 |
|
Релятивістська механіка. Постулати спеціальної теорії відносності
Релятивістська механіка. Постулати спеціальної теорії відносності
Релятивістська механіка.У розділах 1 – 3 ми розглянули основи класичної механіки. Класична механіка протягом століть добре пояснювала широке коло макроскопічних явищ. Разом із тим, уже на початку ХХ ст. виявилося, що деякі висновки класичної механіки не узгоджуються з дослідними результатами. Виникло питання про межі застосування класичної механіки (див. § 13).
Передусім було взято під сумнів справедливість перетворень за Галілеєм та класичний закон додавання швидкостей, який є прямим наслідком цих перетворень. Дослідження явищ, які відбуваються за великих швидкостей, близьких до швидкості світла, показували незастосовність до них законів класичної механіки, і на початку ХХ ст. була створена нова теорія руху тіл з великими швидкостями. Таку теорію вдалося створити у 1905 р. швейцарському фізику Альберту Ейнштейну (1879 – 1955). Вона одержала назву теорії відносності або релятивістської механіки (від. англ. relativity – відносність).
Спеціальна теорія відносності (СТВ) розглядає взаємозв’язок фізичних процесів, що відбуваються тільки в інерціальних системах відліку,тобто в системах, які рухаються одна відносно одної рівномірно і прямолінійно.
Загальна теорія відносності (ЗТВ)описує взаємозв’язок фізичних процесів, що відбуваються у системах, які прискорено рухаються одна відносно одної (неінерціальних системах відліку).
Релятивістська механіка – розділ теоретичної фізики, який розглядає класичні закони руху тіл (частинок) при швидкостях руху V, порівняних зі швидкістю світла с. Вона заснована на засадах спеціальної теорії відносності (СТВ).
Постулати[3] спеціальної теорії відносності. Після того як у другій половині ХІХ ст. були сформульовані закони електродинаміки, виникло запитання: чи поширюється класичний принцип відносності на електромагнітні явища? Тобто, чи однаково відбуваються електромагнітні процеси – взаємодія зарядів і струмів, явище електромагнітної індукції, поширення електромагнітних хвиль тощо – в усіх інерціальних системах відліку? Експерименти показували, що електромагнітні явища у різних інерціальних системах відліку відбуваються абсолютно однаково. Натомість виявилося, що швидкість світла не залежить від швидкості руху його джерела, тобто класичний закон додавання швидкостей 
не справджується.
(Згадаємо, що згідно з класичним законом додавання швидкостей, коли тіло рухається відносно інерціальної системи зі швидкістю 
, а сама система рухається зі швидкістю 
відносно нерухомої системи, то швидкість 
тіла відносно нерухомої системи відліку дорівнює: 
.)
В експериментах виявилося, що швидкість світла не залежить від швидкості руху його джерела. Цей дослідний факт уперше був встановлений у 1881 р. У дослідах Альберта Майкельсона та Едуарда Морлі.
У цьому експерименті оцінювався вплив швидкості руху Землі навколо Сонця на швидкість поширення світла від джерела, що знаходиться на Землі. Як показав дослід Майкельсона-Морлі, рух Землі відносно Сонця не впливає на швидкість поширення світла.
На мал. 4.1. схематично показано незалежність швидкості світла від напрямку руху Землі. Швидкість поширення світла в напрямку руху Землі ( ) навколо Сонця і в протилежному напрямку однакова і дорівнює швидкості світла у вакуумі ( 
). Одержаний результат суперечив класичному закону додавання швидкостей.
З історії фізичних досліджень відомо, що випадок розбіжність теорії з фундаментальним експериментом приводить або до удосконалення існуючої теорії, або до створення принципово нової теорії, що дає нові закони та більш глибоке розуміння фізичної реальності. Альберт Ейнштейн у 1905 р. створив нову теорію – теорію відносності.
Спеціальна теорія відносності (СТВ) базується на двох постулатах.
Перший постулат теорії відносності Ейнштейна є узагальненням класичного принципу відносності Галілея на будь-які закони природи, а не лише механіки.