16. Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Относительность одновременности.

СТО – очень идеализированная теория.

Основана на 2-х постулатах (положениях, кот. теория полагает за истину, но доказать не может.) :

1. Принцип относительности – все законы природы не меняются при переходе от одной ИСО (инерциальная система отсчета) в другую. Т.е. равноправие всех ИСО.

2. Принцип инвариантности скорости света: Скорость света в вакууме одинакова во всех ИСО и не зависит от движения источников и приемников света.

Следствие из постулатов: Скорость света в вакууме предельна. Сигнал распространяется не мгновенно, а с конечной скоростью, ее предел – скорость света

Преобразования Лоренса:

x’= y’=y t’= (1)

x= y=y’ t= (2) Время смешивается с пространственными координатами. Формулы (1) и (2) симметричны, следовательно, обе системы отсчета равноправны.

При малых скоростях V≤c преобразования Лоренса переходят в преобразования Галилея. Теория относительности не отвергает преобразования Галилея, как неправильные, а включает их как частный случай, где V<<c. В этом выражается принцип соответствия, сформулированный Н.Бором в 1923. Суть этого принципа такова: «Каждая новая теория не отвергает предыдущую, а включает ее в себя на правах частного случая».

Если V>c, то подкоренные выражения <0 следовательно преобразования Лоренса теряют смысл. В формулы преобразования времени входит пространственная координата – это указывает на связь между пространством и временем => нельзя рассматривать пространство и время независимо.

Если в эти формулы подставить c=∞, то преобразования Лоренса переходят в преобразования Галилея.

Относительность одновременности: В Ньютоновской механике было понятие абсолютного времени. Это означало, что если 2 события происходят одновременно в одной системе =>они одновременны в любой другой системе отсчета. Такое классическое понятие одновременности интуитивно, основано на представлениях о мгновенной передаче сигналов. А Эйнштейн хотел ввести понятие одновременности, основанное на опыте, и предположил установить одновременность с помощью световых сигналов. Новое определение одновременности: «В любой ИСО события А и В считают одновременными, если световые сигналы, испущенные из точек А и В в моменты, когда произошли события, достигнут середины отрезка АВ одновременно.»

Эксперимент: «поезд Эйнштейна». Рассмотрим жесткий стержень АВ:

В точке О – источник света, в точках А и В – приемники света. Этот стержень может двигаться с V=const.

Пусть в момент времени t=0 в точке О вспыхнула лампочка, К’ - система, связанная со стержнем, относительно нее стержень неподвижен.

Скорость света(с) – одинакова во всех направлениях =>приемники А и В зарегистрируют вспышку одновременно.

ОА=ОВ=>-время, за кот. свет пройдет ОА.

Система отсчета К: относительно нее стержень движется в сторону В. Приемник А сработает раньше, чем приемник В.

Вывод из эксперимента: Одновременность не абсолютна, а относительна. События, одновременные для неподвижного наблюдателя неодновременны для движущегося. Нет единого универсального времени для всей Вселенной.