Концепция относительности пространства и времени.

 

В классической механике справедлив механический принцип отно- сительности Галилея: законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Это значит, что в разных инерциальных системах отсчета все механические процессы при одних и тех же условиях проте- кают одинаково. Следовательно, с помощью любых механических экс- периментов, проведенных в замкнутой системе тел, нельзя установить покоится эта система или движется равномерно и прямолинейно относи- тельно какой- либо инерциальной системы отсчета. Поэтому механиче- ский принцип относительности свидетельствует о равноправности всех инерциальных систем и отсутствии какой-то особой инерциальной сис- темы, относительно которой можно было бы рассматривать механиче- ское движение как «абсолютное движение». Во всех подобных системах движения являются ковариантными и выражаются одной и той же мате- матической формулой. Пространство и время в классической механике обособлены от движения материальных тел.

В специальной теории относительности, созданной американским физиком А.Эйнштейном было установлено:

a) Всякое движение может определяться только по отношению к дру-

гим телам, взятым за системы отсчета.

b) Пространство и время взаимосвязаны, время является четвертой координатой для описания движения.

c) В любой инерциальной системе отсчета скорость света в вакууме имеет одну и ту же величину для любого направления.

d) Переход от одной инерциальной системы к другой при очень больших скоростях их относительного движения осуществляется с помощью преобразований Лоренца:

t-bx

 

x ¢ =

x - vt

1 -b2 ,

 

y ¢ = y ,

 

z ¢ = z ,

 

t ¢ =

c

1-b2 ,

где x,y,z,t- координаты системы S;

x ¢, y ¢, z ¢, t ¢ - координаты системы

S ¢;

v - скорость системы

S¢в направлении оси x ,

 

лея

измеренная в системе S;

С - cкорость света в вакууме; b=vc.

При b®0преобразования переходят в преобразования Гали-

(имеющими место в классической механике):

x ¢ =

x - vt ,

y ¢=y ,

z¢=z,

t¢=t.

В таких системах отсчета время течет одинаково (является инвариант-

ной величиной ).

В релятивисткой механике справедливы соотношения:

m

 

l ¢ = l 1 - b 2

 

, Dt ¢ =

Dt

,

1 - b 2

m¢ =

 

1 - b 2 ,

 

E ¢ =

E

 

1-b2

 

, т.е.

движение со скоростью близкой к скорости света в вакууме приводит к

замедлению времени t , cокращению длины

l, возрастанию массы m

и энергии E.

Движение со скоростью больше c

стают быть действительными ).

 

невозможно ( выражения пере-

При b®0 величины l,Dt,m,E

 

 

являются инвариантными.