Вопросы для самоконтроля:

1. Каковы обыденные представления о пространстве и времени?

2. Можно ли понимать пространство и время как особого рода вещи?

3. В каком смысле пространство и время можно понимать как абсолютные?

4. В чем заключается однородность пространства?

5. В чем заключается изотропность пространства?

6. В чем заключается трехмерность пространства? Почему наше пространство трехмерно?

7. Возможно ли существование четырехмерного пространства? Что оно собой должно представлять?

8. Что такое симметрия? Какие типы симметрии Вы знаете?

9. Какова связь принципов симметрии с законами сохранения?

10. Что такое антивещество? Почему мы не наблюдаем его в естественных условиях?

Литература.

1. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. - Новосибирск, 1997, с.51-66, 92-96.

2. Кокин А.В. Концепции современного естествознания. - М., 1998, с.58-61.

3. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. - М., 1998, с.45-48.

Тема 6. Принцип относительности План

1. Классический принцип относительности Галилея и парадокс постоянства скорости света.

2. Эксперимент Майкельсона-Морли. Преобразования Лоренца.

3. Специальная теория относительности А. Эйнштейна. Относительность одновременности. Парадокс близнецов.

4. Пересмотр классических представлений о пространстве в общей теории относительности. Неевклидовость пространства.

5. Единая теория поля.

1. Концепция относительности (релятивизм) восходит к учению античного философа Протагора, который учил, что человек есть мера всех вещей. Иначе говоря, у каждого своя истина, а истины, одной для всех, нет. В Средние Века релятивизм проповедовал арабский философ Ибн Рушд (Аверроэс), развивавший теорию двойственной истины, согласно которой у религии своя истина, а у философии – своя.

Для нововременной науки релятивизм, в целом, был чужд и проявлялся только как исключение. Например, согласно принципу относительности Галилея между прямолинейным равномерным движением и покоем нет никакой физической разницы. Например, находясь в открытом море на корабле, никакими экспериментами невозможно определить с какой скоростью он движется относительно берегов.

Принцип относительности приводил к ряду странных выводов, которые отчетливо не осознавались учеными того времени. Например, груз, брошенный с мачты покоящегося корабля, упадет у основания мачты. Аналогично упадет груз, сброшенный с мачты движущегося корабля (если его не сдует ветром). Но в этом случае получается, что наблюдатель на корабле видит, как груз падает вниз по прямой, тогда как наблюдатель на берегу видит, что груз движется по параболе. Спрашивается, по какой конкретно траектории движется груз на самом деле?

2. Новый этап развития релятивизма в естествознании был связан с экспериментом Майкельсона-Морли по измерению скорости движения Земли относительно светоносного эфира. В теоретическом плане эксперимент воспроизводил методику решения тривиальных математических задач по вычислению времени движения корабля по течению и против течения. Однако, несмотря на предельную теоретическую простоту, эксперимент дал отрицательный результат. Принципиально не изменили ситуацию и повторные эксперименты, проведенные не только Майкельсоном, но и некоторыми другими учеными.

Пытаясь объяснить отрицательный результат эксперимента, Лоренц сформулировал ad hoc – гипотезу, согласно которой движущиеся тела сокращаются в направлении своего движения, т.е. сплющиваются. Подобное допущение логически повлекло за собой такие странные выводы как замедление времени в движущихся системах и увеличение массы движущихся тел.

3. Окончательное оформление релятивистской физики осуществляется в рамках специальной теории относительности А. Эйнштейна, который высказал предположение о существовании предельной скорости протекания физических процессов, отождествив ее со скоростью света вакууме (с=300000 км/с). Из этого допущения логически вытекали преобразования Лоренца и отрицательный результат эксперимента Майкельсона-Морли.

Специальная теория относительности Эйнштейна (СТО) – одна из самых парадоксальных теорий в истории естествознания. Например, из СТО логически следует парадокс одновременности, согласно которому, события, одновременные для одного наблюдателя, оказываются неодновременными для всех прочих наблюдателей. Еще более загадочен парадокс близнецов, суть которого в следующем. Один из двух близнецов улетает в космос с околосветовой скоростью, а другой остается на Земле. Относительно землянина космонавт движется, поэтому время для него замедляется, и он вернется на Землю более молодым, чем его брат. Но относительно космонавта движется землянин, поэтому с его точки зрения время замедлится на Земле, поэтому он вернется на Землю более старым, чем земляне. Таким образом, старый землянин встретится с молодым космонавтом, и одновременно с этим старый космонавт увидит вокруг себя молодых землян.

4. Специальная теория относительности сделала Эйнштейна всемирно знаменитым. Утверждение релятивизма повлекло за собой третью глобальную научную революцию, означавшую кардинальный пересмотр классического ньютонизма. Движимый глобальными замыслами, Эйнштейн создает общую теорию относительности (ОТО), в рамках которой объясняются два из четырех типов физических взаимодействий: электромагнитные и гравитационные.

Тем самым Эйнштейн решает проблему гравитации, поставленную, но не решенную Ньютоном. По его мнению, пространство искривляется под действием массивных космических объектов, т.е. имеет неевклидов характер. Образуется своеобразная потенциальная яма, в которую «проваливаются» прочие тела. Например, Земля не падает на Солнце только потому, что движется с огромной скоростью: порядка 30 км/сек.

Общая теория относительности была проверена в ходе эксперимента по наблюдению за изменением видимого положения звезд вблизи Солнца в момент полного солнечного затмения. Удачный исход эксперимента явился величайшим успехом эйнштейновской релятивистской физики.

5. В последние годы жизни Эйнштейн был занят разработкой единой теории поля, которая позволила бы объяснить все типы физических взаимодействий, т.е. не только электромагнитные и гравитационные, но также сильные и слабые, характерные для элементарных частиц. Тем самым Эйнштейн вступил в противоречие с создателями квантовой механики, что повлекло за собой его полемику с Бором о полноте квантовомеханического описания реальности. Эйнштейн отрицал правомерность применения вероятностных методов для описания микрообъектов. Именно в этой связи он произнес знаменитую фразу: «Я не верю, что Бог играет в кости».

Эйнштейну так и не удалось построить единую теорию поля. Не создана она и до сих пор. Именно Эйнштейн был автором знаменитого письма президенту Рузвельту, которое повлекло за собой работы по созданию атомной бомбы, завершившиеся ядерными ударами по японским городам Хиросима и Нагасаки.