На главную
Физика - одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказать о современной науке. Данный ресурс поможет эффективно и интересно изучать физику. Учите физику!
   

Обучение и материалы
Физический справочник
Формулы по физике
Шпаргалки по физике
Энциклопедия
Репетиторы по физике
Работа для физиков
Быстрый устный счет
Виртуальные лабораторные
Опыты по физике
ЕГЭ онлайн
Онлайн тестирование
Ученые физики
Необъяснимые явления
Ваша реклама на сайте
Разное
Контакты
Спецкурс
Фейнмановские лекции

В мире больших скоростей

Введение в теорию относительности

Лекции по биофизике
Лекции по ядерной физике
Ускорение времени...
Лазеры
Нанотехнологии
Книги
полезное
Смешные анекдоты о физике
Готовые шпоры по физике
Физика в жизни
Ученые и деньги
Нобелевские лауреаты
Фото
Видео
Карта сайта
На заметку
Если вам понравился сайт, предлагаем разместить нашу кнопку
Кнопка сайта All-fizika.com
Компьютерные программы
по физике
Программы по физике


Физика и юмор
Физика и юмор


Онлайн тестирование
по физике
Онлайн тестирование по физике



-









1. Специальный принцип относительности

Можно представить себе разочарование читателя, закончившего предыдущую главу. Целая глава была посвящена поискам системы отсчета, в которой скорость света независимо от направления была бы с, и все безрезультатно. Надеялись связать эту систему с источником света — не удалось. Явление годичной аберрации звезд подтверждает, что среда, в которой свет распространяется, также не является искомой системой. Результат опыта можно объяснить только с помощью гипотезы мирового эфира, но это объяснение противоречит опыту Майкельсона — Морли. Опыт Майкельсона — Морли говорит, что скорость света относительно Земли по всем направлениям одинакова. Так как Земля не находится в предпочтительном положении по отношению к другим телам Вселенной, то безразлично, относительно чего измерять скорость света в вакууме; в результате мы всегда будем иметь с. Однако это кажется абсурдом! Вы сидите, например, в космическом корабле, мчащемся к Солнцу, и получаете при измерении скорости света, идущего от Солнца, то же самое число, как и на Земле.
 
Однако рассудительные читатели могут сказать: «Не беда, что все запутано. Большая часть книги еще впереди, может быть, там все постепенно и выяснится». Действительно, здесь, как и при чтении увлекательного романа, нетерпеливый читатель может заглянуть в конец книги, если не хватает терпения ждать развязки. А что должны были чувствовать ученые, которые сами ставили эти опыты? Им неоткуда было узнать окончательный ответ. Чтобы разрешить эту проблему, делались различные предположения. Эксперименты ставились один за другим, а трудности не исчезали. Результат опыта Майкельсона — Морли окончательно запутал проблему. Теперь даже не знали, за что взяться. Опыт повторяли неоднократно, все увеличивая точность измерений. Но опыты все с большей и большей точностью подтверждали, что скорость света относительно Земли одинакова по всем направлениям.
 
Обычно ученый открывает новые законы, основываясь на сложившихся идеях и представлениях. Но в один прекрасный день обнаруживается, что незыблемые до сих пор истины больше не годятся. Для объяснения новых явлений старые идеи оказываются непригодными, других же идей пока нет. Ученым некоторое время приходится, образно выражаясь, брести наощупь. Открытию нового мешает еще и то, что некоторые ученые, кто в большей, кто в меньшей степени, находятся в плену у старого образа мыслей. Чтобы выйти из тупика, надо смело отбросить старое и найти новое, каким бы непривычным и чуждым это новое поначалу ни казалось. Раньше или позже период неведения кончится — смелому мыслителю удастся найти новую путеводную идею. Станут ясными причины всех встретившихся до тех пор трудностей, и перед наукой откроются новые более широкие перспективы.
 
После опыта Майкельсона — Морли в физике началось именно такое «смутное» время. Результаты опытов, описанных в предыдущей главе, и других аналогичных им опытов пытались объяснить разными способами.
 
Например, голландский физик Г. А. Лоренц предполагал, что движущиеся в абсолютном пространстве тела сокращаются в направлении движения.
 
Выбирая подходящую величину сокращения, он действительно сумел согласовать свою теорию с результатом опыта Майкельсона — Морли. Несмотря на это, теорию Лоренца нельзя было считать решением проблемы по существу, так как сна не объясняла, в силу каких причин тела, движущиеся в абсолютном пространстве, должны были сокращаться в направлении своего движения. Однако теория Лоренца содержала ценную идею, которую позднее смогла использовать теория относительности.
 
Более глубоко, чем Лоренц, понял проблему французский математик Анри Пуанкаре. Он догадался, что классический принцип относительности нужно заменить более общим принципом. Пуанкаре сформулировал обобщение, которое позднее стали называть специальным принципом относительности. Кроме того, Пуанкаре удалось вывести ряд формул теории относительности. Таким образом, уже в 1904 г. Пуанкаре был на грани открытия теории относительности, но переступить эту грань ему не удалось. Причина, по-видимому, заключалась в его философских воззрениях. Пуанкаре считал, что одни и те же явления природы всегда можно описывать несколькими равноправными теориями. Однако он не оговаривал, что одна из этих теорий отражает природу, другие же являются искусственными построениями. Естественно, что подобные взгляды не способствовали созданию новой теории. Пуанкаре не придавал своим исследованиям    по    теории    относительности    особого    значения.
 
Он не понимал полностью физического содержания своих формул. Создателем новой теории? стал 26-летний эксперт Бернского патентного бюро Альберт Эйнштейн. Его статья «К электродинамике движущихся тел» появилась в 1905 г. Этот год стал годом рождения теории относительности.
 
Что же сделал Эйнштейн?
 
Обнаружить абсолютную систему отсчета в опыте Майкельсона — Морли вопреки ожиданию не удалось. Эйнштейн нашел в себе смелость сказать, что, следовательно, соображения, порождавшие надежду отыскать абсолютную систему отсчета, были необоснованными. Законы природы должны быть такими, что они не дают никакой надежды для открытия абсолютной системы отсчета. Абсолютной системы отсчета в природе не существует. Это означает, что все инерциальные системы по-прежнему остаются равноправными, ни одна из них не выделяется среди других. Эйнштейн сформулировал так называемый специальный принцип относительности: для описания явлений природы все инерциальные системы равноправны. Другими словами, если закон природы имеет место в одной системе отсчета, то он справедлив и во всех других системах отсчета, движущихся относительно первой равномерно и прямолинейно.
 
Из опыта Майкельсона — Морли следовало, что скорость света относительно Земли по всем направлениям равна с. Так как явления, обусловленные неинерциальностью Земли как тела отсчета в опыте Майкельсона — Морли незначительны, то можно сказать, что скорость света в связанной с Землей инерциальной системе независимо от направления равняется с. Эйнштейн предположил, что этот результат является законом природы, который должен иметь место во всех инерциальных системах. Скорость света во всех инерциальных системах независимо от направления ость с — вот другой (наряду с принципом относительности) краеугольный камень теории относительности. Легко заметить, что специальный принцип относительности представляет собой обобщение классического принципа относительности. В последнем говорится только о механическом движении и его законах, в первом же — обо всех явлениях природы и их законах.
 
Гений Эйнштейна именно в том и проявился, что он, основываясь на результатах опыта Майкельсона — Морли, распространил сферу действия принципа относительности на все явления природы, тогда как раньше его считали справедливым только в механике.
 
В специальном принципе относительности говорится об инерциальных системах, т. е. системах, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Но равномерное и прямолинейное движение представляет собой лишь определенный, частный вид движения, поэтому этот принцип и носит название специального принципа относительности. В дальнейшем Эйнштейн обобщил принцип относительности, заменив равномерное и прямолинейное движение систем любым ускоренным движением.

Маленькое изображениеГенрик Антон Лоренц

Маленькое изображениеАнри Пуанкре

Маленькое изображениеАльберт Эйнштейн (В годы создания теории относительности)



ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:


Социальные комментарии Cackle


 
 
© All-Физика, 2009-2016
При использовании материалов сайта ссылка на www.all-fizika.com обязательна.