Относительность расстояний

Система К – неподвижная, а К’ движется относительно К с постоянной скоростью v.

Мы видим предметы только потому, потому что они отражают свет. То есть если мы видим стержень на рисунке (ракету), то это значит, что мы засекаем отражение света на его начале и на его конце.

Пусть длина стержня относительно К’ , будет

l₀ = x₂’ – x₁’

Относительно наблюдателя стержень движется со скоростью v.

Для системы К длины:

l = x₂ – x₁

Координаты начала и конца наблюдатель фиксирует по своим часам.

В соответствии с преобразованием Лоренца при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой:

То есть, в движущейся системе отсчета линейные размеры тел уменьшаются.

Это означает, что понятие линейного размера тела в специальной теории относительности является относительным.

Конечно, это связано с относительностью одновременности.

С точки зрения наблюдателя, неподвижного относительно ИСО К’, другой наблюдатель в ИСО К фиксирует концы стержня не одновременно.

Сокращение размеров обладает свойством взаимности. Свойство состоит в следующем:

Если стержень неподвижен относительно системы К, то для наблюдателя в ИСО К’ длина стержня будет все равно меньше.

Пример:

= 0,43м

Экспериментально это еще не доказано, так как мы не можем разгонять системы отсчета до скорости света.

Пространство и время в Специальной Теории Относительности

В классической механике существует отдельно пространство и время. В СТО существует единое пространство-время.

Это утверждение основано на двух факторах:

1. преобразования Лоренца (координаты зависят от времени, а время зависит от координат)

2. относительность времени и расстояния

Инвариантом (величина, которая относится и к пространству, и к времени) в СТО является интервал.

В

А

По теореме Пифагора можно вычислить длину отрезка АВ.

Интервал:

– промежуток времени между двумя событиями в точках А и В

В любой ИСО интервал не изменяется

Пространство Минковского – четырехмерное пространство.

Кроме трех координат x, y, z существует еще ct.

Эквивалентность массы и энергии

Рассмотрим две ИСО.

Пусть m₀ – масса неподвижного относительно ИСО К’ тела. А сама система движется со скоростью v относительно ИСО К. Эта масса – для наблюдателя в К’. Для наблюдателя в системе К масса уже другая, то есть масса – величина относительная.

Мы видим, что масса для наблюдателя в системе К увеличивается (так как знаменатель меньше единицы).

Если v<<c, то m=m₀ , справедлива классическая механика.

Если v< c, то m>m₀

Численный пример:

Пусть m₀=10 кг

Если бы тело двигалось со скоростью 0,01 скорости света, то m=10,0001кг, то есть отклонение очень маленькое.

Но если скорость приближается к скорости света – 0,99, то m=71кг, то есть масса сильно увеличивается.

Преобразование энергии

Энергия покоя:

Следовательно, тело обладает энергией только потому, что оно обладает массой. То есть энергия и масса эквивалентны.

Массу можно превратить в энергию, а энергию можно превратить в массу. Если исчезает некоторое количество массы покоя, то при этом должна выделяться эквивалентная ей энергия. Имеет место прямое превращение массы в энергию. Например, взрыв бомбы, сжигание вещества и т.д.

Например 1 кг песка эквиваленте 10¹⁷Дж. Такую энергию вырабатывают все электростанции мира, работая на полную мощность в течение недели.

Возможно ли всю массу превратить в энергию? Нет! Это запрещает закон сохранения тяжелых частиц при любом взаимодействии полное чисто протонов и нейтронов должно оставаться постоянным. Поэтому нельзя всю массу вещества превратить в энергию.

ВСТАВИТЬ ЛЕКЦИЮ

Основные концепции космологии

Строение и эволюция Вселенной. Модель большого взрыва. Звезды

Основные понятия

Космология – учение о Вселенной в целом, основанное на результатах исследований доступных для астрономических наблюдений.

Вселенная – весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.

Метагалактика – часть Вселенной, которая доступна для астрономических наблюдений.

Существующие знания о Вселенной основаны на астрономических наблюдениях и на предположении о том, что законы природы, установленные на Земле, могут быть применены ко всей Вселенной.

Систематические целенаправленные наблюдения за Вселенной ведутся с момента проявления первых телескопов (1609-1610 гг. Галилей).

Начиная с 1931 года для изучения Вселенной используют также методы радиолокации – по отраженному радиосигналу определяют положение и скорость движения космического объекта.