Специальная теория относительности (СТО) была создана благодаря трудам Альберта Эйнштейна, Анри Пуанкаре и Генрика Антона Лоренца. Следует также отметить вклад Германа Минковского, который создал общепринятое представление о четырехмерном пространстве-времени.
Данная теория пересмотрела фундаментальные понятия классической физики.
Предпосылки к созданию специальной теории относительности
Предпосылкой к созданию специальной теории относительности стали многочисленные опыты по изучению природы света и его поведению в различных системах.
Попытки распространить принципы относительности Галилея на световые явления, описываемые электромагнитной теории Максвелла, показали, что преобразования Галилея не хранят инвариантные законы электромагнитной теории света. В связи с этим перед физиками логично открывались три возможности считать, что:
-
Принцип относительности Галилея распространяется только на механику, а в электродинамике существует некая абсолютная система отсчета. Ее связывали с так называемым всепроникающим эфиром.
-
Принцип относительности Галилея является универсальным. Система уравнений Максвелла без ответа требованиям этому принципу, неверна.
-
Принцип относительности Галилея имеет универсальный характер, система уравнений Максвелла верна, преобразования Галилея не универсальны.
Выбор между этими тремя возможностями необходимо было сделать на основании экспериментальных данных. Однако опытным путем абсолютная система отсчета (то есть эфир) обнаружена не была; система уравнений Максвелла оказалась верной.
Это означает, что преобразования Галилея стоит признать универсальными, а уравнения механики нужно заменить так, чтобы они соответствовали требованиям новых условий перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой.
Последующее постулирование принципов специальной теории относительности
Г. Лоренц, не отвергая гипотезы о существовании неподвижного эфира, разработал теорию, из которой следовало, что определить абсолютную скорость тел (относительно эфира) невозможно. Он нашел преобразования, они названы его именем (их позже уточнил А. Пуанкаре), по которым можно определить наблюдаемые длины и интервалы времени в движущейся системе отсчета. Однако решающую роль в становлении СТО сыграла работа Эйнштейна «К электродинамике движущегося тела», где он дал простой и наглядный анализ понятий пространства и времени, в которых нет места «светоносного эфира», и дал вывод преобразований Лоренца исходя из минимума общих постулатов.
Проанализировав достаточно большое количество опытных данных, Эйнштейн выбрал два наиболее бесспорных положения и построил на них свою теорию относительности. Эти положения называют принципом относительности Эйнштейна и принципом постоянства света.
Оба эти принципа подтверждаются многими экспериментами, которые не входят в число тех, на основании которых они были сформулированы.
Специальная теория относительности пересмотрела фундаментальные понятия классической физики. Для понимания этого нового взгляда необходимо начать с базовых представлений об измерении времени и расстояний. Оказалось, что не все предположения ньютоновской теории наполнены физическим содержанием.
Некоторые важные различия СТО от ньютоновской теории, теряющей силу в СТО:
а) в СТО события, являются одновременными в одной инерциальной системе отсчета, могут быть неодновременными в другой инерциальной системе отсчета;
б) если два наблюдателя движутся друг относительно друга, их часы невозможно синхронизировать. Это существенно отличает СТО, которая согласуется с физическим опытом, от ньютоновского подхода с абсолютным временем, общим для всех систем отсчета.
Возникли трудности с работой по этой теме? У нас вы можете заказать научную статью по физике по низкой цене!
Комментарии