Теория относительности и релятивизм кратко


Зарождение теории

Итак, начнем курс «Теория относительности для чайников». Альберт Эйнштейн опубликовал свою работу в 1905 году, и она вызвала резонанс среди ученых. Эта теория практически полностью перекрывала многие пробелы и нестыковки в физике прошлого века, но и, ко всему прочему, перевернула представление о пространстве и времени. Во многие утверждения Эйнштейна современникам было сложно поверить, но эксперименты и исследования только подтверждали слова великого ученого.

Теория относительности Эйнштейна простым языком объясняла то, над чем люди бились столетиями. Ее можно назвать основой всей современной физики. Однако прежде чем продолжить разговор о теории относительности, следует разъяснить вопрос о терминах. Наверняка многие, читая научно-популярные статьи, сталкивались с двумя аббревиатурами: СТО и ОТО. На самом деле они подразумевают несколько разные понятия. Первая — это специальная теория относительности, а вторая расшифровывается как «общая теория относительности».

Просто о сложном


СТО — это более старая теория, которая потом стала частью ОТО. В ней могут быть рассмотрены только физические процессы для объектов, движущихся с равномерной скоростью. Общая же теория может описать, что происходит с ускоряющимися объектами, а также объяснить, почему существуют частицы гравитонов и гравитация.

Если нужно описать движение и законы механики, а также отношения пространства и времени при приближении к скорости света — это сможет сделать специальная теория относительности. Простыми словами можно объяснить так: к примеру, друзья из будущего подарили вам космолет, который может летать на высокой скорости. На носу космического корабля стоит пушка, способная расстрелять фотонами все, что попадется впереди.

Когда производится выстрел, то относительно корабля эти частицы летят со скоростью света, но, по логике, неподвижный наблюдатель должен увидеть сумму двух скоростей (самих фотонов и корабля). Но ничего подобного. Наблюдатель увидит фотоны, движущиеся со скоростью 300000 м/с, будто скорость корабля была нулевой.

Все дело в том, что как бы быстро ни двигался объект, скорость света для него является неизменной величиной.

Это утверждение является основной поразительных логических выводов вроде замедления и искажения времени, зависящих от массы и скорости объекта. На этом основаны сюжеты многих научно-фантастических фильмов и сериалов.

Общая теория относительности


Простым языком можно объяснить и более объемную ОТО. Для начала следует принять во внимание тот факт, что наше пространство четырехмерное. Время и пространство объединяются в таком «предмете», как «пространственно-временной континуум». В нашем пространстве имеются четыре оси координат: х, у, z и t.

Но люди не могут воспринимать непосредственно четыре измерения, так же, как гипотетический плоский человек, живущих в двухмерном мире, не в состоянии посмотреть вверх. По сути, наш мир является только проекцией четырехмерного пространства в трехмерное.

Интересным фактом является то, что, согласно общей теории относительности, тела не меняются при движении. Объекты четырехмерного мира на самом деле всегда неизменны, и при движении изменяются только их проекции, что мы и воспринимаем как искажение времени, сокращение или увеличение размеров и прочее.

Эксперимент с лифтом

О теории относительности простым языком можно рассказать с помощью небольшого мысленного эксперимента. Представьте, что вы в лифте. Кабинка пришла в движение, и вы оказались в состоянии невесомости. Что произошло? Причины может быть две: либо лифт находится в космосе, либо пребывает в свободном падении под действием гравитации планеты. Самое интересное состоит в том, что выяснить причину невесомости нельзя, если нет возможности выглянуть из кабинки лифта, то есть оба процесса выглядят одинаково.

Возможно, проведя похожий мысленный эксперимент, Альберт Эйнштейн пришел к выводу, что если эти две ситуации неотличимы друг от друга, значит, на самом деле тело под воздействием гравитации не ускоряется, это равномерное движение, которое искривляется под воздействием массивного тела (в данном случае планеты). Таким образом, ускоренное движение — это лишь проекция равномерного движения в трехмерное пространство.

Наглядный пример


Еще один хороший пример на тему «Теория относительности для чайников». Он не совсем корректен, зато очень прост и нагляден. Если на натянутую ткань положить какой-либо объект, он образует под собой «прогиб», «воронку». Все меньшие тела вынуждены будут искажать свою траекторию согласно новому изгибу пространства, а если у тела немного энергии, оно вообще может не преодолеть этой воронки. Однако с точки зрения самого движущегося объекта, траектория остается прямой, они не почувствуют изгиба пространства.

Гравитация «понижена в звании»

С появлением общей теории относительности гравитация перестала быть силой и теперь довольствуется положением простого следствия искривления времени и пространства. ОТО может показаться фантастичной, однако является рабочей версией и подтверждается экспериментами.

Множество, казалось бы, невероятных в нашем мире вещей может объяснить теория относительности. Простым языком такие вещи называют следствиями ОТО. Например, лучи света, пролетающие на близком расстоянии от массивных тел, искривляются. Более того, многие объекты из далекого космоса скрыты друг за другом, но из-за того, что лучи света огибают другие тела, нашему взору (точнее, взору телескопа) доступны, казалось бы, невидимые объекты. Это ведь все равно, что смотреть сквозь стены.


Чем больше гравитация, тем медленнее на поверхности объекта течет время. Это касается не только массивных тел вроде нейтронных звезд или черных дыр. Эффект замедления времени можно наблюдать даже на Земле. К примеру, приборы для спутниковой навигации снабжены точнейшими атомными часами. Они находятся на орбите нашей планеты, и время там тикает чуть быстрее. Сотые доли секунды через сутки сложатся в цифру, которая даст до 10 км погрешности в расчетах маршрута на Земле. Рассчитать эту погрешность позволяет именно теория относительности.

Простым языком можно выразиться так: ОТО лежит в основе многих современных технологий, и благодаря Эйнштейну мы легко можем найти в незнакомом районе пиццерию и библиотеку.

Источник: FB.ru

Инвариантность скорости света. Принцип относительности Эйнштейна

В 1905 г. Эйнштейн создал специальную теорию относительности (СТО). В основе его теории относительности лежат два постулата:

  • Любые физические явления во всех инерциальных системах отсчета при одинаковых условиях протекают одинаково (принцип относительности Эйнштейна).
  • Скорость света в вакууме во всех инерциальных системах отсчета одинакова и не зависит от скорости источника и приемника света (принцип постоянства скорости света).

Первый постулат распространяет принцип относительности на все явления, включая электромагнитные. Проблема применимости принципа относительности возникла с открытием электромагнитных волн и электромагнитной природы света. Постоянство скорости света приводит к несоответствию с законом сложения скоростей классической механики. По мысли Эйнштейна, изменения характера взаимодействия при смене системы отсчета не должно происходить. Первый постулат Эйнштейна непосредственно вытекает из опыта Майкельсона–Морли, доказавшего отсутствие в природе абсолютной системы отсчета. В этом опыте измерялась скорость света в зависимости от скорости движения приемника света. Из результатов этого опыта следует и второй постулат Эйнштейна о постоянстве скорости света в вакууме, который вступает в противоречие с первым постулатом, если распространить на электромагнитные явления не только сам принцип относительности Галилея, но и правило сложения скоростей. Следовательно, преобразования Галилея для координат и времени, а также его правило сложения скоростей к электромагнитным явлениям неприменимы.

Следствия из постулатов СТО

Если проводить сравнение расстояний и показаний часов в разных системах отсчета с помощью световых сигналов, то можно показать, что расстояние между двумя точками и длительность интервала времени между двумя событиями зависят от выбора системы отсчета.

Относительность расстояний:


Теория относительности и релятивизм кратко

где ​( I_0 )​ – длина тела в системе отсчета, относительно которой тело покоится, ​( l )​ – длина тела в системе отсчета, относительно которой тело движется, ​( v )​ – скорость тела.

Это означает, что линейный размер движущегося относительно инерциальной системы отсчета уменьшается в направлении движения.

Относительность промежутков времени:

Теория относительности и релятивизм кратко

где ​( tau_0 )​ – промежуток времени между двумя событиями, происходящими в одной точке инерциальной системы отсчета, ​( tau )​ – промежуток времени между этими же событиями в движущейся со скоростью ​( v )​ системе отсчета.

Это означает, что часы, движущиеся относительно инерциальной системы отсчета, идут медленнее неподвижных часов и показывают меньший промежуток времени между событиями (замедление времени).

Закон сложения скоростей в СТО записывается так:

Теория относительности и релятивизм кратко

где ​( v )​ – скорость тела относительно неподвижной системы отсчета, ​( v’ )​ – скорость тела относительно подвижной системы отсчета, ​( u )​ – скорость подвижной системы отсчета относительно неподвижной, ​( c )​ – скорость света.

При скоростях движения, много меньших скорости света, релятивистский закон сложения скоростей переходит в классический, а длина тела и интервал времени становятся одинаковыми в неподвижной и движущейся системах отсчета (принцип соответствия).

Для описания процессов в микромире классический закон сложения неприменим, а релятивистский закон сложения скоростей работает.


Полная энергия

Полная энергия ​( E )​ тела в состоянии движения называется релятивистской энергией тела:

Теория относительности и релятивизм кратко

Полная энергия, масса и импульс тела связаны друг с другом – они не могут меняться независимо.

Закон пропорциональности массы и энергии – один из самых важных выводов СТО. Масса и энергия являются различными свойствами материи. Масса тела характеризует его инертность, а также способность тела вступать в гравитационное взаимодействие с другими телами.

Важно!
Важнейшим свойством энергии является ее способность превращаться из одной формы в другую в эквивалентных количествах при различных физических процессах – в этом заключается содержание закона сохранения энергии. Пропорциональность массы и энергии является выражением внутренней сущности материи.

Энергия покоя

Наименьшей энергией ​( E_0 )​ тело обладает в системе отсчета, относительно которой оно покоится. Эта энергия называется энергией покоя:


Теория относительности и релятивизм кратко

Энергия покоя является внутренней энергией тела.

В СТО масса системы взаимодействующих тел не равна сумме масс тел, входящих в систему. Разность суммы масс свободных тел и массы системы взаимодействующих тел называется дефектом масс – ​( Delta m )​. Дефект масс положителен, если тела притягиваются друг к другу. Изменение собственной энергии системы, т. е. при любых взаимодействиях этих тел внутри нее, равно произведению дефекта масс на квадрат скорости света в вакууме:

Теория относительности и релятивизм кратко

Экспериментальное подтверждение связи массы с энергией было получено при сравнении энергии, высвобождающейся при радиоактивном распаде, с разностью масс исходного ядра и конечных продуктов.

Это утверждение имеет разнообразные практические применения, включая использование ядерной энергии. Если масса частицы или системы частиц уменьшилась на ( Delta m ), то при этом должна выделиться энергия ​( Delta E=Delta mcdot c^2 )​.

Кинетическая энергия тела (частицы) равна:

Теория относительности и релятивизм кратко

Важно!
В классической механике энергия покоя равна нулю.

Релятивистский импульс

Релятивистским импульсом тела называется физическая величина, равная:


Теория относительности и релятивизм кратко

где ​( E )​ – релятивистская энергия тела.

Для тела массой ​( m )​ можно использовать формулу:

Теория относительности и релятивизм кратко

В экспериментах по исследованию взаимодействий элементарных частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света, подтвердилось предсказание теории относительности о сохранении релятивистского импульса при любых взаимодействиях.

Важно!
Закон сохранения релятивистского импульса является фундаментальным законом природы.

Классический закон сохранения импульса является частным случаем универсального закона сохранения релятивистского импульса.

Полная энергия ​( E )​ релятивистской частицы, энергия покоя ​( E_0 )​ и импульс ​( p )​ связаны соотношением:

Теория относительности и релятивизм кратко

Из него следует, что для частиц с массой покоя, равной нулю, ​( E_0 )​ = 0 и ​( E=pc )​.

Источник: fizi4ka.ru

  1. ↑ Это следование более сильной формулировки из первоначальной более слабой не обязательно прямо касается модельных представлений подчиняющихся (.

    ее предпочтительной. Однако покуда принцип относительности выполняется точно (а насколько известно, это так), мы вправе использовать его сильную формулировку, требующую одинаковости самих законов — то есть уравнений — во всех инерциальных системах отсчёта, и даже считать её предпочтительной хотя бы из-за её удобства; во всяком случае, она в этой ситуации оказывается очевидно верной.
  2. ↑ Термин «преобразования Лоренца» был введён Пуанкаре.
  3. ↑ Принцип относительности. Сборник работ классиков релятивизма. М.,1935. С.19
  4. ↑ . Эйнштейн утверждал, и нет серьёзных причин сомневаться в этом, что он не был знаком с работами Лоренца и Пуанкаре 1904 года, и в этом отношении его работы 1905 года были независимыми (большая, и детальная работа Пуанкаре 1905 года «О динамике электрона» с огромным количеством извлечённых из принципа относительности теоретических следствий была послана в печать уже после отсылки в печать первой работы Эйнштейна, но до её выхода в печати; краткий мемуар Пуанкаре 1905 года, намечавший программу, реализованную в большой работе, а также излагавший некоторые очень существенные результаты, был опубликован меньше, чем за месяц до опубликования первой работы Эйнштейна).
  5. ↑ Принцип относительности. М.,1935. С.23
  6. Пуанкаре Анри. О науке. Изд. 2-е. — М.: Наука, 1990, стр. 647.

Источник: ru-wiki.ru

Релятивизм
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0 … 0%B7%D0%BC

Под релятивизмом в физике обычно подразумевают теории Эйнштейна. Я бы добавил к ним ещё и эфирные теории, которые противопоставляют ТО и СТО
корни появления и того и другого связаны с опытами в 19 веке и неправильной теоретической трактовкой их…
Для учёного мира явилось внезапное открытие постоянства скорости света ещё и парадоксальным, потому что подобное явление ранее не наблюдалось. Нет бы принять его как одно из особых свойств света и тогда бы не было ничего выдуманного, но учёные попытались найти какие то заумные объяснения и выдвинули несколько теоретических объяснений этому.
прежде чем перейти к данным объяснениям попробуем разобраться сами, что и как. Например человек пнул футбольный мячик. после удара мяч летит по своей траектории, человек по своей двигается или стоит на месте. То есть оба материальных объекта автономны относительно друг друга и движения каждого не зависят друг от друга. И относительная скорость будет вычисляться в соответствии с классическими законами сложения и будет зависеть только от скорости и направления движения человека и мяча. предположим что мяч может двигаться только со строго определённой скоростью в независимости от силы удара человека. что то измениться при расчёте относительной скорости человек-мяч? нет, формула такая же. а если мы предположим что скорость мяча равна 1 000 000 километров в секунду? теоретически. что то измениться? нет. то есть нет никаких предпосылок утверждать что скорость влияет каким то образом на расчёт относительной скорости, соответственно времени, линейных размеров и тд и тп.

посмотрим на график как же действительно соотносятся скорость и направление движения света и источника (рисунок 1)
график двумерный так проще понять и объяснить в трёхмерном пространстве будет так же
Изображение
рисунок 1
в 00:00:00 секунд фотон находиться в точке 0 и вылетает из источника и в 00:00:01 секунду достигает в зависимости от направления любой точки на окружности (теоретически доказано и практически подтверждено что скорость света константа и не зависит от скорости источника света и направления движения его задолго до энштейна. Не путать с относительной скоростью!) в частности пролетает расстояние 0D или 0E или 0F
(на графике не нарисовано показаны только точки D E F )
в 00:00:00 секунд источник света находится в точке 0 и в 00:00:01 секунду достигает в зависимости от направления и скорости точки A или B или C соответственно пролетает расстояние 0A или 0B или 0C
на графике видно что расстояние которое пролетает фотон за одну секунду не зависит ни от направления движения фотона и ни от направления движения источника и его скорости, что собственно и не противоречит классической физике.
а вот если взять относительную скорость фотон-источник то она в отличие от релятивисткой трактовки вычисляется из квадратного корня суммы квадратов проекций по осям X и Y где каждая проекция есть сумма или разница проекций фотона и источника.
попробую объяснить немного по другому
скорость фотонов вдоль всей траектории полёта константа
но когда они вылетают (отрываются от источника) то они двигаются по своей траектории, а источник света по своей и не зависят друг от друга. поэтому для определения относительного положения (координат) и скорости относительно друг друга применимы классические правила сложения оных.

вместо того что бы разобраться что как и почему зависит при движении света относительно источника учёные выдвинули следующую теорию.

и математически (алгебраически) описали её

Изображение
где
β = υ / c.

и была сформулирована геометрическая модель пространства Минковского, которую графически невозможно отобразить, тем не менее она полностью соответствовала АСО. и никого не озаботило то что эта модель выраженная через формулы имеет мнимые (?!?!?!) коэффициенты, то есть к реальности -никаким боком! Кто нибудь знает что такое мнимое время? размер? скорость? и чему соответствует в реальности? конечно же нет-ибо это абстракция.
Вернёмся к преобразованиям Лоренца. В них нет математических ошибок-но есть ограничение по скорости света. Соответствует ли преобразования АСО? безусловно. Но к реальности не имеют никакого отношения потому что нет предпосылок к абсолютизации как систем отсчёта так и скорости света!
тем не менее если использовать эту формулу, то "теоретически" обосновывается зависимость массы, времени и геометрических от скорости и так называемое искривление пространства
но вообще то пространство-это условность, то есть место которое наполненно материей и как оно может искривляться я не понимаю….
в сухом остатке применяя преобразования Лоренца можно математически получить зависимость от скорости времени, массы, размеров и тд, а так же ограничение относительной скорости равное так называемой скорости света, но это все го лишь теоретические выкладки относящиеся к абстрактной модели АСО-к реальности никаким боком!

отбросим пиетет и обратимся к фактам.
В начале 20 века Эйнштейн в противовес существующим эфирным теориям выдвинул свою теорию относительно. Он выбросил эфир и на словах АСО и "постулировал" так называемую скорость света (на самом деле подобных "постулатов" у него в ТО и СТО насчитывается около десятка), но оставил преобразования Лоренца и пространство Минковского.
То есть сформулировал абстрактную теорию не имеющую к реальности никакого отношения
И можно только догадываться сколько денег и людских ресурсов было потрачено для продвижения этих так называемых "гениальных" теорий! Во многих странах неофициально и официально много лет критика теорий Эйнштейна была запрещена (в СССР вышло целых 3 (!) постановления на запрет критики)…

полностью материал http://televid-sib.ru/index.php?topic=10085.0

Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
Код: выделить все
<div style="text-align:center;">Обсудить теорию <a href="http://www.newtheory.ru/physics/relyativizm-efirnie-teorii-i-teorii-eynshteyna-t3053.html">Релятивизм, эфирные теории и теории Эйнштейна</a> Вы можете на форуме "Новая Теория".</div>

Источник: www.NewTheory.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

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