String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: No Ether? No Problem: Introducing Special Relativity

Нет эфира? Нет проблем: введение в специальную теорию относительности

Eva_tj 19.07.14 в 10:59

В 1905 году Альберт Энштейн опубликовал работу, объясняющую как работает электромагнетизм без эфира.

Eva_tj 19.07.14 в 11:00

Эта теория получила известность в качестве специальной (частной) теории относительности, которая объясняет как интерпретировать движение между различными инертными системами отсчёта – т.е. объекты, которые движутся с постоянной скоростью относительно друг друга.

Eva_tj 19.07.14 в 11:06

Ключом к специальной теории относительности было то, что Эйнштейн объяснил законы физики, когда два объекта движутся с постоянной скоростью как относительное движение между двумя объектами, вместо того, чтобы обратиться к эфиру в качестве абсолютной системы отсчёта, определяющей происходящее.

Eva_tj 19.07.14 в 16:16

Если вы и какой-нибудь астронавт, Эмбер, движетесь в разных космических кораблях и хотите сравнить свои наблюдения – всё, что будет иметь значение, это насколько быстро вы и Эмбер движетесь по отношению друг к другу.

Eva_tj 19.07.14 в 16:20

Специальная теория относительности включает в себя только частные случаи (отсюда и название), где движение является равномерным.

Eva_tj 19.07.14 в 16:21

Она объясняет движение только в том случае, если вы движетесь по прямой с постоянной скоростью.

Eva_tj 19.07.14 в 16:23

Как только вы ускоряетесь или сворачиваете – или делаете что-нибудь, что каким-то способом меняет природу движения – специальная теория относительности перестаёт применяться.

Eva_tj 19.07.14 в 16:24

Вот тут приходит общая теория относительности Эйнштейна, потому что она может объяснить общий случай любого движения.

Eva_tj 19.07.14 в 16:25

(Я расскажу об этой теории позже в этой главе.)

Eva_tj 19.07.14 в 16:28

Статья Энштейна 1905 года, представившая специальную теорию относительности, "К электродинамике движущихся тел", была основана на двух ключевых принципах:

Eva_tj 19.07.14 в 16:31

• Принцип относительности: Законы физики не меняются, даже для объектов, движущихся в инерциальных (постоянная скорость) системах отсчёта.

Eva_tj 19.07.14 в 16:32

• Принцип скорости света: скорость света одинакова для всех наблюдателей, независимо от их движения относительно источника света.

Eva_tj 19.07.14 в 16:32

(Физики записывают эту скорость с помощью символа "с".)

Eva_tj 19.07.14 в 16:33

Гениальность открытий Эйнштейна в том, что он посмотрел на эксперименты и сделал правильные выводы.

Eva_tj 19.07.14 в 16:39

Это было полной противоположностью того, что делали другие физики.

Eva_tj 19.07.14 в 16:40

Вместо предположений о том, что теория верна, и эксперименты не удались, он предположил, что эксперименты верны, а теория неправильна.

Eva_tj 19.07.14 в 16:42

По мнению Энштейна, эфир вызвал беспорядок путём введения среды, которая была причиной того, что определённые законы физики работали по-разному в зависимости от того, как наблюдатель перемещался относительно эфира.

Eva_tj 19.07.14 в 17:04

Энштейн просто полностью удалил эфир и предположил, что законы физики, включая скорость света (равную с), работают одинаково вне зависимости от того как вы движетесь – точно так, как показали эксперименты и математика!

Eva_tj 19.07.14 в 17:12

Предоставляется кредит, и кредит подлежит выплате.

Eva_tj 19.07.14 в 17:13

Ни один физик не работает в вакууме, и, конечно, это было верно и для Альберта Энштейна.

Eva_tj 19.07.14 в 17:17

Хотя он коренным образом изменил мир физики, он сделал это, решая самые большие вопросы его современности, что означает, что он занимался проблемами, над которыми также работали многие физики.

Eva_tj 19.07.14 в 17:21

Он позаимствовал много полезных исследований.

Eva_tj 19.07.14 в 17:22

Некоторые обвиняли Энштейна в плагиате или намекали, что его работа не была по-настоящему революционной, потому что он очень многое позаимствовал в работах других.

Eva_tj 19.07.14 в 17:24

Например, его работа над специальной теорией относительности в основном базировалась на работе Хендрика Лорентца, Джорджа Фитцджеральда и Жюля Анри Пуанкаре, разработавшего матиматические преобразования, которые Энштейн позже использует в своей теории относительности.

Eva_tj 19.07.14 в 17:28

По сути, они сделали всю тяжёлую работу для специальной теории относительности, но потерпели неудачу

Eva_tj 19.07.14 в 17:28

в одном важном моменте – они думали, что это математический трюк, а не истинное представление о физической действительности.

Eva_tj 19.07.14 в 17:30

То же самое относится и к открытию фотона.

Eva_tj 19.07.14 в 17:31

Макс Планк ввёл идею энергии в дискретных пакетах, но подумал, что это всего лишь математический трюк для решения странной специфической ситуации.

Eva_tj 19.07.14 в 17:38

Энштейн буквально взял математические результаты и создал теорию фотона.

Eva_tj 19.07.14 в 17:39

Обвинения в плагиате в основном были отклонены научным сообществом, потому что Энштейн никогда не отрицал, что работа была сделана другими, по сути, давая им кредит, когда он знал об их работе.

Eva_tj 19.07.14 в 17:45

Физики, как правило, признают революционный характер работы Энштейна и знают, что другие внесли в неё большой вклад.

Eva_tj 19.07.14 в 17:46

Объединив пространство и время

Eva_tj 19.07.14 в 17:47

специальная теория относительности Энштейна создала фундаментальную связь между пространством и временем.

Eva_tj 19.07.14 в 17:48

Вселенную можно рассматривать в трёх пространственных измерениях – верх/низ, право/лево, вперёд/назад – и одном измерении времени.

Eva_tj 19.07.14 в 17:50

Это четырёхмерное пространство называют пространственно-временным континуумом.

Eva_tj 19.07.14 в 17:51

Если вы двигаетесь достаточно быстро сквозь пространство, наблюдения, которые вы делаете о пространстве и времени несколько отличаются от наблюдений другий людей, которые двигаются с другими скоростями.

Eva_tj 19.07.14 в 17:54

Формулы Энштейна, используемые для описания этих измерений, были разработаны Хендриком Лоренцем (см. соседний блок "Предоставляется кредит, и кредит подлежит выплате".)

Eva_tj 19.07.14 в 17:58

Теория струн вводит ещё больше измерений пространства, таким образом понимая, что измерения в теории относительности являются отправной точкой к постижению некоторых запутывающих аспектов теории струн.

Eva_tj 19.07.14 в 18:06

Дополнительные измерения так важны для теории струн, что получили собственную главу, Главу 13.

Eva_tj 19.07.14 в 18:08

После подпрыгивания пучка света.

Eva_tj 19.07.14 в 18:09

Причина этой пространственно-временной связи вытекает из очень осторожного применения принципов относительности и скорости света.

Eva_tj 19.07.14 в 18:10

Скорость света - это расстояние, которое проходит свет, делённое на время, необходимое на преодоление этого расстояния, и (согласно второму принципу Энштейна), все наблюдатели должны согласиться с этой скоростью.

Eva_tj 19.07.14 в 18:14

Тем не менее, разные наблюдатели не соглашаются о расстоянии, которое прошёл пучок света, в зависимости от того, как они двигаются сквозь пространство.

Eva_tj 20.07.14 в 07:49

Это означает, что чтобы получить ту же скорость, эти наблюдатели должны согласиться о времени, которое требуется пучку света, чтобы пройти дистанцию.

Eva_tj 20.07.14 в 07:51

Вы можете представить себе через понимание сути эксперимента, изображённого на рисунке 6-2.

Eva_tj 20.07.14 в 07:57

Представьте, что вы находитесь в космическом корабле и держите лазер так, что он стреляет пучком света прямо вверх, ударяясь о зеркало, которое вы разместили на потолке.

Eva_tj 20.07.14 в 07:58

Пучок света затем придёт вниз и попадёт в детектор.

Eva_tj 20.07.14 в 07:59

Рисунок 6-2: (Верх) Вы видите как пучок света идёт вверх, ударяется о зеркало и идёт прямо вниз.

Eva_tj 20.07.14 в 08:22

(Низ) Эмбер видит как пучок проходит вдоль диагонального пути.

Eva_tj 20.07.14 в 08:23