Электроника Физика Электротехника Полупроводниковые материалы Теория конструктивных материалов Курс черчения Контольная работа

Конспект курса лекций по физике. Классическая физика

Концепция Эйнштейна позволяет отказаться от существования эфира

 и построить теорию, называемую ныне специальной теорией относительности (СТО) и и подтверждаемая всеми известными сегодня опытами.

 В основе СТО лежат два постулата.

«Принцип постоянства скорости света».

Скорость света не зависит от скорости движения источника света, одинакова во всех инерциальных системах координат, и равна в вакууме с=3×108 м/с.

Позднее, в общей теории относительности (ОТО), 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.

Эйнштейн позднее писал:

«Во всех инерциальных системах координат законы природы находятся в согласии. Физической реальностью обладает не точка пространства и не момент времени, когда что-либо произошло, а только само событие. Нет абсолютного (независимого от пространства отсчета) соотношения в пространстве, и нет абсолютного соотношения во времени, но есть абсолютное (независимое от пространства отсчета) соотношение в пространстве и времени» (подчеркнуто Эйнштейном).

Позднее Эйнштейн утверждал справедливость и этого постулата для всех, в том числе и неинерциальных, систем отсчета.

В математическом аппарате СТО используется четырехмерный xyzt простанственно-временной континуум (пространство Минковского) и преобразования координат Лоренца, как математическое отражение объективно существующих в материальном мире фактов.

Преобразование координат Лоренца:

Иногда СТО называют теорией Эйнштейна-Лоренца-Пуанкаре, подчеркивая тем значительность вклада всех этих ученых. Кстати, Нобелевская премия была в 1926 году присуждена Альберту Эйнштейну отнюдь не за СТО или ОТО, а за существенно более скромное уравнение закона сохранения энергии применительно к явлению внешнего фотоэффекта.

Относительность понятий “пространства” и “времени”, а также инвариантность и предельность скорости света в любых инерциальных системах отсчета лежат в основе релятивистской механики - механики больших скоростей движений. В соответствии с этим кинематические преобразования Галилея замещаются  более общими преобразованиями Лоренца.

Следствия СТО:

1) понятие одновременности событий

 Рассмотрим инерциальные системы отсчета Ка и Кв

 

 Ка Кв

  (К) (К’)

 Ха Хв

 Рис.3.2. К выводу соотношения одновременности событий.

Предположим, что в системе Ка в точках с координатами Х1а и Х2а (Х1а< Х2а) происходят в момент времени tа два одновременных события. Найдем разность моментов времени t1в и t2в, в которые будут зарегистрированы эти события в системе Кв.

  Если система Кв движется относительно Ка вправо, то, применяя преобразования Лоренца, Ка нужно считать системой К, а Кв -системой К`.

 


 Соответственно:

Таким образом, в любой системе, кроме Кa, события оказываются неодновременными, причем в одних системах второе событие будет происходить позже первого (t2в > t1в), а в других системах второе событие будет происходить раньше первого (t2в < t1в). Нужно иметь в виду, что полученный результат относится лишь к событиям, не связанным друг с другом. Иначе обстоит дело, если между событиями имеется причинная связь. В этом случае событие-причина во всех системах отсчета предшествует событию-следствию.

2) относительность промежутков времени

  Рассмотрим некоторый процесс, совершающийся в одной и той же точке А, неподвижной относительно системы К`, которая, напоминаем, движется со скоростью V вдоль оси Х неподвижной системы К. Обозначим длительность этого процесса, скажем, свечения электрической лампочки, по часам K` и К соответственно как tо= t2` - t1` и

t=t2 – t1, где индексы 1 и 2 означают начало и конец процесса свечения.

 Из преобразований Лоренца для времени получим то, что мы будем наблюдать в системе К:

 

Тогда

 

Здесь Dх = (х2 –х1) – смещение точки А вдоль оси Ох системы К за время длительности процесса. Поэтому (х2 – х1) = V×t (из начальных условий) и

 

т.е. tо<t.

 Но тогда продолжительность события, которое длится в подвижной системе промежуток времени tо и происходит там в одной точке пространства, в неподвижной системе будет наблюдаться в разных точках, да еще и длиться будет больше.

 Иначе говоря, часы, движущиеся относительно инерциальной системы отсчета, идут медленнее покоящихся часов.

Эти особенности хода времени в быстро движущихся системах подвигли писателей-фантастов на анализ возможных парадоксальных явлений. Например, так называемый эффект близнецов: если один из братьев-близнецов отправится в длительное космическое путешествие с большой («субсветовой») скоростью, то к моменту его возвращения на Землю здесь может произойти смена поколений.

Общность колебательных процессов, их разнообразие и в тоже время их специфическое своеобразие, играют существенную роль в установлении внутренних связей между весьма разнообразными, на первый взгляд, явлениями. Этим обстоятельством, как мне кажется, и обусловливается, главным образом, принципиальное значение и важность интересующей нас области. Весьма существенно следующее: в области колебаний особенно объективно выступает взаимодействие между физикой и математикой, влияние потребностей физики на развитие математических методов и обратное влияние математики на физические знания.

На главную сайта: Курс физики