7.7.3. Постулаты теории относительности

Неудавшуюся попытку обнаружить неподвижную «главную» ИСО Эйнштейн не пытался объяснить с помощью новых гипотез. Т.к. во взаимно перпендикулярных направлениях в опыте Майкельсона-Морли скорость света получилась абсолютно одинаковой, Эйнштейн сделал выводы, которые называют постулатами теории относительности.

Постулат 1 (принцип относительности Эйнштейна): все физические процессы протекают одинаково во всех ИСО. Значит, во всех ИСО физические законы имеют одинаковую форму.

• Постулат 1 - обобщение принципа Галилея на все явления природы.

Постулат 2: скорость света в вакууме одинакова для всех ИСО и не зависит ни от скорости приёмника, ни от скорости источника света.

Постулат 2 особенно труден для понимания. Из него следует, что если неподвижный источник света А и подвижный В (движущийся относительно А со скоростью ) одновременно испустят световые волны в момент, когда они поравняются в координате х₀, то оба световых луча будут иметь одинаковую скорость, тогда как согласно классическим представлениям скорость луча А равна с, а луча В должна быть равна с + v. Однако, опыт Майкельсона-Морли показал, что v_А = v_B = с.

Из постулатов Эйнштейна и уравнений Максвелла следует, что скорость света в вакууме является максимально возможной скоростью передачи взаимодействий в природе.

Таким образом, постулаты Эйнштейна противоречат классическим представлениям механики Ньютона.

7.7.4. Относительность одновременности

Если полагать, что ход времени абсолютен (не зависит от пространства, тел и движений), то любые два события А и В, длительность которых пренебрежимо мала (например вспышки света), могут произойти: 1) А раньше В; 2) А и В одновременно; 3) А позже В, причём порядок следования событий не зависит от выбора ИСО.

Эйнштейн показал, что это не так.

Рассмотрим одновременность совершения двух событий, происходящих в пространственно разделенных точках А и В на классическом примере с двумя наблюдателями. Пусть у нас есть пара синхронизированных (всегда показывающих одинаковое время) часов.

• Под одновременностью понимаем порядок событий, при котором оба они происходят при одинаковом показании синхронизированных часов в т.А и т.В.

Наблюдатель Н1 связан с неподвижной ИСО К(х, t), наблюдатель Н2 – с подвижной ИСО К(х, t), которая движется относительно К со скоростью . Событием является приход света в точку пространства.

Пусть в системе К' находятся: источник светового сигнала в начале координат О', тела А и В, расположенные на Х', причём OА =OВ. В О' происходит вспышка света. Н2 видит О', А и В покоящимися и зафиксирует по своим часам одновременность прихода сигнала в А и В (в К и К' свет распространяется по всем направлениям с с). Н1 видит, что тело А движется навстречу лучу света, а тело В от луча удаляется. Значит, тела А луч достигнет раньше, чем В. Таким образом, одновременные события в К' оказываются в К неодновременными, одновременность относительна и каждая ИСО имеет собственное течение времени.

7.7.5. Зависимость временных промежутков от движения

Рассмотрим две ИСО: покоящуюся К(о, x, y, t) и движущуюся К'( ) вдоль оси x со скоростью . Оси попарно параллельны, причём y' = y. В K' находятся часы, состоящие из неподвижных относительно К двух параллельных зеркал и источника света. Луч света выполняет функцию маятника часов и, отражаясь, движется от одного зеркала к другому.

В K' свет проходит расстояние ' между зеркалами за время t' и ' = ct'. В K свет движется наклонно и по часам этой системы за время t пройдёт от одного зеркала к другому расстояние  = ct. Из рисунка видно, что ² = '² + (vt)² или с²t² = с²t'²+ v²t².

Тогда .

Значит, t' < t, т. е. часы в К' идут медленнее часов в К.

Этот эффект называют лоренцевым сокращением промежутков времени, он свидетельствует о том, что течение времени не является абсолютным и зависит от движения.

Собственное время – время, отсчитываемое часами ИСО, относительно которых тело покоится.

• Течение собственного времени является наиболее медленным.