Общая теория относительности (ОТО).
Основы релятивистской и квантовой физики.
Специальная теория относительности (СТО).
После признания электромагнитной природы света возникла проблема, как распространяются электромагнитные волны и как ведет себя эфир в качестве волновой среды. Проведенные Майкельсоном и Морли опыты (в 1880-х гг.) с использованием интерферометра поставили под сомнение существование эфира.
Окончательный вывод: эфир как среда для распространения электромагнитных волн не существует .
Одновременно изучался вопрос, при каких преобразованиях координат уравнения Максвелла могут быть инвариантны. Правильные математические выкладки представили Пуанкаре и Лоренц.
Несмотря на то, что Лоренц и Пуанкаре вплотную приблизились к созданию новой теории, решительный шаг сделал Эйнштейн.
В статье «К электродинамике движущихся тел», опубликованной в1905 году, он изложил основные идеи специальной теории относительности, коренным образом изменившие представления о свойствах пространства и времени.
В основу теории легли два постулата:
1-й постулат (общий принцип относительности) – все явления природы (физические, химические, биологические) протекают во всех инерциальных системах отсчета одинаково; законы и математические уравнения, их описывающие, инвариантны по отношению ко всем инерциальным системам отсчета;
2-й постулат (принцип постоянства скорости света) – скорость света в вакууме постоянна и одинакова по отношению к любым инерциальным системам отсчета; она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости наблюдателя света.
|
|
|
Из анализа постулатов видно, что Эйнштейн расширил принцип относительности Галилея, распространив его на все физические явления, включая электромагнитные. Постулаты согласуются с опытами Майкельсона-Морли, обосновавших отсутствие в природе эфира, который мог бы выступать в качестве абсолютной системы отсчета.
СТО имеет ряд следствий, устанавливающих зависимость пространственно-временных параметров тел от скорости их движения:
1) «лоренцево» сокращение длины l,
2) увеличение интервала длительности времени ∆ t,
3) возрастание инерционной массы m с увеличением скорости v.
(1),
при приближении скорости тела v к скорости света с получим: если v → с, то l → 0.
(2),
при приближении скорости тела v к скорости света с получим: если v → с, то ∆ t → ∞.
(3),
при приближении скорости тела v к скорости света с получим: если v → с, то m → ∞.
Согласно СТО ни одно материальное тело не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Даже частица с массой покоя, отличной от нуля, не может достичь скорости света: со скоростью света могут двигаться лишь частицы с массой покоя, равной нулю (например, фотоны, нейтрино).
|
|
|
Еще одним следствием является относительность одновременности событий, отдаленных друг от друга пространственно-временным интервалом.
В рамках СТО Эйнштейн вывел формулу, связывающую энергию Е и массу m: Е = m · c ² ,
где с – скорость света в вакууме: ≈ 300000 км/с.
Общая теория относительности (ОТО).
ОТО – метрическая теория тяготения, развивающая СТО – была создана Эйнштейном в 1916 г.
В ней он исходит из того, что гравитационные эффекты обусловлены деформацией пространства-времени, заключающего в себе гравитационные массы.
В рамках ОТО Эйнштейн использовал сложную систему уравнений для описания связи кривизны пространства-времени с присутствующей в нём материей.
При создании ОТО Эйнштейн постулировал тождество гравитационной и инертной масс.
В нерелятивистской механике существует два понятия массы:
1) инерционная – есть отношение силы, действующей на тело, к его ускорению (по второму закону Ньютона: m = F / a),
|
|
|
2) гравитационная – определяет силу притяжения между телами (по закону всемирного тяготения: F = m 1 · m 2 / r ²).
Их экспериментально подтвержденная эквивалентность позволяет говорить о единой массе тела в негравитационных и гравитационных взаимодействиях.
В XX веке техника позволила подтвердить равенство масс с точностью до 10−13.
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 90; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!