Однородность и изотропия пространства обеспечивают одинаковость условий наблюдения изменений в Космосе и, следовательно, универсальную синхронизацию часов.
Московский технический университет связи и информатики
Ф И З И К А
М Е Х А Н И К А
Курс лекций
Доцент, кандидат физико-математических наук
Дегтярев Владимир Фомич
e-mail: vfsteel 2008@ gmail . com
Москва 2020
1. 
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КИНЕМАТИКИ. СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА.
Наряду с материальной точкой принято рассматривать и движение тела. Если расстояние между любыми двумя точками этого тела в процессе движения не изменяется, то тело называется абсолютно твердым. В противном случае тело называется деформируемым.
Всякое движение твердого тела можно разложить на поступательное и вращательное.
Поступательное движение – это такое движение при котором любая прямая, связанная с телом остается параллельной самой себе.
При вращательном движении все точки тела движутся по окружностям, центры которых лежат на одной и той же прямоб называемой осью вращения. Ось вращения может располагаться как внутри, так и вне тела.
Чтобы описать движение тела, необходимо использовать систему координат.
1.2.3 Системы координат.
|
|
|
|
Система координат Декарта (прямоугольная): три ортогональные прямые, проведенные из начала отсчета (рис. 1.1). Положение геометрических точек определяется расстояниями ее проекций на ортогональные плоскости от начала координат (х, у, z).
Цилиндрическая система (рис. 1.2): тремя числами являются длина ρ, угол 
, длина z.
Если задать 
, оставив и z произвольными, то получим множество точек, лежащих на цилиндре.
Условие = 
определяет плоскость.
|
, углы и 
(рис.1.2).
Условие r = const дает множество точек на сфере, 
– конусе.
Числа, определяющие положения точек в некоторой системе координат относительно начала, называют координатами точки.
Формулы, связывающие координаты точки в разных системах, называют преобразованиями координат.
Из рис. 1.2 следует: преобразование прямоугольной системы в цилиндрическую описывается формулами:
|
|
|
, 
, 
(1.2)
в сферическую:
, 
, 
(1.3)
Свойства времени.
Для отсчета промежутков времени можно использовать любую регулярную повторяющуюся последовательность событий (периодические процессы). Принятый за эталон периодический процесс называют часами. Чтобы сравнивать промежутки в разных точках пространства, необходимо установить одинаковый темп хода часов в этих точках.
Свойства времени исследованы сравнительно хорошо в интервале 10 -16 с 
10 16 с (~ 10 млрд лет). Также как и для пространства, вдали от тяготеющих масс время считают:
1. непрерывным - последовательность событий может быть любой, в том числе сколь угодно близкой.
2. однородным – эквивалентные явления протекают одинаково, независимо от начала отсчета времени.
Системы отсчета.
Избранная система координат, плюс часы в ней образуют систему отсчета (СО).
Поскольку любая реальная система отсчета связана с конкретными материальными объектами, которые в общем случае перемещаются друг относительно друга, то возникает вопрос о сравнении измерений длин и времени между движущимися системами отсчета. Это вопрос будет обсуждаться в главе 8. Здесь только отметим, что для сравнения длительности процессов необходимо на часах устанавливать единое начало отсчета времени.
|
|
|
Эту процедуру называют синхронизацией. После синхронизации можно проверить одинаковость темпа хода часов, основанных на эквивалентных процессах, в разных точках системы отсчета и между различными системами. Если темп хода физических процессов неодинаков в различных точках СО, то в данной системе нет единого времени.
В 1960 г. было обнаружено изменение темпа хода “часов”, связанной с Землей, СО с ростом высоты положения часов (приблизительно ∆τ ~ 10 -16 с/м).
Системы, где таких нарушений нет называют инерциальными (см. 3.1). В дальнейшем будут рассматриваться только такие системы. Более того, в механике Ньютона, в которой анализируются движения со скоростями, много меньшими скорости света, течение времени (темп хода часов) можно считать одинаковым в СО, движущихся относительно друг друга. Таким образом, в классической механике постулируется, что в любых системах отсчета координат можно выбрать одно и тоже начало отсчета времени и тем самым ввести единую переменную – одну временную “координату” t. Положения именно такой механики обсуждаются в гл. 2 – 7.
|
|
|
Вопрос о синхронизации часов и, следовательно, едином времени становится особенно актуальным в масштабах Вселенной.
Существует ли во Вселенной система отсчета, в которой возможна синхронизация часов и коррекция их хода для «наблюдателей» из разных галактик? Ведь астрофизические наблюдения показывают, что самые далекие галактики «убегают» (разбегаются) от нас со скоростью, близкой к скорости света. Если такой системы нет, то в мире нет единого времени. Единого времени, как меры изменений, в масштабах Вселенной не существует. Однако в настоящее время практически однозначно установлено, что в супергалактических масштабах Вселенная однородна и изотропна. Подтверждение этому – реликтовая (электромагнитное) измерение, которое с высочайшей степенью однородности заполняет всю видимую часть Вселенной. Разбегаются не галактики, а растягивается (расширяется) само пространство, его «ткань», в определенных местах которой расположены галактики. При этом «растяжение» оказывается идентичным для каждого элемента пространства. Ситуация похожа на растяжение поверхности резинового шарика при его надувании. Точки (метки) на поверхности, расположенные дальше друг от друга, будут разбегаться быстрее, оставаясь неподвижными относительно самой поверхности.
Следовательно, с реликтовым излучением любые наблюдатели могут, в принципе, связать свою систему отсчета, по отношению к которой
Все изменения в космосе будут выглядеть одинаково.
Однородность и изотропия пространства обеспечивают одинаковость условий наблюдения изменений в Космосе и, следовательно, универсальную синхронизацию часов.
Кинематика.
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 91; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!