Моя статься Почему время замедляется при ускорении? Объяснение, которое вы нигде не найдёте собрала 454 комментария. Большинство из них сводились к одному: «красиво, но где формулы?» Эта статья — ответ.
Здесь не будет метафор про ползунок. Здесь будет математика специальной теории относительности — та самая, которую проходят на втором курсе физфака и которую почему-то считают недоступной для обычного человека. Это неправда.
Статья переписана
В начале 1960-х годов общая теория относительности переживала период интенсивных поисков новых формулировок. Спустя почти полвека после создания теории Эйнштейна, физики всё острее ощущали ограничения традиционного координатно-тензорного подхода. Именно в этом контексте итальянский физик Туллио Редже (1931–2014) опубликовал в 1961 году статью, которая навсегда изменила наш взгляд на природу пространства-времени.
Эта фундаментальная идея стала революционно новым взглядом на Вселенную. Эйнштейн выдвинул её 1915 году, а впервые экспериментально подтвердили её всего четыре года спустя во время полного солнечного затмения. Тогда изгиб звёздного света, исходящего от источников, расположенных за Солнцем, совпал с предсказаниями Эйнштейна, а не Ньютона, подтвердив наличие гравитационного линзирования. С тех пор общая теория относительности прошла все наблюдательные и экспериментальные испытания, которые мы только смогли придумать. Но одно свойство уравнений этой теории стоит особняком.Читать полностью »
В своей книге: «Оптика: трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света», опубликованной на английском языке в 1704 году, Исаак Ньютон анализирует фундаментальную природу света на примере преломления света призмами и линзами, дифракции света близко расположенными листами стекла и поведения цветовых смесей с помощью спектральных ламп или пигментных порошков. Книга «Оптика» стала вторым крупным трудом Ньютона по физическим наукам и считается одной из трёх основных работ по оптике периода научной революции. В конце книги Ньютон приводит список «вопросов» — нерешённых на тот момент физических задач. В частности, он пишет:
«И для отрицания такой среды мы имеем авторитет тех древнейших и знаменитейших философов древней Греции и Финикии, которые сделали вакуум, атомы и тяготение атомов первыми принципами своей философии, молчаливо приписывая тяготение какой-то иной причине, чем плотная материя. Позднейшие философы отбрасывают рассмотрение такой причины… придумывая [вместо неё] гипотезы для механического объяснения всего сущего [Но] главное дело натурфилософии — без притворных гипотез доказывать явления, выводить причины из следствий, пока мы не придём к самой первой причине, которая, конечно, не механическая.»
«И не только для того, чтобы раскрыть механизм мира, но и главным образом для того, чтобы разрешить такие вопросы, как «Что находится в местах, пустых от материи?» и «Почему солнце и планеты тяготеют друг к другу без плотной материи между ними? Почему природа ничего не делает напрасно? И откуда берётся весь тот порядок и красота, которые мы видим в мире? Для чего существуют кометы? И почему планеты движутся все одним и тем же путём в концентрических орбитах, а кометы — разными путями в очень эксцентрических орбитах? И что мешает неподвижным звёздам падать друг на друга?»
Со временем в теории Ньютона вскрылось в общей сложности три проблемы. Во-первых, концептуальная: согласно ньютону сила тяготения между двумя телами была пропорциональна произведению инерционных масс тел. Таким образом, инерционная масса выполняла двойную функцию. В первую очередь она по определению, была мерой сопротивления объекта изменению скорости. А кроме того, инерционная масса была чем-то вроде «гравитационного заряда». Подобно тому, как электрический заряд определяет силу электростатических сил между двумя заряженными объектами, инерционная масса (она же гравитационный заряд) определяет силу соответствующей гравитационной силы. Именно по этой причине, как установил Галилей, все предметы падают на Землю с совершенно одинаковой скоростью. Причина такого двойного действия — полная загадка в контексте ньютоновской механики, но, по сути, тривиальное следствие эйнштейновской гравитации.
Читать полностью »
