Лекция 3 Современные представления о пространстве

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