Специальная теория относительности
Принцип относительности впервые был обоснован Галилеем. Этот принцип заложен в I закон относительности Ньютона.
1905 год – Эйнштейн предложил отказаться от выделенной системы отсчета и признать равноправие всех инерциальных систем отсчета. Он сформулировал специальную теорию относительности, которая базируется на двух постулатах:
- принцип относительности: законы природы инвариантны относительно смены систем отсчета;
- одинаковость скорости света во всех системах отсчета.
Заслуга Эйнштейна. Раньше считалось, что эти постулаты противоречат друг другу. Эйнштейн показал, что из этих двух постулатов можно вывести преобразования Лоренса.
16 марта
Постулаты Эйнштейна являются проявлениями симметрий пространства и времени.
Основные релятивистские (относительные) эффекты.
Относительность одновременности. Абсолютно одновременными могут быть только события, происходящие в одной точке пространства.
Относительность расстояния (релятивистское сокращение длины).
Относительность промежутков времени (релятивистская).
Эффекты сокращения длины и замедления времени проявляются для элементарных частиц. Подтверждаются экспериментами.
Инвариантность пространственно-временного интервала между событиями. Данное свойство делает удобным использование геометрической интерпретации. Теория относительности в виде четырехмерного пространства. Поскольку расстояние вычисляется по теореме Пифагора, четырехмерное пространство называют «псевдоевклидовым».
Инвариантность причинно-следственных связей.
Единство пространства и времени.
Эквивалентность массы и энергии.
Среди элементарных частиц выделяются частицы с отличной от нуля массой покоя. Они никогда не могут разогнаться до скорости света. И частицы с нулевой массой, которые можно разогнать до скорости света.
Специальная теория относительности соответствует классической механике при малых скоростях движения.
Общая теория относительности
СТО – специальная теория относительности. ОТО – общая теория относительности.
СТО рассматривает только инерциальную систему. Общая рассматривает неинерциальные системы отсчета и учитывает влияние гравитационного поля.
В инерциальной система отсчета тело, не взаимодействующее с другими, будет двигаться по прямой с постоянной скоростью, по инерции. Неинерциальная сама движется с ускорением. В ней возникают эффективные силы – силы инерции.
Принцип эквивалентности инерционной и неинерционной масс.
Ускоренное движение неотличимо от покоя в гравитационном поле. В ОТО гравитационное поле и неинерциальность описываются как искривления четырехмерного пространства времени.
В ОТО отказываются от силы гравитационного взаимодействия, как от взаимодействия тел. И говорят, что одно тело искривляет пространство и время, а второе по нему движется.
23.03.2011
В кривом пространстве времени тело, не взаимодействующее с другими, движется по геодезической линии (линия кратчайшим образом соединяющая точки). В плоском случае геодезическая превращается в прямую. Примеры на поверхности: для сферы – кусок окружности большого круга – меридиан. Плоское пространство – по теореме Пифагора – параллельные прямые не пересекаются, в кривом поменялись, больше или меньше пространство.
Время кривое – больше или меньше время, медленнее или быстрее.
Эмпирическими доказательствами общей теории относительности (ОТН) является отклонение световых лучей вблизи солнца, замедление времени в гравитационном поле, смещение перигелий (небольшое искажение траекторий, точки, где солнце ближе всего) планетарных орбит.
солнце
Используется затмение
В слабых гравитационных полях совпадают ОТН.