Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца

Специальная теория относительности и ее роль в науке. Когда в естествознании господствовала механистическая карти­на мира и существовала тенденция сводить объяснение всех явлений природы к законам механики, принцип относительно­сти не подвергался никакому сомнению. Положение резко из­менилось, когда физики вплотную приступили к изучению эле­ктрических, магнитных и оптических явлений. Максвелл объе­динил все эти явления в рамках единой электромагнитной теории. С созданием этой теории для физиков стала очевидной недостаточность классической механики для описания явле­ний природы. Возникает дилемма: либо отказаться от принципа постоянства скорости света, либо — от принципа относительности. Первый принцип установлен настолько точно, что отказ от него был бы явно неоправданным. К тому же это привело бы к чрезмерно­му усложнению описания процессов природы. Не меньшие трудности возникают и при отрицании принципа относитель­ности в области электромагнитных процессов. В действительности, как показал А. Эйнштейн: Закон распространения света и принцип относительности совместимы. И это положение составляет одну из основ специальной теории относительности. В основу специальной теории относительности Эйнштейна легли два постулата, т.е. утверждения, которые принимаются за истинные в рамках данной научной теории без доказательств (в математике такие утверждения называются аксиомами).

1 постулат Эйнштейна или принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению ко всем инерциальным системам отсчета. Все физические, химические, биологические явления протекают во всех инерциальных системах отсчета одинаково.

2 постулат или принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме постоянна и одинакова по отношении» к любым инерциальным системам отсчета. Она не зависит ни от скорости источника света, ни от скорости его приемника. Ни один материальный объект не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Более того, пи одна частица вещества, т.е. частица с массой покоя, отличной от нуля, не может достичь скорости света в вакууме, с такой скоростью могут двигаться лишь полевые частицы, т.е. частицы с массой покоя, равной нулю.

Исходя из этих, кажущихся вполне очевидными, гипотез, класси­ческая механика молчаливо предполагала, что величины про­межутка времени и расстояния имеют абсолютные значения, т. е. не зависят от состояния движения тела отсчета. Выходило, что если человек в равномерно движущемся вагоне проходит, например, расстояние в 1 метр за одну секунду, то этот же путь по отношению к полотну дороги он пройдет тоже за одну се­кунду. Аналогично этому считалось, что пространственные размеры тел в покоящихся и движущихся системах отсчета ос­таются одинаковыми. И хотя эти предположения с точки зрения обыденного сознания и так называемого здравого смысла кажутся само собой очевидными, тем не менее, они не согласу­ются с результатами тщательно проведенных экспериментов, подтверждающих выводы новой, специальной теории относи­тельности.

Преобразованиями Лоренца в специальной теории относительности (СТО), называются преобразования, которым подвергаются пространственно-временные координаты каждого события при переходе от одной инерциальной системы отсчета (ИСО) к другой. Аналогично, преобразованиям Лоренца при таком переходе подвергаются координаты любого 4-вектора. Чтобы явно различить преобразования Лоренца со сдвигами начала отсчёта и без сдвигов, когда это необходимо, говорят о неоднородных и однородных преобразованиях Лоренца.