8.2 Принцип относительности Галилея

Рис. 8.2.

Инерциальные подвижная «К» и неподвижная «К» системы отсчета

В классической ньютоновской механике известен принцип относительности Галилея:

законы динамики остаются неизменными во всех инерциальных системах отсчета, или, как говорят физики, — инвариантны относительно переноса событий из одной инерциальной системы в другую.

Чтобы выразить положение тела в одной из этих систем отсчета через координаты другой системы отсчета, в классической механике используют так называемое преобразование Галилея. Рассмотрим две системы отсчета: неподвижную К и подвижную К с взаимно параллельным расположением осей, а оси ОХ и ОХ расположены на одной прямой, т.е. совпадают. Подвижная К – системы отсчета перемещается относительно К – система прямолинейно и равномерно со скоростью . Рассмотрим точкуΡ (тело) в системе К на расстоянии x от начала координат О (рис. 8.2). Тогда для наблюдателя в системе К' положение тела Ρ меняется по закону . Поскольку в ньютоновской механике время является абсолютной величиной, т.е. определяется однозначно, а его числовое значение одинаково во всех системах отсчета независимо от их движения, то всегда . Итак, преобразования Галилея имеют вид:

В применении к электромагнитным явлениям такое преобразование не дает правильного результата. Это означает, что есть принципиальное различие между законами механического движения (которые одинаковы во всех инерциальных системах) и законами электродинамики (которые, тем самым, оказываются неодинаковыми).

Тогда приходится признать, что принципы Галилея относительно движения заряженных частиц в инерциальных системах неприемлемы, и надо считать, что одни и те же физические процессы описываются по-разному в разных системах. Следовательно, системы эти не равноценны, что противоречит реальным наблюдениям. Кроме того, где провести границу между механическими и электрическими системами? Ведь все механические системы содержат электрические заряды, поскольку вещество состоит из заряженных частиц, а во всех электродинамических системах движущиеся частицы имеют массы. Поэтому может быть приемлемо только утверждение, что все физические законы должны быть одинаковыми во всех инерциальных системах отсчета. Это и есть первый постулат СТО.

8.3 Преобразования Лоренца

Из приведенных рассуждений приходится сделать вывод, что преобразования Галилея становятся неверными при приближении скорости тела к скорости светас. При скоростях движения, близких к скоростям света, Г. Лоренцом были предложены преобразования при переходах от одной системы к другой, движущейся с постоянной скоростью, которые имеют вид:

; y=y; ;.

Это известное соотношение Лоренца, которое указывает на тесную взаимосвязь пространственно-временных характеристик протекающих явлений. Пространство и время неразрывно связаны между собой. Убедительно или нет эта связь представлена в теории относительности – не главный вопрос, важно уже то, что эта связь существует. Значит, нет не только абсолютного пространства, но и абсолютного времени.