1. Пространство и время в ньютоновской механике.

Материя-это только вещество.

Пространство- это только порядок расположения тел. Это система координат, в которой расположено тело; начало отсчета; инерциальная система- это система в котором тело относительно других находится в покое или движется равномерно.

Для определения положения тела определяют три координаты- пространство трехмерное. Мир этого пространства называется Евклидовым.

Время – это порядок событий, считалось что время не зависит от пространства, она не связана с изменением тела, течет равномерно или иначе называется длительностью.

Становление неевклидовой геометрии.

История становления ТО начинается с открытия в области точных наук. Благодаря Карлу Фридриху Гауссу, зарождается новая область математики Неевклидовая геометрия. Из-за того что работы не были опубликованы официально, неевклидовую геометрию связывают с именем Николая Лобачевского, который впервые изложил идею об основании геометрии в 1827 году. Кроме того, его известные работы «Пангеометрия» и «Геометрические исследования параллельных прямых». Геометрия Лобачевского отличалась от геометрии Евклида лишь 5- ой аксиомой о параллелях. Но главное отличие крылось в самом понимании пространства. На работы Лобачевского обращает внимание Ф.М. Достоевский и у него возникает идея. Суть его в том, что человеческий разум будучи ограниченным евклидовым, видит Вселенную искаженно, поскольку она неевклидова. И если наука осознает это, то в будущем она придет к новому пониманию Вселенной. Выражающему реальность которая раскрывается в религиозном опыте. Идею он излагает в романе «Братья Карамазовы». Альберт Эйнштейн знакомится с романами и позже признается: «Именно Достоевский дал мне больше, чем любой мыслитель, больше, чем Карл Гаусс. По сути, Эйнштейн использует подход Достоевского – для раскрытия законов невидимого мира, он помещает тело в экстремальные, не свойственные земным условиям очень высокой скорости и силе тяготения. Тогда оно и перестает подчинятся известным законам механики и евклидовой геометрии. Эйнштейн получает выводы, математически их обрабатывает и опубликовывает в виде двух работ.

Специальная или частная теория относительности (СТО).

В качестве экстремального Эйнштейн выбирает условия скорости стремящейся к скорости света.V->C, C= 299792458 м/с-это скорость аа в вакууме. Если говорить о главном, то в теории на языке математики описываются изменения которые претерпевают параметры инерциальной системы, начинающие двигаться со скоростью близкой к С, эти изменения называются эффектами(следствиями) СТО. В основе СТО лежат постулаты:

1. Первый постулат называется еще принципом относительности Эйнштейна.

«В любых инерциальных системах все физические явления – механические, электромагнитные, описываются одинаковым образом», другими словами, законы механики, электродинамики(также термодинамики, оптики и тд.) в них универсальны(инвариантны).

Например: если Эйнштейн в трамвае уронит книгу, то для него она упадет вертикально вниз, а для наблюдателя, стоящего на улице книга будет падать по параболе, так как трамвай движется. Из-за того, что у каждого своя система отсчета одно и то же событие воспринимается по- разному. Однако есть универсальные законы природы, которые не зависят от положения наблюдателя, они(законы) инвариантны, в этом и заключается принцип относительности Эйнштейна.

2.Скорость света всегда одинакова в независимости от движения от источника света.

Пуля, выпущенная из неподвижно установленного на Земле оружия летит со скоростью меньше, чем пуля выпущенная из оружия, установленного на борту самолета. Так как по законам классической механики срабатывает эффект сложения скоростей.

Эффекты СТО:

1. В движущейся системе течение времени замедляется относительно течения времени в неподвижной системе. Мысленный эксперимент «парадокс близнецов Элла и Боба». Экспериментальные подтверждения - опыты ученых мичеганского университета, во время которых атомные часы помещены борт авиалайнера, совершавший трансатлантический рейс (часы на борту отставали). Военно-морской флот США: Боинг со скоростью-800км/ч, второй канкорт-2300км/ч - второй-эффект замедления времени. Коллайдер.

2. Масса объекта движущейся системы увеличивается, относительно его массы неподвижно.

3. При скорости равной. С, срабатывает закон сохранения массы-энергии. То есть вещество превращается в энергию. E=mc².

4. Линейные размеры объекта в движущейся системе сокращаются в направлении движения. Математически это доказал Лоренс (лоренцово сокращение волны).

Вывод: важнейшее значение СТО состоит в том, что, не отбросив классическую механику, Эйнштейн создает новое направление – релятивистскую механику. В которой классическая механика - частный случай. Выводы СТО доказали, что пространство(xyz) и время – t, связанные друг с другом параметры. То есть мы живем не в трехмерном мире, в котором к пространству добавляется время, а в 4-ех мерном пространственно-временном континууме ( от лат- непрерывно). В окружающем нас мире не три координаты, а 4-ре. Этот мир назван НЕЕВКЛИДОВЫМ.

Общая теория относительности (ОТО)/ релятивистская теория тяготения

В качестве экстремального Эйнштейн выбирает воздействие на тело силы тяжести, очевидно, что результатом этого воздействия станет ускоренное движение. Значит, система станет не инерциальной и возникает вопрос – важна ли причина ускорения для описания параметров этой системы в дальнейшем? Эйнштейн отвечает отрицательно и формулирует расширенный принцип эквивалентности. Во всех неинерциальных системах законы природы инвариантны. В качестве подтверждения, рассматривается факт отсутствие различия между гравитационной и инертной массой.

Эффекты ОТО:

1. С ростом гравитации течение времени замедляется. То есть гравитация изменяет ход часов. Например: Земля тяжелее луны в 6 раз. Продолжительность часа на Земле 60 минут, на Луне 10 минут. Этот эффект превращает ОТО из абстрактной теории в реально работающий инструмент. Так глобальные спутниковые навигационные системы используемые лётчиками, спасателями, имеют сверхточные часы с поправками на эффекты СТО и ОТО. Кроме того, возникает вывод, что время во Вселенной течет по-разному. И в ранней Вселенной время шло иначе, так как была гораздо больше плотность вещества (наши сутки были равны 1000 лет).

2. Под влиянием гравитации происходит искривление пространства. ОТО предлагает взглянуть на гравитацию несколько иначе, чем в классической механике. Соответственно гравитация – это следствие деформации упругой ткани пространство – времени под воздействием массы ( при этом, чем тяжелее тело, тем сильнее пространство- время прогибается под ним, а то, что нам кажется силой тяжести на самом деле чисто внешнее проявление искривления пространства-времени).*искривленное пространство-время называют иначе «мир Минконского».

3. В искривленном пространстве ход световых лучей не является прямолинейным. Это было экспериментально подтверждено 29 мая 1919 года. Во время наблюдения движения световых лучей в навигационном поле лучей во время Солнечного затмения.

Итоги ТО.

Таким образом, релятивистская механика, предложенная Альбертом Эйнштейном, дополнила существующие классические представления следующими выводами:

1. Пространство и время не абсолютны, а связаны друг с другом в едином пространственно-временном 4-ех мерном континууме. Это проявляется при движении тела с большой скоростью и при влиянии на него большого тяготения(гравитации).

2. Ход времени, линейные размеры(длина), масса объекта зависят от скорости его перемещения.

3. В условиях сильной гравитации проявляют себя законы неевклидового мира.*С теоретическими выводами ОТО связано обнаружение во Вселенной особых объектов и состояний, прежде всего сингулярность в черных дырах.

13/10/12