Сто и ото отличия кратко

Обновлено: 07.07.2024

Только свет, по утверждению Эйнштейна, имеет постоянную скорость, которая не изменяется с приближением или удалением источника излучения. Развивая эту мысль, ученый предположил, что обогнать или хотя бы догнать свет не сможет никто и ничто. Но чем ближе скорость объекта к световой, тем он меньше, а масса его больше. Данный закон можно описать формулой: E = mс2, где E — энергия, m — масса, c — скорость света. То, что масса способна преобразовываться в энергию, впоследствии было использовано в развитии атомной энергетики и создании ядерной бомбы.

Будучи теоретиком, Эйнштейн не пытался ничего доказать, и большинство его умозрительных опытов воплотились лишь тогда, когда были изобретены высокоточные измерительные приборы. Так, в ходе одного эксперимента самолет с очень точными часами на борту на огромной скорости облетел вокруг Земли, и после его посадки обнаружилось, что часы на долю секунды отстали от земных, то есть время хоть и немного, но замедлилось.

Еще одним мысленным примером Эйнштейн показал, что пространство и время тесно связаны, но связь эта видна лишь тогда, когда тело двигается на космической скорости, сравнимой со световой. Если член экипажа челнока, летящего со скоростью, составляющей ⅔ световой, пустит лазерный луч вертикально на зеркальный свод — свет отразится так же вертикально. Однако пассажиру неподвижного корабля покажется, будто излучение и его отражение идут по диагонали. Значит, и траектория, и длина луча, и время его распространения для подвижного и статичного наблюдателей будут неодинаковыми.

Таким образом, в своей специальной теории относительности (СТО) ученый установил единство пространства и времени. Раньше считалось, будто Вселенная трехмерна, то есть характеризуется лишь длиной, шириной и высотой. Однако Эйнштейн настаивал, что эти три измерения не могут существовать отдельно от четвертого — времени — и что все они представляют собой ткань пространственно-временнóго континуума.

В отличие от И. Ньютона, который с уверенностью заявлял, что планетарные орбиты в Солнечной системе находятся на одном месте, Эйнштейн догадывался: сила тяготения Солнца медленно, но верно заставляет орбиты сдвигаться. Эта эпохальная мысль привела к тому, что закон всемирного тяготения Ньютона был пересмотрен.

В 1914 г. Эйнштейн возглавил Берлинский институт физики, но в 1933 г. из-за антисемитской политики нацистов вынужден был эмигрировать в США. Накануне Второй мировой войны ученый стал одним из тех, кто послал президенту Ф. Рузвельту письмо с предупреждением о том, что фашисты пытаются создать бомбу огромной разрушительной силы (речь шла, конечно же, об атомной бомбе, разработка которой стала возможна именно благодаря открытию Эйнштейна). Рузвельт решил, что Америка тоже должна создать такую бомбу, и это дало старт гонке вооружений — хотя сам Эйнштейн был пацифистом и впоследствии выступал против ядерных разработок.

В целом же исследования великого ученого помогли человечеству разгадать многие тайны природы и повлияли на все разделы физики — от элементарных частиц до строения Вселенной.

Существует две теории относительности Альберта Эйнштейна:

  1. Специальная теория относительности (СТО, 1905 г.): суть этой теории в том, что законы физики одинаковы для всех неускоряющихся наблюдателей и что скорость света в вакууме не зависит от движения наблюдателей (вообще никого, кто является частью действия/эксперимента).
  2. Общая теория относительности (ОТО, 1915 г.): массивные объекты вызывают искажение пространства-времени, что ощущается гравитацией; ускорение является частью этой теории, которая математически намного сложнее предыдущей.

Специальная теория относительности

СТО основана на том, что скорость света постоянна для всех. В 1905 году Эйнштейн понял это, когда провёл эксперименты и пришёл к выводу, что скорость света не меняется, когда Земля вращается вокруг Солнца.

СТО объясняет, как пространство и время связаны между собой для объектов, которые движутся с постоянной скоростью по прямой.

Особое внимание заостряется на объектах, движущихся со скоростью света. Когда объект приближается к скорости света, его масса становится бесконечной, и он не может двигаться быстрее света. Поскольку человечество всегда стремилось к путешествиям на огромные расстояния, это ограничение скорости было предметом многочисленных дискуссий и в физике, и в научной фантастике.

Своей теорией учёный представил новую основу для всей физики и предложил новые концепции пространства и времени.

Пример СТО: вы сидите в поезде (который едет со скоростью 100 км/ч) и бросаете теннисный мячик своему другу (со скоростью 10 км/час). С какой скоростью пролетел мячик?

Невозможно дать с уверенностью ответ на этот вопрос, т.к. ответ зависит от того, кто наблюдатель.

Для вас и людей внутри поезда теннисный мячик пролетел со скоростью 10 км/час, но для людей вне поезда он пролетел со скоростью 110 км/ч (100 + 10).

Формула Специальной теории относительности (E = mc²)

В СТО Эйнштейн представил самое известное уравнение из когда-либо написанных: E = mc²

формула Эйнштейна E = mc²

Формула Эйнштейна E = mc²
Где:
E — энергия
m — масса
c — скорость света (равняется примерно 300 000 км/с).

Например, теоретически, исходя из этой формулы, энергия, получаемая при полном преобразовании одного килограмма массы, равна 9 x 10^16 джоулей (это 1кг × (300.000.000 м/с)²).

Эта формула устанавливает количественную эквивалентность (равноценность) превращения материи в энергию и наоборот.

В этом уравнении связываются и взаимозаменяются масса и энергия.

Относительность времени в специальной теории относительности

Интервал времени неподвижной системы (наблюдателя) всегда меньше системы, что находится в движении.

Промежуток времени между двумя событиями зависит от системы отсчёта, поэтому они (промежутки времени) могут быть разными, т. е. промежуток времени является относительным.

Представьте, что вы наблюдаете за каким-то явлением, происходящим в космосе. Если вы наблюдаете и замеряете время:

  • находясь на движущемся объекте (например, находитесь на движущемсякосмическом корабле), это будут одни данные,
  • но если вы находитесь на неподвижном объекте (например, ваш космический корабль не движется), вы увидите совершенно другие данные — время завершения этого действия будет значительно меньше.

Этот эффект также называется релятивистское замедление времени.

Общая теория относительности

После СТО Эйнштейн проработал ещё 10 лет над общей теорией, которая включает ускорение. В этой работе он определил, что массивные объекты вызывают искажение пространства-времени и оно ощущается как гравитация.

ОТО представила концепцию четырёхмерности мира (или пространственно-временной континуум): 3 пространственные измерения (длина, ширина, высота) и время. ОТО применяется ко всем системам отсчёта, в то время как СТО применялась лишь к движущимся с постоянной скоростью относительно друг друга. ОТО (общая) включает в себя СТО (специальную).

Пример ОТО: вы находитесь в падающем лифте, вы будете свободно парить в этом лифте, т.к. падаете вместе с этим лифтом (свободное падение). Другая ситуация: вы находитесь внутри ракеты и парите в невесомости вдали от источников гравитации. Если ракета начнёт движение, то вы опуститесь в сторону, противоположную движению ракеты (если она полетит наверх, то вы упадёте вниз).
Существует эквивалент между ускоренным движением и гравитационным притяжением; т.е. ОТО утверждает, что ускорение очень похоже на гравитационное поле.

Чем отличается специальная теория относительности от общей теории относительности?

  1. Специальная теория относительности (СТО была создана в 1905 году): существуют одни и те же законы природы для всех систем отсчёта, которые движутся с постоянной скоростью; эта теория исследует физические процессы равномерно движущихся тел.
  2. Общая теория относительности (ОТО была создана в 1915 году): тот же принцип, что у специальной, но включая любые системы отсчёта даже те, что движутся с ускорением; эта теория исследует ускоряющиеся тела и описывает возникновение гравитации.

Система отсчёта — это совокупность тела отсчёта, системы координат и отсчёта времени (они связаны с телом, и относительно него рассматривается движение или равновесие других тел или точек).

Движение тел и материи должно находиться в пределах параметров времени и пространства.

Принцип относительности Галилея

Этот принцип гласит: во всех инерциальных системах отсчёта все механические явления протекают одинаково. Был ус­та­нов­лен великим итальянским учёным Га­ли­леем в 1636 г.

Два исследователя из Университета штата Северная Каролина создали теорию пространства-времени на основе современных математических построений. По их словам, она объясняет устройство мира лучше, чем проверенная сотней лет экспериментов и возражений теория относительности. Рассказываем подробнее, что это значит.

Общая теория относительности и специальная теория относительности

Однако общая теория относительности Эйнштейна изменила этот взгляд на гравитацию. Согласно общей теории относительности наша Вселенная состоит из 3 пространственных измерений + 1 временное измерение.

Вместе эти измерения образуют четырехмерный континуум, известный как ткань пространства-времени. Объекты, имеющие массу, производят искривление в ткани пространства-времени. Эта кривизна пространства-времени ответственна за гравитацию.

Общая теория относительности (ОТО)

Общая теория относительности описывает гравитацию как кривизну пространства-времени. Общая теория относительности предсказывала существование черных дыр и их свойства еще до того, как они были открыты.

Общая теория относительности основана на полевых уравнениях Эйнштейна, которые являются нелинейными и очень трудными для решения. Согласно общей теории относительности, объекты, имеющие массу, изгибают ткань пространства-времени. Чем больше масса, тем больше изгиб. Общая теория относительности приводит к ряду последствий, которые обсуждаются ниже.


Самая известная ранняя проверка ОТО стала возможна благодаря полному солнечному затмению 1919 года. Артур Эддингтон показал, что видимые положения звёзд изменяются вблизи Солнца в точном соответствии с предсказаниями ОТО

Основные принципы общей теории относительности:

  • Необходимость модификации ньютоновской теории гравитации

Классическая теория тяготения Ньютона основана на понятии силы тяготения, которая является дальнодействующей силой: она действует мгновенно на любом расстоянии. Этот мгновенный характер действия несовместим с понятием поля в современной физике. В теории относительности никакое взаимодействие не может распространиться быстрее скорости света в вакууме.

  • Принцип равенства гравитационной и инертной масс

В нерелятивистской механике существует два понятия массы: первое относится ко второму закону Ньютона, а второе — к закону всемирного тяготения.

Первая масса — инертная (или инерционная) — есть отношение негравитационной силы, действующей на тело, к его ускорению. Вторая масса — гравитационная — определяет силу притяжения тела другими телами и его собственную силу притяжения.

Эти две массы измеряются, как видно из описания, в различных экспериментах, поэтому совершенно не обязаны быть связанными, а тем более — пропорциональными друг другу. Однако их экспериментально установленная строгая пропорциональность позволяет говорить о единой массе тела как в негравитационных, так и в гравитационных взаимодействиях. Подходящим выбором единиц можно сделать эти массы равными друг другу.

  • Принцип движения по геодезическим линиям

Если гравитационная масса точно равна инерционной, то в выражении для ускорения тела, на которое действуют лишь гравитационные силы, обе массы сокращаются. Поэтому ускорение тела, а следовательно, и его траектория не зависит от массы и внутреннего строения тела. Если же все тела в одной и той же точке пространства получают одинаковое ускорение, то это ускорение можно связать не со свойствами тел, а со свойствами самого пространства в этой точке.

Если запустить из двух близких точек два тела параллельно друг другу, то в гравитационном поле они постепенно начнут либо сближаться, либо удаляться друг от друга. Этот эффект называется девиацией геодезических линий.

Аналогичный эффект можно наблюдать непосредственно, если запустить два шарика параллельно друг другу по резиновой мембране, на которую в центр положен массивный предмет. Шарики разойдутся: тот, который был ближе к предмету, продавливающему мембрану, будет стремиться к центру сильнее, чем более удалённый шарик. Это расхождение (девиация) обусловлено кривизной мембраны.

  • Пространство-время ОТО и сильный принцип эквивалентности

Основным отличием пространства-времени ОТО от пространства-времени СТО является его кривизна, которая выражается тензорной величиной — тензором кривизны. В пространстве-времени СТО этот тензор тождественно равен нулю и пространство-время является плоским.

Ни одна из прочих развитых теорий гравитации, кроме ОТО, не выдержала проверки временем и экспериментом, то есть все они, за исключением ОТО, остались только гипотезами.

Специальная теория относительности (СТО)

В СТО постулируется возможность определения единого времени в рамках данной инерциальной системы отсчёта процедурой синхронизации двух часов, находящихся в произвольных точках ИСО (инерциальной системы отчета).

Чтобы измерения, выполненные в различных ИСО, можно было между собой сравнивать, необходимо провести согласование единиц измерения между системами отсчёта. Так, единицы длины могут быть согласованы при помощи сравнения эталонов длины в перпендикулярном направлении к относительному движению инерциальных систем отсчёта.

Например, это может быть кратчайшее расстояние между траекториями двух частиц, движущихся параллельно осям x и x’ и имеющих различные, но постоянные координаты (y, z) и (y’,z’). Для согласования единиц измерения времени можно использовать идентично устроенные часы, например, атомные.

Законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга. Это означает, что форма зависимости физических законов от пространственно-временных координат должна быть одинаковой во всех ИСО, то есть законы инвариантны относительно переходов между ИСО. Принцип относительности устанавливает равноправие всех ИСО.

Учитывая второй закон Ньютона, можно утверждать, что если скорость некоторого тела в данной ИСО постоянна (ускорение равно нулю), то она должна быть постоянна и во всех остальных ИСО. Иногда это и принимают за определение инерциальных систем отсчёта.

Принцип постоянства скорости света противоречит классической механике, а конкретно — закону сложения скоростей. При выводе последнего используется только принцип относительности Галилея и неявное допущение одинаковости времени во всех ИСО.

Сформулировали новую теорию два профессора машиностроения из NC State University: Ларри Сильверберг (Larry M. Silverberg) и Джеффри Айшен (Jeffrey W. Eischen). Результаты работы и созданный ими математический аппарат они опубликовали в журнале Physics Essays.

Сильверберг и Айшен предлагают сделать следующий шаг в познании мира человечеством. По их словам, на нынешнем уровне в физике существует дихотомия волны и частицы. Последняя — элемент материи — существует в конкретной точке пространства. Тогда как волна существует везде, кроме точки, из которой была испущена.

В качестве доказательства Джеффри и Ларри применили свои построения к двум наиболее известным подтверждениями теории Эйнштейна. Речь идет о вычислении аномальной прецессии перигелия Меркурия и гравитационном отклонении света.

Аномальное смещение перигелия Меркурия — обнаруженная в 1859 году особенность движения планеты Меркурий, сыгравшая исключительную роль в истории физики. Это смещение оказалось первым движением небесного тела, которое не подчинялось ньютоновскому закону всемирного тяготения. Физики были поставлены перед необходимостью искать пути модифицировать или обобщить теорию тяготения.

Поиски увенчались успехом в 1915 году, когда Альберт Эйнштейн разработал общую теорию относительности (ОТО); из уравнений ОТО вытекало именно такое значение смещения, которое фактически наблюдалось. Позже были измерены аналогичные смещения орбит нескольких других небесных тел, значения которых также совпали с предсказанными ОТО.

Гравитационное отклонение света — изменение направления распространения света в гравитационном поле. Является следствием принципа эквивалентности. Впервые было вычислено А. Эйнштейном в 1916 году. Важным следствием гравитационного отклонения света является эффект гравитационного линзирования в астрономии.

Новая теория проще и удобнее?

Оценка мирового научного сообщества

Поскольку в открытом доступе есть только краткое изложение теории, трудно судить, насколько теория Сильверберга и Айшена выдерживает критику. Эссе за авторством Ларри размещено на портале The Conversation, и в нем приведены лишь два наглядных доказательства.

Если работа американских ученых привлечет достаточное внимание научного сообщества, возможно, возникнет дискуссия. В ходе нее станет понятно, насколько новая теория полезна для науки, не избыточна ли она либо не содержатся ли в ней фундаментальные недостатки.

В СТО рассматривается движение тел и связь пространства-времени с таким движением, но не рассматривается, как сами тела влияют на пространство и время.
В ОТО уже учитывается, что тела сами по себе, по фигу двигаются они или нет, влияют на свойства пространства. Это влияние мы воспринимаем как гравитацию.
То есть примерно можно представить себе, что СТО - это своего рода кинематика (рассматривается только движение) , а ОТО - динамика (рассматривается не только движение само по себе, но и его связь с динамической характеристикой объектов - их массой) .
Исходный постулат СТО - равноправие всех инерциальных систем отсчёта: любые физические явления во всех инерциальных системах отсчёта проявляются одинаково. В частности, одинакова в них и скорость света.
Исходный постулат ОТО - тождественность гравитационной и инертной масс.

Общая теория относительности развивает специальную теорию относительности. Различие в том, что в ОТО акцентируется внимание на том, что гравитационные поля есть деформация самого пространства-времени.

В СТО нет гравитации, поэтому эта теория пространства без гравитации.

В ОТО есть гравитация Поэтому там каждая точка рассматривается отдельно, как кусочек пространства без гравитации. И для этого кусочка используется СТО. Набор этих кусочков называют многообразие. Связь этих кусочков дают преобразования координат, полученные из функций (функции учитывают гравитацию) , связывающие эти кусочки. Соответственно подстановка этих преобразований координат в формулу метрического тензора приводит к формулам описывающим искривление пространства. И вся сложность.

DolbnjaNV 28 октября 2017, 12:31 0 Николай Долбня, 28 10 17 г. Физическим выражением гравитации является не мифическое "пространство-время, на которое влияет масса объекта", а ускоренное раздвижение масс амеров Эфира (космологическая инерция), которые возбуждают в нуклонах вещества (для которых оно прозрачно) противоположно направленные силы гравитации. В виду изотропии Вселенной (она раздвигается в каждой своей точке), эти тела притягиваются друг к другу (Интернет: Н. Долбня "Разгадка тайн Вселенной"). На существование Эфира указывает и размерность постоянного коэффициента гравитации (который вовсе не постоянный, а зависит от размеров Эфира): ускорение увеличения объема Эфира (куб. м/на сек. в квадрате), в расчете на кг амеров Эфира (кг).

В ключевое отличие между общей теорией относительности и специальной теорией относительности заключается в том, что общая теория относительности имеет дело с пространственно-временным континуумом, тогда как специальная теория относительности имеет дело только с инерциальными системами отсчета.

Альберт Эйнштейн предложил специальную теорию относительности в 1905 году. Позже он предложил общую теорию относительности в 1916 году. Эти две теории стали краеугольными камнями современной физики. Теория относительности описывает поведение материи, когда ее скорость достигает скорости света. Более того, основным принципом теории относительности является предельная скорость естественного пространства как скорость света.

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое общая теория относительности
3. Что такое специальная теория относительности
4. Параллельное сравнение - общая теория относительности и специальная теория относительности в табличной форме
5. Резюме

Что такое общая теория относительности?

Общая теория относительности занимается гравитацией. На основе комбинации специальной теории относительности и закона всемирного тяготения Ньютона общая теория относительности описывает гравитацию как искривление в пространственно-временном континууме.

Как в общей, так и в специальной теории относительности время не является абсолютной величиной. В таких системах наблюдается замедление времени и сокращение длины. Замедление времени и сокращение длины эффективны, только если объект движется со скоростью, сравнимой со скоростью света по отношению к наблюдателю. Более того, общая теория относительности - это более продвинутая и обобщенная версия специальной теории относительности.

Что такое специальная теория относительности

Специальная теория относительности, а точнее, специальная теория относительности была предложена Альбертом Эйнштейном в 1905 году. Общепринятой динамикой в ​​то время была механика Ньютона. Специальная теория относительности объяснила некоторые наблюдения, которые ученые не могли объяснить с помощью классической механики. Более того, чтобы правильно понять специальную теорию относительности, нужно сначала понять концепцию инерциальной системы отсчета.

Инерциальный кадр - это система отсчета, которая не ускоряется до заранее определенного инерционного кадра. Важно отметить, что все инерциальные системы отсчета показывают только прямолинейные движения по отношению к другим инерционным системам; никакой инерциальной системы координат нет. Кроме того, специальная теория относительности имеет дело только с инерциальными системами отсчета.

Несмотря на то, что мы не можем понять специальную теорию относительности, используя несколько строк, есть несколько полезных концепций, которые полезны для описания сокращения длины и замедления времени. Основа специальной теории относительности заключается в том, что объекты, движущиеся в инерциальных системах отсчета, не могут иметь относительные скорости, превышающие скорость света.

В чем разница между общей теорией относительности и специальной теорией относительности?

Общая теория относительности - это теория гравитации, разработанная Альбертом Эйнштейном. Специальная теория относительности - это общепринятая и экспериментально подтвержденная физическая теория, касающаяся взаимосвязи между пространством и временем. Ключевое различие между общей теорией относительности и специальной теорией относительности состоит в том, что общая теория относительности имеет дело с пространственно-временным континуумом, тогда как специальная теория относительности имеет дело только с инерциальными системами отсчета.

Более того, общая теория относительности обсуждает такие явления, как кривизна пространства-времени, а специальная теория относительности - нет. Кроме того, общая теория относительности - это более продвинутая и обобщенная версия специальной теории относительности.

Резюме - Общая теория относительности против специальной теории относительности

Короче говоря, общая теория относительности состоит из более продвинутой и обобщенной версии специальной теории относительности. Ключевое различие между общей теорией относительности и специальной теорией относительности состоит в том, что общая теория относительности имеет дело с пространственно-временным континуумом, тогда как специальная теория относительности имеет дело только с инерциальными системами отсчета.

Читайте также: