20. Принципы относительности.

Относительное (релятивное) сплошь пронизывает материальный мир и человеческую жизнь, поскольку реальные предметы, явления, процессы, существа, включая и людей, пребывают в различных системах многообразных внешних и внутренних отношений.

Положение «все в мире относительно» верно, поскольку материальный мир весь соткан из многообразных отношений, образующих неисчерпаемое множество материальных систем разной степени сложности. Но нельзя абсолютизировать релятивизм.

Для изучения материального мира понятия абсолютности и относительности имеют принципиальное значение. Действительно, в абсолютном проявляется сущность предметов (материальных тел) и физических явлений независимо от их относительного движения. Галилей первым установил относительность механического движения в его отношении к механическому покою, показав, что покой тождественен равномерному (без ускорения) и прямолинейному перемещению тел относительно друг друга. Тела, находящиеся в таком состоянии составляют основу инерциальных систем отсчета. Смысл принципа относительности Галилея состоит в следующем: законы механики имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах, т. е. все механические процессы в инерциальных системах протекают одинаково. В таких системах пространственно-временные свойства тел (их размеры, состояние, время существования, временные промежутки между ними) не зависят от скорости их движения, от того, находятся они в движении или нет. Но скорость их движения для разных систем отсчета выражается по-разному: скорость движения внутри системы отсчета алгебраически складывается со скоростью перемещения систем отсчета относительно друг друга. Об этом обычно говорят так: в механике Галилея – Ньютона относительной величиной является только скорость.

Физический релятивизм связывают с теорией относительности, именуемой иначе релятивистской теорией.

В специальной теории относительности Эйнштейна принцип относительности формулируется в более общем виде: не только механические, но и все физические процессы в инерциальных системах протекают одинаково. В данной теории этот принцип неразрывно связан с другим — принципом постоянства скорости света в вакууме, ее независимости от скорости движения источника света (или наблюдателя).

Согласно выводам Максвелла, подтвержденным лабораторными опытами, свет является, как уже было сказано, волной электромагнитного поля (особой формой материи). Световой волне для распространения не требуется специальной материальной среды — «эфира». Свет — это и есть материальная среда, которая с постоянной скоростью С (300 000 км/с) распространяется в пустоте, вакууме. Таким образом, СТО Эйнштейна базируется на двух принципах относительности, а именно относительности равномерного прямолинейного движения и постоянства скорости света в вакууме.

Помимо относительности расположения, движения и покоя наблюдателей различных инерциальных систем из двух указанных принципов (постулатов) следует, что относительными (в смысле изменяющимися, различающимися при переходе от одной системы отсчета к другой) оказываются и размеры тел, и длительность их существования, и одновременность или разновременность событий.

№21. Специальная теория относительности А.Эйнштейна.

Эйнштейн при создании теории хотел объединить механику и теорию электромагнитного поля. В классической механике был сформулирован принцип физической относительности, который заключался в том, что все механические процессы во всех инерциальных системах происходят одинаково.

Эйнштейн сформулировал обобщенный физический принцип относительности: все физические явления происходят одинаково относительно любых инерциальных систем.

Согласно принципу постоянства скорости света и обобщенному принципу относительности, относительность является одновременностью двух событий к системе отсчета.

Раньше считалось, что одновременность является абсолютным событием, которое не зависит от наблюдателя. Но в своей теории относительности Эйнштейн доказал, что время в движущейся системе отсчета протекает гораздо медленнее относительно течения времени в неподвижной системе отсчета.

Такие физические величины, как протяженность, время и масса, в теории относительности утратили свой статус абсолютности. Эйнштейн в качестве величины, которая имеет статус постоянной, оставил лишь силу (например, сила тяготения). Общая теория относительности содержит геометрическое толкование явления тяготения.

Эйнштейн утверждал, что сила тяжести эквивалента равна искривлению неевклидова пространства. То есть объект, движущийся в пространстве и попавший в поле тяжести, изменяет траекторию своего движения.

Теперь можно сделать вывод, что в теории относительности Альберта Эйнштейна пространство и время имеют физические характеристики. А раз они имеют физические характеристики, следовательно, они являются частью мира физических процессов, причем частью, образующей всю внутреннюю структуру этого мира, «которая связана с законами бытия физического мира».

22. Основные вопросы общей теории относительности.

1. Общая теория относительности (ОТО) — геометрическая теория тяготения, опубликованная Альбертом Эйнштейномв1915—1916годах. В рамках этой теории, являющейся дальнейшим развитием специальной теории относительности, постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии. Таким образом, в ОТО, как и в других метрических теориях, гравитация не является силовым взаимодействием. Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи кривизны пространства-времени с присутствующей в пространстве материей.

2. Принцип относительности.

Ключевым для аксиоматики специальной теории относительности является принцип относительности, утверждающий равноправие инерциальных систем отсчёта. Это означает, что все физические процессы в инерциальных системах отсчёта описываются одинаковым образом. Совместно с остальными постулатами принципа относительности достаточно, чтобы получить явный вид преобразований координат и времени между инерциальными системами отсчета.

3. Принцип эквивалентности сил гравитации и инерции — эвристический принцип, использованный Альбертом Эйнштейном при выводе общей теории относительности: «Силы гравитационного взаимодействия пропорциональны гравитационной массе тела, силы инерции же пропорциональны инертной массе тела. Если инертная и гравитационная массы равны, то невозможно отличить, какая сила действует на данное тело — гравитационная или сила инерции».

Сильный принцип эквивалентности - в каждой точке пространства-времени в произвольном гравитационном поле можно выбрать «локально-инерциальную систему координат», такую, что в достаточно малой окрестности рассматриваемой точки законы природы будут иметь такую же форму, как и в не ускоренных декартовых системах координат СТО, где под «законами природы» подразумевают все законы природы.

Слабый принцип — это другая формулировка наблюдаемого равенства гравитационной и инертной масс, в то время как сильный принцип представляет собой обобщение наблюдений за влиянием гравитации на любые физические объекты.

4. Взаимосвязь пространства-времени и движущейся материи.

Теория относительности выявила глубокую связь между пространством и временем, показав, что в природе существует единое пространство-время, а отдельно пространство и отдельно время выступают как его своеобразные проекции, на которые оно по-разному расщепляется в зависимости от характера движения тел.

5. Соответствие ОТО и классической механики.

И классическая физика, и СТО формулируют закономерности физических процессов и явлений только для очень узкого класса так называемых инерциальных систем, которые либо покоятся, либо движутся прямолинейно и равномерно друг по отношению к другу; именно в них соблюдается принцип инерции, и по отношению к ним выполняются принцип относительности и законы механики. Инерциальные системы выделяются лишь с той или иной степенью приближения. Все реальные системы — неинерциальные. Неинерциальная система определяется как система отсчета, которая движется с ускорением по отношению к инерциальной системе. В неинерциальных системах отсчета не выполняются ни принцип инерции, ни законы механики. Потому глубочайшая задача физики состоит в том, чтобы распространить ее законы с инерциальных систем на неинерциальные.