48. Элементы общей теории относительности. Роль сто и ото в развитии естествознания.
Общая теория относительности (ОТО) относится к неинерциальным системам отсчёта (т.е., которые двигаются с ускорением).
В основе ОТО лежит принцип эквивалентности: гравитационные силы оказывают такое же воздействие, как и силы инерции.
Эксперимент с диском, пружиной и шариком:
В состоянии покоя ничто никуда не движется, при вращательном движении пружина растягивается. В одну сторону на шар действует сила инерции, а в другую – квазиупругая сила растянутой пружины. Сумма сил = 0, поэтому относительно на одном и том же расстоянии вращается шар.
В неинерциальных СО действует добавочная сила инерции. Сила инерции уравновешивается квазиупругой силой растянутой пружины, поэтому всё время вращается с постоянной скоростью.
Если перестать крутить диск и подвести к нему шар огромной массы, то большой шар будет притягивать маленький тоже с такой же силой.
Система превращается в неинерциальную (любая точка имеет ускорение), следовательно действует добавочная сила (например, центробежная).
Принцип эквивалентности:
Центробежная сила инерции оказывает такое же воздействие в неинерциальной СО, как сила гравитации в инерциальной системе.
Таким образом, гравитационная сила уравновешена силой квазиупругой.
Пространство, в котором действуют гравитационные силы, является искривленным.
СТО и ОТО Эйнштейна, их экспериментальное подтверждение.
Принцип относительности впервые сформулирован Г. Галилеем для механического движения. Механическое движение относительно, и его характер зависит от системы отсчета. Система, в которой выполняется первый закон Ньютона, называется инерциальной системой отсчета, такая система либо покоится, либо движется прямолинейно и равномерно относительно какой-либо другой системы, неподвижной или движущейся прямолинейно и с постоянной скоростью. Для инерциальных систем выполняется механический принцип относительности –принцип относительности Галилея: во всех инерциальных системах отсчета законы классической динамики имеют одинаковую форму (т.е. уравнения динамики при переходе от одной инерциальной системы к другой не изменяются). А. Эйнштейн в 1905 г. сформулировал принципы специальной теории относительности. В обобщенном виде они формулируются так: все инерциальные системы отсчета равноправны между собой (неотличимы друг от друга) в отношении протекания физических процессов или, другими словами, физические процессы не зависят от равномерного и прямолинейного движения системы отсчета.
Специальная теория относительности включает 2 постулата: принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические), проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системе к другой; 2. принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источников света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Инвариантность – неизменность физических величин или свойств природных объектов при переходе от одной системы отсчета к другой.
Общая теория относительности - теория тяготения, опубликованная Альбертом Эйнштейном в 1915—1916 годах. Из нее вытекает, что свойства пространства – времени зависят от поля тяготения. В поле тяготения пространство-время обладают кривизной, что связано с присутствием массы и движения. Пространство и время зависят от материи, т.е. любое тело может менять геометрию пространства. Чем больше масса, тем больше искривляется пространство-время. «Если из Вселенной убрать всю материю, исчезнут пространство и время» - пространство и время возникли, потому что появилась первоматерия; никакого «до» не существует. «Если часы запустить со скоростью света, время замедлится», «Если стержень запустить со скоростью света, он сократится до 0» - при приближении к скорости света пространство сужается, а время замедляется. Доказательство ТО на уровне микромира: Пи-мезон – время жизни медленно движущегося меньше, чем того, который двигается со скоростью близкой к световой. Нуклон (протон, нейтрон) по отношению к медленно движущейся частице проявляет себя как сфера; если частица имеет околосветную скорость, нуклон проявляет себя как диск. |