Почему понятия современной физики так сложны для восприятия даже профессионалов?

Представьте себе остров, находящийся посреди теплого моря. Здесь очень мягкий климат, плодородная почва, что позволяет снимать несколько урожаев в год. Море кишит рыбой, а леса дичью. Отсутствуют опасные для человека хищные животные и ядовитые змеи. Нет эпидемий болезней. Люди умирают без мучений, достигнув глубокой старости.

Однажды один из жителей острова строит большую деревянную лодку и отправляется исследовать мир. Возвратившись через несколько лет на родину, он рассказывает соплеменникам о том, что мир очень велик. В нем живет много людей и все они вместе с обитателями острова обитают на огромном шаре. В том большом мире есть горы такие высокие, что у некоторых вершины скрываются за облаками. Иногда они извергают пламя, от которого плавятся камни и стекают в виде огненных рек с горы, уничтожая окрестные селения. В этом мире бывают такие ветры, что они поднимают волны выше самых высоких деревьев. Иногда земля начинает трястись, в ней появляются трещины, куда проваливаются люди и дома. В некоторых местах большого мира так холодно, что вода превращается в камень, а в других стоит такая жара, что там не растут ни деревья, ни растения.

Люди большого мира могут летать на железных птицах выше и быстрее любой из птиц, а плавать на воде и под водой на своих лодках глубже и быстрее любой рыбы. Они имеют ящики из какого-то материала, при помощи которых видят, что происходит в любом конце света, и могут разговаривать с человеком, находящимся так далеко, что идти до него надо много дней. Иногда они воюют между собой, и тогда одна железная птица может мгновенно уничтожить целую страну, которая во много раз больше острова.

Естественно, соплеменники не поверили рассказам путешественника. Уж слишком они отличались от каждодневной действительности. Никто из них не видел превращения воды в камень, а тем более плавления камней. Ни одна птица, даже металлическая, не может мгновенно уничтожить целое селение и т.д. Поэтому путешественник до конца дней будет считаться лгуном.

Мы, обитатели Земли, очень похожи на жителей этого комфортного острова. Наши космические скорости по сравнению с субсветовыми скоростями движения микрочастиц ничтожно малы. Во много раз меньше, чем скорость движения черепахи по сравнению со скоростью болида «Формулы–1». Масса всей нашей Солнечной системы бесконечно мала по сравнению с массой черной дыры. Даже на полюсе температура гораздо выше абсолютного нуля. Самая высокая температура на Земле попросту несравнима с температурой даже нашего Солнца.

Мы живем в мире, где массы и скорости слишком малы для того, чтобы релятивистские эффекты оказывали влияние на нашу повседневную жизнь, и слишком велики для проявления квантовых эффектов. Это привело к тому, что на генном уровне пространство, время и материя воспринимаются нами несвязанными и независимыми атрибутами бытия. Поэтому-то с таким трудом воспринимались, да и до сих пор воспринимаются идеи теории относительности.

Еще сложнее обстоит дело с квантовой физикой. Со времен своего появления Homo sapiens очень быстро стал детерминистом на основе своего жизненного опыта, твердо усвоив, что в одинаковых условиях одинаковые причины порождают одинаковые следствия. Поэтому идеи квантовой физики до сих пор с трудом приживаются в сознании наших современников.

Эйнштейновская научная революция

В чем заключается отличие в понимании принципа относительности Ньютоном и Эйнштейном?

Это отличие имеет более глубокий характер, чем кажется на первый взгляд. Предположим, что навстречу друг другу движутся два автомобиля. Автомобиль, в котором находится наблюдатель А, движется со скоростью 80 км/ч относительно дорожного полотна, а автомобиль, в котором находится наблюдатель В, движется ему навстречу со скоростью 40 км/ч также относительно дорожного полотна. Оба автомобиля, не меняя своей скорости, движутся строго по прямой. Тогда наблюдатель А, проведя определенные измерения, может сказать, что его автомобиль движется относительно автомобиля, в котором находится наблюдатель В, со скоростью 80 км/ч + 40 км/ч = 120 км/ч.

Точно такое же заключение сделает наблюдатель В. Более того, если в обоих автомобилях отказали спидометры, то наблюдатель А может утверждать, что его автомобиль стоит на месте, а автомобиль наблюдателя В движется относительно его автомобиля со скоростью 120 км/ч. Такое же утверждение может сделать и наблюдатель В, только он будет считать, что его автомобиль стоит, а со скоростью 120 км/ч движется автомобиль наблюдателя А.

Оба наблюдателя также могут утверждать, что автомобили движутся навстречу друг другу с одинаковыми скоростями 60 км/ч относительно дорожного покрытия или что один автомобиль движется со скоростью 20 км/ч, а другой — 100 км/ч. Число вариантов бесконечно. Таким образом, принцип относительности Галилея—Ньютона утверждает, что свободное движение имеет смысл только относительно других объектов, поэтому понятия «абсолютного» движения не существует, свободное же движение имеет смысл только при сравнении.

В понимании Эйнштейна принцип относительности заключается в следующем: законы физики, каковы бы они ни были, должны быть абсолютно одинаковы для всех наблюдателей, совершающих равномерное движение.

Из ОТО (общей теории относительности. — Прим. ред.) следует, что материальные тела искривляют пространство, а оказывают ли они влияние на время?

Да, оказывают. Приведем два примера. Еще в начале 60-х годов в парках отдыха существовал аттракцион «колесо смеха». Суть его заключалась в следующем. На диск рассаживались дети, после чего он начинал вращаться. Согласно законам физики на каждого ребенка начинала действовать центробежная сила, тем большая, чем дальше он находился от центра диска. Поэтому первыми с диска скатывались дети, находившиеся ближе к его краю. Счастливец же, занявший место в центре диска мог находиться там очень долго.

Аттракцион «колесо смеха»

Теперь представим себе, что наблюдатель, имеющий пару синхронизированных часов, оставил одни в центре диска, а с другими часами движется от центра диска к периферии. При этом на него начинает действовать центробежная сила, тем большая, чем ближе наблюдатель приближается к краю диска. Вернувшись обратно, в центр диска, наблюдатель обнаружит, что его часы отстали от часов, оставленных в центре диска. Результат вполне объясним в рамках СТО. Наблюдатель, перемещаясь к периферии вращающегося диска, движется со все более высокой линейной скоростью. Как мы выяснили выше, с точки зрения неподвижного наблюдателя время у движущегося наблюдателя будет течь медленнее. Замедление хода времени можно подсчитать, пользуясь преобразованиями Лоренца.

Теперь представим себе, что вращающийся диск помещен в темную комнату, и наблюдатель не может определить, вращается диск или нет, но зато он испытывает действие центробежной силы инерции, которая стремится прижать его к периферии диска.

Полный текст далее.