3 Питання

23 білет

1 Питання Релятивістська механіка

Класична механіка ґрунтується на принципі відносності Галілея (Ніякими механічними дослідами, проведеними всередині даної ІСВ, неможливо встановити, перебуває вона в стані спокою чи рухається рівномірно і прямолінійно) і законах Ньютона (Рівняння механіки Ньютона не змінюються при переході від однієї ІСВ до іншої).

Наприкінці XIX та на початку XX ст. виявилось, що закони механіки Ньютона суперечать деяким експериментальним спостереженням.

Перш за все вкажемо на результати дослідів В. Кауфмана, який вивчав відхилення - частинок одночасно в електричному і магнітному полях. Він визначив відношення заряду до маси електрона із співвідношення і вперше виявив, що відношення е/m_е є функцією швидкості v частинки. Цей дослідний факт наштовхнув його на думку, що маса частинки залежить від її швидкості.

Отже при великих швидкостях електрона, сумірних із швидкістю світла у вакуумі (v  с), залежність v²(U) зростає набагато повільніше від розрахункової і не перевищує с². Отже, при швидкостях частинки, близьких до швидкості світла, спостерігається відхилення від законів Ньютона.

У період з 1881 по 1929 р. були проведені досліди з вимірювання швидкості світла в різних інерціальних системах відліку. Не розглядаючи докладно окремі досліди, вкажемо тільки основну ідею і отриманий в цих дослідах результат. Ідею цих дослідів можна узагальнити, звівши її до такої задачі. Від джерела світла, нерухомого в інерціальній системі відліку, поширюється світло. Відносно спостерігача (приймача світлового сигналу), нерухомого в цій системі відліку, швидкість світла дорівнює с. Експериментально вимірювалась швидкість світла с' відносно спостерігача, який рухається прямолінійно і рівномірно з швидкістю v₀ відносно джерела. Згідно з класичним законом додавання швидкостей повинно бути де знак "плюс" відповідає рухові спостерігача в напрямі до джерела, а знак "мінус" — від джерела. Однак результати дослідів показали, що с' с. Тобто швидкість світла не залежить від швидкості руху спостерігача або джерела і однакова в усіх напрямах. Цей результат означав, що для поширення світла порушується класичний закон додавання швидкостей і, отже, виникає сумнів щодо справедливості перетворень Галілея.

Для пояснення цих та інших дослідних фактів необхідно було створити нову механіку, яка описує класичні закони руху тіл при будь-яких швидкостях, як завгодно близьких до швидкості світла. Така механіка називається релятивістською.

У 1905 р. А. Ейнштейн створив спеціальну теорію відносності, на якій ґрунтується релятивістська механіка.

Поступати Ейнштейна

Спеціальна теорія відносності (СТВ) являє собою сучасну фізичну теорію простору і часу. В її основі лежать два постулати, сформульовані А. Ейнштейном.

Принцип відносності. Ніякими фізичними дослідами (механічними, електричними, оптичними та ін.), проведеними всередині даної інерціальної системи відліку, неможливо виявити, перебуває ця система в стані спокою чи рухається рівномірно і прямолінійно; всі закони природи інваріантні щодо переходу від однієї інерціальної системи відліку до іншої.

Принцип інваріантності швидкості світла. Швидкість світла однакова в усіх інерціальних системах відліку, вона не залежить від швидкості руху джерела світла або спостерігача і у вакуумі дорівнює с.

Другий постулат Ейнштейна констатує сталість швидкості світла як фундаментальний закон природи, підтверджений дослідами. Швидкість світла є граничною швидкістю руху будь-яких матеріальних об'єктів. Ніякі сигнали або взаємодії в природі не можуть передаватись з більшою швидкістю, ніж швидкість світла.

Таким чином, в релятивістській механіці Ейнштейна розглядаються фізичні системи, які рухаються з швидкостями, близькими до швидкості світла. Швидкість світла приймається як гранично можлива швидкість передачі взаємодії. Принцип відносності поширюється на всі фізичні процеси, а перетворення Галілея замінюються перетвореннями Лоренца, з яких випливає взаємний зв'язок між просторовими координатами і часом.