- •1. Естествознание как феномен культуры.
- •Естествознание как комплекс наук о природе.
- •1.2. Проблема «двух культур» в развитии науки.
- •1.3. Сущность математики, история ее развития и роль в формировании современного естествознания.
- •1.4. Математика как специфический язык естествознания.
- •Основы методологии науки.
- •2.1. Познание как процесс отражения действительности
- •2.2. Формы познания, их соотношение.
- •2.3. Достоверность научного знания и критерии его ограничения.
- •Общие модели развития науки. Роль научных революций в истории науки.
- •Формы и функции научного знания.
- •Структура и специфика научного знания.
- •Общие методы научного познания.
- •Научный эксперимент как основа точного естествознания
- •История науки и естествознания.
- •3.1. Генезис науки. Общие положения.
- •3.2. Исторические этапы научного познания природы.
- •3.3. Особенности научно-технической революции.
- •Системный подход в современном естествознании.
- •3.5. Понятие научной картины мира.
- •Концепции и принципы классического естествознания.
- •4. Концепции и принципы классического естествознания.
- •4.1. Классическая механика и формирование механической научной картины мира.
- •4.2. Рождение небесной механики: Коперник, Браге, Кеплер
- •4.3. Классическая концепция Ньютона. Лаплассовский детермизм.
- •Создание сто
- •Постулаты Эйнштейна
- •Понятие об общей теории относительности (ото). Искривленное пространство-время.
- •Кривизна пространства-времени
- •Экспериментальные подтверждения ото. Эффекты, связанные с ускорением систем отсчёта
- •Гравитационное отклонение света
- •Чёрные дыры
- •Орбитальные эффекты
- •Иерархия структур в микро-, макро- и мегамире
- •7.2. Модели ядра, атома. Типы взаимодействий, превращения частиц
- •«Катастрофа Рэлея-Джинса». Квантовая природа излучения, гипотеза Планка
- •Ультрафиолетовая катастрофа
- •Кванты и закономерности внешнего фотоэффекта. Опыты Столетова
- •Законы внешнего фотоэффекта
- •7.5. Реальность квантов: опыт Комптона и комбинационное рассеяние света.
- •Постулаты Бора. Принцип Паули
- •7.7. Соотношение неопределенностей.
- •Современная научная картина мира. Концепция неоднородной расширяющейся Вселенной.
- •8.1. Особенности и новые направления современной астрономии
- •8.2. Мир Фридмана
- •8.3. Теория инфляции и теория Большого Взрыва.
- •8.4. Структурная организация Вселенной
- •8.6. Концепции возникновения планетарных систем. Эволюция Солнечной системы
- •8.8. Земля и особенности ее строения. Внутреннее строение Земли
- •Земная кора
- •Поверхность Земли
- •Биосфера и космос.
- •9.1. Уровни организации строения вещества и систем. Единство и многообразие живого.
- •9.2. Основные концепции эволюции живой природы Принципы эволюции
- •История жизни на Земле
- •9.3. Ноосфера как часть биосферы Земли
- •История развития и достигнутый уровень технологии
- •Применение в научных исследованиях
- •Генная инженерия человека
- •9.5. Концепции самоорганизации: синергетика.
- •Синергетический подход в современном познании, основные принципы
- •Информация как семантическое свойство материи
Создание сто
Предпосылкой к созданию теории относительности явилось развитие в XIX веке электродинамики. Результатом обобщения и теоретического осмысления экспериментальных фактов и закономерностей в областях электричества и магнетизма стали уравнения Максвелла, описывающие эволюцию электромагнитного поля и его взаимодействие с зарядами и токами.
Другим следствием развития электродинамики стал переход от ньютоновской концепции дальнодействия, согласно которой взаимодействующие на расстоянии тела воздействуют друг на друга через пустоту, причём взаимодействие осуществляется с бесконечной скоростью, т.е. «мгновенно» к концепции близкодействия, предложенной Майклом Фарадеем, в которой взаимодействие передаётся с помощью промежуточных агентов - полей, заполняющих пространство - и при этом встал вопрос о скоростях распространения как взаимодействий, переносимых полями, так и самих полей. Скорость распространения электромагнитного поля в пустоте вытекала из уравнений Максвелла и оказалась постоянной и равной скорости света.
Однако в связи с этим встал вопрос - относительно чего постоянна скорость света? В максвелловой электродинамике скорость распространения электромагнитных волн оказалась не зависящей от скоростей движения как источника этих волн, так и наблюдателя. Аналогичной оказалась и ситуация с магнитостатическими решениями, вытекающими из уравнений Максвелла: статические магнитные поля и силы Лоренца, действующие на движущиеся в магнитных полях заряды, зависят от скоростей зарядов по отношению к наблюдателю, т.е. уравнения Максвелла оказались неинвариантными относительно принципа относительности и преобразований Галилея - что противоречило ньютоновской концепции абсолютного пространства классической механики.
Специальная теория относительности была разработана в начале XX века усилиями Г. А. Лоренца, А. Пуанкаре и А. Эйнштейна, см. ниже исторический очерк. Экспериментальной основой для создания СТО послужил опыт Майкельсона, который дал результат измерения, неожиданный для классической физики своего времени: независимость скорости света от системы отсчёта. Попытка проинтерпретировать этот результат в начале XX века вылилась в пересмотр классических представлений не только электромагнетизма, но и всей механики вообще, и привела к созданию релятивистских физических теорий.
Отклонения в протекании физических процессов, описываемые теорией относительности, от эффектов, предсказываемых классической механикой, называют релятивистскими эффектами, скорости, при которых такие эффекты становятся существенными — релятивистскими скоростями.
-
Постулаты и следствия из постулатов СТО.
Постулаты Эйнштейна
СТО полностью выводится на физическом уровне строгости из трёх постулатов (предположений):
1. Справедлив принцип относительности Эйнштейна — расширение принципа относительности Галилея. (При́нцип относи́тельности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения. Отсюда следует, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта)
-
Скорость света не зависит от скорости движения источника во всех инерциальных системах отсчёта.
-
Пространство и время однородны, пространство является изотропным.
Формулировка второго постулата может быть шире: «Скорость света постоянна во всех инерциальных системах отсчёта», но для вывода СТО достаточно его исходной формулировки Эйнштейном, записанной выше. Приписывание постулатов Эйнштейну правомерно в той степени, что до его работы эти уже сформулированные отдельно друг от друга (в частности, А. Пуанкаре) утверждения в совокупности явным образом никем не рассматривались.
Иногда в постулаты СТО также добавляют условие синхронизации часов по А. Эйнштейну, но принципиального значения оно не имеет: при других условиях синхронизации лишь усложняется математическое описание экспериментальной ситуации без изменения предсказываемых и измеряемых эффектов.
Тем не менее, опора на достижения экспериментальной физики позволяет утверждать, что в пределах своей области применимости — при пренебрежении эффектами гравитационного взаимодействия тел — СТО является справедливой с очень высокой степенью точности (до 10−12 и выше) (см. список литературы). По меткому замечанию Л. Пэйджа, «в наш век электричества вращающийся якорь каждого генератора и каждого электромотора неустанно провозглашает справедливость теории относительности — нужно лишь уметь слушать».