 |
|
Относительность одновременности.
ПРИНЦИПЫ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Значительное влияние на развитие научной мысли оказал известный итальянский физик Г. Галилей, которому человечество обязано принципом относительности, сыгравшим большую роль не только в, механике, но и во всей физике.
Принцип относительности Галилея
Принцип относительности Галилея гласит: «Никакими механическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета (система отсчёта, в которой справедлив первый закон Ньютона (закон инерции): все свободные тела (то есть такие, на которые не действуют внешние силы или действие этих сил компенсируется) движутся прямолинейно и равномерно или покоятся), невозможно определить, движется ли эта система (множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность) равномерно и прямолинейно, или находится в покое».
Иными словами: все законы механики инвариантны (неизменны, т.е. имеют один и тот же вид) во всех инерциальных системах отсчета, ни одна не имеет преимущества перед другой.
Содержание принципа относительности Галилея состоит в том, что никакими механическими способами невозможно установить, пребывает инерциальная система в состоянии покоя или движется равномерно и прямолинейно.
Путешественник, который находится в каюте плывущего корабля, может считать, что книга, лежащая на столе, пребывает в состоянии покоя. Однако человек на берегу видит, что корабль плывет, поэтому он может считать, что книга движется с той же скоростью, что и корабль.
Принцип относительности Эйнштейна
Эйнштейн обобщил принцип относительности Галилея на все явления природы. Принцип относительности Эйнштейна гласит: «Никакими физическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое». Не только механические, но и все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.
Теория относительности Эйнштейна
В сентябре 1905 г появилась работа А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел». Эйнштейн сформулировал основные положения СТО.
Принцип относительности явился первым постулатом, который Эйнштейн положил в основу созданной им теории относительности. Второй постулат — принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме (пустота) — пространство, свободное от вещества) одинакова во всех инерциальных системах отсчета, по всем направлениям. Она не зависит от движения источника света и наблюдателя. При сложении любых скоростей результат не может превысить скорость света в вакууме (абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме), т.е. эта скорость — предельная.
Из постулатов теории относительности следует ряд важных выводов, которые касаются свойств пространства и времени.
Относительность одновременности.
События, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, не одновременны в других инерциальных системах отсчета, движущихся относительно первой.
В классической физике полагали, что можно запросто говорить об абсолютной одновременности событий сразу во всех точках пространства. Эйнштейн убедительно показал неверность такого представления. Он начинает с анализа вопроса, каким образом можно установить одновременность двух событий, происходящих в разных точках пространства. Для этого, делает он вывод, нужно иметь в точках часы, которые должны быть одинаково устроены и идти синхронно. Но как узнать, что двое часов, помещенных в различных местах пространства, идут синхронно? Для достижения синхронности можно воспользоваться световыми сигналами.
Допустим, что космонавт хочет узнать, одинаково ли идут часы А и В, установленные на противоположных концах космического корабля. Для этого с помощью источника, неподвижного относительно корабля и расположенного в его середине, космонавт производит вспышку света. Свет одновременно достигает обоих часов. Если показания часов в этот момент одинаковы, то часы идут синхронно.
События в точках А и В будут одновременными, если часы в этих точках показывают для них одно и то же время. Такое определение одновременности кажется вполне логичным, если принять условие, что свет распространяется с одинаковой скоростью во всех направлениях. Но оказывается, что если ввести такое определение одновременности, то вследствие конечности скорости распространения света это понятие становится относительным, поскольку события в одной «покоящейся» системе не будут происходить одновременно с событиями в любой другой системе, движущейся относительно первой.
Часы на носу корабля удаляются от того места, где произошла вспышка света источника, и чтобы достичь часов А, свет должен преодолеть расстояние, большее половины длины корабля. Напротив, часы В на корме приближаются к месту вспышки, и путь светового сигнала меньше половины длины корабля, поэтому наблюдатель в системе отсчета, относительно которой корабль движется, придет к выводу, что сигналы достигают обоих часов неодновременно.
Следовательно, понятие одновременности относительное. События, которые являются одновременными для одного наблюдателя, не одновременны для другого наблюдателя, движущегося относительно первого.