KSE4 (1153100), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Онсчитал, что результаты, полученные им, согласуются во всех наиболее важных пунктах стеми, которые получил Лоренц.В сентябре 1905 г. А. Эйнштейн публикует статью, в которой излагает основныепостулаты специальной теории относительности и которая заметно отличается по своемухарактеру от работ Пуанкаре и Лоренца.В основу своей теории Эйнштейн положил два постулата: принцип относительности, который гласит, что в любой инерциальной системе всефизические законы описываются одинаковым образом; принцип постоянства скорости света, утверждающий, что во всех инерциальныхсистемах скорость света с постояннаВ качестве математического аппарата своей теории Эйнштейн использовалпреобразования Лоренца, в которые пространство и время входят равноправным образом,т.е. при переходе от одной системы координат к другой, пространственная координата вдвижущейся системе зависит и от пространственной, и от временной координат внеподвижной системе.

Это же справедливо и в отношении временной координаты вдвижущейся системе — она зависит и от временной, и от пространственной координат внеподвижной системе. Таким образом, утверждалась фундаментальная связь пространстваи времени друг с другом.Из преобразований Лоренца следуют важнейшие выводы об относительности длины ивременного промежутка.Наибольшую длину тело имеет в системе, где оно покоится. Этот эффект называетсярелятивистским сокращением длины.Промежуток времени будет наименьшим в покоящейся системе, а в движущейсясистеме он возрастает.

Это положение часто формулируется как тезис о замедлении течения времени в движущейся системе отсчета, а сам эффект называется релятивистскимзамедлением течения времени.В отличие от Лоренца, который считал, что эти эффекты в силу наличия эфираосуществляются реально, Эйнштейн объяснял их в зависимости от системы отсчета.Длина не есть характеристика тела самого по себе, как считала классическая физика, онавыражает отношение тела к системе отсчета и имеет смысл лишь в связи с той или инойсистемой отсчета. Временной промежуток не есть свойство событий самих по себе, аопять-таки выражает их отношение к системе отсчета и только в ней имеет смысл. Причемэта зависимость становится сколько-нибудь заметной лишь при скоростях, близких кскорости света.Как отмечает Л.

Б. Баженов в своем анализе специальной теории относительности,длина и временной промежуток в ней становятся относительными, зато появляетсяабсолютная скорость — скорость света и совершенно новая величина, неизвестнаяклассической физике и носящая абсолютный характер, — пространственно-временнойинтервал. Этот интервал не зависит от системы отсчета и остается инвариантным припереходе от одной инерциальной системы к другой.Инвариантность интервала необходимо приводит к совершенно новым воззрениям напространство и время. Они утрачивают свой независимый друг от друга абсолютныйхарактер. Как и в механике Ньютона, в СТО считается, что пространство однородно иизотропно, а время однородно.

Но если в механике Ньютона пространство и время небыли связаны между собой, то в СТО они оказываются взаимосвязанными, образуяпространственно-временной континуум или единое четырехмерное пространствовремя.Из приведенных соотношений видно, что эффекты СТО могут быть заметны толькопри скоростях, близких к скорости света, если же скорости намного меньше скоростисвета, то так называемые релятивистские эффекты становятся малы, ими можнопренебречь и тогда теория Эйнштейна переходит в классическую механику Ньютона.Часть ученых сразу приняли специальную теорию относительности, но были и критикиновой теории. Они указывали на то, что теория относительности не предсказывает новыхфактов, которые можно проверить экспериментально, и ничем не лучше теории Лоренца.Появились попытки найти в теории внутренние противоречия.

Концепцию эфирапродолжали поддерживать такие ученые, как Дж. Томсон — английский физик,открывший электрон, лауреат Нобелевской премии по физике 1906 г., Ф. Ленард (18621947) — немецкий физик, лауреат Нобелевской премии по физике 1905 г., другиеизвестные физики. Сам Лоренц прекратил критику специальной теории относительноститолько к концу жизни.Критический анализ специальной теории относительности продолжился и вдальнейшем.

В. А. Ацюковский обратил внимание на то, что первым, самым главнымпостулатом теории Эйнштейна является положение об отсутствии в природе эфира, ноавторами экспериментов, включая Морли, Миллера и самого Майкельсона пообнаружению движения Земли относительно эфира в конце 1920-х гг. были полученыустойчивые положительные результаты. Он отмечает, что все экспериментальныеподтверждения теории относительности могут иметь самую разнообразную трактовку.СТО, отвергающая существование в природе эфира, использует в качестве основногоаппарата преобразования Лоренца, выведенные им в 1904 г. для случаев движения зарядовв эфире, т.е.

за год до создания Эйнштейном теории относительности. Поэтомусовпадение экспериментов с расчетами по специальной теории относительности можетозначать и подтверждение теории Лоренца, противоречащих теории относительности. Номогут быть и другие трактовки тех же результатов.4.1.3. Пространство и время в общей теории относительностиОбщая теория относительности разрабатывалась А. Эйнштейном в 1907—1916 гг. Присоздании этой теории он исходил из ранее разработанной специальной теорииотносительности и из уже 300 лет известного физикам факта равенства инертной игравитационной масс, который Эйнштейн подверг глубокому логическому анализу.Классическая теория тяготения Ньютона основана на понятии силы тяготения, котораяявляется дальнодей- ствующей силой: она действует мгновенно на любом расстоянии.Этот мгновенный характер действия несовместим с понятием поля в современной физике.В теории относительности никакая информация не может распространиться быстреескорости света в вакууме.

Теория гравитации Ньютона несовместима с фундаментальнымпринципом специальной теории относительности — инвариантностью законов природы влюбой инерциальной системе отсчета.Эйнштейн начал поиск теории гравитации, которая была бы совместима с принципоминвариантности законов природы относительно любой системы отсчета. Результатомэтого поиска явилась общая теория относительности, основанная на принципетождественности гравитационной и инертной массы.В классической механике Ньютона существует два понятия массы: первое относится ковторому закону Ньютона, а второе — к закону всемирного тяготения. Первая масса —инертная, она представляет собой отношение негравитационной силы, действующей натело, к его ускорению. Вторая масса — гравитационная, определяет силу притяжения теладругими телами и его собственную силу притяжения. Эти две массы измеряются вразличных экспериментах, поэтому совершенно не обязаны быть пропорциональнымидруг другу.

Их строгая пропорциональность позволяет говорить о единой массе тела как внегравитационных, так и в гравитационных взаимодействиях. Подходящим выборомединиц можно сделать эти массы равными друг другу.Принцип относительности в СТО утверждает, что во всех инерциальных системахфизические процессы протекают одинаково и для формулировки законов физики можнопользоваться любой из них. Встает вопрос: почему инерциальные системы находятся встоль «привилегированном» положении? Нельзя ли попытаться обобщить принципотносительности и перенести его на любые системы отсчета?Эйнштейн сконструировал мысленный эксперимент, который вошел в историю наукикак так называемый лифт Эйнштейна. Если взять в качестве неинерциальной системысвободно падающий в поле тяготения земли лифт, то сможет ли наблюдатель внутрилифта определить, что его система отсчета ускоренно движется? Эйнштейн показал, чтоникакими экспериментами внутри лифта нельзя сделать выбор между двумяутверждениями: лифт ускоренно движется в поле тяготения; лифт покоится, и исчезло поле тяготения.Допустим, что в начальный момент лифт покоился в поле тяготения Земли.

Приборывнутри лифта, например, пружинные весы, зафиксировали это: если на платформе весовнаходилась килограммовая гиря, стрелка отклонялась на одно деление. Теперь перерубимтрос, удерживающий лифт. Он начнет ускоренное движение, свободно падая в полетяготения. Внутри лифта это выразится в исчезновении силы тяжести — стрелка весовокажется стоящей на нуле.

Наблюдатель внутри лифта не может решить, что произошло:исчезло ли поле тяготения или лифт свободно падает.Теоретический анализ, проведенный ученым, позволил сделать вывод, что физика незнает способа отличить эффект гравитации от эффекта ускорения. Отталкиваясь отмысленногоэкспериментаслифтом,Эйнштейнсформулировалпринципэквивалентности, утверждающий физическую неотличимость поля тяготения и поля,создаваемого ускоренным движением.В новую теорию Эйнштейн ввел общий принцип относительности, который в отличиеот специального принципа относительности утверждает инвариантность, т.е.

неизменность законов природы в любых системах отсчета как инерциальных, так инеинерциальных.Равенство инертной и гравитационной масс дало возможность дальнейшегорасширения физического учения о пространстве-времени. Эйнштейн пришел к выводу,что реальное пространство является неевклидовым, что в присутствии создающихгравитационные поля тел количественные характеристики пространства и времени становятся другими, нежели в отсутствие тел и создаваемых ими полей.4.1.4. Геометрия и физика в общей теории относительностиДо XIX в. в математике была известна только одна геометрия — геометрия Евклида.В XIX в. благодаря работам русского математика Н. И.

Лобачевского (1793—1856),немецкого математика К. Ф. Гаусса (1777—1855) и немецкого математика Г. Римана(1826—1866), оказалось, что наряду с геометрией Евклида логически возможны в равноймере стройные и непротиворечивые другие системы геометрии.Профессор Казанского университета Н. И. Лобачевский 23 февраля 1826 г. выступил сдокладом «Сжатое изложение начал геометрии».

Дата этого выступления считается днемрождения неевклидовой геометрии. Первой серьезной публикацией по неевклидовойгеометрии была его работа «О началах геометрии».Геометрия Лобачевского — это геометрическая теория, основанная на тех же основныхпосылках, что и обычная евклидова геометрия, за исключением аксиомы о параллельных.

Характеристики

Список файлов лекций