Специальная теория относительности Теория А. Эйнштейна

Специальная теория
относительности
Теория А. Эйнштейна
1905 год

Основой СТО явились представления о
свойствах пространства, времени и движения,
разработанные в классической механике
Галилеем и Ньютоном, но углублённые и в
ряде положений существенно изменённые и
дополненные Эйнштейном в связи с теми
экспериментальными фактами, которые были
обнаружены в физике к концу XIX столетия
при изучении электромагнитных явлений.

Ещё в 1636 г.
Галилей
сформулировал
следующий
принцип
относительности:
во всех
инерциальных
системах отсчета
законы механики
одинаковы.
x = x - V t, y = y,
z = z, t = t.
Основные постулаты СТО и ее
следствия

1. Никакими физическими опытами внутри замкнутой

относительности Галилея - Эйнштейна, а
соответствующие системы отсчёта инерциальными.
2. Существует предельная скорость (мировая
физической системы нельзя определить, покоится ли
эта система или движется равномерно и
прямолинейно (относительно системы бесконечно
удаленных тел). Этот принцип называют принципом
константа c) распространения физических объектов
и воздействий, которая одинакова во всех
инерциальных системах отсчета. Со скоростью c
распространяется свет в вакууме.
СТО и ее следствия




a) пространство - трёхмерно, однородно и
изотропно,
(что означает, что в пространстве нет
выделенных мест и направлений)
b) время - одномерно и однородно, (нет
выделенных моментов времени)
все физические явления, включая
распространение света (и, следовательно,
все законы природы), в различных
инерциальных системах отсчета выглядят
совершенно одинаково.
Относительность времени

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.
Относительность времени
Замедление времени
Поскольку движение относительно, относительно и замедление времени:
имеет место и замедление времени в А по сравнению с Б и замедление
времени в Б по сравнению с А.
В чем состоит парадокс
близнецов.


Теория относительности утверждает, что
если что-либо (или кто-либо) движется, то
время у него начинает идти медленнее.
Причем, тем медленнее, чем быстрее он
движется. В пределе, когда скорость его
движения достигает скорости света, время
останавливается совсем.
Это означает, что мы можем взять двух
братьев-близнецов - Костю и Яшу
(Константин - неизменный, Яков - второй из
двух).
Костя

В чем состоит парадокс
близнецов.
Одного (Костю) отослать в
Кост
Яш
межзвездное путешествие
я
на космическом корабле с
околосветовой скоростью.

а
И если, по возвращении , мы
посмотрим на братьев вдвоем, то
мы увидим, что Костя младше
Яши, так как время у первого на
корабле текло медленнее.
Яша
А другого (Яшу)
оставить на
Земле.
Костя
Яша





парадокс близнецов часто путают с утверждением, что
земной брат состарится, а космический - нет; на самом
деле так и будет, и тут нет парадокса - это просто
необычность;
сам же парадокс близнецов - это недоразумение,
возникающее при дальнейшем осмысливании этой
ситуации и происходит оно из неверного
предположения, что относительными являются все
виды движения;
используя предсказания простой теории
относительности (специальной), что в движении время
течет медленнее, можно получить правильный
результат только с точки зрения земного брата (Яши);
результат с точки зрения космического брата (Кости)
описывается более сложным разделом теории
относительности - общей теорией относительности;
было наглядно показано, что наиболее интересный
момент с точки зрения космического брата, происходит
в момент разворота, когда его время идет медленнее
времени земного брата (в случае мгновенного разворота
- вообще стоит).
Относительность длины

Длина движущегося стержня в
лабораторной системе отсчета
уменьшается в направлении движения.
Это изменение длины называется
сокращением Лоренца Фитцджеральда.
4-ых мерное пространство


Наше пространство четырехмерно.
Вдобавок ко всем известным трем
измерениям - ширине, толщине и
высоте, есть еще и четвертое - время.
Представить себе четырехмерное
пространтсво не так-то просто, если
учесть, что и в трех измерениях
мыслить нелегко
Относительность длины




Начало отрезка
изображено красной
линией, а конца - синей.
Когда отрезок двинулся,
он просто повернул
систему координат.
Если длину отрезка
измерить, с точки
зрения нештрихованной
черной системы
координат? Получим
БОЛЬШУЮ длину
L=L0√1-v2/c2
удочка и
сарай
Если очень длинную удочку разогнать до
достаточной скорости, то она, благодаря
лоренцеву сокращению, сможет
поместиться в более коротком сарае.
Сверху показана несокращенная удочка, а
снизу - сокращенная, готовая к
помещению в сарай.
Теория относительности утверждает, что
так оно и будет.
Карандаш и
пенал

Можно ли поместить
карандаш в слишком
короткий для этого пенал?
Теория относительности
утверждает, что можно.
Для этого нужно разогнать
карандаш до достаточной
скорости и, когда он, весь
такой лоренцевосокращенный, влетит в
пенал - быстро его там
захлопнуть.
Времени-подобный интервал - интервал
между событиями, первое из которых
находится в абсолютном прошлом
относительно второго, а второе - в абсолютном
будущем относиетльно первого.
Световой конус
Световой конус
представляет собой
фигуру в 4-мерном
пространстве, поэтому
напрямую изобразить
его невозможно. Если
есть обыкновенный
двухмерный лист
бумаги, то на нём можно
изобразить сечение
светового конуса
плоскостью,
образованной
временной осью и одной
из пространственных
осей.
Графическая
иллюстрация
искривления
пространства-времени
под воздействием
материальных тел —
одного из главных
предсказаний общей
теории относительности.
Слева — незначительная
воронка,
образовавшаяся под
воздействием Солнца; в
центре —
гравитационное поле
более тяжелой
нейтронной звезды;
справа — глубокая
воронка без дна,
представляющая черную
дыру
Преобразование скорости
Относительность массы
Формула Эйнштейна –
связь массы и энергии
1905 год
Специальная теория относительности
(СТО) - фундаментальная физическая
теория пространственно-временных
свойств всех физических процессов создана в начале XX века трудами
А. Эйнштейна, Г. Лоренца, А. Пуанкаре и
Г. Минковского.
