14. Представления о пространстве и времени у Эйнштейна. Сто Эйнштейна: постулаты и их значение.

В соответствии с теорией относительности, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение, и все четыре измерения органически связаны в единое целое, являясь почти равноправными и в определенных рамках (см. примечания ниже) способными переходить друг в друга при смене наблюдателем системы отсчёта.

В рамках общей теории относительности пространство-время имеет и единую динамическую природу, а его взаимодействие со всеми остальными физическими объектами (телами, полями) — и есть гравитация. Таким образом, теория гравитации в рамках ОТО и других метрических теорий гравитации есть теория пространства-времени, полагаемого не плоским, а способным динамически менять свою кривизну.

Эйнштейн разработал в 1905 г. новую теорию пространства и времени, получившую название СТО.

Основу СТО составляют два постулата (принципа): 1) Принцип относительности, который гласит: "все физические процессы при одних и тех же условиях в ИСО протекают одинаково". Это означает, что никакими физическими опытами, проведенными внутри замкнутой ИСО, нельзя установить, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно. 2) Принцип постоянства скорости света, "с" в вакууме постоянна и не зависит от движения источника и приемника света.

Анализ постулатов показывает, что они противоречат представлениям о пространстве и времени, принятым в механике Ньютона. Необходимое видоизменение законов механики и было осуществлено Эйнштейном. В результате возникла механика, согласующаяся с принципом относительности — релятивистская механика.

Согласно ей переход от одной ИСО к другой должен осуществляться не по преобразованиям Галилея, а по преобразования Лоренца: 1) Закон сложения скоростей: V=(V'+V₀)/(1+(V'∙V₀)/(c²)), где V₀ — скорость подвижной системы координат К’ относительно неподвижной системы координат К; V' — скорость материальной точки (МТ) в системе К’; V — скорость МТ относительно системы К, с — скорость света в вакууме. 2) Зависимость массы тела от его движения. m=m₀/√(1-V²/c²), где m₀ — масса покоя электрона, а m — его масса при скорости движения V (масса движения). 3) Относительность промежутка времени: t=t₀/√(1-V²/c²), где t₀ — собственное время, V, t — время по часам в неподвижной системе отсчета. Таким образом, собственное время меньше времени по часам в неподвижной СО. Разумеется, это становится заметно только при скоростях, соизмеримых со скоростью света. Отсюда и так называемый «парадокс близнецов». Он заключается в том, что если один близнец остается на Земле (НСО), а др. улетает на ракете (ДСО), движущейся с субсветовой скоростью, то, возвратившись на Землю, он констатирует, что его брат-близнец стал намного старше его.

4) Важнейшим следствием СТО явилась знаменитая формула Эйнштейна о взаимосвязи массы и энергии Е = mc², подтвержденная данными совр. физики.

15. ОТО: постулаты и их физическое значение. Экспериментальные доказательства ОТО.

В 1916 г. Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО), над которой работал в течение 10 лет. ОТО обобщила СТО на ускоренные, т.е. неинерциальные системы. Основные принципы ОТО сводятся к следующему: 1) ограничение применимости принципа постоянства скорости света областями, где гравитационными силами можно пренебречь; (там, где гравитация велика, скорость света замедляется); 2) распространение принципа относительности на все движущиеся системы (а не только на инерциальные).

Из ОТО был получен ряд важных выводов: 1) Свойства пространства-времени зависят от движущейся материи. 2) Луч света, обладающий инертной, а, следовательно, и гравитационной массой, должен искривляться в поле тяготения. 3) Частота света под действием поля тяготения должна смещаться в сторону более низких значений. В результате этого эффекта линии солнечного спектра должны смещаться в сторону красного цвета, по сравнению со спектрами соответствующих земных источников. Действительно, красное смещение в спектрах небесных тел было обнаружено в 1923-1926 гг. при изучении Солнца, а в 1925г. при изучении спутника Сириуса. Все это явилось убедительным подтверждением ОТО.