Роль специальной теории относительности в современной естественно научной картине мира

В отличие от теоретических моделей и теорий, предлагаемых для объяснения конкретных физических явлений, специальная теория относительности затрагивает наиболее общие представления о материи и формах ее существования – пространства и времени. Она наполняет эти понятия новым содержанием и дает более реалистичную картину мира. То, что раньше считалось незыблемым, абсолютным, оказалось изменяющимся, относительным: пространство и время взаимосвязаны, время течет по-разному в разных ИСО, понятия длина предмета, одновременность двух событий, промежуток времени между событиями являются относительными и т.д.

Но это не означает, что все в природе относительно: С.Т.О. предложила вместо старого новый набор инвариантных, абсолютных величин, таких как: 1) скорость света с в вакууме; 2) собственная длина l₀ предмета; 3) собственный промежуток времени ∆t₀ между двумя событиями; 4) масса m₀ покоя тела; 5) энергия W₀ покоя тела; 6) причинно-следственная связь; 7) электрический заряд q; 8) пространственно-временной интервал 9) величина .

Последние (8 и 9) инварианты С.Т.О. связаны с модулями четырехмерного радиус-вектора и четырехмерного импульса в четырехмерном пространстве координат и времени (пространство и время в С.Т.О. взаимосвязаны и поэтому вводится такое пространство). В этом пространстве при переходе от одной ИСО к другой, т.е. при преобразованиях Лоренца, происходит поворот этих векторов, при котором составляющие векторов изменяются, а их модули остаются неизменными.

Конечно, в повседневной жизни скорости движения различных тел существенно меньше скорости света в вакууме и поэтому, в основном, используются формулы классической механики. Но для частиц малой массы (микрочастиц, таких как, электрон, нейтрон, протон, атомы и т.д.) при анализе их движения необходимо учитывать релятивистские эффекты и это подтверждает справедливость теории.

Логическим завершением С.Т.О. явилось создание А. Эйнштейном в 1916 г. общей теории относительности (О.Т.О.), которая является современным учением о влиянии тел, их полей тяготения на свойства пространства и времени.

В основе этой теории лежит принцип эквивалентности инертной и гравитационной массы тела. Согласно этому принципу масса тела, определяемая вторым законом Ньютона (инертная масса) и законом всемирного тяготения (гравитационная масса) эквиваленты. Это означает, что находясь в лифте человек не может сказать почему он давит на его пол: либо лифт неподвижен и находится во внешнем поле тяготения, либо лифт движется равноускоренно в отсутствии внешних гравитационных полей. Этот принцип позволил учесть в уравнениях движения наличие тел, полей тяготения как фактор, искривляющий пространство и время.

Решение этих сложных уравнений, в частности, привело к созданию модели расширяющейся Вселенной, подтвержденной рядом косвенных доказательств (разбегание галактик от определенного центра, реликтовое излучение и т.д.) и к предсказанию целого ряда конкретных фактов, в последствии обнаруженных на опыте, таких как искривление траектории световых лучей вблизи массивных тел, замедление хода времени в гравитационных полях, открытие черных дыр, в которые может превратиться звезда, израсходовав запас своего термоядерного горючего.

Общая теория относительности и механика движения частиц малой массы, квантовая механика, являются в настоящее время наиболее современными теориями, находящимися на передовом крае познания естественно научной картины мира.