- •Тема 6 Релятивистская физика: теория относительности план
- •Тема 6 1
- •1. Физика и редукционизм,
- •1.1. Почему физика считается главной из естественных наук?
- •1.2. Почему законы физики являются «кирпичиками» познания?
- •2. Физика и наглядность
- •2.1. Какие обстоятельства мешают понять современную физику?
- •2.2. С чем связан прогресс в современной физике? Какова роль мысленного эксперимента?
- •2.4. Что нового внесла физика хх века в борьбу с принципом непосредственной наглядности?
- •3. Теория относительности
- •3.1. Как формулируется принцип относительности Галилея?
- •2.3. Как происходила борьба за отказ от принципа непосредственной наглядности (н. Коперник, т. Браге, и. Кеплер)?
- •3.2. Как стал формулироваться принцип относительности в хх веке?
- •3.3. Как определяется относительность в теории относительности?
- •3.4. К какому парадоксу привели экспериментальные данные о постоянстве скорости света?
- •3.5. Что предложил х. Лоренц, пытаясь разрешить этот парадокс?
- •3.6. К каким выводам пришел а. Эйнштейн в 1905 году?
- •3.7. В соответствии с каким критерием была принята теория относительности а. Эйнштейна?
- •3.8. Как традиционно рассматривались в философии и классической механике пространство и время?
- •3.9. Какой вывод следует из специальной теории относительности (сто)а. Эйнштейна?
- •3.10. Какие явления связаны в общей теории относительности (ото) а. Эйнштейна? Какой переворот в физике произвела эта теория?
- •3.11. Какую роль, согласно ото, играют массы, создающие поле тяготения?
- •3.12. Что происходит с геометрией пространства при переходе к космическим масштабам?
- •3.13. В чем, согласно теории относительности а. Эйнштейна, выражается единство пространства и времени?
- •3.14. Как теория относительности связала массу и энергию?
- •3.15. Каковы постулаты, на которых основывется теория относительности, и ее следствия?
- •3.16. Были ли успешными попытки создать единую теорию поля?
- •3.17. Что означает слово «понимать», по в. Гейзенбергу?
3.2. Как стал формулироваться принцип относительности в хх веке?
В начале XX века выяснилось, что принцип относительности справедлив также в оптике и электродинамике, т. е. в других разделах физики.
Принцип относительности расширил свое значение и теперь звучал так: любой процесс протекает одинаково в изолированной материальной системе, и в такой же системе, находящейся в состоянии равномерного прямолинейного движения.
Или: законы физики имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета.
После того, как физики отказались от представления о существовании эфира как всеобщей среды, рухнуло и представление об эталонной системе отсчета.
Все системы отсчета были признаны равнозначными, и принцип относительности стал универсальным.
3.3. Как определяется относительность в теории относительности?
Относительность в теории относительности16 означает, что все системы отсчета одинаковы и нет какой-либо одной, имеющей преимущества перед другими (относительно которой эфир был бы неподвижен).
3.4. К какому парадоксу привели экспериментальные данные о постоянстве скорости света?
Переход от одной инерциальной системы к другой осуществляется в соответствии с преобразованиями17 Х. Лоренца18. Однако экспериментальные данные о постоянстве скорости света19 привели к парадоксу, для разрешения которого понадобилось введение принципиально новых представлений.
-
Пояснить сказанное поможет следующий пример.
Предположим, что мы плывем на корабле, движущемся прямолинейно и равномерно относительно берега.
Все законы движения остаются здесь такими же, как на берегу. Общая скорость движения будет определяться суммой движения на корабле и движения самого корабля.
При скоростях, далеких от скорости света, это не приводит к отклонению от законов классической механики.
Но если наш корабль достигнет скорости, близкой к скорости света, то сумма скорости движения корабля и на корабле может превысить скорость света, чего на самом деле не может быть, так как в соответствии с экспериментом Майкельсона — Морли «скорость света всегда одинакова во всех системах координат, независимо от того, движется ли излучающий источник или нет, и независимо от того, как он движется» (Эйнштейн А., Инфельд Л. Цит. соч.- С. 140).
3.5. Что предложил х. Лоренц, пытаясь разрешить этот парадокс?
Пытаясь преодолеть возникшие трудности, в 1904 году X. Лоренц предложил считать, что движущиеся тела сокращаются в направлении своего движения (причем коэффициент сокращения зависит от скорости тела) и что в различных системах отсчета измеряются кажущиеся промежутки времени.
3.6. К каким выводам пришел а. Эйнштейн в 1905 году?
Но в следующем году А. Эйнштейн истолковал кажущееся время в преобразованиях Лоренца как истинное.
Как и Галилей, Эйнштейн использовал мысленный эксперимент, который получил название «поезд Эйнштейна».
«Представим себе наблюдателя, едущего в поезде и измеряющего скорость света, испускаемого фонарями на обочине дороги, т. е. движущегося со скоростью С в системе отсчета, относительно которой поезд движется со скоростью V. По классической теореме сложения скоростей наблюдатель, едущий в поезде, должен был бы приписать свету, распространяющемуся в направлении движения поезда, скорость С - V.» (Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса.- С. 87). Однако скорость света выступает как универсальная постоянная природы.
Рассматривая это противоречие, Эйнштейн предложил отказаться от представления об абсолютности и неизменности свойств пространства и времени. Данный вывод противоречит здравому смыслу и тому, что Кант называл условиями созерцания, поскольку мы не можем представить никакого пространства, кроме трехмерного, и никакого времени, кроме одномерного.