Лекция 3 Современные представления о пространстве
реклама
Современные представления о пространстве и времени План лекции Представления о пространстве и времени Предпосылки к созданию специальной теории относительности (СТО) Суть СТО и следствия из неё Основные представления общей теории относительности (ОТО) и следствия из неё 1 Особенность понятий пространства и времени Понятия пространства и времени являются философскими категориями и не определяются в естествознании Для естественных наук важно уметь измерять их численные характеристики - расстояния между объектами и длительности процессов, а также описывать их свойства, поддающиеся экспериментальному изучению 2 Эволюция представлений о пространстве и времени Демокрит – пустота существует, как и атомы, и необходима для их перемещений и соединений Аристотель – место между объемлющим и объемлемым Птолемей – пространство ограничено сферой неподвижных звезд Коперник, Бруно – пространство бесконечно Беркли, Кант – пространство и время это доопытные формы восприятия 3 Пространство, время и взаимодействие Ньютон абсолютное пространство и время – «вместилища самих себя и всего существующего» → теория дальнодействия Лейбниц пространство – это порядок сосуществования вещей, а время – это порядок смены состояний, относительны, не субстанции → теория близкодействия 4 Свойства пространства и времени Пространство трехмерно, однородно, изотропно Время одномерно, однородно, анизотропно (однонаправлено) Не представляют собой субстанции Нет абсолютной системы отсчета, метрические свойства времени и пространства зависят от материи 5 Конечность скорости света Олаф Рёмер в 1676 г. доказал конечность скорости света и впервые измерил ее величину с 210 тыс. км/сек Современное значение с 300 тыс. км/сек 6 Предпосылки специальной теории относительности (СТО) принцип относительности Галилея Все системы отсчета, движущиеся равномерно и прямолинейно, равноправны или Никакими механическими опытами нельзя определить, покоится система отсчета или движется равномерно и прямолинейно теория электромагнетизма Дж. К. Максвелла Свет - это электромагнитные волны Принцип относительности и теория электромагнетизма – вошли в противоречие (?!) 7 Принцип относительности Эйнштейна Все физические явления протекают одинаково во всех системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно Скорость света постоянна, т.е. не зависит от скорости Альберт Эйнштейн 1879 – 1955 источника света 8 Относительность одновременности Строгое определение процедуры измерения длин и промежутков времени Два события (вспышки) происходят одновременно, если 1. Находятся на одинаковых расстояниях 2. Сигнал приходит в один и тот же момент 9 Относительность одновременности 10 Следствия из СТО Чем подтверждается Теория Относительность одновременности Сокращение длин Замедление времени Зависимость инертности (массы) тел от скорости Связь массы и энергии Пи-мезоны «Дефект массы» (атомная бомба) 11 Общая теория относительности (ОТО) наличие сил инерции при неравномерном движении равенство инертной и гравитационной масс основная идея: эффекты тяготения и эффекты, возникающие при ускоренном движении неотличимы принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс 12 Пространство в ОТО Что есть прямая? Принцип инерции Галилея: Прямая есть траектория свободно движущегося тела Вблизи массивных тел пространство искривляется 13 Основные предсказания ОТО Чем подтверждается Теория искривление пространства вблизи массивных тел отклонение луча света, проходящего вблизи Солнца смещение перигелия Меркурия прямые измерения по замедлению времени, спектр белых карликов, GPS замедление времени на поверхности массивных тел 14 Эффекты ОТО отклонение луча света звезды вблизи Солнца смещение перигелия Меркурия 15 Следствия ОТО существование черных дыр модели эволюции Вселенной общенаучное значение – революция в естественнонаучном мировоззрении (в частности – в теоретической физике, в астрофизике) 16
