Ответьте на вопросы, страница 162 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Что такое время? Что такое пространство?

2. Почему в физике вводятся понятия: абсолютное время, относительное время? В каких разделах физики они используются?

3. Как вы думаете, что такое «искривление пространства»?

1. Что такое время? Что такое пространство?

Время — это фундаментальное понятие в физике, одна из основных величин, описывающих наш мир. Его можно определить как меру длительности существования всех объектов, последовательность смены их состояний в виде событий. Время характеризуется однонаправленностью — оно течет из прошлого в будущее, и этот процесс необратим. В физике время является одной из координат, образующих вместе с пространственными координатами единый континуум — пространство-время. Единица измерения времени в системе СИ — секунда.

Пространство — это также фундаментальное понятие, которое представляет собой безграничную трехмерную протяженность, в которой располагаются все материальные объекты и происходят физические явления. Оно характеризует порядок расположения объектов, их относительное положение и расстояние между ними. В классической ньютоновской физике пространство считается абсолютным, трехмерным, однородным, изотропным и не зависящим от материи, которая в нем находится. В теории относительности Эйнштейна пространство неотделимо от времени и материи, оно может изменять свои свойства (искривляться) под действием гравитации.

Ответ: Время — это мера длительности и последовательности событий, обладающая свойством однонаправленного течения. Пространство — это трехмерная протяженность, в которой существуют и взаимодействуют все объекты. Вместе они образуют фундаментальную структуру Вселенной — пространство-время.

2. Почему в физике вводятся понятия: абсолютное время, относительное время? В каких разделах физики они используются?

В физике эти понятия вводятся для описания явлений в рамках разных теорий, которые имеют разные области применимости.

Абсолютное время — это концепция, введенная Исааком Ньютоном. Согласно ей, время течет одинаково во всей Вселенной для всех наблюдателей, независимо от их движения или местоположения. Оно является универсальным и не зависит ни от каких внешних факторов. Это представление хорошо работает в условиях, когда скорости движения тел малы по сравнению со скоростью света, а гравитационные поля слабы.

Относительное время — это концепция, вытекающая из специальной и общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Согласно этой теории, ход времени не является универсальным. Скорость течения времени зависит от скорости движения наблюдателя и от гравитационного поля, в котором он находится. Например, для наблюдателя, движущегося с большой скоростью, время течет медленнее, чем для неподвижного наблюдателя (эффект замедления времени). Также время течет медленнее вблизи массивных объектов, где гравитация сильнее.

Понятия вводятся, потому что классическая модель абсолютного времени оказалась неточной при описании мира на больших скоростях и в сильных гравитационных полях, где необходимо использовать релятивистскую модель с относительным временем.

В каких разделах физики они используются:
• Абсолютное время используется в классической механике. Эта модель с высокой точностью описывает движение планет, работу механизмов, баллистику и большинство явлений в повседневной жизни.
• Относительное время используется в релятивистской физике (специальная и общая теория относительности), астрофизике, космологии и физике элементарных частиц. Учет относительности времени необходим для работы систем глобального позиционирования (GPS), для понимания физики черных дыр, расширения Вселенной и при экспериментах на ускорителях частиц.

Ответ: Понятие "абсолютное время" (классическая механика) предполагает, что время течет одинаково для всех, и используется для описания явлений при низких скоростях. Понятие "относительное время" (теория относительности) утверждает, что ход времени зависит от скорости и гравитации, и используется для описания явлений при скоростях, близких к световым, и в сильных гравитационных полях.

3. Как вы думаете, что такое «искривление пространства»?

Искривление пространства (а точнее, единого пространства-времени) — это центральная идея общей теории относительности Эйнштейна, которая по-новому описывает природу гравитации.

В классическом понимании пространство — это пассивная арена, где происходят события, а гравитация — это сила, с которой массивные тела притягивают друг друга.

Согласно же общей теории относительности, гравитация — это не сила, а проявление геометрии самого пространства-времени. Любое тело, обладающее массой или энергией, деформирует, или «искривляет», пространство-время вокруг себя. Чем массивнее объект, тем сильнее это искривление.

Самая популярная аналогия — это натянутая резиновая мембрана. Если положить на нее тяжелый шар (например, для боулинга), мембрана прогнется. Этот прогиб и есть аналог искривления пространства-времени. Если теперь запустить рядом маленький шарик (например, бильярдный), он не будет катиться по прямой, а начнет двигаться по кривой траектории вокруг большого шара, как бы «притягиваясь» к нему. На самом деле, шарик просто движется по кратчайшему пути в уже искривленном пространстве.

Таким образом, планеты вращаются вокруг Солнца не потому, что Солнце притягивает их невидимой силой, а потому, что они движутся по «прямым» линиям (геодезическим) в пространстве-времени, искривленном массивным Солнцем. Даже свет, который не имеет массы покоя, но обладает энергией, отклоняет свою траекторию, проходя вблизи массивных объектов. Это явление называется гравитационным линзированием и является одним из ключевых экспериментальных подтверждений теории относительности.

Ответ: «Искривление пространства» — это изменение геометрии пространства-времени под действием массы и энергии. Согласно общей теории относительности, именно это искривление мы воспринимаем как гравитацию: тела движутся по инерции вдоль кратчайших путей (геодезических линий) в этом искривленном пространстве-времени.