В 1905 году появилась фундаментальная работа А. Эйнштейна "К электродинамике движущихся тел". Именно с этим трудом связывают рождение специальной теории относительности. В этой связи появился абсолютно новый подход к фундаментальным вопросам пространства и времени.
Как говорил сам Эйнштейн, теория относительности начинается с двух постулатов:
. Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся равномерно и прямолинейно относительно друг друга.2. Все законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно относительно друг друга.
Таковы два основополагающих принципа специальной теории относительности - принцип постоянства скорости света и принцип относительности.
Из постулата постоянства скорости света как следствие вытекает относительность одновременности: два любых события, разделенных в пространстве, одновременны в одной системе отсчета и неодновременны в другой.
Относительность расстояний - это второе следствие, вытекающее из постулатов специальной теории относительности: расстояние не является абсолютной величиной, а зависит от скорости движения тела относительно данной системы отсчета. Таким образом, относительность расстояний непосредственно связана с относительностью одновременности.
Явление замедления времени обнаружено экспериментально при наблюдении распада элементарных частиц, движущихся короткое время. Чем быстрее движется частица, тем больше время ее жизни. Так как скорости элементарных частиц могут быть очень близкими к скорости света, то увеличение времени жизни обнаруживается на опыте. Оно может оказаться больше времени жизни покоящейся или медленно движущейся частицы в несколько раз.
Теория относительности позволяет предсказать увеличение времени жизни движущейся частицы без исследования того, почему частица вообще распадается. В этом и проявляется огромная ценность этой теории.
Интересным также является "парадокс близнецов". Суть его состоит в том, что если один из братьев-близнецов отправится в далекое космическое путешествие с околосветовой скоростью, то по своим часам он проживет в экспедиции собственное время; по часам же оставшегося на Земле брата пройдет гораздо большее время. Следовательно, путешествующий брат будет моложе оставшегося на Земле. Но согласно принципу относительности, братья-близнецы равноправны, и рассуждения можно обратить. В этом случае брат-путешественник должен считать себя старше брата-землянина.
Объяснение этого парадокса есть у самого Эйнштейна. Дело в том, что космический корабль, на котором отправился один из братьев, не все время являлся инерциальной системой отсчета. При запуске корабля или же облете какого-нибудь космического объекта и приземлении скорость корабля изменяется, а система, движущаяся ускоренно, является неинерциальной. Таким образом, никакого парадокса не существует, т.к. в рамках специальной теории относительности земная (инерциальная) и корабельная (неинерциальная) системы отсчета неравноправны.
Вытекающее из теории относительности представление о том, что размеры предметов и интервалы времени не являются абсолютными, а зависят от скорости движения, кажутся противоречащими повседневному опыту. Дело в том, что в повседневной жизни человек взаимодействует только с телами, которые движутся намного медленнее скорости света, и, следовательно, все релятивистские эффекты практически незаметны.
Человек привык к медленным движениям и лишен возможности в полной мере представить себе процессы, протекающие при скоростях, близких к скорости света. Такие процессы недоступны ни органам чувств, ни воображению. Эти процессы возможно оценить только посредством использования современных экспериментальных установок, с помощью которых удалось открыть законы природы при больших скоростях движения.
Относительность - это основное свойство механического движения. Зависимость траектории, пути, перемещения и скорости одной и той же материальной точки от выбора системы отсчета называется относительностью движения.
Заключение
В данной работе мы рассмотрели две основные теории относительности - эволюционную и специальную, выработанную А. Эйнштейном.
Пространство отражает такие свойства материальных объектов, как протяженность и порядок взаимного расположения. Время отражает такие свойства процессов, как последовательность и длительность. Пространство и время бесконечны.
Инвариантность пространственных и временных интервалов является отражением свойств симметрии физического мира.
Механическое движения - это простейший вид движения, заключающегося в изменении положения тел в пространстве с течением времени.
С течением времени положение материальной точки в пространстве изменяется. Это соответствует изменению ее положения в мире событий. Ввиду непрерывности времени данная последовательность точек в мире событий также непрерывна и их можно соединить линией, которая называется мировой линией.
Эволюционная относительность пространства и времени принципиально отличается от специальной теории относительности А. Эйнштейна не только скоростью процессов, но и механизмом релятивистских эффектов, что проявляется в различии основных формул.
В специальной теории относительности рассматривается внешнее физическое движение объектов, а в качестве инварианта постулируется скорость света, которая рассматривается как абсолютная физическая величина, не зависящая от времени и пространства. В эволюционной теории относительности рассматривается внутреннее движение материи, которое связано с развитием и самоорганизацией в процессе эволюции и по сравнению со скоростью света характеризуется "сверхмедленной" скоростью процессов развития. Относительность переменных сопровождается постоянством (инвариантностью) скорости внутренних процессов.
Два основополагающих принципа специальной теории относительности - принцип постоянства скорости света и принцип относительности.
Вытекающее из теории относительности представление о том, что размеры предметов и интервалы времени не являются абсолютными, а зависят от скорости движения, кажутся противоречащими повседневному опыту.
Эти выводы были сделаны при рассмотрении вопроса об относительности пространства и времени в природе. Во многом эти категории однородны и имеют неразрывную взаимосвязь.
Список использованной литературы
1. Блудов М.И. Беседы по физике. Ч.1. - М., 1964. - С. 96-97
2. Броштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. - М., 1980. - С. 420-432
. Брычков Ю.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования обобщенных функций. - М., 1977. - С. 102-107
. Девис П. Суперсила. Поиски единой теории Природы. - М., 1989. - С. 168-173
. Дубнищева Е.Я. Концепции современного естествознания. - Новосибирск, 1997. - С. 64-66
. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. - М., 1976. - С. 36-39
. Кэри У. В поисках закономерностей развития Земли и Вселенной. - М., 1991. - С. 225
. Мотылева Л. и др. Концепция современного естествознания. - СПб., 2000. - С. 56-60
. Никифоров А.Ф., Уваров В.Б. Специальные функции математической физики. - М., 1978. - С. 124-129
. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. 1. - М., 1976. - С. 24-32
. Смит Дж. Модели в экологии. - М., 1976. - С. 58
. Суханов А.Д., Голубева О.Н. Концепция современного естествознания. - М., 2000. - С. 45
. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. - М., 1972. - С. 44-48
. Шугрин С.М. Космическая организованность биосферы и ноосферы. - Новосибирск, 1999. - С. 27