6.2. Постулаты специальной теории относительности
Свыше двухсот лет считалось (с 1687 г.), что уравнения движения, провозглашенные Ньютоном, правильно описывают природу. Потом в них была обнаружена ошибка. Заметил и исправил эту ошибку в 1905 г. – Эйнштейн в своей работе «Специальная теория относительности» («Частная теория относительности»).
В 1915 г. Эйнштейн выдвинул еще одну теорию, называемую общей теорией относительности. Она обобщает специальную теорию относительности на случай тяготения.
Второй закон
Ньютона
безусловно предполагал, что
Эйнштейн
доказал, что
,
где m0
– масса покоя;
–
скорость света в вакууме.
Из самой формулы очевидно, что рост массы в обычных условиях незначителен, то есть законы Ньютона можно считать приближенно выполнимыми при условии, что .
Движение космических
кораблей, планет, комет имеет скорости
порядка
.
Поэтому для расчета их движения применимы
законы классической механики.
В космических лучах регистрировались протоны (ядра водорода), скорость которых меньше скорости света всего на величину порядка 10-10 м/с.
Такие скорости могут иметь частицы в ускорителях элементарных частиц. Ускорители рассчитываются на основе релятивистской механики Эйнштейна и то обстоятельство, что они работают в согласии с расчетами, является одним из наиболее убедительных и прямых доказательств правильности релятивистской механики.
Кто понимает теорию относительности?
У многих ученых долгие годы и даже десятилетия идеи относительности вызывали непонимание вплоть до активного неприятия. В 1921 г. Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия, но отнюдь не за создание теории относительности, а «за заслуги в математической физике, в первую очередь за открытие закона фотоэффекта». Один из крупных физиков начала XX в. - Артур Эддингтон говорил, что во всей Европе людей, понимающих теории относительности, можно пересчитать по пальцам. Среди физиков ходило даже такое четверостишие:
Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет! И вот явился Ньютон.
Но сатана недолго ждал реванша,
Пришел Эйнштейн – и стало все как раньше.
Основой теории относительности являются два постулата (это утверждения которые нельзя подтвердить непосредственно) сформулированные А. Эйнштейном (1879 - 1955).
I постулат – (принцип относительности) все физические явления (законы) в инерциальных системах отсчета при одинаковых начальных условиях протекают одинаково.
I постулат выражает принцип относительности, который является обобщением механического принципа относительности Галилея.
Он утверждает, что не только механические, но любые другие физические явления (электромагнитные, ядерные и др.) во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаково, и, следовательно, уравнения, описывающие физические законы, одинаковы по форме во всех инерциальных системах отсчета. А это означает, что не существует абсолютного пространства и абсолютной системы отсчета (как постулировал Ньютон).
II постулат
(принцип
инвариантности скорости света в вакууме).
Скорость света в вакууме не зависит от
скорости движения источника света и
наблюдателя и одинакова во всех
инерциальных системах отсчета (
).
Скорость света в вакууме занимает особое положение в природе. В отличие от всех других скоростей, меняющихся при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, скорость света с является инвариантной величиной.
Скорость света в вакууме – абсолютна, константа.
Очевидно, преобразования Галилея находятся в противоречии с постулатами Эйнштейна.
По Галилею скорость света в вакууме, как и скорость всякого механического движения должна складываться из относительной скорости и скорости переносного движения и, следовательно, должна зависеть от скорости движения.