Рассказ внучку об Общей Теории Относительности

Ко мне внучек часто обращается;
─Деда, расскажи мне про Общую теорию относительности. Правда, что ее придумал самый умный человек на Земле ─ Эйнштейн?
Он так часто ко мне приставал, что я не выдержал. Однажды, сидя у камина, сказал ему:
─Садись поближе на скамеечку, и я тебе расскажу все про ОТО, это так называют Общую Теорию Относительности.
Но прежде чем говорить за ОТО, поговорим за фотон. Фотон это квант, частица света. Он отличается от всех других частиц тем, что его невозможно остановить. Он существует только в движении. Как велосипедист. Тот тоже может существовать только в движении. А как остановится, так упадет и как велосипедиста его не будет.
Но велосипедист может ехать с разными скоростями. С одной скоростью мчатся гонщики на кубок Франции. А с другой ─ мальчик на детском велосипедике.
А вот фотоны с какой скоростью могут двигаться7 Оказывается все-все фотоны могут двигаться только с одной скоростью. Фотоны бывают разного цвета – красные, синие, ультрафиолетовые, даже радиоволны тоже состоят из фотонов и даже страшное гамма-излучение тоже состоит их фотонов. Вот их сколько. Но скорость у всех их в вакууме, конечно, абсолютно одинакова. Если взять какой-нибудь очень сложный цвет, состоящий из смеси фотонов, то какое бы расстояние они не проходили по всему всему космосу, цвет не изменится. Это значит, что все фотоны вместе двигаются с одной скоростью. Это вовсе не обязательно, что скорость постоянна. Она, в принципе, может меняться от точки к точке, но меняться одинаково у всех фотонов.
Это физики называют кинематической неразличимостью фотонов. Цветовая различимость есть, а кинематической – нет.
А теперь поговорим о пространстве и его описании. Вообще пространства бывают разные. Например, на Земле или вокруг Солнца пространство гравитационное и разные его точки имеют разные свойства. Но есть пространства с совершенно одинаковыми свойствами. Это вдали от всяких Солнц, планет и галактик. Там пространство однородно.
Ну и понятно, что в таком пространстве скорость света постоянна. Не от чего ей меняться.
Но в одном таком пространстве можно ввести не одну, а много систем отсчета. Отличаются они только скоростью движения друг по отношению к другу. И все такие системы отсчета абсолютно одинаковы по своим свойствам, все они имеют, естественно, одинаковые свойства во всех своих точках.
Но если так, то и скорости света во всех таких системах отсчета должны быть одинаковы. Ведь если это не так, то можно найти такую систему отсчета, в которой скорость света минимальна или максимальна.

Ясно, что это означает уже неравноправие систем отсчета.
Итак, в однородных пространствах в любой однородной системе отсчета, их называют еще инерциальными системами отсчета (в однородном пространстве можно ввести и неоднородные, неинерциальные системы отсчета) скорость света одинакова. Это называется специальная относительность, т.е. специально для инерциальных систем.
А если пространство однородно, а система отсчета неоднородна, то будет ли в такой системе отсчета скорость света постоянна? Ответ очевиден. Конечно нет. Например, во вращающейся системе отсчета свет будет двигаться по спирали и скорость его на большом удалении может в тысячи раз превышать нормальную скорость света. Ну а при приближении к наблюдателю она падает до значения нормальной скорости света в ИСО (в инерциальной системе отсчета).
Тогда ты, мой юный друг скажешь, что если даже в однородном пространстве скорость света может быть непостоянна, то уж в неоднородном пространстве и тем более. В данной точке пространства она одинакова для всех фотонов, в каком бы направлении они ни двигались, откуда бы они ни прилетели, даже если они были созданы прямо на этом же самом месте. Но в разных точках пространства в неоднородном (гравитационном) пространстве она тем более не может быть одинаковой.
Ты так сказал малыш? И оказался неправ. Вот этот самый умный человек на Земле дядя Эйнштейн придумал такую теорию, в которой скорость света одинакова в любой точке пространства, в любом пространстве и в любой системе отсчета. Этот фокус он назвал «общей относительностью».
Что же он придумал?
А вот что. Знаешь ли ты, что скорость получается делением расстояния на время? А расстояния и время определяются через эталоны времени и пространства. Нормальные физики всегда используют одни и те же эталоны, а не изготавливают их по своему усмотрению как базарные торговцы. Недаром появилось выражение «кавказский килограмм».
Так вот, Эйнштейн предложил в каждой точке пространства использовать свои эталоны времени и пространства. Это называют «переменной метрикой пространства-времени». И затем он предложил так менять эту метрику, чтобы скорость света была всегда и везде одной и той же. Это и называется Общей Теорией Относительности. Самой умной (и сложной) теорией во все времена и для всех народов.
Понял, малыш, теперь, что такое Общая Теория Относительности? Она так умна, что ее всегда пишут с больших букв.