Специальная теория относительности.
Предпосылки возникновения специальной теории относительности – это поиск ответов на вопросы:
- как передается гравитационное взаимодействие;
- как распространяется свет (любые электромагнитные волны).
В 1905 году в статье «К электродинамике движущихся тел» А.Эйнштейн изложил теорию – это и была специальная теория относительности.
В теории Эйнштейн изложил два постулата (принципа), лежащих в основании частной или специальной теории относительности:
1. Специальный принцип относительности.
2. Принцип постоянства скорости света.
Согласно первому постулату в любых инерциальных системах отсчета (движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга) все физические процессы протекают одинаково. В первом постулате Эйнштейн развил классический принцип относительности Галилея для механических явлений, обобщив его и для любых физических явлений (и электромагнитных и оптических). При этом пространство и время связаны друг с другом и зависят друг от друга (у Галилея и Ньютона пространство и время независимы друг от друга).
Второй принцип (постулат) утверждает постоянство скорости света. Согласно этому постулату скорость не зависит от движения источника света или наблюдателя, одинакова во всех инерциальных системах отсчета и является предельной скоростью распространения любого сигнала. Второй постулат базируется на уравнении Максвелла из электродинамики.
|
|
|
Скорость света – самая большая скорость в нашей Вселенной. Больше скорости 300000 км/сек в окружающим мире быть не может.
Специальная теория относительности Эйнштейна внесла революционные изменения в ряд фундаментальных понятий прежней классической физики: пространства, времени, размера (протяженности) тел, массы. Оказалось, что время не является абсолютной величиной, оно зависит от системы отсчета, более того, пространственные координаты неразрывно связаны со временем, образуя пространственно-временное многообразие. Как показал Минковский, геометрия этого пространства-времени очень похожа на евклидову, но, в силу различия знаков перед квадратами пространственных координат и времени в выражении – аналоге теоремы Пифагора, эта геометрия называется неевклидовой. Продольные размеры движущегося тела всегда меньше покоящегося. Движущиеся часы идут медленнее покоящихся часов. События, одновременные в одной системе отсчета, никогда не будут одновременными в любой другой системе. Одновременность – понятие относительное. Масса движущегося тела всегда больше массы покоя.
Релятивистские эффекты.
Релятивистские эффекты в теории относительности связаны с изменениями пространственно-временных характеристик тел при скоростях, соизмеримых со скоростью света. Неподвижный наблюдатель за космическим королем (фотонной ракетой, летящей со скоростью, соизмеримой со скоростью света) может заметить три релятивистских эффекта:
|
|
|
- увеличение массы по сравнению с массой покоя, т.е. с ростом скорости растет масса;
- сокращение линейных размеров тела в направлении его движения. На самом корабле космонавты этих изменений не будут наблюдать;
- замедление времени. В космическом корабле, движущемся со скоростью, близкой к скорости света, время течет медленнее, чем у неподвижно наблюдателя.
Суть общей теории относительности (ОТО).
В 1916 году Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности, объясняющую с современных позиций теорию тяготения. Она основывается на двух постулатах специальной теории относительности и формулирует третий постулат – принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс.
Важнейший вывод из ОТО – новое положение об изменении геометрических (пространственных) и временных характеристик в гравитационных полях, а не только при движении с большими скоростями.
ОТО – одна из самых сложных областей современной физики. Она базируется на математическом аппарате уравнений Эйнштейна. ОТО – физическая теория, в ее основе лежат экспериментальные факты:
|
|
|
- гравитационное поле влияет на движение не только массивных тел но и света;
- луч света отклоняется в поле Солнце;
- на основе ОТО Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн.
Массивные тела, двигаясь с ускорением, излучают гравитационные волны. Они распространяются с той же скоростью, что и электромагнитные (со скоростью света).
Уравнения ОТО указывают на то, что наша Вселенная не стационарна, она непрерывно расширяется. Имеется два варианта развития Вселенной в зависимости от плотности материи Вселенной: дальнейшее расширение или начала сжатия через некоторое время.
Общим выводом ОТО является следующее: протяженность, время и масса утратили статус абсолютности. Постоянный статус имеет лишь сила (например, сила тяготения). ОТО содержит геометрическое толкование явления тяготения. Объект, движущийся в пространстве и попавший в поле тяжести, изменяет траекторию своего движения. Все известные научные факты подтверждают справедливость общей теории относительности, которая является современной теорией тяготения. По аналогии с квантами электромагнитного поля принято говорить о гравитонах как о квантах гравитационного поля. В настоящее время формируется новая область науки – гравитационно-волновая астрономия.
Тема 4
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 183; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!