Основні положення спеціальної теорії відносності






1. Досвіди Майкельсона — Морлі
Свого часу, користуючись аналогією між явищами поширення звуку і світла, фізики ввели спеціальне середовище, так званий «ефір», у якому світло поширюється в такий же спосіб, як і звук у повітрі. Подібно до того, як у системі відліку, що рухається відносно повітря, виникає вітер, під час руху відносно ефіру мав бути виявлений «ефірний вітер».
Дослід з виявлення «ефірного вітру» був поставлений у 1881 р. американськими вченими А. Майкельсоном та Е. Морлі. У цьому досліді порівнювалася швидкість світла в напрямі руху Землі й у перпендикулярному напрямі. Експерименти ставили в різний час доби й різні пори року, але завжди отримували негативний результат: рух Землі відносно ефіру виявити не вдалося. Цей дослід мав вирішальне значення для теорії відносності й образно був охарактеризований як «найзначніший з усіх негативних результатів в історії науки».
Отже, ідея про існування переважної системи відліку не витримала дослідної перевірки. У свою чергу, це означало, що ніякого особливого середовища — «світлового ефіру», з яким можна було б пов’язати таку переважну систему відліку, не існує.
2. Постулати теорії відносності
На межі XIX і XX ст. фізика пережила глибоку кризу. Щоб правильно пояснити досліди А. Майкельсона й Е. Морлі, необхідно було відмовитися від звичних уявлень про простір і час.
Цю проблему вдалося розв’язати скромному службовцю патентного бюро у швейцарському місті Берні Альберту Ейнштейну.
У своїй роботі Ейнштейн без жодного нового експерименту, проаналізувавши й узагальнивши вже відомі дослідні факти, уперше виклав ідеї теорії відносності, які докорінно змінили звичні уявлення про властивості простору й часу.
Альберт Ейнштейн стверджував, що законом природи є цілковита рівноправність усіх інерціальних систем відліку щодо не лише механічних, але й електромагнітних процесів. Немає жодної відмінності між станом спокою й станом рівномірного прямолінійного руху. Принцип відносності — головний постулат теорії Ейнштейна. Перший постулат Ейнштейна:
O  усі явища природи в усіх інерціальних системах відліку протікають однаково й описуються однаковими рівняннями.
Це означає, що в усіх інерціальних системах відліку фізичні закони мають однакову форму. Отже, принцип відносності класичної механіки узагальнюється щодо всіх процесів у природі, у тому числі й електромагнітних.
Другий постулат стверджує сталість швидкості світла в усіх ІСВ:
O  швидкість світла у вакуумі — величина абсолютна, інваріантна щодо всіх ІСВ і не залежить від швидкості руху джерела або приймача сигналу.
Таким чином, швидкість світла займає особливе положення. Навіть більше, як випливає з постулатів теорії відносності, швидкість світла у вакуумі є максимально можливою швидкістю передачі взаємодій у природі.
Постулати СТВ явно суперечать класичним уявленням. Розглянемо такий уявний експеримент: у момент часу t = 0, коли координатні осі двох інерціальних систем К й К" збігаються, у загальній точці початку координат відбувся короткочасний спалах світла. За час t системи змістяться відносно одна одної на відстань Основні положення СТВ - Релятивістська механіка - МЕХАНІКА - УСІ УРОКИ ФІЗИКИ 10 клас - конспекти уроків - План уроку - Конспект уроку - Плани уроків - розробки уроків з фізики - ФІЗИКАt, а сферичний хвильовий фронт у кожній системі матиме радіус ct (див. рис.), тому що системи рівноправні й у кожній з них швидкість світла дорівнює с.

Основні положення СТВ - Релятивістська механіка - МЕХАНІКА - УСІ УРОКИ ФІЗИКИ 10 клас - конспекти уроків - План уроку - Конспект уроку - Плани уроків - розробки уроків з фізики - ФІЗИКА

З точки зору спостерігача в системі К, центр сфери знаходиться в точці 0, а на думку спостерігача в системі К", він перебуватиме в точці 0". Отже, центр сферичного фронту одночасно перебуває у двох різних точках!
Причина такого непорозуміння криється не в протиріччі між двома принципами СТВ, а в припущенні, що положення фронтів сферичних хвиль для обох систем належить до того самого моменту часу. Це припущення викладене у формулах перетворення Галілея, згідно з якими час в обох системах спливає однаково: t = t".
Отже, постулати Ейнштейна суперечать не між собою, а формулам перетворення Галілея. Тому на зміну Галілеєвим перетворенням СТВ запропонувала інші формули перетворення під час переходу з однієї інерціальної системи в іншу — так звані перетворення Лоренца, які за швидкостей руху, близьких до швидкості світла, дозволяють пояснити всі релятивістські ефекти, а за малих швидкостей (Основні положення СТВ - Релятивістська механіка - МЕХАНІКА - УСІ УРОКИ ФІЗИКИ 10 клас - конспекти уроків - План уроку - Конспект уроку - Плани уроків - розробки уроків з фізики - ФІЗИКА << с) переходять у формули перетворення Галілея. Таким чином, нова теорія (СТВ) не відкинула стару класичну механіку Ньютона, а лише уточнила межі її застосовності.

Комментарии

Популярные сообщения