Становление идей современного естествознания



Pdf просмотр
страница33/39
Дата28.01.2019
Размер5.05 Kb.
1   ...   29   30   31   32   33   34   35   36   ...   39
Математическим аппаратом СТО служат так называемые преобразования
Лоренца. Используя преобразования Лоренца, можно чисто математически показать, что продольные размеры движущегося тела в направлении дви-
жения уменьшаются (так называемое лоренцево сокращение длин), в то время как поперечные размеры не изменяются. Максимальные продольные размеры тела будут в той системе отсчёта, относительно которой оно неподвижно. Следует иметь ввиду, что лоренцево сокращение длин является релятивистским кинематическим эффектом и не связано с действием каких- либо сил, сжимающих тело в продольном направлении (как это считал, например, крупнейший математик прошлого века Анри Пуанкаре, а является релятивистским эффектом самого движения.
Четвертое следствие связано с изменением массы движущегося тела. Так как во всех инерциальных системах отсчёта физические процессы, согласно первому постулату СТО, протекают одинаково, то и математическая запись физических законов во всех инерциальных системах координат должна быть одинаковой. Другими словами, уравнение, описывающее какое-либо явление во второй системе отсчёта, должно получаться из уравнения, описывающего это явление впервой системе отсчёта, путём простой замены нештрихован- ных величин (измеренных впервой системе отсчёта) на штрихованные (измеренные во второй системе отсчёта). Это условие и есть условие ковари-
антности относительно преобразований Лоренца.
Рассмотрим теперь основной закон классической динамики Ньютона для материальной точки:
F
dt
v
d
m
=
(или
( )
F
dt
v
m
d
=
). Если считать массу m постоянной во всех инерциальных системах отсчёта, то данное уравнение меняет свой вид (те. не является ковариантным) относительно преобразований Лоренца. Но при заменена так называемую ре-
лятивистскую массу по формуле 0
1







=
c
v
m
m
,
(где
0
m – масса тела, которое покоится относительно наблюдателя – масса покоя,
v
– скорость движения тела относительно наблюдателя, c – скорость света, это уравнение становится ковариантным относительно преобразований Лоренца. Какой физический смысл имеет изменение массы тела при его движении Можно показать, что приращение релятивистской массы тела
m

определяется сообщённой ему кинетической энергией
E

и находится по формуле
101


2
c
E
m

=

,
откуда получается
2
mc
E
=
Это – один из самых знаменитых законов современной физики. Его словесная формулировка такова Полная энергия тела равна произведению его ре-
лятивистской массы на квадрат скорости света.
Таким образом, помимо известной из классической физики кинетической энергии, СТО указывает на существование энергии, связанной нес движением тела, ас его массой, - энергии, аккумулированной самой этой массой. При этом энергия, связанная только с массой, несравненно больше кинетической энергии. Например, при скорости движения тела V= 30 мс его кинетическая энергия составляет всего ½*10
-14
от полной энергии тела Наличие у покоящейся частицы массы говорит и о наличии у нее энергии (энергии покоя. Это обстоятельство не играет роли в классической механике, но приобретает принципиальное значение при рассмотрении процессов, в которых число и сорт частиц может изменяться, в силу чего энергия покоя может переходить в другие формы. В атомных ядрах энергия притяжения частиц приводит к тому, что общая масса ядра оказывается меньше суммы масс отдельных частиц (дефект массы). Установление этого факта явилось одним из важнейших шагов к возникновению ядерной энергетики, так как позволило оценить ту значительную энергию, которая должна высвобождаться приделе- нии тяжелых и слиянии легких ядер.
Закон взаимосвязи массы и энергии был подтверждён многочисленными экспериментами в ядерной физике. В частности, эффект возрастания релятивистской массы при приближении скорости частицы к скорости света c наблюдается в ускорителях частиц – синхрофазотронах.
8.2. Картина мира в рамках СТО
Сформулируем основные выводы из специальной теории относительности.
1. Важнейшие физические характеристики одновременность событий, длительность временного промежутка между двумя событиями, длина, масса – перестают носить абсолютный характер, становясь зависимыми от скорости движения той инерциальной системы отсчёта, в которой находится наблюдатель (это и даёт название теории – теория относительности).
102


2. В рамках представлений классической физики, пространство и время абсолютны, независимы и никак не связаны между собой. Эти положения были сформулированы ещё Ньютоном. Однако ощутить абсолютное пространство равно как и абсолютное время, – человеку не дано, так как неподвижных объектов во Вселенной нет. (Ньютон полагал, что имеется лишь один наблюдатель, которому дано ощутить, узнать абсолютное пространство
– Бог) Принципиальный факт, лежащий в основе теории относительности, состоит в том, что в отличие от представлений классической физики, пространство и время не изолированы, а неразрывно связаны друг с другом. В терминологии СТО пространство и время образуют единый пространствен-
но-временной континуум размерности 3+1. Нет отдельно пространства и отдельно времени – есть только единое мерное пространство-время.
3. Основные эффекты СТО сокращение продольных размеров движущегося тела, замедление темпа течения времени в движущейся системе от- счёта, изменение массы – обнаруживаются лишь при скоростях, соизмеримых со скоростью света c. При небольших (земных) скоростях, когда отношение мало, эффекты теории относительности практически незаметны. Поэтому физику Ньютона можно рассматривать как предельный случай физики СТО, соответствующий небольшим скоростям наблюдателя. Здесь проявляется так называемый принцип соответствия между теориями: новая теория должна совпадать со старой в тех областях, где последняя получила надёжное подтверждение на практике.
Специальная теория относительности была подготовлена всем предыдущим ходом развития физики (электродинамика Максвелла, преобразования Ло- ренца, опыт Майкельсона, математические работы Пуанкаре. Однако потребовался гений Эйнштейна, чтобы соединить все эти данные в единую картину. После работы Пуанкаре 1898 г. и работы Лоренца 1904 г. оставалось сделать один шаг до создания теории относительности, но этот шаг требовал другого типа мышления и другой философии. В статье Анри Пуанкаре и физические теории выдающийся французский физик Луи де Бройль говорит поэтому поводу следующее молодой Альберт Эйнштейн, которому в то время исполнилось лишь 25 лети математические знания которого не могли идти в сравнение с глубокими познаниями гениального французского ученого, тем не менее, раньше Пуанкаре нашел синтез, сразу снявший все трудности, использовав и обосновав все попытки своих предшественников. Этот решающий удар был нанесен мощным интеллектом, руководимым глубокой интуицией и пониманием природы физической реальности Приняв всего два постулата – постулат относительности и постулат постоянства скорости света в качестве основных законов природы, Эйнштейн пришел к совершенно новым представлениям о пространстве и времени. Специ-
103



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   29   30   31   32   33   34   35   36   ...   39


База данных защищена авторским правом ©genderis.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница