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
Дополнительно
Компьютерные программы
по физике
Программы по физике


Физика и юмор
Физика и юмор


Онлайн тестирование
по физике
Онлайн тестирование по физике



-









§ 4. Основные принципы теории относительности

Господствовавшие в то время в физике представления о пространстве и времени были освящены вековыми традициями. Считалось само собой разумеющимся, что евклидова геометрия дает полное описание свойств пространства. Разработанные математиками новые геометрические системы не нашли еще применений вне самой математики и имели чисто теоретическое значение. Свойства времени считались совершенно независимыми от свойств пространства; такие понятия, как, например, одновременность удаленных событий, ни у кого, кроме философов, не вызывали сомнений, и никому не приходило в голову, что они могут подвергнуться критике и даже изменению.
 
Правда, в своих попытках теоретически осмыслить новые опытные факты некоторые физики применяли различного рода преобразования пространства и времени, необычные со старой, классической точки зрения, но они носили у них характер формальных, чисто математических построений, лишенных реального физического смысла. На такой точке зрения стоял Лоренц, по существу открывший новый принцип относительности. Французский математик Пуанкаре, пришедший почти одновременно с Эйнштейном к тем же результатам, также был далек от того, чтобы придавать своим формулам конкретный физический смысл. Лишь Эйнштейн проявил достаточную научную смелость и сделал решающий шаг.
 
Основное утверждение Эйнштейна сводится к тому, что отрицательный результат опыта Майкельсона объясняется не какими-то эффектами, вроде лоренцова сокращения, и не особыми свойствами эфира (существовала гипотеза о том, что эфир полностью или частично увлекается движущимися сквозь него телами), а тем, что свойства пространства и времени таковы, что скорость света есть величина  не   относительная, а   абсолютная.
 
Этот постулат постоянства скорости света находится в непримиримом противоречии как с принципом относительности Галилея, так и со всеми нашими привычными представлениями о скорости. Мы настолько привыкли к закону сложения скоростей, что всякое от него отступление готовы считать полнейшим абсурдом. Для пассажира, отставшего от поезда и пытающегося его догнать, поезд движется медленнее, чем для неподвижных наблюдателей этой сцены. Но, согласно постулату Эйнштейна, два наблюдателя, измеряющие скорость света от одного и того же источника, получат одинаковый результат, как бы быстро друг относительно друга они ни двигались. Один из них может двигаться навстречу свету, другой — догонять этот же самый свет; все равно, для каждого из них скорость света равна 300 000 км/сек.


Однако классический закон сложения скоростей подтвержден множеством точнейших измерений. Значит, скорость света составляет какое-то исключение? А если измерять скорость, лишь немного отличающуюся от скорости света? Будет ли она относительной? Такие опыты были поставлены. Измерялась скорость света в движущейся жидкости. Как известно, в прозрачных средах свет распространяется медленнее, чем в пустоте, в соответствии с показателем преломления среды. Опыты эти показали, что здесь скорость света оказывается уже относительной, т. е. зависит от того, неподвижна жидкость или движется. Однако классический закон сложения скоростей оказался здесь все-таки нарушенным — с изменением скорости жидкости скорость света менялась меньше, чем ей положено. Оказываемся, что чем выше скорость тела, чем ближе она к скорости света, тем больше она теряет свою относительность. Скорость же света совсем не относительна. Можно добавить, что теория относительности приводит к выводу о невозможности движения со скоростью большей, чем скорость света. Таким образом, привычный нам классический закон сложения скоростей оказывается справедливым лишь для сравнительно медленных движений; для больших скоростей он требует поправок. С точной формой закона сложения скоростей мы в свое время познакомимся.
 
В основу теории относительности Эйнштейн положил принцип относительности, совпадающий по своей формулировке с принципом относительности Галилея. Отличие состоит, во-первых, в том, что он теперь распространяется не только на механические, но и на электромагнитные и вообще на все физические явления, и, во-вторых, в делении физических величин на относительные и абсолютные. То, что скорость света переходит из разряда относительных величин в разряд абсолютных, приводит к необходимости пересмотра всей классификации.
 
Всех аксиом теории относительности мы перечислять не будем; за исключением постулата постоянства скорости света они довольно обычны и не могут вызвать особых возражений. Так, например, пространство считается однородным, т. е. все его точки и все направления признаются равноправными, и т. д. Геометрия пространства остается евклидовой. Как мы вскоре убедимся, новые геометрические идеи находят в теории относительности, тем не менее, самое непосредственное, хотя и несколько неожиданное, применение.
 
Дальнейшее построение теории относительности можно и нужно проводить чисто дедуктивным, логическим путем, извлекая различные следствия из сформулированных постулатов. Среди них необычен лишь один — постулат постоянства скорости света. Этого, однако, оказывается достаточно, чтобы в значительной степени «перевернуть» привычные нам представления об окружающем мире, подобно тому как изменение всего лишь одной геометрической аксиомы привело к новой, неевклидовой геометрии.
 
Необычность, а порой и парадоксальность многих выводов теории относительности создает определенные трудности в ее изучении. После своего возникновения она была воспринята далеко не сразу. Но под давлением все возрастающего потока подтверждений ее противники один за другим вынуждены были складывать оружие. Новые идеи были восприняты; последующие годы превратились в настоящий триумф теории относительности. Эйнштейн из скромного инженера превратился во всемирно известного ученого, получил кафедру в Берлинском университете. Когда же на Германию надвинулась мрачная тень гитлеризма и Эйнштейн вынужден был покинуть родину, целый ряд институтов, университетов и академий мира предложили ему свои кафедры. Эйнштейн уехал в Америку, где и прожил до конца своих дней. Он скончался в 1955 году, в том самом году, когда исполнилось пятьдесят лет его детищу — теории относительности.
 
В настоящее время теория относительности является необходимой составной частью физики. Ее значение возрастает буквально с каждым днем. С некоторыми ее применениями мы в дальнейшем познакомимся. Нельзя не отметить также глубокого познавательного, философского значения этой теории. После ее появления сразу же стало ясно, что вызванные ею глубокие изменения в физической картине окружающего нас мира нельзя понять без должного философского анализа ее основ. Хотя в задачу настоящей книги и не входит полное выяснение этой стороны дела, на некоторых относящихся сюда вопросах нам все же придется остановиться.




Социальные комментарии Cackle


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