Специальная теория относительности кратко и понятно


Об учении Альберта Эйнштейна, которое свидетельствует об относительности всего, что происходит в этом бренном мире, не знает разве что ленивый. Уже почти сто лет длятся споры не только в мире науки, но и в мире практикующих физиков. Теория относительности Эйнштейна, описанная простыми словами достаточно доступна, и не является тайной для непосвященных. …

Несколько общих вопросов

Теория относительности ЭйнштейнаУчитывая особенности теоретического учения великого Альберта, его постулаты могут быть неоднозначно расценены самыми разными течениями физиков-теоретиков, достаточно высокими научными школами, а также приверженцами иррационального течения физико – математической школы.

Еще в начале прошлого века, когда произошел всплеск научной мысли и на фоне общественных изменений стали возникать те или иные научные течения, появилась теория относительности всего, в чем живет человек. Каким образом бы не оценивали наши современники данную ситуацию, все в реальном мире действительно не статично, специальная теория относительности Эйнштейна:


  • Меняются времена, меняются взгляды и ментальное мнение общества на те или иные проблемы общества в социальном плане,
  • Общественные устои и мировоззрение относительно учения о вероятности в различных государственных системах и при особых условиях развития социума менялись с течением времени и под влиянием иных объективных механизмов.
  • Каким образом формировались взгляды общества на проблемы социального развития, таким же было отношение и мнения о теории Эйнштейна о времени.

Важно! Теория гравитации Эйнштейна была основанием для системных споров среди наиболее солидных ученых, как в начале ее разработки, так и во время ее завершения. О ней говорили, проходили многочисленные диспуты, она становилась темой разговоров в самых высокопоставленных салонах разных стран.

Ученые обсуждали, оно было предметом разговоров. Была даже такая гипотеза, что учение доступно для понимания только трем людям из ученого мира. Когда же пришло время к объяснению постулатов приступили жрецы самой таинственной из наук – евклидовой математики. Тогда была совершена попытка построить ее цифровую модель и такие же математически выверенные последствия ее действия на мировое пространство, то автор гипотезы признался, что стало очень трудно понимать даже то, что он создал. Итак, что представляет собой общая теория относительности, что исследует и какое прикладное применение она нашла в современном мире?

История и корни теории


Теория относительности ЭйнштейнаНа сегодняшний день в подавляющем большинстве случаев достижения великого Эйнштейна кратко называют полным отрицанием того, что изначально было непоколебимой константой. Именно это открытие позволило опровергнуть известную всем школьникам силу притяжения или гравитацию как физический бином.

Большинство населения планеты, так или иначе, внимательно и вдумчиво или поверхностно, пусть даже однажды, обращалось к страницам великой книги – Библии.

Именно в ней можно прочесть о том, что стало истинным подтверждением сути учения – того, над чем работал в начале прошлого века молодой американский ученый. Факты левитации другие достаточно привычные вещи в ветхозаветной истории однажды стали чудесами в новое время. Эфир – пространство, в котором человек жил совершенно иной жизнью. Особенности жизни в эфире изучали многие мировые знаменитости в области естественных наук. И теория гравитации Эйнштейна подтвердила, что описанное в древней книге – это правда.


Работы Хендрика Лоренца и Анри Пуанкаре позволили экспериментальным путем обнаружить те или иные особенности эфира. В первую очередь это работы по созданию математических моделей мира. Основой было практическое подтверждение того, что при движении материальных частиц в эфирном пространстве происходит их сокращение относительно направления движения.

Труды этих великих ученых позволили создать фундамент для главных постулатов учения. Именно данный факт дает постоянный материал для утверждения, что труды Нобелевского лауреата и релятивистская теория Альберта были и остаются плагиатом. Многие ученые и сегодня утверждают, что многие постулаты, были приняты намного раньше, например:

  • Понятие условной одновременности событий,
  • Принципы гипотезы о постоянном биноме и критериях скорости света.

Что сделать, чтобы понять теорию относительности? Суть кроется в прошлом. Именно в трудах Пуанкаре было высказана гипотеза относительно того, что большие скорости в законах механики Ньютона нуждаются в переосмыслении. Благодаря высказываниям французского физика ученый мир узнал о том, насколько относительно движение в проекции к теории эфирного пространства.

В статической науке рассматривался большой объем физических процессов для различных материальных объектов, движущихся с равномерной скоростью. Постулаты общей концепции описывают процессы, происходящие с ускоряющимися объектами, объясняют существование частиц гравитонов и собственно гравитации. Суть теории относительности в пояснении тех фактов, которые ранее были нонсенсом для ученых. В случае необходимости описания особенностей движения и законов механики, соотношений пространства и временного континуума в условиях приближения к скорости света следует применять постулаты исключительно учения относительности.

О теории коротко и ясно


Теория относительности ЭйнштейнаЧем же настолько отличается учение великого Альберта от того, чем занимались физики до него? Ранее физика была наукой достаточно статичной, которая рассматривала принципы развития всех процессов в природе в сфере системы «здесь, сегодня и сейчас». Эйнштейн позволил увидеть все происходящее вокруг не только в трехмерном пространстве, но и относительно разнообразных объектов и точек времени.

Опубликованные труды ученого-новатора и эта гипотеза была революционным переворотом взглядов на положение и состояние материальных элементов в движении. Особенно интересен учет параметров времени.

Внимание! В 1905 году, когда Эйнштейн опубликовал свою теорию относительности, она позволила объяснить и в доступном варианте интерпретировать движение между разными инерциальными системами расчетов.

Ее основные положения – соотношение постоянных скоростей двух объектов, движущихся относительно друг друга вместо принятия одного из объектов, которые можно принимать как один из абсолютных факторов отсчета.

Особенность учения заключается в том, что его можно рассматривать в отношении одного исключительного случая. Главные факторы:

  1. Прямолинейность направления перемещения,
  2. Равномерность движения материального тела.

При изменении направления или других простейших параметров, когда материальное тело может ускоряться или сворачивать в стороны, законы статичного учения относительности не действительны. В этом случае происходит вступление в силу общих законов относительности, что может объяснить движение материальных тел в общей ситуации. Таким образом, Эйнштейн нашел объяснение всем принципам взаимодействия физических тел между собой в пространстве.

Теория относительности ЭйнштейнаПринципы теории относительности

Принципы учения

Утверждение об относительности в течение ста лет подвергается самым оживленным дискуссиям. Большинство ученых рассматривают различные варианты применения постулатов в качестве применения двух принципов физики. И этот путь имеет наибольшую популярность в среде прикладной физики. Основные постулаты теории относительности, интересные факты, которые сегодня нашли неопровержимое подтверждение:

  • Принцип относительности. Сохранность соотношения тел при всех законах физики. Принятие их в качестве инерциальных систем отсчета, которые двигаются на постоянных скоростях относительно друг друга.
  • Постулат о скорости света. Она остается неизменяемой константой, при всех ситуациях, независимо от скорости и соотношения с источниками света.

Несмотря на противоречия между новым учением и основными постулатами одной из самых точных наук, опирающихся на постоянные статичные показатели, новая гипотеза привлекла свежим взглядом на окружающий мир. Успех ученому был обеспечен, что подтвердило вручение ему Нобелевской премии в области точных наук.

Вручение Нобелевской премииВручение Нобелевской премии

Что стало причиной столь ошеломительной популярности, и как Эйнштейн открыл свою теорию относительности? Тактика молодого ученого.

  1. До сих пор ученые с мировым именем выдвигали тезис, а только затем проводили ряд практических исследований. Если на определенном моменте были получены данные, не подходящие под общую концепцию, они признавались ошибочными с подведением причин.
  2. Молодой гений применил кардинально иную тактику, ставил практические опыты, они были серийными. Полученные результаты, несмотря на то, что могли каким-то образом не вписываться в концептуальный ряд, выстраивались в стройную теорию. И никаких «ошибок» и «погрешностей», все моменты гипотезы относительности, примеры и итоги наблюдений четко вписывались в революционное теоретическое учение.

  3. Будущий нобелевский лауреат опроверг необходимость изучения загадочного эфира, где распространяются волны света. Убежденность в том, что эфир существует, привела к ряду значительных заблуждений. Основной постулат – изменение скоростей пучка света относительно наблюдающего за процессом в эфирной среде.

Теория относительности для чайников

Теория относительности самое простое объяснение

Вывод

Главным достижением ученого является доказательство гармонии и единства таких величин, как пространство и время. Фундаментальность связи этих двух континуумов в составе трех измерений в сочетании с временным измерением, позволило познать многие тайны природы материального мира. Благодаря теории гравитации Эйнштейна стало доступно изучение глубин космоса и другие достижения современной науки, ведь полностью возможности учения не использованы и на сегодняшний день.

Источник: tvercult.ru

Однородность пространства и времени


В СТО Эйнштейна постулируется фундаментальная связь между пространством и временем. Материальная Вселенная, как известно, имеет три пространственных измерения: вверх-вниз, направо-налево и вперед-назад. К нему добавляется еще одно измерение – временное. Вместе эти четыре измерения составляют пространственно-временной континуум.

Если вы двигаетесь с большой скоростью, ваши наблюдения относительно пространства и времени будут отличаться от наблюдений других людей, движущихся с меньшей скоростью.

На картинке ниже представлен мысленный эксперимент, который поможет понять эту идею. Представьте себе, что вы находитесь на космическом корабле, в руках у вас лазер, с помощью которого вы посылаете лучи света в потолок, на котором закреплено зеркало. Свет, отражаясь, падает на детектор, который их регистрирует. 

Специальная теория относительности кратко и понятно
Сверху – вы послали луч света в потолок, он отразился и вертикально упал на детектор. Снизу – для Германа ваш луч света двигается по диагонали к потолку, а затем – по диагонали к детектору

Допустим, ваш корабль двигается с постоянной скоростью, равной половине скорости света (0.5c). Согласно СТО Эйнштейна, для вас это не имеет значения, вы даже не замечаете своего движения.


Однако Герман, наблюдающий за вами с покоящегося звездолета, увидит совершенно другую картину. С его точки зрения, луч света пройдет по диагонали к зеркалу на потолке, отразится от него и по диагонали упадет на детектор.

Другими словами, траектория луча света для вас и для Германа будет выглядеть по-разному и длина его будет различной. А стало быть и длительность времени, которое требуется лазерному лучу для прохождения расстояния к зеркалу и к детектору, будет вам казаться различным. 

Это явление называется замедлением времени: время на звездолете, движущимся с большой скоростью, с точки зрения наблюдателя на Земле течет значительно медленнее. 

Этот пример, равно как и множество других, наглядно демонстрирует неразрывную связь между пространством и временем. Эта связь явно проявляется для наблюдателя, только когда речь идет о больших скоростях, близких к скорости света.

Эксперименты, проведенные со времени публикации Эйнштейном своей великой теории, подтвердили, что пространство и время действительно воспринимаются по-разному в зависимости от скорости движения объектов.

Объединение массы и энергии

В своей знаменитой статье, опубликованной в 1905 году, Эйнштейн объединил массу и энергию в простой формуле, которая с тех пор известна каждому школьнику: E=mc^2.


Специальная теория относительности кратко и понятно
©deviantART/ RowanPhoenix

Согласно теории великого физика, когда скорость материального тела увеличивается, приближаясь к скорости света, увеличивается и его масса. Т.е. чем быстрее движется объект, тем тяжелее он становится. В случае достижения скорости света, масса тела, равно как и его энергия, становятся бесконечными. Чем тяжелее тело, тем сложнее увеличить его скорость; для ускорения тела с бесконечной массой требуется бесконечное количество энергии, поэтому для материальных объектов достичь скорости света невозможно.

До Эйнштейна концепции массы и энергии в физике рассматривались по отдельности. Гениальный ученый доказал, что закон сохранения массы, как и закон сохранения энергии, являются частями более общего закона массы-энергии.

Благодаря фундаментальной связи между этими двумя понятиями, материю можно превратить в энергию, и наоборот – энергию в материю.

Источник: naked-science.ru

Общая теория относительности простыми словами

СТО позволила привести теорию электро­маг­не­тиз­ма в общий вид, в ре­зуль­та­те чего по­на­до­би­лась Общая теория от­но­си­тель­нос­ти (ОТО). Чтобы каж­дый дво­еч­ник знал хотя бы одну фи­зи­чес­кую фор­му­лу. А именно E=mc2 [4]. Которая от­ра­жа­ет эк­ви­ва­лент­ность массы и энер­гии. А по­лу­чить эту фор­му­лу удалось бла­го­да­ря вве­де­нию понятия ре­ля­ти­вист­с­кой массы [5]. Ко­то­рое, в свою оче­редь, приш­лось ввести для со­от­вет­с­т­вия СТО законам сох­ра­не­ния массы, энер­гии и им­пуль­са. Пос­коль­ку в теории от­но­си­тель­нос­ти масса за­ви­сит от ско­рос­ти [6]. Но не масса ма­те­рии в покое, а имен­но ре­ля­ти­вист­с­кая масса! И затем от рас­смот­ре­ния инер­ци­он­ных систем пе­реш­ли к рас­смот­ре­нию не­инер­ци­он­ных сис­тем. И, как след­с­т­вие, от СТО к ОТО!

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Общая теория относительности простыми словами яв­ля­ет­ся, в первую оче­редь, теорией все­мир­но­го тя­го­те­ния [7]. И, если ре­ля­ти­вист­с­кий эф­фект Доп­ле­ра надёжно под­т­вер­ж­да­ет от­но­си­тель­ность времени в СТО [8], в ре­зуль­та­те чего все­лен­ная ока­зы­ва­ет­ся че­ты­рёх­мер­ным прос­т­ранст­вом-вре­ме­нем [9], то ОТО надёжно под­т­вер­ж­да­ет то, что прос­т­ран­с­т­во не­ев­кли­до­во [10] и, так же как и время, яв­ля­ет­ся свойст­вом материи [11]. А из этого следует, что ни прос­т­ран­с­т­во, ни время не су­щест­ву­ет не­за­ви­си­мо от ма­те­рии. И всё это надёжно под­т­вер­ж­да­ет­ся не только ма­те­ма­ти­чес­ким ап­па­ра­том [12], но и наб­лю­да­тель­ны­ми фактами [11]. Боль­ше того, каждый из нас поль­зу­ет­ся ре­зуль­та­та­ми этой теории по пути на ра­бо­ту с помощью де­шё­во­го ки­тай­с­ко­го GPS [13].

НОВАЯ ФИЗИКА

Вот так о теории относительности можно рас­ска­зать прос­ты­ми словами в общих чертах. Хотя, ко­неч­но, следует понимать, что без ма­те­ма­ти­чес­ко­го ап­па­ра­та, а тем более в таком ском­кан­ном виде, всё это очень грубо и при­бли­жён­но. Но след­с­т­ви­ем теории от­но­си­тель­нос­ти дей­ст­ви­тель­но является пос­то­ян­с­т­во ско­рос­ти света, а так же не­воз­мож­ность его пре­о­до­ле­ния. В ре­зуль­та­те чего на­ру­ша­ет­ся принцип сложения ско­рос­тей. Глав­ным же след­с­т­ви­ем является то, что гео­мет­ри­чес­кие свойства прос­т­ран­с­т­вен­но-вре­мен­но­го кон­ти­ну­у­ма оп­ре­де­ля­ют­ся гра­ви­та­цией. То есть истинное прос­т­ран­с­т­во и время не су­щест­ву­ет. Прос­т­ран­с­т­во и время яв­ля­ют­ся лишь свойст­ва­ми ма­те­рии!

АЛЬБЕРТ ЭЙНШТЕЙН

Сам Эйнштейн говорил о принципе от­но­си­тель­нос­ти так: «Ког­да парень про­во­дит час в об­щест­ве кра­си­вой женщины, то ему кажется, что прош­ла всего одна минута. Ког­да он сидит на рас­ка­лён­ной печи всего одну ми­ну­ту – ему ка­жет­ся, что прошло больше часа. Это и есть прин­цип от­но­си­тель­нос­ти» [14]. И это хо­ро­ший наг­ляд­ный пример. Причём, как от­но­си­тель­нос­ти, так и того, что о теории от­но­си­тель­нос­ти прос­ты­ми словами точно го­во­рить не по­лу­ча­ет­ся. Даже Эйн­ш­тей­ну! Пос­коль­ку принцип от­но­си­тель­нос­ти времени зак­лю­ча­ет­ся не в том, как оно ощу­ща­ет­ся. Как раз, на­о­бо­рот, аб­со­лют­ное время не­из­мен­но. А вот ко­ор­ди­нат­ное время – от­но­си­тель­но.

Источник: pop-science.ru

Грани реальности           Сегодня  

Когда речь идет о человеческом восприятии пространства и времени, у нас довольно простой подход. Наше понимание пространства трехмерно, в то время как наша концепция времени линейна. Однако что если я скажу вам, что время и пространство не ведут себя одинаково во всех ситуациях, когда мы рассматриваем физику очень высокоскоростных объектов. По сути, специальная теория относительности устанавливает отношения между пространством и временем для задач, которые классическая (ньютоновская) физика не может объяснить.

  Фото: en.wikipedia.org Фото: en.wikipedia.org   Постулаты

Вся предпосылка, на которой строится специальная теория относительности, состоит из двух простых постулатов:

  • Принцип постоянства скорости света

Скорость света не зависит от скорости движения источника света, одинакова во всех инерциальных системах координат.

Позднее, в общей теории относительности, опубликованной в 1916 году, утверждалось, что скорость света остается неизменной и в неинерциальных системах координат.

  • Специальный принцип относительности

Законы природы одинаковы (инвариантны, ковариантны) во всех инерциальных системах координат.

Причина, по которой эти постулаты были сформулированы, заключалась в том, что Эйнштейн обнаружил несоответствие, когда попытался применить ньютоновскую механику к уравнениям электромагнетизма Максвелла. Однако скорость не могла быть переменной, поскольку она была тщательно проанализирована и опробована многочисленными учеными. Хотя ньютоновская физика была очень полезна, когда дело дошло до каждодневных вычислений, они с треском провалились при рассмотрении высокоскоростной физики (физики скорости света).

Математический фонд

Самое интересное в специальной теории относительности заключалось в том, что математика, требуемая для нее, была изобретена еще до самой теории! Альберт Эйнштейн применил множество математических инструментов, прежде чем окончательно остановился на математических рамках Хендрика Лоренца.

Хендрик Лоренц был голландским физиком. Он изобрел преобразование Лоренца, которое помогло учесть, что множественные системы отсчета могут быть рассчитаны одновременно (основа, на которой была написана специальная теория относительности). Используя известные уравнения преобразования Лоренца, Альберт Эйнштейн опубликовал научную статью «Об электродинамике движущихся тел», которую мы сегодня называем специальной теорией относительности. Уравнения следующие:

  Специальная теория относительности кратко и понятно Явления, объясняемые специальной теорией относительности

Ситуационные сценарии, в которых вступает в действие специальная теория, могут быть доказаны с помощью преобразования Лоренца. Особые случаи, когда физические вычисления должны выполняться при скоростях, близких к скорости света, — это когда специальная теория относительности выходит на первый план.

Первая ситуация, которую мы обсудим, — это относительность одновременности.

Она происходит, когда два события происходят в двух разных местах одновременно в системе отсчета одного наблюдателя, но могут также происходить не одновременно в кадре другого наблюдателя. Для примера рассмотрим человека, стоящего на движущейся платформе. Есть два источника света на равном расстоянии от него. Теперь позвольте другому человеку присутствовать в другой системе координат, чем человек на платформе. Независимо от того, движется ли платформа относительно человека или наоборот, оба наблюдателя сообщают о неодинаковом времени мигания источников света! Человек в поезде всегда сообщает, что оба световых луча мигают одновременно, а человек, наблюдающий с платформы, сообщает, что один источник света (ближайший к нему) мигает раньше другого. 

Как это может быть и кто не прав?

  Наблюдатель движется относительно платформы

 

Наблюдатель движется относительно платформы

  Платформа движется относительно наблюдателя

 

Платформа движется относительно наблюдателя

Ответ на этот вопрос заключается в том, что ни один наблюдатель не ошибается. Два наблюдателя расходятся во мнениях относительно времени события и синхронности, с которой происходят события. Это связано с тем, что оба наблюдателя рассматривают одно и то же событие с разных пространственных ориентаций относительно движения происходящего события. Следовательно, возникновение одного и того же события у разных наблюдателей по-разному связано с тем, что относительное движение наблюдается отдельно. 

Это и есть относительность одновременности событий.

Вторая ситуация, когда эта теория вступает в игру — сокращение длины.Это удивительное явление, утверждающее, что измерение объекта одним наблюдателем может сильно отличаться от измерения другого наблюдателя. Самый простой способ объяснить это с помощью другого примера «движущейся платформы». Если бы вы стояли на Земле, а космический корабль должен был пролететь над вами со скоростью 10% от скорости света, вы бы смогли увидеть космический корабль полностью и отметить его длину. Теперь, если бы вы увидели, как тот же космический корабль пролетел мимо вас второй раз со скоростью 85% от скорости света, вы бы увидели значительно более короткий космический корабль. При скорости в 99% от скорости света вы, вероятно, не увидите ничего, кроме линии.

  Специальная теория относительности кратко и понятно   Специальная теория относительности кратко и понятно   Специальная теория относительности кратко и понятно   Специальная теория относительности кратко и понятно

Одним из последних моментов, к которому мы обратимся, является причинность и невозможность движения быстрее скорости света. Это, безусловно, самый интересный принцип, который мы можем вывести из специальной теории относительности. Значение причинности в классической физике подразумевает, что никакое действие не может произойти до его причины. В специальной теории относительности Эйнштейна причинность означает, что эффект не может возникнуть из-за причины, которая не находится в заднем (прошлом) световом конусе этого события.

  Фото: К. Аайнскаци / Wikimedia Commons

 

Фото: К. Аайнскаци / Wikimedia Commons

Световой конус — это путь, по которому идет вспышка света, исходящая из одной точки пространства и путешествующая во всех направлениях пространства-времени. Если вы представите, что текущее событие (или настоящий момент) является плоскостью, то свет от него распространяется в виде растущего круга событий, в результате чего получается конус. Этот сформированный световой конус известен как световой конус будущего. Этот световой конус является математическим представлением всех будущих событий, которые произойдут после горизонта событий.

Инверсия этого будущего светового конуса — это то, что мы называем световым конусом прошлого. Если что-нибудь превысит скорость света, возникнут многочисленные парадоксы. Одна известная гипотеза состоит в том, что если путешествовать быстрее скорости света, есть большая вероятность, что вместо того, чтобы попасть в световой конус будущего, можно было бы преодолеть пространственно-временной барьер и перейти в прошлый световой конус. Поэтому большинство ученых считают, что путешествовать в будущее будет легче, чем в прошлое.

  Фото: en.wikipedia.org Фото: en.wikipedia.org

Существуют и другие явления, которые можно объяснить с помощью специальной теории относительности, такие как замедление времени, состав скоростей и некоторые оптические эффекты. Общественности, возможно, потребовалось некоторое время, чтобы понять или принять постулаты Эйнштейна, но со временем мы обнаружили, что его научные теории — и его репутация гения — продолжают поддерживаться и подтверждаться!

https://zen.yandex.ru/media/grany_realnosty/specialnaia-teoriia-otnositelnosti-kratko-i-poniatno-5ce52a65e834f500b3407a40

Источник: subscribe.ru

O Основные понятия

Принцип относительности Галилея

Принцип относительности (первый постулат Эйнштейна): законы природы инвариантны относительно смены системы отсчёта

Инвариантность скорости света (второй постулат Эйнштейна)

Постулаты Эйнштейна как проявление симметрий пространства и времени

Основные релятивистские эффекты (следствия из постулатов Эйнштейна).

Соответствие СТО и классической механики: их предсказания совпадают при малых скоростях движения (гораздо меньше скорости света)

& Краткое содержание

Принцип относительности— фундаментальный физический принцип. Различают:

  • Принцип относительности классической механикипостулат Г.Галилея, согласно которому в любых инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково при одних и тех же условиях. Законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта.

  • Принцип относительности релятивитской механикипостулат А.Эйнштейна, согласно которому в любых инерциальных системах отсчета все физические явления протекают одинаково. Т.е. все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта.

Инерциальная система отсчета(ИСО) — система отсчета, в которой справедлив закон инерции: тело, на которое не действуют внешние силы, находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Всякая система отсчёта, движущаяся относительно ИСО равномерно и прямолинейно, также является ИСО. Согласно принципу относительности, все ИСО равноправны, и все законы физики в них действуют одинаково.

Предположение о существовании хотя бы двух ИСО в изотропном пространстве приводит к выводу о существовании бесконечного множества таких систем, движущихся друг относительно друга с постоянными скоростями.

Если скорости относительного движения ИСО могут принимать любые значения, связь между координатами и моментами времени любого «события» в разных ИСО осуществляется преобразованиями Галилея.

Если скорости относительного движения ИСО не могут превышать некоторой конечной скорости «с», связь между координатами и моментами времени любого «события» в разных ИСО осуществляется преобразованиями Лоренца. Постулируя линейность этих преобразований, получают постоянство скорости «с» во всех инерциальных системах отсчета.

Отцом принципа относительности считается Галилео Галилей, который обратил внимание на то, что находясь в замкнутой физической системе, невозможно определить, покоится эта система или равномерно движется. Во времена Галилея люди имели дело в основном с чисто механическими явлениями. Идеи Галилея нашли развитие в механике Ньютона. Однако с развитием электродинамики оказалось, что законы электромагнетизма и законы механики (в частности, механическая формулировка принципа относительности) плохо согласуются друг с другом. Эти противоречия привели к созданию Эйнштейном специальной теории относительности. После этого обобщённый принцип относительности стал называться «принципом относительности Эйнштейна», а его механическая формулировка — «принципом относительности Галилея».

А. Эйнштейнпоказал, что принцип относительности может быть сохранен, если радикально пересмотреть не подвергавшиеся на протяжении столетий сомнению фундаментальные понятия пространства и времени. Работа Эйнштейна стала частью системы образования нового блестящего поколения физиков, выросшего в 1920-х годах. Последующие годы не выявили в частной теории относительности каких-либо слабых мест.

Однако Эйнштейну не давало покоя то обстоятельство, ранее отмеченное Ньютоном, что вся идея относительности движения рушится, если ввести ускорение; в этом случае в игру вступают силы инерции, отсутствующие при равномерном и прямолинейном движении. Через десять лет после создания частной теории относительности Эйнштейн предложил новую, в высшей степени оригинальную теорию, в которой главную роль играет гипотеза искривленного пространства и которая дает единую картину явлений инерции и гравитации. В этой теории принцип относительности сохранен, но представлен в гораздо более общей форме, и Эйнштейну удалось показать, что его общая теория относительности с небольшими изменениями включает бóльшую часть ньютоновской теории тяготения, причем одно из этих изменений объясняет известную аномалию в движении Меркурия.

На протяжении более 50 лет после появления общей теории относительности в физике ей не придавалось особого значения. Дело в том, что расчеты, производимые на основе общей теории относительности, дают почти такие же ответы, как и вычисления в рамках теории Ньютона, а математический аппарат общей теории относительности намного сложнее. Проводить длинные и трудоемкие расчеты стоило лишь, чтобы разобраться в явлениях, возможных в гравитационных полях неслыханно высокой интенсивности. Но в 1960-х годах, с наступлением эры космических полетов, астрономы начали сознавать, что Вселенная гораздо разнообразнее, чем это представлялось вначале, и что могут существовать такие компактные объекты с высокой плотностью, как нейтронные звезды и черные дыры, в которых гравитационное поле действительно достигает необычайно высокой интенсивности. В то же время развитие вычислительной техники отчасти сняло бремя утомительных расчетов с плеч ученого. В результате общая теория относительности начала привлекать внимание многочисленных исследователей, и в этой области начался бурный прогресс. Были получены новые точные решения уравнений Эйнштейна и найдены новые способы интерпретации их необычных свойств. Более детально была разработана теория черных дыр. Граничащие с фантастикой приложения этой теории указывают на то, что топология нашей Вселенной гораздо сложнее, чем можно было думать, и что могут существовать другие вселенные, отстоящие от нашей на гигантские расстояния и соединенные с ней узкими мостиками искривленного пространства. Не исключено, конечно, что это предположение окажется неверным, но ясно одно: теория и феноменология гравитации – это математическая и физическая страна чудес, которую мы едва начали исследовать.

Два фундаментальных принципа СТО:

  • Первый постулат Эйнштейна(принцип относительности): законы природы инвариантны относительно смены системы отсчёта (все законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга. Иначе говоря, никакими опытами нельзя отличить движущуюся систему отсчета от покоящейся. Например, ощущения, которые испытывает человек в неподвижном автомобиле на перекрестке, когда ближайшая к нему машина начинает медленно трогаться с места, у человека возникает иллюзия, что его машина откатывается назад.)

  • Второй постулат Эйнштейна:инвариантность скорости света (принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме одинакова во всех системах отсчета, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга (c=const=3 108 м/с). Скорость света в вакууме не зависит от движения или покоя источника света. Скорость света является предельно возможной скоростью распространения материальных объектов).

Соответствие СТО и классической механики: их предсказания совпадают при малых скоростях движения (гораздо меньше скорости света).

Эйнштейн отказался от понятий пространства и времени Ньютона.

Пространства без материи, как чистого вместилища, не бывает, и геометрия (искривление) мира, и замедление течения времени определяются распределением и движением материи.

Основные релятивистские эффекты(следствия из постулатов Эйнштейна):

  1. времяотносительно, т.е. скорость хода часов определяется скоростью самих часов относительно наблюдателя.

  2. пространство относительно, т.е. расстояние между точками пространства зависит от скорости наблюдателя.

  3. относительность одновременности (если для неподвижного наблюдателя два события одновременны, то для наблюдателя, который движется, – это не так)

  4. относительность расстояний (релятивистское сокращение длин: в движущейся системе отсчета пространственные масштабы укорочены вдоль направления движения)

  5. относительность промежутков времени (релятивистское замедление времени: в движущейся системе отсчета время идет медленнее). Этот эффект проявляется, к примеру, в необходимости корректировать часы на спутниках Земли.

  6. инвариантность пространственно-временного интервала между событиями (интервал между двумя событиями имеет в одной системе отсчета то же самое значение, что и в другой)

  7. инвариантность причинно-следственных связей

  8. единство пространства-времени (пространство и время представляют единую четырехмерную реальность – мы видим мир всегда пространственно-временным.)

  9. эквивалентность массы и энергии

Таким образом,в теории Эйнштейна пространство и время относительны— результаты измерения длины и времени зависят от того, движется наблюдатель или нет.Специальная теория относительности кратко и понятно

Источник: studfile.net


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.