Специальная теория относительности (сто).
Общая теория относительности (ото).
Специальная теория относительности.
В СТО из всех систем отсчета особо выделяются инерциальные системы отсчета (ИСО).
ИСО – система отсчета, в которой справедлив закон инерции Ньютона. Любая СО, движущаяся относительно ИСО поступательно, равномерно и прямолинейно также является ИСО.
Физики XVII – XIX в. считали, что взаимодействия в природе и в том числе распространение света осуществляется всемирной средой - эфиром. Из теории поля Максвелла следовало, что свет – это электромагнитная волна. В XIXв. проводились эксперименты по определению скорости света и влиянию движения среды на скорость света (Физо, Лоренц…).
В 1881 г. А. Майкельсон и Э. Морли пытались экспериментально обнаружить «эфирный ветер», следствием которого было бы различие в скорости света в разных направлениях по отношению к движению Земли.
Опыты А.Майкельсона и Э. Морли выявили независимость скорости света от движения Земли и опровергли гипотезу «мирового эфира». Из опытов следовало, что для света не выполняется принцип сложения скоростей класссической механики.
Постулаты СТО:
Принцип относительности: все исо равноправны между собой т.Е во всех таких системах законы физики одинаковы.
Принцип инвариантности (неизменности) скорости света: скорость света в пустоте одинакова с точки зрения наблюдателя независимо от движения источника света относительно наблюдателя.
Относительность в ТО означает, что все СО одинаковы и нет какой-либо одной, имеющей преимущество перед другими.
Первым принцип относительности для механических систем сформулировал в 1636 году ГАЛИЛЕЙ. В механике использовались преобразования Галилея. Они дают неизменность законов механики при переходе от одной ИСО к другой.
Преобразования Галилея не сохраняли инвариантность уравнений Максвелла. Тогда в 1904 г. голландский физик Х.ЛОРЕНЦ осуществляет преобразования, по отношению к которым уравнения классической электродинамики сохраняют свой вид. В СТО преобразования Галилея заменяются преобразованиями Лоренца, которые связывают значения пространственных координат и времени в двух системах, движущихся равномерно друг относительно друга.
Явления, предсказываемые СТО становятся заметными лишь при скоростях, близких к скорости света.
Следствия СТО:
С
окращение
длины движущегося тела.
Наблюдатель, движущийся относительно тела, увидит его более коротким ( ), чем тот, кто находится в состоянии покоя относительно этого тела.
2. Замедление течения времени.
Движущиеся
часы идут медленнее неподвижных, а
длительность событий разная в разных
СО:
- длительность
события в системе отсчета, относительно
которой тело покоится(собственное
время, )
- длительность события в неподвижной СО ( )
3. Относительность одновременности.
Если один наблюдатель считает одновременными два события, которые пространственно разобщены в той СО относительно которой он неподвижен, то другой наблюдатель, участвующий в равномерном прямолинейном движении относительно первой СО, не считает их одновременными. Одновременность становится понятием относительным, зависящим от наблюдателя.
4. Зависимость массы от скорости движения тела.
Масса тела, измеренная в той системе отсчета, относительно которой тело покоится называется массой покоя m0. Тогда масса m , измеренная наблюдателем движущимся относительно тела со скоростью V равна:
Отсюда следует,
что скорость
материального тела не может достичь
скорости света
или превысить ее т.к. при
∞
5. Закон Эйнштейна
– связь между энергией и массой тела.
Это означает, что любой перенос энергии(E) связан с переносом массы m. Можно говорить и о «превращении массы в энергию». Таким путем объясняется т.н. «дефект масс» в микромире ( сумма масс отдельных составных частей ядра всегда больше, чем масса образованного из них атомного ядра).
В 1908 г. Герман Минковский предложил объединить пространство и время в четырехмерный пространственно – временной континуум событий (мировых событий). При этом каждому мировому событию соответствует т.н. мировая линия, определяющая координаты объекта во все моменты времени.
Из СТО следует неразрывность пространства и времени, в своем единстве они абсолютны. Пространственно-временной интервал между двумя событиями (интервал Минковского) инвариантен т.е во всех СО неизменен:
Выводы:
СТО внесла революционные изменения в фундаментальные понятия пространства и времени;
Пространство, время, масса не отделимы друг от друга;
Теории, применяющие СТО, называют релятивистскими.