Скорость света в вакууме как предельная скорость
движения и распространения взаимодействий
Как легко видеть,
формулы преобразования Лоренца при
теряют смысл: при
знаменатели этих формул обращаются в
нуль, а при
– становятся мнимыми. Это означает, что
скорость системы отсчета не может не
только превосходить скорость света в
вакууме с,
но и даже равняться ей. Но поскольку
любая система отсчета связана с каким-либо
материальным телом, то, следовательно,
никакое движение тел со скоростью равной
или превышающей скорость света в вакууме
невозможно. В природе существуют только
одни частицы – частицы (или кванты)
света фотоны, которые всегда движутся
с одинаковой скоростью, равной скорости
света в вакууме. Но эти частицы
безынерционны (их масса равна нулю).
Не возможно не только движение тел, но и распространение сигналов и взаимодействий тел со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Скорость света в вакууме является, таким образом, предельной скоростью. Именно потому, что скорость света в вакууме является предельной скоростью она и одинакова во всех инерциальных системах отсчета (является инвариантной величиной). Действительно, тот факт, что скорость любого сигнала и распространения взаимодействий не может превышать предельного значения, равного скорости света в вакууме есть закон природы. Но, согласно принципу относительности, все законы природы должны быть одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Следовательно, одинаковой должна быть и предельная скорость, если бы она оказалась различной, то можно было бы отличить одну инерциальную систему отсчета от другой.
Рассмотрим теперь следствия, которые вносят коренные изменения в наши представления о пространстве и времени
Относительность одновременности
Пусть в системе
в
точках с координатами
и
в
моменты времени
и
происходят
два каких-либо события. В системе S
им соответствуют координаты
и
и моменты времени
и
.
Из формул преобразования (2.9) находим
Из полученных формул
видно, что если
и
то
и
Если же
,
но
то
и
Это означает, что если для наблюдателя
в системе
в
одной и той же точке (месте) происходят
два каких-либо одновременных события,
то для наблюдателя в системе S
эти события будут одновременными и
одноместными. Если же в системе
события являются одновременными, но
разноместными, то в системе S
эти события будут и неодновременными,
и неодноместными. Таким образом, два
события, одновременные в одной системе
отсчета, оказываются неодновременными
в другой системе отсчета; одновременность
событий относительна.
3. Замедление времени
Пусть в точке
движущейся системы
в моменты времени
и
,
измеренные по часам этой системы
происходят два последовательных события.
Интервал времени между этими событиями
в системе
будет
В неподвижной
S-системе
промежуток времени
между указанными событиями, как следует
из формул (2.9),
откуда
(2.12)
Из полученной формулы
видно, что при любой скорости
имеет
место неравенство
т.е.
интервал времени
между событиями, измеренный движущимися
часами меньше соответствующего интервала
измеренного неподвижными (в системе S
) часами. Это означает, что движущиеся
часы идут медленнее неподвижных. Иначе
об этом говорят как о замедлении времени
в движущейся системе отсчета по сравнению
с неподвижной системой. Течение времени
не является абсолютным, а зависит от
движения. Промежутки времени относительны.