Главная - Энциклопедический словарь - буква О - Относительности Теория
физическая теория пространства и времени. Вчастной (специальной) теории относительности рассматриваются толькоинерциальные системы отсчета. Относительность движения по ГалилеюВпервыеположение об относительности механического движения было высказано в 1638одним из основоположников современного естествознания Галилео Галилеем вего труде ""Диалог о двух основных системах мира - птоломеевой икоперниковой"". Там же сформулирован один из фундаментальных принциповфизики - принцип относительности. Галилей использовал наглядный и образныйметод изложения. Он писал - что находясь ""в помещении под палубой корабля""и проводя опыты и наблюдения над всем, что там происходит, нельзяопределить, покоится ли корабль, или же он движется ""без толчков"", то естьравномерно и прямолинейно. При этом подчеркивались два положения,составляющие суть принципа относительности: 1) движение относительно: поотношению к наблюдателю ""в помещении под палубой"" и к тому, кто смотрит сберега, движение выглядит по-разному; 2) физические законы, управляющиедвижением тел в этом помещении, не зависят от того, как движется корабль(если только это движение равномерно). Иначе говоря, никакие опыты в""закрытой кабине"" не позволяют определить, покоится кабина или движетсяравномерно и прямолинейно.Таким образом, Галилей сделал вывод, чтомеханическое движение относительно, а законы, которые его определяют,абсолютны, то есть безотносительны. Эти положения коренным образомотличались от общепринятых в то время представлений Аристотеля осуществовании ""абсолютного покоя"" и ""абсолютного движения"".Принципотносительности и законы НьютонаПринцип относительности Галилеяорганически вошел в созданную И. Ньютоном классическую механику. Ее основусоставляют три ""аксиомы"" - три знаменитых закона Ньютона. Уже первый изних, гласящий: ""Всякое тело продолжает удерживаться в своем состояниипокоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно непринуждается приложенными силами изменить это состояние"", говорит оботносительности движения и одновременно указывает на существование системотсчета (они были названы инерциальными), в которых тела, не испытывающиевнешних воздействий, движутся ""по инерции"", не ускоряясь и не замедляясь.Именно такие инерциальные системы имеются ввиду и при формулировке двухостальных законов Ньютона. При переходе из одной инерциальной системы вдругую меняются многие величины, характеризующие движение тел, например,их скорости или формы траектории движения, но законы движения, то естьсоотношения, связывающие эти величины, остаются постоянными.Преобразования ГалилеяЧтобы описывать механические движения, то естьизменение положения тел в пространстве, Ньютон четко сформулировалпредставления о пространстве и времени. Пространство мыслилось как некий""фон"", на котором развертывается движение материальных точек. Их положениеможно определять, например, с помощью декартовых координат x, у, z,зависящих от времени t. При переходе из одной инерциальной системы отсчетаК в другую К , движущуюся по отношению к первой вдоль оси x со скоростьюv, координаты преобразуются: x =x-vt, y =у, z =z, а время остаетсянеизменным: t =t. Таким образом принимается, что время абсолютно. Этиформулы получили название преобразований Галилея. По Ньютону, пространствовыступает как некая координатная сетка, на которую не влияет материя и еедвижение. Время в такой ""геометрической"" картине мира как бы отсчитываетсянекими абсолютными часами, ход которых ничто не может ни ускорить, низамедлить. Принцип относительности в электродинамикеПринципотносительности Галилея более трехсот лет относили только к механике, хотяв первой четверти 19 в., прежде всего благодаря трудам М. Фарадея,возникла теория электромагнитного поля, получившая затем дальнейшееразвитие и математическую формулировку в работах Дж. К. Максвелла. Ноперенос принципа относительности на электродинамику представлялсяневозможным, так как считалось, что все пространство заполнено особойсредой - эфиром, натяжения в котором и истолковывались как напряженностиэлектрического и магнитного полей. При этом эфир не влиял на механическиедвижения тел, так что в механике он ""не чувствовался"", но наэлектромагнитных процессах движение относительно эфира (""эфирный ветер"")должно было сказываться. В результате находящийся в закрытой кабинеэкспериментатор при помощи наблюдения над такими процессами мог, казалось,определить, находится ли его кабина в движении (абсолютном!), или же онапокоится. В частности, ученые полагали, что ""эфирный ветер"" должен влиятьна распространение света. Попытки обнаружить ""эфирный ветер"", однако, неувенчались успехом, и концепция механического эфира была отвергнута,благодаря чему принцип относительности как бы родился заново, но уже какуниверсальный, справедливый не только в механике, но и в электродинамике,и других областях физики. Преобразования ЛоренцаПодобно тому, какматематической формулировкой законов механики являются уравнения Ньютона,уравнения Максвелла являются количественным представлением законовэлектродинамики. Вид этих уравнений также должен оставаться неизменным припереходе из одной инерциальной системы отсчета в другую. Чтобыудовлетворить этому условию, необходимо заменить преобразования Галилеяиными: x = ? (x-vt); y =y; z =z; t = ? (t-vx/c2), где ? = (1-v2/c2)-1/2, ас - скорость света в вакууме. Последние преобразования, установленные Х.Лоренцем в 1895 и носящие его имя, являются основой специальной (иличастной) теории относительности. При v""""c они переходят в преобразованияГалилея, но если v близко к c, то проявляются существенные отличия откартины пространства - времени, которую принято называть нерелятивистской.Прежде всего, обнаруживается несостоятельность привычных интуитивныхпредставлений о времени, выясняется, что события, которые происходятодновременно в одной системе отсчета, перестают быть одновременными вдругой. Меняется и закон преобразования скоростей. Преобразованиефизических величин в релятивистской теорииВ релятивистской теориипространственные расстояния и промежутки времени не остаются неизменнымипри переходе из одной системы отсчета в другую, движущуюся относительнопервой со скоростью v. Длины сокращаются (в направлении движения) в 1/?раз, и в такое же число раз ""растягиваются"" промежутки времени.Относительность одновременности - основная принципиально новая чертасовременной частной теории относительности. Релятивистское обобщениезаконов механикиРешающий шаг в создании специальной теории относительностибыл сделан А. Эйнштейном в 1905. Исходя из невозможности обнаружитьабсолютное движение, Эйнштейн сделал вывод о равноправии всех инерциальныхсистем отсчета. Он сформулировал два важнейших постулата, делавшихизлишней гипотезу о существовании эфира, которые составили основуобобщенного принципа относительности: 1) все законы физики одинаковоприменимы в любой инерциальной системе отчета и не должны меняться припреобразованиях Лоренца; 2) свет всегда распространяется в свободномпространстве с одной и той же скоростью, независимо от движения источника.Требование, чтобы вид основных уравнений физики был одинаков во всехинерциальных системах отсчета, применительно к уравнениям классическоймеханики приводит к необходимости некоторой их модификации, сводящейся кзамене массы тела mо (так называемой массы покоя) выражением m = ?mо,причем m неограниченно возрастает по мере приближения v к c. Посколькумасса является мерой инерции, последнее утверждение означает, что даженепрерывно подталкивая тело (частицу), невозможно сообщить ему (ей)скорость, большую или равную c. Из уравнений релятивистской механики (каки механики Ньютона) вытекает закон сохранения энергии, для которогополучается новое выражение: E=mc2 . Это - знаменитое соотношениеЭйнштейна, связывающее массу тела и его энергию. Иногда это соотношениеошибочно истолковывают как указание на возможность взаимных превращениймассы и энергии. В действительности же оно означает лишь то, что массавсегда пропорциональна энергии. В частности, наличие у покоящейся частицымассы говорит и о наличии у нее энергии энергии( покоя), что не играетроли в классической механике, но приобретает принципиальное значение прирассмотрении процессов, в которых число и сорт частиц может изменяться ипоэтому энергия покоя может переходить в другие формы. В атомных ядрахэнергия притяжения частиц приводит к тому, что общая масса ядраоказывается меньше суммы масс отдельных частиц дефект( массы).Установление этого факта явилось одним из важнейших шагов к возникновениюядерной энергетики, так как позволило оценить ту значительную энергию,которая должна высвобождаться при делении тяжелых и слиянии легкихядер.Представления о пространстве и времени составляют основу физическогомиропонимания, что уже само по себе определяет значение теорииотносительности. Особенно велика ее роль в физике ядра и элементарныхчастиц, в том числе и для расчетов гигантских установок, которыепредназначены для потоков очень быстрых частиц, необходимых дляэкспериментов, позволяющих продвинуться в изучении строенияматерии.Литература:Вавилов С. И. Экспериментальные основания теорииотносительности. М.; Л., 1928.Борн М. Эйнштейновская теорияотносительности. 11 изд. М., 1972.Логунов А. А. Основы теорииотносительности. М., 1982.Паули В. Теория относительности. 11 изд. М.,1983.В. И. ГригорьевОТНОШЕНИЕ - частное от деления одной величины на другую.
Поделитесь с друзьями:
Вы можете поставить ссылку на это слово:
будет выглядеть так: Относительности Теория
будет выглядеть так: Что такое Относительности Теория
|
|
ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ НОРМА / Большой энциклопедический словарь. Сельское хозяйство