Прошу помочь понять основные принципы теории относительности

[ragnarek]

Прошу вашей помощи, дорогие друзья, в понимании сути этой теории. Мои знания физики ограничены школьной программой и научно-популярными книжками. Беда в том, что в определенный момент я осознал, что информация в подобного рода литературе сильно упрощена и даже искажена.
К примеру, часто описывается такой эксперимент:
Мимо нас летит корабль, на котором кто-то включает фонарик. Для нас и для человека на корабле свет преодолеет одно и то же расстояние за разное время. При этом это описывается так, будто мы можем наблюдать за лучом со стороны! Получается, этот пример ведь совершенно не корректен. В то же время, не корректно описывается и наблюдаемое замедление времени на корабле. Как мы можем его лицезреть, если корабль проносится мимо за ничтожные доли секунды? Как это вообще можно зафиксировать?

Другой пример:
В научпопе постоянно говорят про искривление пространства, хотя искривляется не пространство, а пространство-время, причем искривляется совсем не так, как описывается. Но избавиться от предрассудков теперь очень сложно!

В связи с вышеизложенным прошу о следующем:
Посоветуйте пожалуйста хорошую литературу, в которой максимально (насколько это возможно) доступно и корректно описывается эта теория.
Помогите с пониманием такого явления, как пространство-время и движение в нем. Что заставляет материю отклоняться? Каким образом Эйнштейн пришел к тому, что пространство и время это единая сущность?

Спасибо.

[rockclimber]

Вот прямо сейчас идет обсуждение в параллельном топике: «Непонятки про кривое пространство.» Там и литературу советуют. Начните с него.

[Dmitriy40]

Дуамю можно начать и с раздела в избранном форума.

[Munin]

А для литературы, для начала, стоило бы зайти в тему
«Ищу литературу по…»

[Tim]

Цитата:

Для нас и для человека на корабле свет преодолеет одно и то же расстояние за разное время.

За одинаковое время, в этом вся фишка.

Цитата:

При этом это описывается так, будто мы можем наблюдать за лучом со стороны!

А почему бы и нет. Вы же можете видеть луч лазера со стороны. В телескопы наблюдали взрывы сверхновых, свет от которых проходя через облака пыли освещал их. То есть распространение света можно наблюдать. Побольше фантазии в мысленых экспериментах.

Цитата:

В то же время, не корректно описывается и наблюдаемое замедление времени на корабле. Как мы можем его лицезреть, если корабль проносится мимо за ничтожные доли секунды?

Зачем обязательно мимо проноситься. Пусть он издалека к вам летит, сигналит раз в секунду. Из-зи эффекта Доплера сигнал вы чаще примите, из-за замедления времени - реже. Дальше считайте, складывайте, отнимайте, сверяйте с опытом.

Цитата:

В научпопе постоянно говорят про искривление пространства, хотя искривляется не пространство, а пространство-время, причем искривляется совсем не так, как описывается. Но избавиться от предрассудков теперь очень сложно!

Решайте задачки и мысленные эксперименты.

Цитата:

Что заставляет материю отклоняться?

Сначала разберитесь с СТО, потом плавно, на лифте Эйнштейна поднимайтесь в ОТО.

Цитата:

Каким образом Эйнштейн пришел к тому, что пространство и время это единая сущность?

Он верил что законы природы красивы. СТО проста (математика 9 класс) и красива как кристалл. Позже, когда началась квантовая механика, Эйнштейн начал рвать на себе волосы и показывать язык. Хотя нобелевку получил именно за неё.

[miflin]

(Оффтоп)

Tim в сообщении #1233545 писал(а):

Побольше фантазии

А вы случайно не спутали фантазию с панибратством по отношению к науке?

[svv]

(Оффтоп)

Tim хорошо пишет. Он любит теорию относительности, как и я.

Tim в сообщении #1233545 писал(а):

красива как кристалл

Почему не все люди видят это?

[Pphantom]

Tim, не забывайте указывать авторов цитат в заголовках.

[Muha_]

На днях объяснил СТО десятилетнему сыну. План был такой:
1. Световые часы с прыгающим между двумя источниками лучом света, замедление хода часов из за увеличения пути луча при движении часов по "листу бумаги".
2. Демонстрация перехода в другую систему отсчета с помощью анимации типа https://habrahabr.ru/post/169347/. (без линий, иллюстрирующих пространство Минсковского - просто сказал, что будем плющить по диагонали).
Вроде сработало :)

[miflin]

Muha_ в сообщении #1233693 писал(а):

На днях объяснил СТО десятилетнему сыну.

Muha_ в сообщении #1233693 писал(а):

Вроде сработало :)

Дай бог, как говорится... С уравнениями Максвелла, надеюсь, "всё пучком".
Да и далее всё, надеюсь, сходится - нашелся брат-близнец (http://dxdy.ru/post1171323.html#p1171323, проверьте в "Жди меня").
Уже накапало 5 лет разницы.

[ragnarek]

Спасибо, начал читать рекомендуемую литературу начиная с самой простой.
Помогите, пожалуйста, понять одну вещь (этот момент почему-то упущен). Как Эйнштейн пришел к тому, что время это просто еще одна координата? Причем, подразумевается не время вообще, а т.н. координатное время. Правильно ли я понимаю, что тут просто имеется ввиду тот же самый метр, просто измеренный в световых секундах?
Как вообще это понять на интуитивном уровне?

[arseniiv]

ragnarek в сообщении #1233728 писал(а):

Как Эйнштейн пришел к тому, что время это просто еще одна координата?

Ну, если начать рассматривать события — время координатой станет автоматически. Как он пришёл к тому, что надо рассматривать события? М-м-ну, кажется, он особо и не приходил, и в физике это уже носилось в воздухе? Вообще, на самом деле, исторический вопрос обычно вносит в современное изложение теорий только путаницу, потому что люди не знают сразу, как будет лучше — это потом через много итераций. (Притом ни для науки, ни для технологии такое развитие вещей не исключительно.)

ragnarek в сообщении #1233728 писал(а):

Как вообще это понять на интуитивном уровне?

Интуитивного уровня, строго говоря, не существует вообще. В основном мы понимаем, свыкаясь, разбираясь в разных свойствах подробнее и составляя постепенно какую-то картину. Наивно думать, что в общем случае хорошую картину можно получить сразу. Вот есть пространство-время — это четырёхмерное вещественное многообразие. Потому на его кусках можно вводить системы координат. Для хороших случаев (например, плоское пространство-время Минковского) система координат может охватить всё его целиком, в плохих случаях нужно будет как минимум две, каждая по-отдельности определяющие координаты не всех событий.

ragnarek в сообщении #1233728 писал(а):

Правильно ли я понимаю, что тут просто имеется ввиду тот же самый метр, просто измеренный в световых секундах?

Тут дело не в том, в чём там мы что-то измерили, а в том, что длины и времена оказываются физическими величинами одной природы — это всё интервалы. Потому мы можем измерять время в единицах, когда-то введённых для длины и длину в единицах, когда-то введённых для времени — оказывается, это единицы измерения одной и той же физической величины. Вообще в Тейлоре—Уилере это должно быть описано получше и в полезном порядке.

[Munin]

ragnarek в сообщении #1233728 писал(а):

Помогите, пожалуйста, понять одну вещь (этот момент почему-то упущен). Как Эйнштейн пришел к тому, что время это просто еще одна координата?

Это на самом деле не сложно. Очень многие физические величины можно рассматривать как "ещё одну координату".

Гораздо сложнее другое: понять, что время - координата, равноправная с пространственными, и связанная с ними вместе в общее симметричное пространство-время.

И это сделал не Эйнштейн. Это сделал через 2 года Минковский. Сегодня это пространство по праву называется пространство Минковского.

[Muha_]

Из чего можно сделать два странных логических вывода:
1. Изобретя СТО Эйнштейн 2 года сам ее не понимал (пока ему не помог Мниковский)
2. Изучая СТО можно ничего не знать о пространстве Минковского и тем не менее понимать ее не хуже автора (т.е. в мере, достаточной для того, чтобы самому до нее додуматься).
ИМХО, пространство Минковского нужно для того, чтобы встроить СТО в математический мир, который, в свою очередь, может давать ответы в области, недоступной для прямого воображения. Но для увязывания принципа относительности СТО с обычным повседневным опытом пространство Минковского вообще никак не подходит и только все запутывает. Когда говорят, что интервал между событиями в разных концах вселенной может быть нулевым это совсем ничего не упрощает.

[Munin]

Мне жаль только вашего 10-летнего сына...