Алберт Айнщайн е известен с не едно откритие, но най-вече със своите теории на относителността. Първата от тях - Специалната теория на относителността е тази, която го прави известен благодарение на това, че тя напълно заменя класическото дотогава схващане за устройството на вселената и принуждава учените изначално да преосмислят постулатите си за естеството на времето и пространството. Тя също така води до някои значими открития за връзката между енергия и материя.

Специалната теория на относителността е публикувана през 1905 г. в труд, озаглавен "За електродинамиката на движещите се тела". Айнщайн достига до нея, след като дълго се занимава с едно несъответствие, което е забелязал между уравненията за електромагнетизма на Джеймс Кларк Максуел и установените закони на движението на Исак Нютон.
 
Според Максуел, светлината представлява вибрация в електромагнитно поле, която се придвижва с постоянна скорост във вакуум. Един век преди него, Нютон е извел своите закони на движението, които, заедно с идеите на Галилео Галилей, освен всичко друго обясняват и как скоростта на светлината, излъчвана от едно тяло, би следвало да се изменя спрямо положението на тялото. Ако държим в ръка едно топче, то ще изглежда неподвижно за нас, макар и да седим в движеща се кола. Но за един външен наблюдател, застанал на тротоара отсреща, би изглеждало, сякаш то се движи.

Само че има един проблем, ако приложим законите на Нютон към светлината. Според уравненията на Максуел, скоростта на електромагнитните вълни е постоянна и се определя единствено от свойствата на средата, през която те преминават. Този закон не позволява скоростта на тези вълни да се изменя според разположението на наблюдателя и да зависи от това дали той се движи спрямо източника на светлината или не. Което е странно, като се замислим.


Да си представим, че един пътник си седи в неподвижен влак и реши да хвърли едно топче към отсрещната стена, разположена на няколко метра по-назад във влака, като измери неговата скорост. Ние, наблюдателите, сме седнали на близкия перон и също ще измерим скоростта на топчето. Разбира се, ще установим, че тя е абсолютно същата и в двата случая.

Нека сега си представим, че същият влак започва да се движи (в посока на летежа на топчето) и отново да измерим скоростта на топчето. Със сигурност сега тя ще е по-голяма: началната скорост (т.е. когато влакът е неподвижен) плюс скоростта на влака при движение напред. Същевременно, онзи във влака ще отчете друго нещо. Двете стойностти на измерената скорост на топчето ще са различни - но и двете ще са верни в зависимост от отправната координатна система.

В момента, в който обаче заменим топчето с лъч светлина, нещата изведнъж стават много странни. Ако човекът във влака пусне лъч светлина към отсрещната стена и измери скоростта на нейните частици (фотони), неговият резултат ще се окаже абсолютно същият като този на един очевидец, седнал на перона встрани от влака. И в двата случая скоростта на фотоните ще си е 300 хил. км/сек - точно както предсказват и уравненията на Максуел!


Айнщайн приема тази идея (непроменящата се скорост на свелината) като един от двата постулата, върху които почива неговата Специална теория на относителността. Другият е, че физичните закони си остават винаги едни и същи, независимо къде се намираме - било то на летящ самолет или на неподвижно шосе. Но за да остане скоростта на светлината винаги непроменена независимо от наблюдателя, значи времето и пространството би следвало да станат разтегливи и променливи. Времето например се оказва, че не е абсолютно. Един движещ се часовник цъка малко по-бавно от един неподвижен часовник, което се доказва ежедневно при работата на GPS системите например. А на теория, ако се движим със скоростта на светлината, часовникът би трябвало съвсем да спре!



Двете уравнения на горната картинка показват начина, по който се изчислява с колко точно се разтяга времето. Вдясно имаме Делта-t, което е времевият интервал между двете събития, измерен от наблюдателя, върху който се оказва ефектът. (В горния пример това се отнася към човека във влака). Вляво имаме Делта-t", което е времевият интервал между същите две събития, но измерен от външния наблюдател при неговата отправна система (човекът на перона). Тези две времена се съотнасят помежду си чрез Лоренцовия фактор (Гама), което в този случай е величина, взимаща под внимание скоростта (V) на влака спрямо "неподвижния" перон. А "C" е специална константа, изразяваща скоростта на свелината във вакуум.

Интересен ефект от всичко това е, че дължината на движещите се тела също се скъсява в посоката на движение. Ако достигнем скоростта на светлината (което всъщност на практика е невъзможно, но все пак да си представим, че е), дължината на нашето тяло ще се свие до нула. Скъсената дължина на движещите се тела спрямо неподвижните може също да се изчисли, като тяхната дължина в покой се раздели на същия Лоренцов фактор - т.е. ако беше възможно едно тяло да достигне скоростта на светлината, то съгласно Специалната теория на относителността, неговата дължина би се свила до нула.


Важно е да отбележим, че ако един пътуващ наблюдател се движи все по-бързо и по-бързо, той няма да забележи никакви промени: за него времето ще продължи да си тече съвсем нормално и той изобщо няма да усети, че се е сплескал. Но за всеки страничен наблюдател измененията ще стават все по-видими с увеличаването на скоростта. Нормално е да очакваме, че в нашия свят на не твърде високи скорости, Лоренцовият фактор всъщност е много близко до 1 - т.е. само при скорости, близки до светлинната, релативистичните ефекти започват да стават забележими.

Друго едно важно следствие от Специалната относителност е това, че когато дадено тяло увеличава скоростта си, неговата маса също нараства спрямо първоначалната му маса в покой, като масата на движещото се тяло се изчислява като произведение от масата му в покой и вездесъщия Лоренцов фактор. Това увеличение на релативистичната маса прави всяка следваща единица допълнителна енергия, вложена за увеличаване на скоростта, все по-малко ефективна. С други думи, колкото по-бързо се движим, става по-трудно и енергоемко да увеличаваме скоростта.


Когато скоростта на даденото тяло се увеличи дотолкова, че да достигне значителен процент от скоростта на светлината (C), енергията, изразходвана за по-нататъшно ускоряване става непосилно голяма. Тъкмо това обяснява защо нищо (освен самата светлина, която няма маса) не може да се движи по-бързо от скоростта на светлината. С нейното доближаване, всякаква допълнителна енергия, която бихме вложили за поддържане или увеличаване на скоростта, по-скоро би отишла за увеличаване на масата на движещото се тяло, отколкото за фактическото увеличаване на скоростта му. Оттук произтича и най-известното уравнение на Айнщайн, E=mC^2, т.е. енергията и масата са две страни на една и съща монета и могат да се трансформират от едното в другото и обратно. Но това е една друга история, която ще разгледаме по-нататък.

[Политика на модерация]

Доста теоретици на конспирацията са се нароили... Що малоумни коментари се наложи да зачистя! Очевидно, положението става от зле по-зле.