие описывается законом всемирного тяготения Ньютона, который гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя телами массы m1 и m2, разделённых расстоянием R есть
Здесь G — гравитационная постоянная, равная 6.673 10-11 м3/(кг с2). Знак минус означает, что сила, действующая на тело, всегда противоположна по направлению радиус-вектору, направленному на тело, т. е. гравитационное взаимодействие приводит всегда к притяжению любых тел.
Гравитация влияет на течение времени.
В 1900г. Планк установил связь между энергией фотона (“элементарной частицей света”)Е и его частотой n:
E=hn, где h - постоянная Планка. Согласно соотношению Эйнштейна, E=mc2.
Поэтому получаем:m=E/c2=hn/c2.
Пусть луч света удаляется от Земли. Фотоны по мере удаления от Земли теряют свою кинетическую энергию, т.к. гравитационное поле Земли “тормозит” фотоны. Но скорость движения «с»фотонов измениться не может и согласно формуле Планка (E=hn), уменьшение энергии уменьшает и частоту луча света. А уменьшение n автоматически означает увеличение периода Т (n=1/T), что эквивалентно замедлению времени.
Таким образом ясно, что свет от источника, расположенного на равнине, придет к космонавту с меньшей частотой, чем свет от такого же источника, находящегося на горе. Космонавт сделает вывод, что в долине время течет медленнее, чем на вершине горы.
Вывод: Сильные гравитационные поля существенно замедляют время.
В 2010 г. физикам удалось зафиксировать замедление времени не покидая лабораторию: им пришлось поднять часы всего-навсего на 50 см, использовали новые, очень точные атомные часы (на основе ионов алюминия, которые работают в 40 раз точнее эталонных «цезиевых» часов), часы, расположенные на высоте в 1 км над Землей, убегали бы за год на 3 микросекунды.
Во Вселенной существуют огромные космические объекты, где указанные эффекты заметны. Пульсары - задержка времени - 10%, а вторая космическая скорость - ~100 000 км/сек. (На Земле вторая космическая скорость - 11 км/сек.), “Черные дыры” – объекты, для которых вторая космическая скорость = 300 000 км/сек, т.е. световой луч не может покинуть “черную дыру”. Задержка времени на черных дырах - 100%, это означает, что течение времени остановилось.