20. Два постулата сто.

В рамках классической механики – нельзя объяснить понятие античастиц и частиц. Это объясняют с пом. 2 теорий: 1) релятивистская механика, 2) квантовая механика внутренних частиц + Эйнштейновская теория гравитации ( ОТО). или СТО – Специальная Теория Относительности. →в классической механике масса м.т. постоянна, а если точка движется – меняется импульс. Основной принцип рел. механики – если тело с массой м_о движется со скоростью V→масса меняется: м= м_о/\/1-(v/c)² . Масса м.т. вычисляется по этой формуле, т.е возрастает вместе с возрастание скорости движения. Однако когда скорость много меньше скорости света, массу можно считать постоянной. Поэтому классич. постулат о постоянстве массы имеет широкую область применения →рел. механика – для небесных тел.

Или

Постулаты СТО а) механические и электромагнитные законы сохраняют свой вид в инерциальных системах отсчета. б) Скорость света постоянно в любой инерциальной системе отсчета.Принцип относительности. Принцип постоянства скорости света в вакууме.

1. Принцип относительности Эйнштейна: «Все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета». Инерциальной системой отсчета будет считаться такая система, которая движется равномерно и пря­молинейно. Иными словами, эта система не ускоряется, не тормозит­ся и не движется по окружности. В такой системе невозможно с по­мощью эксперимента проверить состояние самой системы - движется она или находится в состоянии покоя. Формулировка первого посту­лата вытекает из теоретического объяснения результатов опыта Май-кельсона-Морли. (Любопытный студент может задаться вопросом о непрямолинейности движения Земли по орбите, но Земля уклоняется на 3 мм, пройдя путь в 300 км, и таким искривлением можно пренеб­речь.) Расширяет границы приме­нимости принципа относительности Галилея.

2. Принцип постоянства скоро­сти света. «Свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью с, не зависящей от состояния движения излучающего те­ла». Пусть свет всегда в вакууме распространяется с постоянной ско­ростью, но тогда при переходе к инерциальной системе придется за­фиксировать изменение скорости света при движении в сторону его источника или удаляясь от источника света. Мы вынуждены нару­шить принятый постулат. И еще опровергнуть результаты опыта Майкельсона.

А. Эйнштейн соединяет их в единую теорию и строит новую физическую картину мира. Введенные Эйнштейном постулаты изме­нили представления физиков об окружающем мире. Из этих двух по­ложений выросла новая модель мира. Эйнштейн и Фридман (о нем речь еще впереди) третий раз в истории человечества изменили осно­вы научного представления о Вселенной. Напомним, что первый раз это сделали Аристотель (создав основы античной физики), Гиппарх и Птолемей (создав гелиоцентрическую систему мира), а второй - Ко­перник, Кеплер, Ньютон (предложив, уточнив и сформулировав ге­лиоцентрическую систему мира и создав основы классической физи­ки).

21. Специальный принцип относительности. Две формулировки.

физическая теория, в развитии которой необходимо различать 3 этапа. 1) Принцип относительности классической механики (Галилей, Ньютон) гласит: во всех равномерно и прямолинейно движущихся системах механические процессы протекают точно так же, как и в покоящихся. Следовательно, прямолинейное равномерное движение соответствующей системы не может быть определено, установлено без помощи тел, находящихся вне системы. Так, напр., если в прямолинейно и равномерно движущемся железнодорожном вагоне подбросить вертикально вверх мяч, то он снова упадет вниз по перпендикуляру, точно так же, как если бы вагон стоял. Напротив, наблюдателю, стоящему на железнодорожной насыпи, траектория представляется в виде параболы. Исходя из формы наблюдаемой извне и зафиксированной (сфотографированной) параболы, можно определить скорость движения поезда по отношению к местонахождению наблюдателя. Подобным образом обстоит дело с движением небесных тел во Вселенной. Попытки (Физо в 1849, Майкельсон в 1881, В. Вин и др.) при помощи электромагнитных (оптических) средств создать абсолютную систему отношений в мировом пространстве (нечто сходное с покоящимся «эфиром» как абсолютным, неподвижным пространством – Ньютон) окончились неудачно. 2) В специальной теории относительности Эйнштейна (1905) создано новое для физики понятие времени. Время определяется уже не через вращение Земли, а через распространение света (300 000 км/с). Это время так тесно связано с пространственными измерениями, что вместе они образуют пространство, имеющее четыре измерения. Став координатой, время теряет свой абсолютный характер, становится только «относительной» величиной в системе связей. Было найдено такое понятие пространственного времени, которое соответствует всем физическим фактам. 3) Всеобщая теория относительности (Энштейн, 1916) устанавливает, что сила тяжести и ускорение равноценны, что в соответствии с миром Минковского (1908) трехмерная система координат классической физики дополняется временем как четвертой координатой (см.Континуум). Она расширяет наблюдение, включая рассмотрение равномерно-ускоренных и вращающихся систем, что требует сложного математического аппарата; необходимая для этого геометрия впервые определяется благодаря данной физической теории относительности (см. Метагеометрия). Теория относительности разрешает проблемы, которые возникают из наблюдения за распространением электромагнитных и оптических явлений, специально – за распространением света в движущихся системах. Результаты наблюдений, истолкованных с помощью теории относительности, отклоняются от результатов наблюдений классической механики и электродинамики только там, где речь идет о больших скоростях и огромных расстояниях.

22. В чем отличие спецпринципа относительности от принципа относительности Галилея? См 22 вопрос

23. Какая скорость является максимально возможной в природе согласно СТО? Скорость света

24. Зависит ли скорость луча света от скорости движения источника света (например, фонарика)?скорость света зависит от движения источника.

25. Следствия СТО.

замедление времени при скоростях, близких к скорости света.

Из постулатов Эйнштейна следует:

- скорость света в вакууме (С=3·108м/с) – предельная скорость движения материи; никакое материальное тело ни в одной системе отсчета не может иметь скорости, большей скорости света, никакой энергетический сигнал не может быть передан с большей скоростью;

- изменение системы отсчета приводит к изменениям координат, причем все координаты, включая время (!), относительны;

- пространственные интервалы относительны: измерение длины предмета наблюдателем, движущимся относительно него со скоростью , дает меньшее значение , чем измерение той же длины неподвижным наблюдателем («собственной» длины), т. е. происходит сокращение длины:

следует подчеркнуть, что сокращается размер («сжимается» пространство) вдоль направления относительного движения; поперечные размеры не меняются;

- временные интервалы относительны: наблюдатель, движущийся относительно часов, показывающих интервал времени между двумя событиями ΔT’, установит, что они идут медленнее таких же часов, находящихся в его системе отсчета и показывающих интервал ΔT, т. е. имеет место эффект «замедления» времени:

даже последовательность событий во времени с точки зрения двух наблюдателей зависит от относительной скорости их движения, если между явлениями нет причинно-следственной связи (никакой наблюдатель не может зарегистрировать следствие раньше причины);

- скорости относительны, однако закон сложения скоростей имеет другой вид и никогда не приведет к результату ;

- пространственно-временнные интервалы абсолютны, не зависят от системы отсчета; Эйнштейн рассмотрел единое 4-х-мерное пространство-время, в котором каждое событие описывается координатами X, Y, Z, Ict (I=√-1); четвертая координата, определяющая момент времени, умножением на скорость С Приобретает ту же размерность, что и другие координаты, но в трехмерном пространстве она мнимая.

- масса относительна: масса тела зависит от скорости; тело, движущееся относительно наблюдателя, имеет массу (релятивистскую) M больше, чем то же тело покоящееся (масса покоя – M0):

- полная энергия тела равна сумме его энергии покоя M0с2 и кинетической энергии и определяется произведением релятивистской массы тела (M) и квадрата скорости света в вакууме (С):

- сила относительна: при движении системы отсчета появляется дополнительная составляющая силы, перпендикулярная скорости движения; при движении заряда эта составляющая обеспечивает магнитную силу, таким образом, магнетизм – релятивистский эффект;

- основной закон движения един для различных инерциальных систем отсчета и абсолютен.

На первый взгляд, многие описанные следствия кажутся искусственными, не соответствующими здравому смыслу. Однако они нашли экспериментальное подтверждение. Эти эффекты (замедление времени, увеличение массы и т. д.) становятся заметными лишь при скоростях, близких к скорости света. Эксперименты с элементарными частицами с помощью мощных ускорителей показали, что с ростом скорости масса их действительно растет, а время «жизни» (до распада) – увеличивается. В нашем мире малых скоростей, сформировавшем и наше мышление, подобные эффекты не обнаруживаются, и эксперименты подтверждают полную справедливость классической механики. Здесь нет противоречия. Новая, релятивистская теория, имеющая более широкую область применения, включает в себя классическую теорию как частный случай, реализуемый при условии

Таким образом, взаимосвязь этих двух теорий движения полностью удовлетворяет принципу соответствия.

Или

Кинематические следствия СТО Относительность одновременности

Согласно представлениям классической механики два события, происходящие одновременно в какой-либо инерциальной системе отсчета (ИСО), являются одновременными и в любой другой ИСО. Это следует изньютоновской концепции абсолютного времени. Из второго постулата теории относительности, согласно которому скорость распространения сигналов является величиной конечной, следует, что в разных ИСО время течет по-разному. Поэтому согласно теории относительности события, являющиеся одновременными в одной ИСО, неодновременны в другой ИСО, движущейся относительно первой. Например, для наблюдателя внутри ракеты будильники А и В, срабатывающие по световому сигналу от источника, находящегося от них на одинаковом удалении, зазвонят одновременно. Для наблюдателя, относительно которого ракета движется, будильник А удаляется от точки вспышки, а будильник В - приближается. Следовательно, будильник Азазвенит позже (скорость света во всех ИСО одинакова, а до А свету надо пройти большее расстояние, чем до В).