Специальная теория относительности

Тогда можно определять время событий во всех этих точках. При таком определении одновременности событий необходимо обратить особое внимание на то, что для определения времени мы использовали систему часов, покоящихся относительно системы К. Другими словами, это определение имеет смысл только по отношению к системе координат К в определенном состоянии движения. Если кроме системы координат К вводится другая система координат К', движущаяся равномерно и прямолинейно относительно К, то можно аналогично определить времяотносительно К'. Однако заранее не очевидно, что можно согласовать показания этих двух систем часов. Априори ниоткуда не следует, что два события, одновременные относительно К, должны быть одновременными относительно системы К'. В этом и заключается «относительность времени»(3).Рис. 3. Положение и состояние движения двух систем К и К'(3).Оказывается, что принцип постоянства скорости света и принцип относительности противоречат один другому только до тех пор, пока сохраняется постулат абсолютного времени, то есть абсолютный смысл одновременности. Если же допускается относительность времени, то оба принципа оказываются совместимыми; в этом случае, исходя из этих двух принципов, получается теория, называемая «теорией относительности»(3).Основная задача, связанная с этой системой понятий, заключается в следующем. Даны две системы координат К и К'. Система К' движется равномерно и прямолинейно относительно К со скоростью v. Даны место и время произвольного события (координаты х, у, z и время t) в системе К. Требуется найти место и время (х', у', z', t') в системе К'. При этом положения координатных осей этих двух систем для простоты выбраны так, как показано на рисунке 3. Старая кинематика решала эту задачу следующими формулами:х' = х - vt, у' = у, z' = z, t' = t.Последняя из этих формул выражает постулат о том, что значения времени имеют смысл, независимый от состояния движения (постулат «абсолютного времени»). На рисунке 3 изображено положение и состояние движения двух систем К и К' с точки зрения системы К. Возьмем теперь точку Р' на оси х', расстояние которой от О' равно l'. Это значит, что наблюдатель, движущийся вместе с системой К', должен приложить свою измерительную линейку вдоль оси х' l' раз, чтобы попасть из О' в Р'. Наблюдатели же, находящиеся в покое относительно системы К, чтобы определить расстояние О'Р', должны поступать иначе. Они должны определить те пространственные точки в системе К, в которых находятся точки О' и Р' в одно и то же время (системы К). Затем, прикладывая измерительную линейку вдоль оси х системы К, они получат искомое расстояние между этими точками. Очевидно, оба процесса абсолютно разные, так что и их численные результаты l и l' априори могут быть разными. Другими словами, априори нельзя отвергать возможность, что и понятие пространственного расстояния имеет только относительный смысл. Таким образом, наряду с «относительностью времени» мы должны допустить также «относительность длин».Тем самым рушится основа написанных выше уравнений преобразования пространственных координат и времени. Вместо этих уравнений в теории относительности появляются преобразования, удовлетворяющие одновременно принципу относительности и принципу постоянства скорости света. Новые уравнения преобразования находят, математически формулируя требование, чтобы каждый луч света распространялся в обеих системах К и К' с одинаковой скоростью с. Так получаются уравнения преобразования:Последнее уравнение показывает, что в общем случае из равенства значений времени (одновременности) двух событий в системе К не следует равенство значений времени (одновременность) тех же событий в системе К'. Одновременность, таким образом, теряет абсолютный смысл. Затем возникает вопрос: чему равна в системе К длинаlстержня, покоящегося в системе К', ориентированного параллельно оси х' и обладающего длинойl' в системе К'? Первое из указанных уравнений преобразования дает ответ: Это означает, что если стержень в покое обладает длиной l', то при движении со скоростью v вдоль своей оси он будет обладать с точки зрения несопутствующего наблюдателя меньшей длиной, тогда как для сопутствующего наблюдателя длина стержня, как и прежде, равна l'. Длина тем меньше, чем больше скорость v движущегося стержня. Если v приближается к скорости света, то длина стержня стремится к нулю. Для значений v, превышающих скорость света, наш результат теряет смысл; движение с такими скоростями, согласно теории относительности, невозможно (3).Видно, что упомянутая выше гипотеза Лоренца и Фицджеральда, которая была выдвинутадля объяснения опыта Майкельсона, получается является следствием теории относительности. Хотя, согласно этой теории, тело, покоящееся относительно К, с точки зрения К' испытывает точно такое же сокращение, как и тело, покоящееся в К', при наблюдении его из системы К. Еще одним важным следствием, следующим из уравнений преобразования является следующее. Пусть в начале координат системы К' находятся часы с секундной стрелкой. Они отсчитывают свои секунды в моменты времени t' = 0, 1, 2, 3 и т.д. и для них всегда х' = 0. Первое и четвертое уравнения преобразования дают для времен t этих секундных отсчетов значения и т.д.Часы, которые движутся со скоростью v, идутмедленнее, чем шли бы те же часы, если бы они покоились, с точки зрения несопутствующей системы координат.Таким образом,мы можем сделать следующий вывод: любой процесс в некоторой физической системе замедляется, если эта система приводится в поступательное движение. Однако это замедление происходит только с точки зрения несопутствующей системы координат (3).Согласно теории относительности, системы К и К' являются равноправными, и координаты и значения времени в обеих системах взаимно связаны приведенными выше уравнениями преобразования. Если какая-нибудь общая физическая теория формулируется в системе К, то с помощью уравнений преобразования вместо величин х, у, z, t в уравнения можно ввести величины х', у', z', t'. Тогда получим систему уравнений, отнесенную к системе К'. Таким образом, с помощью теории относительности можно получить общий критерий допустимости любой физической теории (5).ЗаключениеТаким образом, благодаря теории относительности было получено множество важнейших результатов. Она дает простое теоретическое описаниеопыта Физо, принципа Допплера и аберрации. Теория относительностиподтверждает справедливость уравнений поля Максвелла-Лоренца и для электродинамики движущихся тел. На основе этой теории возможно вывести законы отклонения быстрых катодных лучей и одинаковых с ними по природе ß-лучей радиоактивных веществ и вообще законы движения быстро движущихся материальных частиц, без привлечения других дополнительных гипотез.Однако наиболее значимым результатом, считают вывод соотношения между инертной массой физической системы и содержанием в ней энергии.Поэтому произошло видоизменение закона сохранения массы, считавшегося до этих пор справедливым, и объединение его в один закон, вместе с законом сохранения энергии.Из этого следует, что инертную массу М тела следует понимать как содержание в ней энергии Мc2. Сильно ускорить развитие теории относительности удалось благодаря математическим формулировкам ее основ, введенных Минковским. Он исходил из соображений того, что «временная координата» будет точно таким же образом входить в основные уравнения теории относительности, как и пространственные координаты, если ввести вместо t мнимую переменную , которая будет пропорциональна этой величине. Благодаря чему, уравнения теории относительности становятся уравнениями в четырехмерном пространстве; при этом формальные свойства этого четырехмерного мира отличаются от формальных свойств пространства евклидовой геометрии только числом измерений.Список литературыСивухин Д.В.Общий курс физики. — М (2005).Борн М. Эйнштейновская теория относительности – М: Мир (1972).Эйнштейн А. Теория относительности. Избранные работы – Ижевск (2000).Бом Д. Специальная теория относительности – М: Мир (1967).Дьюрелл К. Азбука теории относительности – М: Мир (1970).Паули В. Теория относительности – М: Наука (1991).