Постулаты сто

В основе специальной теории относительности лежат два принципа или постулата, сформулированные Эйнштейном в 1905 г.

1. Принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы (не только механические) имеют одинаковую форму.

2. Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Скорость света в СТО занимает особое положение. Это предельная скорость передачи взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую.

Следует различать принцип относительности Эйнштейна и принцип относительности Галилея, который утверждает по сути то же самое, но не для всех законов природы, а только для законов механики. Вспомним из курса механики:

Принцип относительности Галилея: все законы механики равноправны относительно инерциальных систем отсчета.

Постулаты Эйнштейна находятся в противоречии с классическими преобразованиями Галилея, согласно которым при переходе из одной инерциальной системы в другую время в обеих системах течет одинаково: t = t'.

На смену галилеевых преобразований СТО предложила другие формулы преобразования при переходе из одной инерциальной системы в другую –преобразования Лоренца, которые при скоростях движения, близких к скорости света, позволяют объяснить все релятивистские эффекты, а при малых скоростях (υ << c) переходят в формулы преобразования Галилея.

Система отсчета - система координат, связанное с ней тело отсчета и прибор для измерения времени

Инерциальная система отсчета - система отсчета, относительно которой свободное тело покоится или движется с постоянной скоростью

Собственная система отсчета - система отсчета, относительно которой тело покоится.

Лабораторная система отсчета - система отсчета, относительно которой тело движется

Время, измеренное в собственной системе отчета, будем называть собственным временем t₀

Длину (расстояние), измеренное в собственной системе отчета, будем называть собственной длиной L₀

Инвариант – величина, не изменяющаяся при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую

Относительность промежутков времени:

Промежуток времени между двумя событиями зависит от системы отсчета, т. е. является относительным. Собственное время t₀ между двумя событиями всегда меньше, чем промежуток времени между этими же событиями, измеренный в любой другой системе отсчета. Этот эффект называют релятивистским замедлением времени. Замедление времени является следствием инвариантности скорости света.

Связь между t и t₀:

где релятивистский фактор β = υ / c,

t измерено в лабораторной системе отсчета (координатное время)

t₀ измерено в собственной системе отсчета (собственное время)

Релятивистское замедление времени — физический эффект, заключающийся в том, что с точки зрения наблюдателя, все физические процессы в движущейся относительно него системе отсчёта проходят медленнее, чем в неподвижной относительно наблюдателя системе.

Релятивистское замедление времени проявляется, например, при наблюдении короткоживущих элементарных частиц, образующихся в верхних слоях атмосферы и успевающих благодаря ему достичь поверхности Земли.

С релятивистским эффектом замедления времени связан так называемый «парадокс близнецов».

Предполагается, что один из близнецов остается на Земле, а второй отправляется в длительное космическое путешествие с субсветовой скоростью. С точки зрения земного наблюдателя, время в космическом корабле течет медленнее, и когда астронавт возвратится на Землю, он окажется гораздо моложе своего брата-близнеца, оставшегося на Земле. Парадокс заключается в том, что подобное заключение может сделать и второй из близнецов, отправляющийся в космическое путешествие. Для него медленнее течет время на Земле, и он может ожидать, что по возвращению после длительного путешествия на Землю он обнаружит, что его брат-близнец, оставшийся на Земле, гораздо моложе его.

Близнец, который улетал и вернулся, неизбежно должен был изменить свою скорость. Поэтому его система отсчёта не является инерциальной. А согласно СТО равноправны только инерциальные системы. Следовательно, нет ничего удивительного, что системы оказываются несимметричными.