Раздел 2. Основные концепции современной физики.9

В процессе развития физики как естественной науки выявился целый ряд противоречий между причинно-следственными связями в различных явлениях материального мира. Это привело к временному условному делению объектов изучения на явления макромира, микромира и мегамира.

1. МЕГАМИР - мир космических скоростей и масштабов.

2. МАКРОМИР - мир объектов, соизмеримых с масштабом человеческого опыта.

3. МИКРОМИР - мир предельно малых объектов. Относится изучение элементарных частиц, входящих в состав атома.

В результате, главной задачей современной физики стало открытие законов общих для всех этих явлений.

Одной из первых физических теорий, установивших законы, фундаментальные для всего материального мира, стали теории относительности Эйнштейна.

Глава 2.1. Принцип относительности Галилея.

ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ГАЛИЛЕЯ - законы механики остаются неизменными во всех инерциальных системах отсчета (находятся в состоянии полного покоя или равномерного движения). Иными словами, любой процесс протекает одинаково: как в покоящейся системе, так и в системе, находящейся в состоянии равномерного прямолинейного движения.

Чтобы выразить положение материального тела в одной системе относительно другой, используют преобразование Галилея:

V`рез=V1+V2

В зависимости от направления движения V2 может иметь знак «+» или «-».

В конце XIXв. были определены законы и скорость распространения света. Выяснилось, что скорость света постоянна и не зависит от скорости движения источника света, т.е. возникло противоречие с принципом относительности и преобразованием Галилея.

Глава 2.2 Основные положения специальной теории относительности.

В 1905 г. Эйнштейн показал, что эти противоречия можно разрешить объединив их в двух постулатах:

1.Все законы физики постоянны во всех инерциальных системах.

2.Скорость света одинакова с точки зрения всех наблюдателей независимо от скорости и направления движения источника света.

Преобразования Галилея будут иметь всеобщий характер, если скорость инерциальной системы соотнести со скоростью света:

Исходя из этой формулы, были выведены значения расстояния L` и времени T`:

Из этой формулы выходит, что измерение длины предмета наблюдателем, движущимся относительно этого предмета , дает меньше значение длины(L¹), чем измерение того же предмета наблюдателем, неподвижным относительно него(L). При скорости ½ скорости света, измерение отрезка длиной в 1 метр одним и тем же прибором даст длину 86 см. При скоростях, соизмеримых со скоростью света, сжимается пространство.

Время (T), наблюдаемое движущимся и неподвижным наблюдателями, будет отличаться. Для любого наблюдателя, движущегося относительно него, часы идут медленнее таких же часов, которые покоятся в его системе отсчета:

Исходя из третьего закона Ньютона (закона сохранения импульсов), два шара массой M и m, движущихся со скоростью V и v, после столкновения изменят свою скорость на V1 и v1, но приобретенный ими импульс будет одинаковый, т.е.

MV1 – MV = mv1 – mv

Однако, в соответствие с предыдущими выводами временная и пространственная составляющие «скорости» относительны, отсюда выходит, что чем больше скорость движения системы отсчета, тем больше возрастает масса.

Из этого же уравнения, умножив правую и левую части на скорость света в квадрате, путем ряда преобразований Эйнштейн получил формулу:

, выражающую внутреннюю энергию покоящегося тела.

Все эти перечисленные положения составили основные положения специальной теории относительности Эйнштейна, 90% которой получило подтверждение экспериментами и наблюдениями астрофизики и физики микромира.