2020-10-10
111
Основы релятивистской и квантовой физики.
После признания электромагнитной природы света возникла проблема, как распространяются электромагнитные волны и как ведет себя эфир в качестве волновой среды. Проведенные Майкельсоном и Морли опыты (в 1880-х гг.) с использованием интерферометра поставили под сомнение существование эфира.
Окончательный вывод: эфир как среда для распространения электромагнитных волн не существует.
Одновременно изучался вопрос, при каких преобразованиях координат уравнения Максвелла могут быть инвариантны. Правильные математические выкладки представили Пуанкаре и Лоренц.
Несмотря на то, что Лоренц и Пуанкаре вплотную приблизились к созданию новой теории, решительный шаг сделал Эйнштейн.
В статье «К электродинамике движущихся тел», опубликованной в1905 году, он изложил основные идеи специальной теории относительности, коренным образом изменившие представления о свойствах пространства и времени.
В основу теории легли два постулата:
|
|
|
1-й постулат (общий принцип относительности) – все явления природы (физические, химические, биологические) протекают во всех инерциальных системах отсчета одинаково; законы и математические уравнения, их описывающие, инвариантны по отношению ко всем инерциальным системам отсчета;
2-й постулат (принцип постоянства скорости света) – скорость света в вакууме постоянна и одинакова по отношению к любым инерциальным системам отсчета; она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости наблюдателя света.
Из анализа постулатов видно, что Эйнштейн расширил принцип относительности Галилея, распространив его на все физические явления, включая электромагнитные. Постулаты согласуются с опытами Майкельсона-Морли, обосновавших отсутствие в природе эфира, который мог бы выступать в качестве абсолютной системы отсчета.
СТО имеет ряд следствий, устанавливающих зависимость пространственно-временных параметров тел от скорости их движения:
1) «лоренцево» сокращение длины l,
2) увеличение интервала длительности времени ∆t,
3) возрастание инерционной массы m с увеличением скорости v.
(1),
при приближении скорости тела v к скорости света с получим: если v → с, то l → 0.
(2),
при приближении скорости тела v к скорости света с получим: если v → с, то ∆t → ∞.
(3),
при приближении скорости тела v к скорости света с получим: если v → с, то m → ∞.
Согласно СТО ни одно материальное тело не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Даже частица с массой покоя, отличной от нуля, не может достичь скорости света: со скоростью света могут двигаться лишь частицы с массой покоя, равной нулю (например, фотоны, нейтрино).
|
|
|
Еще одним следствием является относительность одновременности событий, отдаленных друг от друга пространственно-временным интервалом.
В рамках СТО Эйнштейн вывел формулу, связывающую энергию Е и массу m: Е = m·c²,
где с – скорость света в вакууме: ≈ 300000 км/с.
