Элементы специальной теории относительности

В своей работе “К электродинамике движущихся тел”, опубликованной в 1905г Эйнштейн сформулировал более точную теорию механики быстродвижущихся тел - специальную теорию относительности.(1) Специальная теория относительности (СТО) применима для тел, движущихся со скоростью, близкой к скорости света в вакууме Исходными для построения теории относительности являются два закона природы, получившие подтверждение в самых различных явлениях движения. Эти законы были сформулированы Эйнштейном в следующем виде: 1. “Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, находящихся относительно друг друга в равномерном поступательном движении, эти изменения состояния относятся”. 2. “Каждый луч света движется в “покоящейся” системе координат с определенной скоростью, независимо от того, испускается этот луч света покоящимся или движущимся телом”. Первый закон распространяет закон эквивалентности инерциальных систем(закон относительности классической механики Галилея - Ньютон) на широкий класс физических явлений.

Второй закон устанавливает постоянство скорости света независимо от скорости движения источника света.(1) Второй закон кажется наиболее парадоксальным.

В самом деле, при изучении движения тел со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света, мы убеждаемся и теоретически, и экспериментально, что скорость тела относительно неподвижной системы координат зависит от движения “платформы”, с которой бросание тела производится.

Так мяч, брошенный в направлении движения поезда, будет иметь по отношению к Земле большую скорость, нежели мяч, брошенный с неподвижного поезда. Для случая прямолинейного движения результирующая скорость будет равна алгебраической сумме слагаемых скоростей.При движении платформы и тела в одну сторону результирующая скорость будет равна арифметической сумме скоростей и будет подсчитываться по формуле: рез. = , где v рез. Есть результирующая скорость тела по отношению к Земле, - скорость платформы, - скорость тела по отношению к платформе.

Из этого уравнения следует, что результирующая скорость всегда меньше скорости света. Даже в предельном случае, когда = с, = с, Существенные изменения претерпевают и другие понятия механики.Масса тела в задачах специальной теории относительности зависит от скорости движения тела. В этой формуле - масса тела при v = 0 (масса “покоя”), m - масса тела, движущегося со скоростью v, и масса тела неограниченно возрастает, если его скорость приближается к скорости света.

Время в теории относительности не является универсальным; для движущегося наблюдателя время течет медленнее, чем для неподвижного. Связь времен, показываемых покоящимися и движущимися часами, определяется формулой: где - время, отсчитываемое неподвижными часами, а t - время, показываемое часами, движущимися со скоростью v относительно неподвижной системы.Для обычных задач механики величина очень мала по сравнению с единицей, и механика Ньютона дает весьма точные результаты.

При скоростях, близких к скорости света, уточнения, даваемые теорией относительности, приобретают принципиальный характер и в настоящее время, например, конструирование ускорителей, определение времени жизни элементарных частиц и экспериментальное определение массы быстродвижущихся тел не могут быть произведены без учета результатов, вытекающих из специальной теории относительности.(3) Литература: 1.Детская энциклопедия. Том 3 2 А.И.Маркушевич, А.М.Кузнецова, И.В.Петрянов Вещество и энергия. 3. Сополов Е.Ф. КСЕ.