КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Развитие представлений о пространстве и времени
Теории света В 1672 г. Ньютон изложил корпускулярную концепцию света. В соответствии с ней свет представляет собой поток «световыx частиц», наделенных изначальными неизменными свойствами и взаимодействующих с телами на расстоянии. Корпускулярная теория хорошо объясняла аберрацию и дисперсию света, но плохо объясняла интерференцию, дифракцию и поляризацию света. Вместе с тем Гюйгенсом в 1690 г. была высказана волновая теория света, в соответствии с которой свет – это волновое движение в эфире. В начале XIX в. в поле зрения физиков попадают вопросы интерференции, дифракции и поляризации света, которые неудовлетворительно объяснялись корпускулярной теорией. Это приводит к возрождению, казалось, забытых идей волновой оптики. В 1799 г. врач Т. Юнг поставил опыт, демонстрирующий явление интерференции света от двух источников. В 1818 г. Френель представил работу о дифракции света. В 1850 г. французский физик Ж.Б. Фуко показал, что скорость света в воде меньше, чем в воздухе, и тем самым окончательно подтвердил волновую теорию света. Во второй половине XIX в. физики все чаще анализируют фундаментальные основания классической механики. Прежде всего, это касается понятий пространства и времени. Рядом физиков вместо понятия абсолютной системы отсчета вводится понятие инерциальной системы отсчета (это системы, которые движутся прямолинейно и равномерно относительно друг друга). Переход от одной инерциальной системы к другой осуществляется в соответствии с преобразованиями Галилея.
Рис. 1. Преобразования Галилея Если система отсчета X101Y1 (рис. 1) движется прямолинейно и равномерно со скоростью v относительно системы отсчета XOY в течение времени t, то 001 = vt, а координаты точки Р этих системах отсчета связаны между собой следующими соотношениями: X1=X-vt, Y1 =Y, t1 =t. Преобразования Галилея в течение столетий считались само собой разумеющимися и не нуждающимися в обосновании. Но время показало, что это не так.
3.5.5 Великие открытия конца XIX начала XX века, которые привели к новой научной революции. КонецXIX в. в истории физики отмечен рядом принципиальных открытий, которые привели к научной революции на рубеже XIX—XX вв. В 1895 г. Рентген обнаружил лучи, получившие впоследствии название рентгеновских. Были выяснены необычные свойства этих лучей (способность проходить через светонепроницаемые тела, ионизировать газы и т.д.), но их природа оставалась неясной. Открытие Томсоном первой элементарной частицыэлектрона и определение его заряда и массы. В 1896 г. Беккерель открыл явление самопроизвольного излучения урановой соли. К великим открытиям второй половины XIX в. следует также отнести создание Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеевым, экспериментальное обнаружение электромагнитных волн Герцем, открытие явления фотоэффекта, проанализированное А.Г. Столетовым. В этом же ряду обнаружение того, что отношение заряда электрона к его массе не является постоянной величиной, а зависит от скорости электрона. Ситуацию, сложившуюся в физической науке на рубеже XIX—ХХ вв. А. Пуанкаре назвал кризисом физики.
Тема 4. Современная физическая картина мира. Научная революция в физике начала XX в.: возникновение релятивистской и квантовой физики.
4.1 Фундаментальные противоречия в основаниях классической механики Создание теории электромагнитного поля поставили перед физиками задачу выяснить, распространяется ли принцип относительности движения Галилея (во всех инерциальных системах, т.е. движущихся прямолинейно и равномерно друг по отношению к другу, применимы одни и те же законы механики), справедливый для механических явлений, на электромагнитное поле?
Рисунок 2.
Допустим система X'Y'0' (рис. 2) с источником света (скорость света с) движется со скоростью V по отношению к неподвижной системе XYO. Тогда в соответствии с принципом относительности: · для наблюдателя в системе X'Y'0' скорость света будет одинаковаи равна с; · для наблюдателя в системе XYO скорость света будет различной и равна V1 = с ± V. Вместе с тем ряд опытов, которые были поставлены еще в XIX в., показал, что скорость света всегда одинакова во всех системах координат независимо от того, движется ли излучающий его источник или нет, и независимо от того, как он движется Такой эксперимент в 1887 г. был проведен А. Майкельсоном. Он сравнил время прохождения светом определенного расстояния S туда и обратно – первый раз вдоль движения Земли, а второй раз, в направлении, перпендикулярном этому движению. Результаты этого эксперимента достоверно свидетельствовали, что на скорость света не влияет движение Земли. Для того чтобы объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона, Г.А. Лоренц высказали в 1892 г. гипотезу, согласно которой размеры каждого движущегося в эфире тела уменьшаются в направлении движения относительно эфира в 1/(1 - v2/с2)1/2 раз. Эта гипотеза чисто формально объясняла отрицательный результат опыта Майкельсона, не давая никаких разумных теоретических объяснений причин изменения размеров тел, и вместо преобразований Галилея ввел новую формальную систему преобразований, которая получила название «преобразования Лоренца»: ; ; Таким образом, к рубежу XIX—XX вв. развитие физики привело к осознанию противоречий и несовместимости трех принципиальных положений классической механики:
1) скорость света в пустом пространстве всегда постоянна, независимо от движения источника или приемника света; 2) в двух системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга, все законы природы строго одинаковы (принцип относительности); 3) координаты и скорости преобразовываются из одной инерциальной системы в другую согласно классическим преобразованиям Галилея. Было ясно, что эти три положения не могут быть объединены, поскольку они несовместимы.
4.2. Создание А. Эйнштейном специальной теории относительности В сентябре 1905 г. в немецком журнале «Annalen der Physik» появилась работа А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел». Эйнштейн сформулировал основные положения СТО, которые объясняли и отрицательный результат опыта Майкельсона, и смысл преобразований Лоренца и, кроме того, содержали новый взгляд на пространство и время. Принципы СТО: · Всеобщий принцип относительности: и в отношении электромагнитных явлений, а не только механических, все инерциальные системы координат совершенно равноправны. · Постоянство скорости света во всех инерциальных системах отсчета. Выводы о закономерностях пространственно-временных отношений вещей: 1. Длина тела, измеренная разными наблюдателями, которые движутся относительно друг друга с различными скоростями, должна быть различна. 2. Промежуток времени, в течение которого длится какой-либо процесс, различен, если измерять его движущимися с различной скоростью часами. 3. Масса тела также является относительной величиной, зависящей от скорости, а между массой тела и его полной энергией существует определенное соотношение. Он формулирует следующий закон: «масса тела есть мера содержащейся в нем энергии» в соотношении Е = тс2. Создание СТО было качественно новым шагом в развитии физического познания. От классической механики СТО отличается тем, что в физическое описание релятивистских явлений органически входит наблюдатель со средствами наблюдения. Описание физических процессов в СТО существенно связано с выбором системы координат. Физическая теория описывает не физический процесс сам по себе, а результат взаимодействия физического процесса со средствами исследования.
4.3. Создание и развитие общей теории относительности Классическая механика и СТО формулируют закономерности физических явлений только для инерциальных систем отсчета, не предлагая средств для реального выделения таких систем. Вполне закономерно возникла проблема, как распространить законы физики и на неинерциальные системы. Возможность реализации этой идеи Эйнштейн увидел на пути обобщения принципа относительности движения – распространение принципа относительности не только на скорость, но и на ускорение движущихся систем. Если не приписывать абсолютный характер не только скорости, но и ускорению, то в таком случае выделенность класса инерциальных систем потеряет свой смысл и можно так формулировать физические законы, чтобы их формулировка имела смысл в отношении любой системы координат. Это и есть содержание общего принципа относительности. Это означает, что точно так же, как нельзя говоритьо скороститела вообще безотносительно к какому-нибудь телу, так, очевидно, иускорение имеет конкретный смысл по отношению к некоторому фактору, вызывающему и определяющему его.
Дата добавления: 2015-06-28; Просмотров: 399; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |