1.5.2. Постулаты с.Т.О. Опытное обоснование постулатов
Специальная теория относительности была создана А. Эйнштейном в 1905 г. В ее основе лежат два постулата – принцип относительности Эйнштейна и постулат о постоянстве скорости света в вакууме.
До начала ХХ века считалось, что все физические явления можно свести к механическим явлениям и поэтому принцип относительности Галилея оправдывал себя, позволяя упростить объяснение (описание) опытных фактов. После открытия электромагнитных волн, квантовой механики, ядерной физики оказалось, что разнообразные формы движения материи не сводятся к механическому движению и поэтому вполне естественно возникло обобщение принципа относительности Галилея на всю совокупность физических явлений. Это было сделано А. Эйнштейном и подтверждается всеми имеющимися опытными фактами. Приведем несколько эквивалентных формулировок первого постулата специальной теории относительности (принципа относительности Эйнштейна): 1) никакими физическими опытами, находясь внутри ИСО, нельзя установить движется она равномерно и прямолинейно или покоится; 2) все законы физики выглядят, записываются одинаково во всех ИСО; 3) все физические явления протекают одинаково во всех ИСО; 4) все законы физики инвариантны относительно преобразований Лоренца.
Из третьей формулировки первого постулата следует, что преобразования Галилея в С.Т.О. заменяются на преобразования Лоренца.
Согласно второму постулату С.Т.О. скорость света в вакууме одинакова во всех ИСО и не зависит от движения источника и приемника света. Этот постулат является необычным с обычной точки зрения, но он был подтвержден во многих опытах; среди которых наиболее известным является опыт Майкельсона и Морли (1881-1887 гг.).
О
твлекаясь
от конкретных исторических аспектов
этого опыта можно сказать, что в нем
выяснялась зависимость скорости света
от движения источника и приемника света.
В этом опыте свет от источника делился
на два луча, которые отражались от
взаимно перпендикулярных зеркал,
проходили до встречи одинаковое
расстояние 2l
и попадали в зрительную трубу, в которой
наблюдалась картина интерференции
(рис.1.30,а)
Рис.1.30
Вначале луч 1 проходил расстояние вдоль и против скорости Земли
( @30 км/с), а луч 2, двигаясь перпендикулярно к направлению скорости Земли, проходил до встречи с лучом 1 такое же расстояние 2l. Учитывая закон сложения скоростей в классической механике (1.90) для времени t1 движения луча 1, можно получить следующую формулу:
.
Аналогично можно получить формулу для времени t2 движения луча 2. Расчеты, проведенные в рамках классической механики, дают что ∆t=(t1-t2)>0. Если ориентацию установки изменить на 900, то тогда ∆t=(t1-t2)<0 и поэтому оптическая разность хода лучей должна измениться и соответственно должна сместиться картина интерференции. Но этого в опыте не наблюдалось, т.е. время распространения света в обоих направлениях было одинаковым: t1=t2.
Отсюда следует вывод, что к скорости света в вакууме неприменим закон сложения скоростей классической механики и она не зависит от движения источника и приемника света – скорость света одинакова во всех направлениях; свет, испущенный по всем направлениям подвижным и неподвижным источниками, будет иметь одинаковую скорость υ = c (рис.1.30,б).
Следствием второго постулата С.Т.О. является тот факт, что предельная скорость передачи взаимодействий в природе является конечной и равной скорости света в вакууме. Это приводит к новым дополнительным свойствам пространства и времени в С.Т.О.