Постулаты Эйнштейна

2. Принцип постоянства скорости света.

Скорость света в пустоте одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от скорости источника и приемника света.

Все как-то пытались объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона– Морли, а Эйнштейн – постулировал это, как закон.

•В первом постулате главное то, что время тоже относительно – такой же параметр, как и скорость, импульс и др.

Второй – возводит отрицательный результат опыта Майкельсона–Морли в ранг закона природы: c = const.

•Специальная теория относительности представляет физическую теорию, изучающую пространственно-временные закономерности, справедливые для любых физических процессов, когда можно пренебречь действием тяготения.

•СТО, опираясь на более совершенные данные, раскрывает новый взгляд на свойства пространства и времени.

•Эти свойства необходимо учитывать при скоростях движения, близких к скорости света.

Всякое происходящее в мире событие может быть однозначно задано только с указанием, где и когда оно произошло, т.е. известны четыре координаты x, y, z, t.

В 1908 г. Герман Минковский в своей лекции «Пространство и время» объединяет пространственные и временные координаты в единый пространственно-временной интервал.

Пространственно-временной интервал соединяет два события, которые имеют причинно- следственную связь.

Если есть причинная связь между событиями, то она остается во всех инерциальных системах.

Сами по себе ни пространственный, ни временной интервалы не являются инвариантными относительно преобразований Лоренца.

Их же комбинация в виде пространственно- временно интервала является инвариантной величиной и представляет «математическое выражение постоянства скорости света».

Лоренцево сокращение длины

•Пусть даны две системы координат k и k'.

•l0 = x'2 – x'2 – собственная длина тела в системе,

относительно которого тело неподвижно (например: в ракете, движущейся со скоростью мимо неподвижной системы отсчета k (Земля)), t1 = t2 = t.

•Используя преобразования Лоренца, для координат получим:

•Тогда

•Эти формулы описывают лоренцево сокращение длин. Собственная длина тела есть максимальная длина. Длина движущегося тела короче, чем покоящегося.

Замедление времени

•Пусть вспышка лампы на ракете длится τ = t'2 – t'1 , где ԏ – собственное время, измеренное наблюдателем, движущимся вместе с часами.

•Чему равна длительность вспышки ( t2 – t1 ) с точки зрения человека, находящегося на Земле, мимо которого пролетает ракета?

•Так как x'1 = x'2 то из преобразований Лоренца

•Из этого уравнения следует, что собственное время – минимально (движущиеся часы идут медленнее покоящихся). Таким образом, вспышка на Земле будет казаться длиннее.

Экспериментальное подтверждение СТО

•Нестабильные элементарные частицы – пионы, рождающиеся в верхних слоях атмосферы, на высоте 20–30 км, при воздействии на нее космических лучей имеют собственное время жизни ~ 2·10-6 с.

•За это время они могут пройти короткий путь S = c·τ = 600 м.

•Но в результате того, что они двигаются с очень большими скоростями, сравнимыми со скоростью света, их время жизни увеличивается и они до своего распада способны достигать поверхности Земли.

•Отсюда следует вывод, что у движущихся пионов секунды «длиннее» земных секунд.