Занимательная физика. Теория относительности. Манга

Занимательная физика. 
 
Теория относительности. 
Манга

О Б Р А З О В А Т Е Л Ь Н А Я  М А Н Г А
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ ФИЗИКА
ТЕОРИЯ 
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Ямамото Масафуми (автор)
Такацу Кэйта (художник)
Перевод Сенниковой Т. И.
Москва 
ДМК Пресс, 2018

УДК 530.12
ББК 22.313
	
Я54
	
Ямамото Масафуми
Я54	 Занимательная физика. Теория относительности. Манга / Ямамото 
Масафуми (автор), Такацу Кэйта (художник); Перевод Сенниковой Т. И. – М. : ДМК Пресс, 2018. – 184 с. : ил. – (Серия «Образовательная 
манга»). 
	
ISBN 978-5-97060-564-6
Все пошло вверх дном в Академии Такаи. Когда полоумный директор заставляет 
весь класс, в котором учится Минаги, учить теорию относительности все летние 
каникулы, Минаги вызывается учить ее один за весь класс. Только есть одна проблема: он никогда раньше не слышал про теорию относительности! К счастью, 
учить Минаги берется отважный педагог мисс Юрага.
Читая эту мангу вы узнаете, как Минаги знакомится с нетривиальными законами, по которым существует наша Вселенная. Вместе с ним вы усвоите некоторые 
сложные понятия, такие как системы отсчета, объединенное пространство-время 
и принцип эквивалентности. Вы даже узнаете, как принципы теории относительности влияют на современные исследования в астрономии, и выясните почему системы GPS и другие современные технологии зависят от потрясающего открытия, 
сделанного Альбертом Эйнштейном.
Книга таже научит вас понимать и использовать самое известное в мире уравнение: Е = m · c2; вычислять эффекты замедления времени с помощью теоремы Пифагора; понимать классические мысленные эксперименты, такие как, Парадокс Близнецов; увидеть, при каких условиях длина сокращается, а масса увеличивается.
Эта книга будет полезна школьникам старших классов, студентам вузов, а также 
всем людям, интересующимся проблемами современной физической науки.
Original Japanese edition Manga de Wakaru Soutaisei Riron (Manga Guide:  
The Theory of Relativity) By Masafumi Yamamoto (Author),  
Keita Takatsu (Illustrator) and Trend-Pro Co., Ltd. (Producer).  
Published by Ohmsha, Ltd. 3-1 Kanda Nishikicho, Chiyodaku, Tokyo, Japan.
Russian language edition copyright © 2018 by DMK Press
Все права защищены. Никакая часть этого издания не может быть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, 
включая фотографирование, ксерокопирование или иные средства копирования 
или сохранения информации, без письменного разрешения издательства.
Книга «Занимательная теория относительности» Ямамото Масафуми подготовлена и издана по договору с Ohmsha Ltd.
ISBN 978-4-27406-759-4 (яп.)     Copyright © 2009 by Masafumi Yamamoto and Trend-Pro Co., Ltd
ISBN 978-5-97060-564-6 (рус.)             © Перевод, оформление, издание, ДМК Пресс, 2018

Предисловие
Добро пожаловать в мир, где действует теория относительности!
Всем интересно, что же такое теория относительности. Так как эта теория рассказывает о явлениях, которые кажутся нам невероятными в нашей повседневной жизни (например, замедление времени и сокращение длины тела), она может показаться каким-то непостижимым волшебством.
Несмотря на удивительные и парадоксальные утверждения, теория относительности Эйнштейна в наши дни не раз находила свое подтверждение благодаря бесчисленным физическим опытам. Принципы теории относительности и 
квантовой механики – это незаменимые инструменты для изучения и понимания физических явлений.
Во времена Ньютона, когда физики имели дело со скоростями намного меньшими скорости света, было легко считать, что параметры движения, то есть скорость и время, – это независимые, постоянные и нерушимые понятия. Однако к 
концу 19 века точные измерения скорости света вместе с активно проводимыми исследованиями электромагнетизма создали основу для открытия теории 
относительности. В результате пришлось пересмотреть понятия пространства и 
времени, которые всегда считались абсолютными и независимыми.
И вот на сцене появляется Альберт Эйнштейн. Он высказывает предположение, что пространство и время на самом деле понятия относительные, отвергает идею о том, что пространство и время это абсолют, и считает, что они не всегда должны считаться постоянными, а скорость света постоянна всегда.
Этот радикальный подход привел к большим и серьезным спорам – как в свое 
время утверждение Галилея о том, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот, повергло в шок его современников, однако подтверждение чему мы получили, как только проложили дорогу в космос.
Схожим образом теория относительности позволила нам лучше понять сущность устройства пространства-времени, в которых мы и живем. Другими словами теория относительности – это ответ на вопрос, что же на самом деле происходит в нашем мире, а не как в нашем мире казалось бы должно быть.
Хотя это предисловие может показаться немного сложным, я надеюсь, вам понравятся загадки теории относительности в мире манги, а также Минаги и его 
преподавательница мисс Юрага. В заключение я хотел бы выразить глубокую 
признательность всем, кто работал над этой книгой в издательстве Ошма, 
 
re_akino, который трудился над сценарием, и мистеру Кеита Такатсу, который 
превратил все это в такую интересную мангу.
Ну, а теперь, давайте нырнем в мир теории относительности.
Масафуми Ямомото.
Июнь, 2009 г.

оглавление
1
ПРОЛОГ.  Скандальная церемония окончания  
учебного года
9
Глава 1.  Что такое теория относительности?
1.1. Что такое теория относительности?.
......................................14
1.2. Принцип относительности Галилея  
и механика Ньютона..................................................................16
1.3. Загадочная скорость света.
....................................................... 23
1.4. Эйнштейн отверг механику Ньютона.
................................... 34
Дополнительная информация.
..........................................40
Что такое свет?.................................................................................... 40
Скорость света постоянна и тому есть доказательства 
(SPring-8).
.............................................................................................. 44
Одновременность событий зависит от вас?!  
(Несовпадение одновременности).
............................................... 45
Принцип относительности Галилея  
и преобразования Галилея.............................................................. 47
Разница между принципом относительности Галилея  
и специальным принципом относительности Эйнштейна.
.... 48
А как же теперь складывать скорости?.
....................................... 49
Vi
Оглавление

Глава 2.  Что значит «время замедляется»?
2.1. Эффект Уришимы (замедление времени).
.......................... 54
2.2. Почему замедляется время?.
.................................................. 56
2.3. Замедление хода времени взаимно  
и одинаково влияет на каждую из сторон.
......................... 64
2.4. Замедление времени в уравнениях...................................... 73
Дополнительная информация.
..........................................78
Замедление времени и ее доказательство с помощью  
теоремы Пифагора............................................................................ 78
Насколько замедляется время?.
......................................................81
83
Глава 3.  Чем быстрее движется тело, тем  
короче и тяжелее оно становится?
3.1. Сокращается ли длина тела, если двигаться быстрее?.
.... 86
3.2. Становимся ли мы тяжелее, если движемся быстрее?.
... 92
Дополнительная информация.
........................................106
Как объяснить сокращение длины с помощью уравнения  
(Лоренцево сокращение)................................................................ 106
Мюоны с увеличенным сроком жизни...................................... 108
Масса тела при движении.
............................................................. 109
Взаимозависимость между энергией и массой........................111
Масса света равна нулю?................................................................112
Оглавление
Vii

Глава 4.  Что такое общая теория относительности?
4.1. Принцип эквивалентности.
.....................................................118
4.2. Свет отклоняется от прямой из-за гравитации.
...............131
4.3. Гравитация замедляет время.
................................................141
4.4. Теория относительности и Вселенная.
.............................. 147
Дополнительная информация.
........................................156
Замедление времени в общей теории относительности.
.... 156
Истинная природа гравитации в общей теории  
относительности.
...............................................................................161
Явления, открытые благодаря общей теории  
относительности.
...............................................................................161
Глобальная навигационная система и теория  
относительности.
.............................................................................. 165
Заключение...........................................................................167
Предметный указатель......................................................174
Оглавление
Viii

ПРОЛОГ
Скандальная церемония 
окончания учебного года

Академия  
Тайгай
Студенты полны 
ожиданий сходить 
на пляж поплавать, 
расслабиться на 
пикнике и завязать 
романтические 
знакомства...
Последний 
учебный 
день перед 
летними 
каникулами
Я понимаю, 
что на пороге 
каникулы...
Так, 
что…
Я хочу преподнести 
подарок младшему 
курсу, чтобы вы 
получили еще большее 
 
удовольствие 
от каникул.
Директор школы 
Рэйз Йага
Что еще он  
там придумал? 
Наш дирек 
такой придурок!
2
ПРОЛОГ.  Скандальная церемония окончания учебного года