Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 1. Механика (1111909), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

Конкретно, се»Енда — это промежуток времени, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний электромагнитного излучения, соответствующего переходу между двумя определенными сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 в отсутствие внешних полей. С помощью кварцевых, молекулярных и атомных часов было показано, что Земля вокруг своей оси вращается <неравномерно». 7. С единицей длины дело обстоит так же, как с единицей времени.

Идеально твердых тел не существует. Первоначальный эталон метра, реализованный в виде стержня из сплава платины и иридия, недостаточно надежен. Он подвержен внешним влияниям, его внутреннее молекулярное строение может измениться. Наконец, он может быть утерян или испорчен. Предпочтительнее в качестве основной единицы взять какую-либо естественную, точно воспроизводимую длину. За таковую принимается длина световой волны определенной узкой спектральной линии, получаемой прн определенных, строго контролируемых внешних условиях.

С помощью такой естественной длины и воспроизводится практическая единица длины — метр. По определению метр — это длина 1 650 763,?3 световых волн в вакууме оранжевой линни атома криптона-86, точнее, линии, соответствующей переходу между уровнями 2р,„ и 5 д» указанного атома. Возможно, что современные эталоны времени и длины перестанут удовлетворять более жестким требованиям, которые будут предъявляться в будущем к точности измерений и воспроизводимости результатов. В таком случае старые эталоны будут заменены новыми, более стабильными. Принципиально это ничего ие меняет.

8. Для описания движения, а также любых физических явлений, протекающих во времени, пространственных систем отсчета недостаточно. Надо превратить их в простраяственно-временные системы отсчета. Принципиально это означает, что в системе отсчета ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ должны быть достаточно часто расставлены неподвижные часы, обладающие одинаковой скоростью хода. Тогда каждое событие можно характеризовать местом, где оно произошло, и временем, когда оно произошло, т.

е. показаниями часов, помещенных в этом месте. Однако таким путем будет определено только местное время, т. е. время в каждой точке пространства. Показания часов, находящихся в различных точках пространства, еще никак не связаны между собой. Для описания физических процессов такая связь,' в принципе, не обязательна. Можно было бы довольствоваться местным временем в каждой точке пространства, введя столько различных времен, сколько существует различных точек. Однако такое описание было бы крайне запутанным и абсолютно ие обозримым, Чтобы описание было простым н обозримым, необходимо пользоваться временем, единым для всеи пространственно-временной системы отсчета.

Для этой цели надо «синкронизовать» часы, расставленные в различных местах пространства, т. е, установить их так, чтобы они показывали «одинаковое» время. На первый взгляд в вопросе о синхронизации пространственно разделенных часов нет никаких трудностей. Поместим, например, двое одинаковых часов сначала в точку А, поставим их стрелки одинаково, а затем одни из часов перенесем в точку В. Тогда часы в А и часы в В будут синхронизованы между собой. Однако такой способ синхронизации только тогда имел бы смысл, когда показания часов в точке В не зависили от способа переноса их из точки А в точку В. Есть теоретические и опытные основания утверждать, что это не так. Поэтому способ синхронизации путем переноса часов не годится.

Остается синхронизация часов с помощью сигналов. Можно, например, поступить следующим образом. В произвольный момент времени ~л по часам А послать какой-то сигнал к часам В. В момент прихода сигнала часы В поставить так, чтобы они показывалн время 1 — — 1л + тлв, где тлв — время, затрачиваемое сигналом на прохождение расстояния от А к В. Тогда часы А и В будут синхронизованы между собой. Однако для осуществления такой синхронизации надо знать время тлв.

Но это время можно измерить только после того, как часы А и В уже синхронизованы. Получился заколдованный круг. Эйнштейн указал, что выйти из этого круга можно только путем определения понятия одновременности. Дорелятивистская физика считала, что одновременность событий абсолютна и является чем-то само собой понятным. Эйнштейн указал, что это заблуждение. Смысл одновременности событий не требует разъяснения только тогда, когда эти события происходят в одном и том же месте пространства.

Если же события происходят в различных местах пространства, то надо условиться, какие события называть одновременными. Очевидно, вопрос об одновременности пространственно разделенных событий эквива- киннмлтнкх Ггл. > лентен вопросу о синхронизации пространственно разделенных часов, Решение всякого вопроса, сводящегося к определению, содержит некоторый произвол. Это полностью относится и к вопросу об определении одновременности пространственно разделенныхсобытий. Объективное содержание законов природы, разумеется, не может зависеть ни от каких произвольных определений.

Определения могут влиять только на форму законов. Надо стремиться вводить такие определения, чтобы форма законов была наиболее проста и легко обозрима. Это требование почти однозначно вынуждает принять определение одновременности, предложенное Эйнштейном в теории относительности.

Эйнштейн пользуется для синхронизации часов световыми сигналами в вакууме. Время, затрачиваемое сигналом на пути от А к В н обратно, очевидно, равно т == тлв Р твл, где твл — время. которое он затрачивает на прохождение от В к А. Для измерения времени т достаточны только одни часы А, и никакой предварительной синхронизации не требуется. Но времена тлв и твл можно измерить лишь после того, как часы А и В синхронизованы. Пока они еще не синхронизованы, можно потребовать, чтобы между тлв и твл соблюдалось какое-то соотношение.

Тогда нз этого соотношения и соотношения т =- тлв + твл найдутся времена т„„и твл в отдельности. Тем самым часы А н В будут синхронизованы и установлено понятие одновременности пространственно разделенных событий. Эйнштейн полагает по онределеншо, что тлв =- твл, т. е. что свет в направлениях от А к В и от В к А распространяется с одной и той же скоростью. Тогда т,и, — — твл = — — т!2, и следовательно, 1в — — 1д + т>2.

Для бесконечно быстрых сигналов т = О, а потому Гл — — 1в. Одновременность, устанавливаемая с помошью таких сигналов, была бы абсолютной. Однако бесконечно быстрых сигналов не существует. Синхронизация часов по Эйнштейну не требует предварительного измерения скорости света. Ее можно осуществить также следующим способом. Пусть С вЂ” точка, находящаяся на середине отрезка между точками А и В (неподвижными друг относительно друга).

Произведем в С световую вспышку. По определению свет от нее достигнет точек А и В одновременно. Если в момент прихода света к часам А и В нх показания сделать одинаковыми, то они будут синхронизованы между собой. Всякое определение должно быть непротиворечивым. Если синхроннзовать между собой часы А и В, то с третьими часами С можно поступить двояко: либо синхронпзовать их с часами А, либо с часами В.

Оба способа должны приводить к одному и тому >ке результату. Иначе получилось бы внутреннее противоречие. Прямой проверки такого рода непротиворечивости не производилось. Наша уверенность в непротиворечивости эйнштейновского опре- ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ 27 деления одновременности основана на логической согласованности бесчисленного множества следствий, при вьшоде которых использовалось это определение. 9. Одновременность пространственно разделенньи событий в том смысле, какой придается ей определением Эйнштейна, относительна. Это значит, что два события, одновременные в одной системе отсчета, могут оказаться не одновременными, если их рассматривать в другой системе отсчета, движущейся относительно первой.

Поясним это следующим примером. Пусть система отсчета 5 связана с твердым стержнем А В, а система 5' — с твердым стержнем А'В', движущимся относительно АВ (рис, 4). В момент, когда середины стержней С и С' совпадают между собой, производится световая вспышка в точке, где происходит это совпадение. Рассмотрим распространение света от этой вспышки сначала в системе отсчета 5. Из определения одновременности следует, что сигнал достигнет одновременно концов стержня А и В, Значит, он достигнет раньше точки А' и позже точки В', посколькуточка А' л с ° й движется навстречу сигналу, а точка В уходит от него.

Итак, с точки зрения системы отсчета 5 световой сигнал приходит в точки А и В одновременно, а в точки А' и В' — не одновременно: в точку А' он приходит раньше, чем в В'. К другому заключению мы придем, если рассмотрим явление в системе отсчета 5'.

По определению одновременнымн будут приходы сигнала в точки А' и В', а приходы в точки А и  — не одновременными: в точку В сигнал придет раньше, чем в точку А. Протнворечия между. обоими заключениями иет, поскольку еодновременность» понимается в них в разных смыслах. Этот пример и иллюстрирует относительность одновременности. 1О. Длина тела также относительна, т. е, зависит от того, в какой системе отсчета она измеряется. Что такое длина движущегося стержня — такой вопрос дорелятивистская физика не ставила.

Характеристики

Список файлов книги