Теория относительности
advertisement
ФИЗИКА 11 класс учитель Е. А. Матарцева Теория относительности • В начале XX века физика пережила две революции – появление теории относительности и рождение квантовой механики, что кардинально изменило старые представления и взрастило новую науку об устройстве мира. Благодаря Эйнштейну, соединившему пространство, время и материю, получилось, что все, что мы видим в нашем мире, зависит от выбранной нами точки наблюдения и скорости нашего перемещения по отношению к изучаемому объекту. • К вопросу о терминологии: слово «относительность» означает как раз абсолютность и неизменность скорости света и основных законов природы для наблюдателей в разных системах отсчета. Причем в этой связи Эйнштейн вполне солидарен с Галилеем, который утверждал, что никакие физические измерения, к примеру в трюме парусного корабля не позволят определить, стоит корабль на якоре или равномерно плывет при попутном ветре. Стало быть нет абсолютного движения тел, есть только относительное – по отношению к другим телам или к некоторой системе отсчета. • В «старой» физике Ньютона и Галилея время было единым для всех систем отсчета, и при переходе от одной системы к другой преобразовывались только пространственные координаты, новая же физика стала использовать преобразования, «перепутывающие»пространственные координаты и время. Именно из-за того, что основное внимание в СТО уделено анализу одних и тех же экспериментов относительно разных систем отсчета, и возникает понятие относительности. • Многое из того, что ранее представлялось абсолютным, в СТО начало зависеть от движения наблюдателя – это и пространственные размеры тел, и промежутки времени, и даже понятие одновременности. Например, включенный в первом и последнем вагонах свет пассажиры увидят одновременно, наблюдатель же, стоящий на платформе, решит, что в первом вагоне свет зажжется раньше. • Наблюдения астрономов за двойными звездами показали, что скорость света не складывается со скоростью звезды и свет летит в пустоте со своей, зависящей лишь от свойств этого пространства скоростью. • Скорость света – это не просто ни от чего не зависящая мировая константа, это еще и предельная скорость, с которой могут перемещаться любые материальные тела, информационные сигналы и физические поля. • Время в СК, движущейся со скоростями, близкими к скорости света, относительно наблюдателя растягивается, а длина объектов вдоль оси направления движения сжимается. Этот эффект, известный как эффект ЛоренцаФицджеральда Эйнштейн включил в СТО и дополнил аналогичной формулой преобразования для массы. • Графическая иллюстрация искривления пространства-времени под действием материальных тел – одного из главных предсказаний ОТО. Слева – незначительная воронка, образовавшаяся под воздействием Солнца, в центре – гравитационное поле более тяжелой нейтронной звезды , справа – более глубокая воронка без дна, представляющая черную дыру. • Согласно ОТО Земля обращается вокруг Солнца подобно маленькому шарику, пущенному кататься вокруг конуса воронки, образованной в результате «продавливания» пространствавремени тяжелым шаром – Солнцем. На сегодняшний день лучшего объяснения природы-гравитации, чем дает нам ОТО, не найдено ОСНОВАНИЕ ТЕОРИИ • Идеи классической механики о пространстве и времени • Постоянство скорости электромагнитных взаимодействий (света) • Результаты опыта Майкельсона ЯДРО ТЕОРИИ • Постулаты СТО • Преобразования координат и времени при переходе из одной исо в другую – преобразования Лоренца (в частности, относительность одновременности) • Основной закон релятивистской динамики • Формула Эйнштейна • Инварианты теории Следствия • Кинематические следствия (релятивистское сокращение длины, релятивистское замедление промежутков времени, релятивистский закон сложения скоростей) • Понятие об энергии покоя • Решение прикладных задач Значение СТО • Более ста лет СТО остается основой для описания огромной массы физических явлений. Без нее невозможно понять ни превращений элементарных частиц, ни ядерных реакций, ни строения небесных тел. Теория получает эффективное подтверждение как на любых масштабах от ядерных до галактических, так и в колоссальном диапазоне скоростей и энергий.
