3.2. Постулаты и следствия специальной теории относительности

А. Эйнштейн сформулировал основные положения своей специальной теории относительности (релятивистской теории): все инерциальные системы координат совершенно равноправны и в отношении механических, и электромагнитных явлений, а скорость света инвариантна (неизменна) во всех инерциальных системах отсчета.

В основе специальной теории относительности два постулата:

1. Принцип относительности Эйнштейна – уравнения, выражающие законы природы инвариантны (неизменны) по отношению к преобразованию координат и времени от одной инерциальной системы отсчета к другой.

2. Принцип постоянства скорости света – скорость света в пустоте одинакова во всех инерциальных системах и не зависит от движения источника или приемника света. Скорость света в вакууме всегда постоянна и равна 300000 км/с, она является предельной скоростью распространения любого сигнала.

Ключевым понятием специальной теории относительности является понятие относительной одновременности.

Не существует никакого абсолютного расстояния, дли­ны или протяженности, так же как не может быть ника­кого абсолютного времени. Все это означает, что для ре­ального мира пространство и время имеют не абсолют­ный, а относительный характер. Специальная теория от­носительности объединила пространство и время в еди­ный континуум пространство-время.

Г. Минковский ввел в физику геометрическую интерпретацию релятивистской теории – про­странственно-временной интервал. Возникло понятие о четырехмерном пространстве (пространстве Минковского), где четвертой координатой выступает время.

Эйнштейн в специальной теории относительности предложил использовать преобразования Х. Лоренца, в которых учитывается скорость света. Эти преобразования позволяют математически выразить относительность времени и показывают, что в движущейся системе отсчета временной интервал сокращается, а размеры тела вдоль направления движения уменьшаются.

При движении, приближающемся к скорости света, замедляется время, замедляются все процессы, происходящие в системе, в том числе и в живых организмах, сокращаются продольные (вдоль движения) размеры тел.

«Парадокс близнеца»: из двух близнецов, один космонавт и он, оказывается моложе своего брата, т.к. в космическом корабле, двигающемся с огромной скоростью, темп времени замедляется и все процессы происходят медленнее, чем на Земле.

В рамках специальной теории относительности масса, так же как и время, зависит от скорости движения. Когда скорость тела приближается к скорости света, масса его неограниченно растет и в пределе приближается к бесконечности. Так, электроны при сообщении им больших скоростей увеличивают свою массу. Из этой зависимости следует, что движение со скоростью, превышающей скорость света, невозможно.

Таким образом, согласно специальной теории относительности, пространство и время – общие формы координации материальных явлений, а не самостоятельно существующие независимо от материи начала бытия.

В земных ус­ловиях мы не встречаемся с такими скоростями и поэто­му крайне малыми поправками практически пренебрега­ем.