Элементы теории относительности

Филимонова Л.В. 20.12.06 Ф-11, ФС-12

Принцип относительности в КМ

•В основе классической механики лежит

механический принцип относительности (или принцип относительности Галилея): законы динамики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

•Этот принцип означает, что законы динамики инвариантны (т. е. неизменны) относительно преобразований Галилея:

•Предполагается, что в начальный момент оси координат обеих систем совпадают

•Из преобразований Галилея следует классический закон преобразования скоростей при переходе от одной системы отсчета к другой.

Основы СТО

•Опр. СТО - физическая теория пространства и

времени, учитывающая существующую между ними взаимосвязь геометрического характера.

•В ее основе лежит “принцип относительности” или “постулат относительности”, т.е. отрицание

представления об абсолютной неподвижной системе отсчета, связанной с неподвижным эфиром.

•Пуанкаре: “Эта невозможность показать опытным путем абсолютное движение Земли представляет

закон природы; мы приходим к тому, чтобы принять этот закон, который мы назовем постулатом относительности, и примем его без оговорок.”

Смысл “постулата относительности”

•Герман Минковский: «Смысл постулата сводится к тому, что в явлениях нам дается только четырехмерный в пространстве и времени мир, но что проекции этого мира на пространство и на время могут быть взяты с некоторым

произволом, мне хотелось бы этому утверждению дать название: постулат

абсолютного мира»

Различия КМ и СТО

•Основным отличием представлений о пространстве и

времени теории относительности от представлений ньютоновской физики является взаимосвязь пространства и времени.

•Эта взаимосвязь раскрывается в формулах преобразования координат и времени при переходе от одной системе отсчета к другой (преобразования Лоренца).

•(*) выражает новые представления о пространстве и времени: их связь в единое геометрического типа многообразие, многообразие с особой четырехмерной псевдоевклидовой геометрией, геометрией, в которой время тесно связано с пространством и не может рассматриваться независимо от последнего.

•Из этих же представлений вытекают важнейшие

следствия для законов природы, выражаемые в требовании ковариантности (т.е. неизменяемости формы) любых физических процессов по отношению к преобразованиям четырехмерных пространственно- временных координат.

•При этом понятие относительности приобретает лишь смысл возможной множественности пространственно-временных изображений явлений при абсолютности содержания, т.е. законов природы.

Пространство-время

•Вообще каждое физическое явление протекает в пространстве и времени и не может быть изображено в нашем сознании иначе, как в пространстве и во времени.

•Пространство и время суть формы существования материи. Никакой материи не существует вне пространства и времени.

•Конкретным изображением пространства и времени является система отсчета, т.е. координатно- временное многообразие чисел составляющие воображаемую сетку и временную последовательность всех возможных пространственных и временных точек. Одно и то же пространство и время могут изображаться различными координатно-временными сетками (системами отсчета).

Постулаты Эйнштейна

•Преобразования Лоренца, отражающие свойства пространства-времени, были выведены Эйнштейном, исходя из 2 постулатов: принципа относительности и принципа постоянства скорости света.

•1. Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, находящихся относительно друг друга в равномерном поступательном движении, эти изменения состояния относятся.

•2. Каждый луч света движется в “покоящейся” системе координат с определенной скоростью , независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом.

Постулаты Эйнштейна

•В основе СТО лежат два принципа или постулата, сформулированные Эйнштейном в 1905 г.

•Принцип относительности: все законы природы

инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы (не только механические) имеют одинаковую форму. Т.о., принцип относительности классической механики обобщается на все процессы природы, в том числе и на электромагнитные. Этот обобщенный принцип называют

принципом относительности Эйнштейна.

•Принцип постоянства скорости света: скорость

света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света в СТО занимает особое положение. Это предельная скорость передачи взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую.