29. Основы специальной теории относительности.

Основы специальной теории относительности. Специа́льная тео́рия относи́тельности (СТО)— теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения, определяющие их, при скоростях движения, близких к скорости света. В рамках СТО классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей образует общую теорию относительности. Отклонения в протекании физических процессов, описываемые теорией относительности, от эффектов, предсказываемых классической механикой, называют релятивистскими эффектами, скорости, при которых такие эффекты становятся существенными — релятивистскими скоростями. Предпосылкой к созданию теории относительности явилось развитие в XIX веке электродинамики. Рез-том обобщения и теоретического осмысления экспериментальных фактов и закономерностей в областях электричества и магнетизма стали ур-я Максвелла, описывающие эволюцию электромагнитного поля и его в/д с зарядами и токами. Другим следствием развития электродинамики стал переход от ньютоновской концепции дальнодействия, согласно кот-й взаимодействующие на расстоянии тела воздействуют друг на друга ч/з пустоту, причём в/д осуществляется с бесконечной скоростью, то есть «мгновенно» к концепции близкодействия, предложенной Майклом Фарадеем, в кот-й в/д передаётся с помощью промежуточных агентов — полей, заполняющих пространство — и при этом встал вопрос о скоростях распространения как в/д, переносимых полями, так и самих полей. Скорость распространения электромагнитного поля в пустоте вытекала из ур-й Максвелла и оказалась постоянной и равной скорости света. Однако в связи с этим встал вопрос — относительно чего постоянна скорость света? В максвелловой электродинамике скорость распространения электромагнитных волн оказалась не зависящей от скоростей дв-ния как источника этих волн, так и наблюдателя. Аналогичной оказалась и ситуация с магнитостатическими решениями, вытекающими из ур-ний Максвелла: статические магнитные поля и силы Лоренца, действующие на движущиеся в магнитных полях заряды, зависят от скоростей зарядов по отношению к наблюдателю, то есть ур-ния Максвелла оказались неинвариантными относительно принципа относит-ти и преобразований Галилея— что противоречило ньютоновской концепции абсолютного пространства классической механики. Специальная теория относительности была разработана в начале XX века усилиями Г. А. Лоренца, А. Пуанкаре и А. Эйнштейна. Экспериментальной основой для создания СТО послужил опыт Майкельсона, кот-й дал рез-тат измерения, неожиданный для классической физики своего времени: независимость скорости света от с-мы отсчёта. Попытка проинтерпретировать этот рез-т в начале XX века вылилась в пересмотр классических представлений не только электромагнетизма, но и всей механики вообще, и привела к созданию релятивистских физ-ких теорий. СТО полностью выводится на физическом уровне строгости из 3х постулатов (предположений): 1)Справедлив принцип относительности Эйнштейна — расширение принципа относительности Галилея. 2)Скорость света не зависит от скорости движения источника во всех инерциальных системах отсчёта. 3)Пространство и время однородны, пространство является изотропным. Формулировка 2ого постулата может быть шире: «Скорость света постоянна во всех инерциальных системах отсчёта», но для вывода СТО достаточно его исходной формулировки Эйнштейном, записанной выше. Следствием постулатов СТО являются преобразования Лоренца, заменяющие собой преобразования Галилея для нерелятивистского, «классического» движения. Эти преобразования связывают м/у собой координаты и времена одних и тех же событий, наблюдаемых из различных инерциальных систем отсчёта. При движении с околосветовыми скоростями видоизменяются также и законы динамики. Так, можно вывести, что второй закон Ньютона, связывающий силу и ускорение, должен быть модифицирован при скоростях тел, близких к скорости света. Кроме того, можно показать, что и выражение для импульса и кинетической энергии тела уже имеет более сложную зависимость от скорости, чем в нерелятивистском случае. Специальная теория относительности получила многочисленные подтверждения на опыте и является безусловно верной теорией в своей области применимости.