Фильмы, глубокий смысл которых помогает понять теорию относительности
Фильмы, книги, научные дискуссии, мечты и научные фантазии — все знают и рассуждают об общей теории относительности Эйнштейна. «Слово и Дело» вместе с физиком Евгением Александровым попыталось разобраться, в чем феномен этой теории.
В чем заключается эта теория
Теория относительности Альберта Эйнштейна – это теория модели пространства-времени. У каждого из нас есть врожденное представление о том, что такое «время» и «пространство». Многим кажется, что это простые понятия. Но если мы задумаемся над их смыслом, мы убедимся, что все не так просто.
Чтобы понять теорию пространства-времени, для начала нужно разобраться в том, что значат эти два понятия по отдельности. Тогда мы сможем яснее понять, что такое движение и скорость света. Разобравшись с этим, мы увидим мир так же, как и Альберт Эйнштейн – через относительность.
Начать нужно с того, что мы живем в трех измерениях. У нас точно есть верх и низ, право и лево, вперед и назад. Это пространство.
Но Альберт Эйнштейн предложил четвертое измерение – время. Зачем оно нужно? Оказывается, пространство сильно видоизменяется в зависимости от времени. Но мы говорим не о часах и минутах, не о метрах и километрах. Мы говорим о масштабах вселенной. Именно поэтому космические пространства измеряются с помощью такой единицы – «световой год». Световой год – это расстояние, которое трудно вообразить. А именно 9 460 730 472 580 800 километров. Но нам эта цифра мало, о чем говорит, ведь мы ее никак не можем представить.
Источник фото: pixabay.com
Но важно не это. А то, что расстояние – пространство – мы измеряем с помощью единицы, которое обозначает временной промежуток – год.
Так получилось потому, что человеку легче всего измерять расстояние в зависимости от скорости света. Каждый из нас слышал, что свет от Солнца достигает Земли за восемь минут. Тут в нашей системе появляется еще одно важнейшее понятие – скорость.
Скорость света в космосе, то есть в вакууме, – это величина постоянная. Примерно за восемь минут солнечный свет преодолевает расстояние в 150 миллионов километров до Земли. И именно здесь у нас соединяются воедино три категории: пространство, время и скорость.
Для нас это обозначает одно: мы видим Солнце таким, каким оно было восемь минут назад. А значит еще более дальние звезды, планеты и галактики мы видим такими, какими они были миллионы лет назад. А какие они сейчас, нас остается только догадываться. Ведь увидеть это будет возможно только через миллионы лет.
Источник фото: unsplash.com
А значит, если мы на большом космическом корабле полетим навстречу звезде Икар, которая находится в девяти миллионах световых лет от нас, сократится и время, за которое ее свет доходит до нас.
На основании этой модели была сформулирована специальная теория относительности, которая описала взаимоотношения можно временем, пространством и движущимся объектом.
Однако вскоре стало понятно, что все не так просто. Специальная теория относительности не вполне учитывала еще одну важнейшую в нашей вселенной категорию – энергию. А ведь именно энергия и масса играют важнейшую роль в движении. Ведь не только звезды и планеты имеют массу. Наша вселенная тоже имеет массу. Ее можно представить, как одно тело: у вселенной есть размер, масса, заключенная в ней энергия. Получается, что и вся наша вселенная подчиняется законам модели пространства-времени и гравитации.
Именно тут и появляется самое знаменитое уравнение в истории физики: E=mc2, где E – это Е − энергия, m − масса, с − скорость света в вакууме.
Источник фото: unsplash.com
Как понять эту теорию
Разберем теорию относительности «на пальцах».
Запомним, движение относительно. Это не просто форма речи. Движение действительно относительно других объектов и от системы отсчета.
Представьте, что космонавт попал в открытый космос. Он в абсолютной темноте и пустоте, он не видит никаких ориентиров. Как в этом случае понять, движется ли он или находится на одном месте? А если он движется, то с какой скоростью и в каком направлении. Еще со школьной скамьи мы знаем, что скорость зависит от расстояния и времени. А значит, мы не знаем (и он тоже), движется ли космонавт.
А теперь представьте, что вы едете в поезде. И тут вы встали и направились в сторону, противоположную ходу поезда (например, в буфет или к двери). Несмотря на то, что вы идете с обычной скоростью назад, поезд вас несет вперед. И, значит, скорость становится относительной. Вы движетесь относительно поезда? Относительно станции за окном? Относительно поезда, который едет рядом? Относительно скорости вращения Земли?
Источник фото: unsplash.com
Не переживайте, если ничего не поняли
На самом деле, это только начало. Общая теория относительности – это сложнейшая теория, которую понимают лишь единицы. А доказать ее смог только один человек – Альберт Эйнштейн. Однако она быстро перекочевала в массовую культуру и стала настоящим «мейнстримом». О ней знает каждый, но мало кто представляет, в чем она заключается.
«Слово и Дело» обсудило эту проблему с физиком-экспериментатором и доктором физико-математических наук Евгением Александровым. Он считает, что в основном популярность общей теории относительности связана с ее недоступностью.
«Чрезвычайно малое количество людей разбирается в общей теории относительности. Вообще, это область знаний предназначена для весьма редкого употребления. В практике она находит применение только при работе со спутниками и в астрономии и астрофизике. Громадное большинство людей не имеют о ней никакого представления. Это нечто вроде религиозного поклонения перед вершиной знания. Она действительно уникальна. И, действительно, Эйнштейн прославился ею больше, чем любой другой ученый», — считает эксперт.
Очередной виток популярности общей теории относительности пришелся на последнюю Нобелевскую премию по физике за исследование черных дыр. Действительно, только она сможет показать и объяснить их происхождение и влияние на всю материю Вселенной.
Источник фото: pixabay.com
«Черные дыры очень оживили интерес к общей теории относительности. Однако не переживайте, если вы не в силах постичь ее. Прикладной она никогда не станет. Это область явлений, гравитационных сил и потенциалов, которая нам совершенно недоступна. Лучше нам не приближаться к черным дырам – это страшные места. Но знать о них, конечно, нужно. Например, сейчас мы знаем, что в центре нашей галактики находится огромная черная дыра, массой в миллионы Солнц. Но нас она не касается, потому что мы живем в далекой провинции нашей галактики», — считает эксперт.
Общая теория относительности – это воплощение чистого знания, вершины человеческого представления о мире и мироздании. И поэтому далеко не каждому под силу даже осознать ее.
Источник фото: unsplash.com
Общая теория относительности в фильмах
«Интерстеллар», 2014
В этом фильме вы найдете философские рассуждения о природе и влиянии черных дыр, искривления пространства, довольно реалистичные представления о космических расстояниях, наглядно показанную относительность времени, движения и материи. Создатели фильма консультировались с лучшими учеными-физиками и астрофизиками. Поэтому, несмотря на то, что фильм снят в жанре научной фантастики, очень многие элементы и рассуждения вполне актуальны для науки. Фильм не только красочно снят, но и заставляет зрителя обдумать и осознать всю «относительность» нашего мира и вселенной.
Источник фото: Кадр из фильма «Интерстеллар» -
«Что такое теория относительности?», 1964
Эта игровая короткометражка была снята на студии «Моснаучфильм». В ней не раскрыта теория полностью, так как в середине 1960-х еще не было достаточно научной базы, а многие вопросы остались неотвеченными. Но некоторые выводы из этой теории, интересные и парадоксальные, вы найдете обязательно. Феномен общей теории относительности заключается в следующем: она настолько сложна, что ее пытаются объяснить абсурдно просто. Но действительность оказывается намного сложнее.
Источник фото: Кадр из фильма «Что такое теория относительности»
«Пассажиры», 2016
Этот фильм с Крисом Праттом и Дженнифер Лоуренс в главных ролях, несмотря на всю психологическую драму сюжета, не обходит стороной и теорию Эйнштейна. Вообще, в этом фильме многое представлено согласно науке, а не вопреки ей. Корабль в этом фильме подчиняется физическим законам. Он не перескакивает из одной точки в другую за считанные секунды, не превышает скорость света, что вполне сходится с общей теорией относительности.
Источник фото: Кадр из фильма «Пассажиры» -
«Контакт», 1997
Этот фильм можно по праву считать предшественником «Интерстеллара», а снят он был по роману одного из величайших людей современности – астрофизика Карла Сагана. Он понимал, что математика и астрофизика – вещи неразрывные, особенно с открытием черных дыр и их свойств. Перемещение по вселенной, «кротовые норы» и изучение других планет – все снято и продумано в соответствии с теорией относительности.
Источник фото:Кадр из фильма «Контакт» -
«Детонатор», 2004
Теория относительности неразрывно связана с другим «мейнстримом» — машиной времени. Конечно, она не изобретена, но лучшие математики все еще бьются над этой фантастической идеей. И теория относительности Эйнштейна никак не противоречит этому смелому замыслу. Действительно, вполне понимая принципы пространства-времени, можно в конце концов и понять, как в этой модели перемещаться. Фильм был снят математиком Шейном Каррутом, и рассказывает он о героях, которые из подручных средств собрали машину времени.
Источник фото: Кадр из фильма «Детонатор» -