Специальная теория относительности (СТО)

В основе СТО лежат два принципа или постулата, которые не объясняют, почему должно происходить именно таким образом, а не иначе. Однако построенная на их принятии теория позволяет точно описывать события, происходящие в мире.

1. Все физические законы должны выглядеть одинаковыми во всех инерциальных системах отсчета.

2. Скорость света в вакууме не изменяется при изменении состояния движения источника света.

Следствия, вытекающие из первого принципа:

1. Не только законы механического движения, как было в классической механике, но и законы других физических явлений должны выглядеть или проявлять себя одинаково во всех инерциальных системах отсчета.

2. Все инерциальные системы отсчета равноправны. Следовательно, нет привилегированной системы отсчета, будь то Земля или эфир.

3. Понятие эфира как абсолютной системы отсчета лишено физического смысла.

Следствия, вытекающие из второго принципа:

1. Не существует бесконечно большой скорости распространения физического взаимодействия в мире.

2. В физическом мире взаимодействие не осуществляется мгновенно со скоростью, превышающей скорость света.

Следствия, вытекающие совместно из двух принципов СТО:

1. В мире нет одновременных событий.

2. Нельзя рассматривать пространство и время как независимые друг от друга свойства физического мира.

3. Преобразования Лоренца имеют физический смысл. Доказательство связи пространства и времени можно пояснить

на следующем примере, в котором следует иметь в виду, что согласно СТО во всех инерциальных системах отсчета свет распространяется с одной и той же скоростью. Предположим, что имеются две инерциальные системы отсчета, которые равноправны в описании физических событий, т. е. каждая дает объективные описания: человек, стоящий на железнодорожной платформе (смотритель), и пассажир движущегося с одинаковой скоростью поезда от-

носительно платформы и стационарного смотрителя. Над головой пассажира находится осветительная электрическая лампочка, которая вспыхивает в момент, когда пассажир, сидящий у окна вагона, и смотритель, стоящий на платформе, окажутся точно друг против друга по ходу движения поезда. Классическая механика дает следующее описание этого события.

Время имеет абсолютный смысл, поэтому оно не зависит от пространственного перемещения событий. Смотритель стоит, пассажир движется, но ритм времени для них один и тот же. СТО дает другое решение:

1. Для пассажира в вагоне свет достигнет обеих стенок вагона одновременно, поскольку во всех инерциальных системах отсчета свет распространятся по всем направлениям с одинаковой скоростью.

2. У смотрителя будет другая точка зрения. Он скажет, что заднюю стенку (она

движется к свету по ходу поезда) свет достигнет раньше, чем переднюю стенку

вагона, поскольку он ее догоняет по ходу поезда.

Далее, если заранее установить одно и то же время на часах смотрителя и пассажира поезда, то для станционного смотрителя часы у задней стенки вагона будут показывать время, отличное от времени на циферблате часов у передней стенки. Они будут показывать, что свет достигает заднюю стенку раньше, чем переднюю стенку. Следовательно, одни часы идут быстрее, другие — медленнее. Таким образом, пространство и время, по СТО, взаимосвязаны между собою и являются не абсолютными, как было у Галилея — Ньютона, а относительными: скорость хода часов зависит от места их положения в пространстве, место положения в пространстве влияет на скорость хода часов.

Недостатки СТО:

1. В ней речь идет только об инерциальных системах отсчета. Но большинство систем отсчета являются в реальной жизни неинерциальными (изменяется ускорение и скорость со временем).

2. В ней не учитывается действие силы гравитации на свет. Поиск устранения этих изъянов СТО привел к созданию ОТО.

Релятивистская механика

Принципы СТО А. Эйнштейн применил к результатам исследования законов механического движения, теплового излучения и движения электромагнитных волн. Это привело к созданию ре-

лятивистской механики, в которой масса и энергия стали рассматриваться как проявления одной и той же физической сущности, реальности. В этой механике классическое представление о массе тела как неизменяющейся абсолютной величине было заменено понятием относительным: в покое масса тела — одна, а в движение тела — его масса другая. Например, нагревание 1 т воды от 0 до 100 °С увеличивает ее вес приблизительно на 0,005 мг, поскольку увеличивается скорость движения молекул воды.

В релятивистской и в классической механиках в замкнутой физической системе сохраняются импульс (р = тv, где р — импульс, v — скорость) и энергия,

но соотношения здесь другие: р = m0v/√1-(v2/с2) и Е = т0с2 /√1 - v2/с2, где т0 —

масса покоя тела, р — импульс, с — скорость света, v — скорость движения тела.