Мир вокруг нас

В теории относительности, скорость света, измеряемая в любой системе отсчёта (хоть покоящейся, хоть движущейся, в т. ч. ускоренно) — всегда постоянна. С т. зр. классических представлений — это понять невозможно, т. к. противоречит простому правилу сложения скоростей: классически, скорость света, как и любого другого движения — должна отниматься или прибавляться к скорости движения наблюдателя. Двигаясь навстречу лучу света, можно было бы ожидать, что скорость света окажется больше 300 000 км/с (т. е. скорость движения наблюдателя прибавится к ней), но в теории относительности (и согласно экспериментальным данным) — это не так: скорость света всегда постоянна (как константа).

Постоянная скорость света, независящая от движения или покоя наблюдателя (т. е. системы отсчёта) — неизбежно ведёт к эйнштейновскому принципу относительности, согласно которому (и что подтверждается наблюдениями), все законы природы, в т. ч. значение скорости света как константы — оказываются одинаковы для всех наблюдателей, что означает равноправие всех систем отсчёта. Иными словами, нельзя выделить одну-единственную правильную (= абсолютную) систему отсчёта, а значит, все они относительны.

При этом, в разных системах отсчёта, измерения длины, течения времени, и массы одного и того же объекта — оказываются различными: так, если наблюдаемый объект движется относительно системы отсчёта, его измеряемая масса — возрастает, течение времени в нём — замедляется, а длина — сокращается. В системе отсчёта, в которой этот же объект покоится, и системе, которая движется с иной скоростью относительно объекта, масса, течение времени, и длина этого объекта — имеют иные численные значения, что немыслимо с т. зр. классической логики. Однако т. к. все системы отсчёта, согласно принципу относительности — равноправны (= относительны), значит, все измерения — в равной степени верны, и т. о. масса — относительна, и скорость течения времени, и длина.

Всё это, как и сама относительность (= равноправие) систем отсчёта — вытекает из требования (и наблюдения) постоянства скорости света: Действительно, легко показать, например, что если бы не происходило замедления времени — внутренние движения, оставаясь неизменными, в ускоряющемся объекте (например, ракете), складываясь с возрастающим внешним движением — превысили бы скорость света. Поэтому при возрастании скорости объекта, тем больше, чем ближе его скорость к скорости света, для внутренних движений «не остаётся места», и они — вынуждены всё более замедляться, т. е. замедляться течение времени. Аналогично — и для других свойств.

Все эти изменения — происходят и при движении наблюдателя, с самим наблюдателем, но видны лишь извне (наблюдатель — не может почувствовать замедления собственного времени, роста массы, и сокращения длины, т. к. все частицы обретают их в равной степени (благодаря этому, законы природы, включая константу скорости света, для наблюдателя — не меняются: например, хотя луч света, движущийся вдоль пути ракеты — относительно ракеты имеет меньшую скорость, наблюдатель в ракете, благодаря замедленному течению собственного времени, измерит всё те же 300 000 км/с, как и любой другой наблюдатель)).

Из принципа относительности, также вытекает эквивалентность массы и энергии (масса — есть мера инертности объекта, т. е. его сопротивляемости изменению скорости; эта сопротивляемость должна возрастать, при ускорении объекта, чтобы обеспечить недостижимость скорости света для объекта, имеющего массу покоя; рост (инертной) массы при росте кинетической (и полной) энергии объекта, указывает на эквивалентность массы и энергии (E = mc²)).

Принцип эквивалентности

Помимо эквивалентности (инертной) массы и энергии, в теории относительности существует ещё один ключевой принцип эквивалентности, предполагающий неразличимость (тождественность) явлений, обусловленных инерцией тел и действием гравитации. Примером явления, обязанного инерции, служит, например, падение предметов вниз, в ускоряющейся ракете, а также вес предметов в ней (= давление, оказываемое ими на дно ракеты). Этот вес и ускоренное падение предметов в ракете — аналогичны таковым в гравитационном поле. Также и в центрифуге, инерция — прижимает тела к стенке (создаёт вес), и тоже действует аналогично гравитационному полю. Согласно принципу эквивалентности, наблюдатель не может различить, вызвано ли ускоренное падение и вес тел — инерцией в центрифуге / ускоряющейся ракете или наличием гравитационного поля, т. е. утверждается тождественность (эквивалентность) этих явлений.