Теория относительности

       

       Рис. 5 
 

    3.4 Преобразование скорости

    Если  частица движется относительно движущейся системы координат S^¢ со скоростью , то ее скорость в системе отсчета S может быть найдена с помощью преобразований Лоренца.

    Если  закон движения частицы в движущейся системе координат имеет вид 

    то  в покоящейся (лабораторной) системе  координат этот закон, очевидно, имеет  вид 

    Выполнив  подстановку, найдем, что 

    Эта формула определяет релятивистский закон сложения скоростей.

    При b = V/c ® 0 релятивистский закон сложения скоростей с точностью до линейных по b членов переходит в формулу преобразования скоростей в классической механике:

Скорость частицы меньшая скорости света в вакууме (v^¢ < c) в одной системе отсчета, останется меньше скорости света в вакууме (v < c) в любой другой системе отсчета, движущейся по отношению к первой с досветовой скоростью V < c. Если же ^¢ = (c,0,0), то = (c,0,0): скорость света одна и та же во всех системах отсчета.

    Более общее преобразование скорости можно  получить из формулы (14), если в ней перейти к дифференциалам координат и времени и использовать, что v_x = dx/dt,    v_y = dy/dt,    v_z = dz/dt и аналогичные выражения для v_x^¢, v_y^¢, v_z^¢. После преобразования получившегося соотношения, получим

 

    3.5 Замедление времени

    Рассмотрим  часы, покоящиеся в начале координат  движущейся системы (x^¢ = 0), которые перемещаются относительно лабораторной системы координат со скоростью V, так что их координата x = V t пропорциональна времени, определяемому неподвижными часами. Инвариантность интервала позволяет, тогда, определить показания движущихся часов:

    Время, измеряемое часами, движущимися относительно лабораторной системы отсчета, замедляется.

    Как ни покажется странным, но тот же вывод справедлив относительно замедления темпа хода часов в лабораторной системе координат с точки  зрения наблюдателя из движущейся системы отсчета, т.е. "движущиеся" и "покоящиеся" часы взаимно отстают друг от друга.

    С последним замечанием тесно связан широко известный парадокс близнецов.

    Замедление  хода времени в движущейся системе  отсчета было экспериментально подтверждено американскими физиками Б. Росси и Д.Х. Холлом в 1941 году. Они наблюдали увеличение среднего времени жизни мюонов, двигавшихся со скоростью v » c, в 6 ¸8 раз по сравнению с временем жизни неподвижных мюонов.

    Особая  ценность этого эксперимента состоит  в том, что процесс распада мюонов определяется слабым взаимодействием, в то время как СТО была построена для описания систем с электромагнитным взаимодействием.

 

       

Заключение

      Значение теории относительности состоит в том, что она разрушала учение классической физики об абсолютном характере пространства и времени. Она установила их относительный характер, открыла неразрывную связь между пространством и временем.

    Пространство  и время образуют  единую форму  существования материи.      Оценивая значение теории  относительности, не следует, однако, впадать в философский релятивизм (всё в мире относительно). Теория относительности не отрицает существование абсолютных величин и понятий. Она устанавливает лишь, что ряд понятий и величин считавшихся в классической физике абсолютными, в действительности являются относительными.

      ОТО — завершенная физическая теория. Она завершена в том же смысле, что и классическая механика, классическая электродинамика, квантовая механика. Подобно им, она дает однозначные ответы на физически осмысленные вопросы, дает четкие предсказания для реально осуществимых наблюдений и экспериментов. Однако, как и всякая иная физическая теория, ОТО имеет свою область применимости. Так, вне этой области лежат сверхсильные гравитационные поля, где важны квантовые эффекты. Законченной квантовой теории гравитации не существует.

    ОТО — удивительная физическая теория. Она удивительна тем, что в  ее основе лежит, по существу, всего  один экспериментальный факт, к тому же известный задолго до создания ОТО (все тела падают в поле тяжести с одним и тем же ускорением). Удивительна тем, что она создана в большой степени одним человеком. Но прежде всего ОТО удивительна своей необычайной внутренней стройностью, красотой. Не случайно Ландау говорил, что истинного физика-теоретика можно распознать по тому, испытал ли человек восхищение при первом же знакомстве с ОТО.

    Примерно  до середины 60-х годов ОТО находилась в значительной мере вне основной линии развития физики. Да и развитие самой ОТО отнюдь не было весьма активным, оно сводилось в большой степени к выяснению определенных тонких мест, деталей теории, к решению пусть важных, но достаточно частных задач.

    Вероятно, одна из причин такой ситуации состоит  в том, что ОТО возникла в некотором  смысле слишком рано, Эйнштейн обогнал время. С другой стороны, уже в его работе 1915 года теория была сформулирована в достаточно завершенном виде. Не менее важно и то обстоятельство, что наблюдательная база ОТО оставалась очень узкой. Соответствующие эксперименты чрезвычайно трудны. Достаточно напомнить, что красное смещение удалось измерить лишь спустя почти 40 лет после того, как было обнаружено отклонение света в поле Солнца.    

    СТО возникла больше для решения специальных  задач и  никоим образом не противоречит принципам ОТО. Она лишь дополнение реального состояния науки с точки зрения потребности современной физики и естествознания. Релятивизм не мертв, он лишь отражение состояния научно-технической мысли того времени.

    Тем не менее, в настоящее время СТО  — бурно развивающаяся область  современной физики. Это результат огромного прогресса наблюдательной астрономии, развития экспериментальной техники, впечатляющего продвижения в теории. 
 

       Список  используемой литературы. 
 
 

1. “Принцип  относительности” Лоренц, Пуанкаре, Эйнштейн и Минковский; О Л.В. Тарасов, Современная физика в средней школе. М.: Просвещение, 1990.
2. Л.В. Тарасов, Современная физика в средней школе. М.: Просвещение, 1990.
3. В.Н. Дубровский, Я.А. Смородинский, Е.Л. Сурков, Релятивистский мир. (Библиотечка "Квант", выпуск 34). М.: Наука, 1984.
4. П.В. Елютин, Г.А. Чижов, Словарь-справочник по элементарной физике. Часть 3. М., 1995.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    План.

1. Введение.
2. Основные представления об общей теории относительности.
1. Принцип эквивалентности и геометризация тяготения.
2. Черные дыры.
3. Пульсар PSR 1913+16 и гравитационные волны.
4. Гравитационные линзы и коричневые карлики
3. Основные представления о специальной теории относительности.
1. Эйнштейновский принцип относительности.
2. Синхронизация часов.
3. Преобразования Лоренца

4. Преобразование скорости.

   5. Замедление времени.
   4. Заключение
   5. Список используемой литературы.