Общая теория относительности

Специальная теория относительности

Принципы симметрии и законы сохранения

Понятие симметрии в естествознании: инвариантность относительно тех или иных преобразований

Эволюция как цепочка нарушений симметрии

Простейшие симметрии:

- однородность (одинаковые свойства во всех точках)

- изотропность (одинаковые свойства во всех направлениях)

Симметрии пространства и времени:

- однородность пространства

- однородность времени

- изотропность пространства

Анизотропность времени

Теорема Нётер как общее утверждение о взаимосвязи симметрий с законами сохранения

Закон сохранения энергии как следствие однородности времени

Закон сохранения импульса (количества поступательного движения) как следствие однородности пространства

Закон сохранения момента импульса (количества вращательного движения) как следствие изотропности пространства

Принцип относительности Галилея

Принцип относительности (первый постулат Эйнштейна): законы природы инвариантны относительно смены системы отсчёта

Инвариантность скорости света (второй постулат Эйнштейна)

Постулаты Эйнштейна как проявление симметрий пространства и времени

Основные релятивистские эффекты (следствия из постулатов Эйнштейна):

- относительность одновременности

- относительность расстояний (релятивистское сокращение длин)

- относительность промежутков времени (релятивистское замедление времени)

- инвариантность пространственно-временного интервала между событиями

- инвариантность причинно-следственных связей

- единство пространства-времени

- эквивалентность массы и энергии

Соответствие СТО и классической механики: их предсказания совпадают при малых скоростях движения (гораздо меньше скорости света)

Общая теория относительности (ОТО): распространение принципа относительности на неинерциальные системы отсчета

Принцип эквивалентности: ускоренное движение неотличимо никакими измерениями от покоя в гравитационном поле

Взаимосвязь материи и пространства-времени: материальные тела изменяют геометрию пространства-времени, которая определяет характер движения материальных тел.

Соответствие ОТО и классической механики: их предсказания совпадают в слабых гравитационных полях

Эмпирические доказательства ОТО:

- отклонение световых лучей вблизи Солнца

- замедление времени в гравитационном поле

- смещение перигелиев планетных орбит

Вопросы на семинар для самостоятельной работы:

1. Сформулируйте содержание первого постулата СТО и его область применения

2. Сформулируйте содержание второго постулата СТО.

3. Перечислите основные эффекты и следствия СТО. Были ли эти эффекты подтверждены экспериментально?

4. В чем заключается единство и связь четырехмерного континуума пространства-времени? Пространственно-временной инвариант.

5. Проиллюстрируйте конкретными примерами значение понятий абсолютность и относительность.

6. В чем заключается принцип соответствия. При каких условиях релятивистские эффекты становятся существенными?

7. От чего зависит наблюдение одновременности событий? Влияет ли выбор системы отсчета на очередность причинно-связанных событий во времени?

8. Укажите причины, которые привели к пересмотру идей классической механики и проблемы тяготения.

9. Что такое инертная и гравитационная массы?

10. Перечислите основные идеи ОТО.

11. Каким образом описывается механизм тяготения (гравитации) в ОТО?

12. Перечислите основные эффекты ОТО. Были ли эти эффекты подтверждены экспериментально?

13. Какими свойствами обладает пространство-время с позиции ОТО? От чего зависят эти свойства?

14. Есть ли границы применимости идей СТО и ОТО?

15. Каково значение в мировой культуре идей СТО и ОТО? Получили ли эти идеи отражение в других формах деятельности человека (философии, искусстве, религии)?

Литература:

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М. 2008.
2. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М. 2009.

Посмотрите фильмы:

1. «Что такое теория относительности» (ЦНФ. 1961. реж. С.Райтбурт)

(Часть1 http://narod.ru/disk/62179963001.f834148de057a5e9a6bf6d1f71c02c8e/%D0%A1%D0%A2%D0%9E1.mp4.html

Часть 2 http://narod.ru/disk/62180856001.604be3cf0adc66072abda47f6fac174e/%D0%A1%D0%A2%D0%9E2.mp4.html)

2. «100 великих открытий. Астрономия» http://video.mail.ru/mail/d.firs.75/227/1514.html - с 16 по 21 минуты - фрагмент об аномалиях движения перигелия Меркурия и искривлении лучей света в поле тяготения.

3. «Вселенная Хоукинга» (NG: С «точки зрения науки»).http://rutube.ru/tracks/2833575.htmlС 7 минуты – фрагмент, иллюстрирующий искривление пространства-времени под действием масс тяготения.

4. «Элегантная Вселенная» http://www.youtube.com/watch?v=4zoBgBE9C0g&feature=related – С 11 минуты – фрагмент о проблемах теории тяготения Ньютона и идее искривления пространства-времени в ОТО Эйнштейна.

Дата добавления: 2014-01-11