Введение. Элементы специальной теории относительности

Элементы специальной теории относительности

ЛЕКЦИЯ 10

К концу XIX века накопились опытные факты, которые вступили в противоречие с законами классической механики. Большие затруднения возникли при попытках применить механику Ньютона к объяснению распространения света. Примеры:

1. Установленный экспериментальный факт – конечность и абсолютность скорости света в вакууме.

Исключительную роль в развитии представлений о пространстве и времени сыграла теория Максвелла. К началу XX века эта теория стала общепризнанной. Предсказанные теорией Максвелла электромагнитные волны, распространяющиеся с конечной скоростью, уже нашли практическое применение – в 1895 году было изобретено радио (А. С. Попов). Но из теории Максвелла следовало, что скорость распространения электромагнитных волн в любой инерциальной системе отсчета имеет одно и то же значение, равное скорости света в вакууме с = 3*10⁸ м/с.

Никакими физическими опытами не удалось установить изменение скорости света при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую. Опыт Майкельсона.

Никакими физическими опытами не обнаружены частицы, которые движутся со скоростью, большей скорости распространения электромагнитных волн. Кроме того, никакими опытами не удавалось разогнать элементарную частицу до скорости, равной скорости света.

Концепция классической механики о движении не допускает возможности абсолютной скорости у материальных объектов:

По закону сложения скоростей в классической механике

V=V₁+V₂

здесь V – скорость тела относительно неподвижной системы отсчета

V₁ - скорость тела относительно движущейся системы отсчета

V₂- скорость движущейся ИСО относительно неподвижной.

По классическому закону сложения скоростей невозможно равенство V=V₁ при V₂≠0.

2. Обнаружено, что время жизни покоящейся частицы меньше времени жизни такой же частицы, движущейся с околосветовой скоростью.

3. Превращения элементарных частиц. Установлено, что суммарная масса системы частиц до взаимодействия отличается от массы частиц, образованных в результате взаимодействия.

4. Многие электромагнитные явления также не объясняются классическими представлениями. Пример: Сила Лоренца действует на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. При этом траектория частицы искривляется. Но если перейти в систему отсчета, связанную с частицей, сила Лоренца действовать не должна. Следовательно, в этой системе траектория должна оставаться прямолинейной. Но искривление траектории – это абсолютное событие, которое либо происходит, либо нет. Парадокс решается в рамках теории относительности.

Итог: экспериментальные результаты протекания различных физических явлений не удается понять и описать в рамках постулатов и законов классической механики.

Специальная (или частная) теория относительности (СТО) представляет собой современную физическую теорию пространства и времени. Наряду с квантовой механикой СТО служит теоретической базой современной физики и техники.

СТО часто называют релятивистской теорией, а специфические явления, описываемые этой теорией, – релятивистскими эффектами. Эти эффекты наиболее отчетливо проявляются при скоростях движения тел, близких к скорости света в вакууме c ≈ 3·10⁸ м/с.

Специальная теория относительности была разработана в начале XX века усилиями А. Эйнштейна, Г. А. Лоренца, А. Пуанкаре.

Дата добавления: 2014-01-06