Концепция относительности пространства и времени.
В классической механике справедлив механический принцип отно- сительности Галилея: законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Это значит, что в разных инерциальных системах отсчета все механические процессы при одних и тех же условиях проте- кают одинаково. Следовательно, с помощью любых механических экс- периментов, проведенных в замкнутой системе тел, нельзя установить покоится эта система или движется равномерно и прямолинейно относи- тельно какой- либо инерциальной системы отсчета. Поэтому механиче- ский принцип относительности свидетельствует о равноправности всех инерциальных систем и отсутствии какой-то особой инерциальной сис- темы, относительно которой можно было бы рассматривать механиче- ское движение как «абсолютное движение». Во всех подобных системах движения являются ковариантными и выражаются одной и той же мате- матической формулой. Пространство и время в классической механике обособлены от движения материальных тел.
В специальной теории относительности, созданной американским физиком А.Эйнштейном было установлено:
a) Всякое движение может определяться только по отношению к дру-
гим телам, взятым за системы отсчета.
b) Пространство и время взаимосвязаны, время является четвертой координатой для описания движения.
c) В любой инерциальной системе отсчета скорость света в вакууме имеет одну и ту же величину для любого направления.
d) Переход от одной инерциальной системы к другой при очень больших скоростях их относительного движения осуществляется с помощью преобразований Лоренца:
t-bx
x ¢ =
x - vt
1 -b2 ,
y ¢ = y ,
z ¢ = z ,
t ¢ =
c
1-b2 ,
где x,y,z,t- координаты системы S;
x ¢, y ¢, z ¢, t ¢ - координаты системы
S ¢;
v - скорость системы
S¢в направлении оси x ,
лея
измеренная в системе S;
С - cкорость света в вакууме; b=vc.
При b®0преобразования переходят в преобразования Гали-
(имеющими место в классической механике):
x ¢ =
x - vt ,
y ¢=y ,
z¢=z,
t¢=t.
В таких системах отсчета время течет одинаково (является инвариант-
ной величиной ).
В релятивисткой механике справедливы соотношения:
m
l ¢ = l 1 - b 2
, Dt ¢ =
Dt
,
1 - b 2
m¢ =
1 - b 2 ,
E ¢ =
E
1-b2
, т.е.
движение со скоростью близкой к скорости света в вакууме приводит к
замедлению времени t , cокращению длины
l, возрастанию массы m
и энергии E.
Движение со скоростью больше c
стают быть действительными ).
невозможно ( выражения пере-
При b®0 величины l,Dt,m,E
являются инвариантными.
Ключевые термины
Š Инерциальные системы Š Принцип относительности
| Š | Преобразования Лоренца | Š | Преобразования Галилея |
| Š | Инвариантность | Š | Релятивизм |
| Š | Классическая механика | Š | Релятивистская механика |