Принцип відносності ейнштейна. Одночасність подій

План

ПРИНЦИП ВІДНОСНОСТІ ЕЙНШТЕЙНА. ШВИДКІСТЬ СВІТЛА У ВАКУУМІ ЯК ГРАНИЧНА ШВИДКІСТЬ. ЗАЛЕЖНІСТЬ МАСИ ВІД ШВИДКОСТІ. РЕЛЯТИВІСТСЬКА ДИНАМІКА

1.ПРИНЦИП ВІДНОСНОСТІ ЕЙНШТЕЙНА. ОДНОЧАСНІСТЬ ПОДІЙ

2.ШВИДКІСТЬ СВІТЛА. ПРОСТОРОВІ ТА ЧАСОВІ ВЛАСТИВОСТІ ФІЗИЧНОГО СВІТУ

3.ЗАКОН ВЗАЄМОЗВ’ЯЗКУ МАСИ ТА ЕНЕРГІЇ

Основою уявлень класичної фізики про простір і час було тлумачення їх як самостійних сутностей, які існують відокремлено одне від іншого. Тобто час плине сам по собі, незалежно від особливостей простору, в якому відбуваються фізичні явища і процеси; вибір початкового моменту та інтервалів часу є умовним, незалежним від подій, що передували їх перебігу. Це означає, що для всіх спостерігачів інтервали часу між одними й тими самими двома подіями однакові. Як наслідок, стверджувалося, що дві події, одночасні для одного спостерігача, неминуче будуть одночасними і для будь-якого іншого.

Простір уявляли «вмістилищем» усього, що існує довкола нас; за своїми властивостями він однорідний (у будь-якій точці його властивості однакові) та ізотропний (однаковий в усіх напрямках). На підставі такого розуміння простору і часу Г. Галілей сформулював принцип відносності, згодом покладений І. Ньютоном в основу класичної механіки.

Принцип відносності Галілея: жодними дослідами в інерціальній системі відліку не можна встановити, в якому стані вона перебуває — рівномірного прямолінійного руху чи спокою.

Перший закон Ньютона: будь-яке тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху доти, доки його не змушують змінити цей стан прикладені до тіла сили.

Класичні уявлення про простір і час передбачали існування абсолютного, нерухомого простору й абсолютного, незалежного від нього часу. Таке їх тлумачення давало змогу знайти зручну систему відліку, відносно якої простіше було описати явища, що відбуваються в безмежному однорідному просторі і рівномірному плині часу. Водночас принцип відносності Галілея стверджував, що закони механіки однакові в усіх системах відліку, що рухаються рівномірно і прямолінійно. Отже, класична механіка спроможна була пояснити широке коло механічних явищ, що відбуваються довкола нас. Це рух тіл з незначними швидкостями порівняно зі швидкістю світла, який спостерігає людина у повсякденному житті, космічний рух планет, розрахунок траєкторій штучних супутників Землі тощо.

Однак, коли на початку XX ст. фізики поринули в пояснення природи електромагнітного випромінювання та закономірностей мікросвіту, де швидкість перебігу подій сумірна зі швидкістю світла, класична фізика виявилася безпорадною. Як з'ясувалося, перегляду потребували самі її основи — уявлення про простір і час.

У 1905 р. Альберт Ейнштейн поширив принцип відносності Галілея на всі фізичні явища і припустив, що швидкість поширення світла є однаковою в усіх системах відліку і не залежить від руху тіла, що його випромінює; вона є граничною у передачі будь-якої взаємодії чи поширенні імпульсу. Ці два постулати, названі Ейнштейном принципами спеціальної теорії відносності (скорочено — СТВ), змусили переглянути спрощені уявлення про простір і час, якими керувалася класична фізика, і дати узагальнене їх тлумачення.

Принципи спеціальної теорії відносності:

1) в усіх інерціальних системах відліку, незалежно від стану їхнього руху, фізичні явища відбуваються за однаковими законами;

2) швидкість поширення світла є сталою для всіх інерціальних систем відліку і не залежить від їхнього руху.

Континуум ( від лат. continuum) — безперервний, нерозривний, суцільний.

Насамперед СТВ об'єднала їх в єдиний континуум — простірчас. За таких умов кожне явище, наприклад, розглядається в чотиривимірній системі координат (х, у, z, t), тобто кожній події, кожному явищу відповідає не лише просторова визначеність їх координат, а й пов'язана з ними часова характеристика їх перебігу. Це не механічне об'єднання простору і часу, коли до системи координат долучається годинник, а спільна, поєднана інтерпретація явищ у просторово-часовому вимірі. Таке розуміння простору і часу (вірніше простору—часу) привело до зміни сутнісних положень фізики, зокрема одночасності подій, сповільнення часу і скорочення довжини.

Теорія відносності спростувала твердження класичної фізики про одночасність подій для будь-якого спостерігача. Розглянемо поширення світлового променя одночасно в нерухомій і рухомій системах відліку. Нерухомий спостерігач фіксує надходження імпульсів від обох джерел світла одночасно. Нехай у відносно нерухомій системі відліку перебуває спостерігач (мал. 5.1).

На однаковій відстані l від нього справа і зліва знаходяться сполучені з годинниками джерела світла А і В, які періодично випромінюють світловий імпульс. У певний момент часу, зафіксований лівим годинником, джерело світла А посилає імпульс у напрямку спостерігача. У цей самий час такий же імпульс випромінює і джерело світла В.

Оскільки відстані від спостерігача до джерел світла однакові, то й час поширення світла також буде однаковим, адже a c=const. Якщо спостерігач зафіксує надходження імпульсів від обох джерел світла одночасно, то за такої умови можна дійти висновку, що в точках А і В події (у цьому разі випромінювання світла) відбулися одночасно.

Спостерігач, що рухається в напрямі до одного із джерел світла і віддаляється від іншого, фіксуватиме надходження імпульсів не одночасно. Нехай тепер спостерігач наближається до одного із джерел світла (мал. 5.2), наприклад до правого. У цьому разі він спостерігатиме іншу картину. Імпульс від джерела світла В надійде до нього раніше, ніж від джерела А, оскільки за час поширення імпульсу спостерігач наблизиться до джерела світла В і віддалиться від джерела A: Звідси: t_A > t_B, оскільки l_А >l_B, а швидкість світла с = const. Тому для рухомого спостерігача час поширення світла від джерел А і В буде різним, і для рухомої системи відліку момент випромінювання світла не буде одночасним.

Отже, дві події, що відбуваються в різних точках простору і є одночасними в одній системі відліку, не будуть одночасними в іншій.

Фізичні явища або події, що відбуваються одночасно в одній системі відліку, будуть неодночасними в іншій системі відліку.

Цей парадоксальний для класичної фізики висновок, зроблений А. Ейнштейном на початку XX ст., змусив переглянути усталені уявлення про простір і час, які протягом тривалого часу успішно впорядковували повсякденний досвід людини.

Дата добавления: 2014-01-06