Закон пропорциональности массы и энергии

Объединение пространства и времени в единое целое приводит к возникновению связи между многими другими основополагающими понятиями физики. Теория относительности показала, что энергия тела не обращается в нуль даже тогда, когда тело покоится. В этом случае энергия покоя E0 оказывается пропорциональной массе m – закон пропорциональности массы и энергии. Этот закон устанавливает взаимосвязь между массой и энергией, которая выражается удивительно простой формулой: E0 = mc2, (6.9) где c – скорость света.

Представления о пространстве и времени настолько важны при описании природных явлений, что при их изменении меняется весь подход к описанию природы. При больших скоростях движения тел пространство и время становятся неразделимыми. В мире высоких скоростей необходимо использовать специальную теорию относительности. Еще задолго до создания этой теории астрономы уже осознавали в одном контексте тесную связь пространства и времени. Суть в том, что они имеют дело с очень большими расстояниями, поэтому для них важен тот факт, что свету требуется определенное время для того, чтобы переместиться от наблюдаемого объекта к наблюдателю. Так как скорость света не является бесконечно большой, наблюдатель видит не настоящее положение небесных тел, а то, каким оно было некоторое время назад. Свет проходит расстояние между Солнцем и Землей примерно за 8 минут, и поэтому, когда бы мы не взглянули на Солнце, всегда увидим его таким, каким оно было 8 минут назад. Поэтому же мы видим ближайшую звезду такой, какой она была 4 года тому назад, а мощные телескопы позволяют нам наблюдать за процессами, которые происходили в других галактиках миллионы лет тому назад. Благодаря этому астрономы могут изучать эволюцию звезд, их скоплений и галактик на всех стадиях. Разнообразные явления, происходившие на протяжении миллионов лет, можно сейчас наблюдать в определенных участках неба. Поэтому астрономы хорошо знают о важном значении связи пространства и времени. Открытие специальной теории относительности заклю-чается в том, что эта связь важна не только при больших расстояниях, но и при высоких скоростях. Даже на Земле измерение зависит от времени, учитывая состояние движения наблюдателя, и это подтверждено экспериментами.

В связи с релятивистским замедлением времени возникает парадокс близнецов. Пусть из некоторой точки инерциальной системы отсчета в момент времени t= 0 вылетает ракета и, совершив полет, возвращается обратно. При возвращении ракеты часы неподвижной системы координат (на Земле) показывают время t, а часы на ракете –t? t. Поэтому если бы один из близнецов летал на ракете, а другой оставался на Земле, то при их встрече после полета первый был бы моложе второго. Парадокс возникает в результате следующего рассуждения. Так как движение относительно, то можно сказать, что двигался второй близнец, а близнец на ракете никуда не летал. Тогда более молодым должен быть первый. Возникает вопрос: “Кто же в действительности моложе?” Неправильность рассуждения состоит в том, что системы отсчета с близнецами не эквивалентны – одна из них инерциальная, а другая (ракета) – нет, поскольку, чтобы вернуться обратно, ракета должна изменить скорость и повернуть обратно. Парадокса нет, потому что в неинерциальной системе необходимо еще учитывать внешние поля тяготения, которые также влияют на ход часов. Это делает временной промежуток в движущейся системе необратимым. Полное разрешение парадокса дает общая теория относительности.

Тип


Читать еще…

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: