2. Пространство, время, симметрия
2-01. Принципы симметрии, законы сохранения
Понятие симметрии в естествознании:-инвариантность (т.е. неизменность) относительно тех или иных преобразований
Нарушенные симметрии :- неполные симметрии
Эволюция как цепочка нарушений симметрии
Простейшие симметрии: -однородность (одинаковые свойства во всех точках)
- изотропность (одинаковые свойства во всех направлениях)
Симметрии пространства и времени:- однородность пространства- однородность времени- изотропность простр-ва
Анизотропность времени:- т.е. оно идет только в одну сторону – только в будущее (в прошлое никогда)
Теорема Нётер:-общее утверждение о взаимосвязи симметрий с законами сохранения
Закон сохранения энергии, материи, электр. заряда :-следствие однородности времени
Закон сохранения импульса (количества поступательного движения) :-следствие однородности пространства
Закон сохранения момента импульса (количества вращательного движения) :-следствие изотропности пространства
2-02. Эволюция представлений о пространстве и времени
Пространство: — форма сосуществования материальных объектов и процессов (характеризует структурность и протяженность материальных систем)
Время: — форма и последовательные смены состояний объектов и процессов (характеризует длительность их бытия).
(Античность)-------------------------------------------------Понимание пространства как самостоятельной сущности;
пространство как категория места, время как мера движения у Аристотеля
(Новое время – 17_19 века)------------------------------
Абсолютные пространство и время Ньютона
Классический закон сложения скоростей как следствие ньютоновских представлений об Абсолютном пространстве и Абсолютном времени
(Конец 19 – начало 20 веков)
Концепция мирового эфира ( эфир как материальный носитель электромагнитных волн – света)
(Современность)
Понимание пространства и времени как системы отношений между материальными телами;
изменение пространственных и временных промежутков при смене системы отсчёта у Эйнштейна;
Нарушение классического закона сложения скоростей в опыте Майкельсона-Морли;
Современная научная картина мира:- отказ от идеи Абсолютных пространства и времени, мирового эфира и других выделенных систем отсчета - признание тесной взаимосвязи между пространством, временем, материей и её движением
2-03. Специальная теория относительности (описывает только равномерное движение)Принцип относительности Галилея:- применен в классич. механ. Ньютона, устанавливает, что во всех инерциальных системах отсчета любой механич. процесс протекает одинаково , в частности, движение относительно, покой и движение качественно неразличимы
Принцип относительности (1 постулат Эйнштейна):законы природы инвариантны относительно смены системы отсчёта
Инвариантность скорости света (2 постулат Эйнштейна):-скорость света одинакова для всех наблюдателей , не зависит от их движения относительно луча света
Постулаты Эйнштейна :-проявление симметрий пространства и времени
Основные релятивистские эффекты - относительность одновременности
- относительность расстояний
-относительность промежутков времени
- инвариантность пространственно-временного интервала
- инвариантность причинно-следственных связей
- единство пространства-времени
- эквивалентность массы и энергии
Соответствие СТО и классической механики:их предсказания совпадают при малых скоростях движения
2-04. Общая теория относительности
(описывает любое движение и многое прочее…)Общая теория относительности (ОТО):распространение принципа относительности на неинерциальные системы отсчета ( неравномерное движ.)
Принцип эквивалентности: ускоренное движение неотличимо от покоя в гравитационном поле
Взаимосвязь материи и пространства-времени: материальные тела изменяют геометрию пространства-времени, которая определяет характер движения матер. тел
Соответствие ОТО и классической механики: их предсказания совпадают в слабых гравитационных полях
Эмпирические доказательства ОТО:- отклонение световых лучей вблизи Солнца, замедление времени в гравитационном поле, смещение перигелиев планетных орбит