Наука простыми словами — что такое теория относительности?

Теория относительности представляет собой две взаимосвязанные теории: специальная теория относительности, объясняющая связь между пространством, временем, массой и энергией, и общая теория относительности, которая описывает влияние гравитации на эту связь. Альберт Эйнштейн представил эти теории с 1905 года, и к 1920-м годам они получили широкое признание в научном сообществе.

Специальная теория относительности включает два ключевых принципа. Во-первых, скорость света в вакууме одинакова для любого наблюдателя, независимо от их положения или движения относительно источника света. Во-вторых, физические законы одинаковы для всех инерциальных систем отсчета, то есть для систем, не ускоряющихся или замедляющихся относительно друг друга.

Эйнштейновское уравнение E=mc^2 описывает взаимосвязь между энергией, массой и скоростью света. Оно демонстрирует, что энергия (E) равна произведению массы (m) на квадрат скорости света (c). Таким образом, масса и энергия могут переходить друг в друга. Согласно этой теории, масса представляет собой количество материи в объекте, в отличие от веса, который определяется силой гравитации, действующей на объект.

Специальная теория относительности также предсказывает, что с увеличением скорости объекта увеличивается его наблюдаемая масса. Хотя этот эффект незначителен при повседневных скоростях, при приближении к скорости света наблюдаемая масса объекта становится бесконечно большой, что требует бесконечного количества энергии для его дальнейшего ускорения.

Общая теория относительности расширяет концепцию, объясняя, что гравитация не является невидимой силой, а искривлением пространства и времени массой. Это позволяет объяснить явление гравитационного изгиба света, когда свет проходит через области сильного гравитационного воздействия, такие как около черных дыр.

Обе теории относительности объединяются для описания того, как время измеряется по-разному в разных системах отсчета, что приводит к явлению замедления времени. Примером этого эффекта является использование спутников GPS, которые находятся в различных системах отсчета, что требует учета специальной теории относительности для точного позиционирования.