10.4. Значение теории относительности

Специальная теория относительности, сменившая теорию, созданную Галилеем, Ньютоном и другими учеными имеет большое значение. Она:

1. Вывела физику из безвыходного положения с эфиром, нековариантностью уравнений по отношению к преобразованиям координат, связанных с переходом от одной системы к другой.

2. Установила границы применимости законов классической механики - они верны при движениях со скоростями, много меньшими скорости распространения света в вакууме.

3. Позволила глубже понять электромагнитные явления, в частности показала относительность понятий E и B.

4. Заставила пересмотреть представления о пространстве и времени. Оказалось, что понятия "размер", "форма" тела, "раньше", "позже" - относительные понятия. Метрические соотношения и промежутки времени в пространстве - относительны. Однако расстояния S в четырехмерной системе отсчета пространство-время выражаются через приращения координат x₁, x₂, x₃ и x₄ так же, как и в трехмерной системе отсчета. То же самое можно сказать и про углы, линии, поверхности. Все геометрические соотношения, вся метрика в теории относительности такая же, как и в геометрии Эвклида на плоскости (только на таком плоском многообразии всего два измерения, два взаимно перпендикулярных направления, а в "мире" Минковского - четыре). В трехмерном пространстве свободное тело движется по прямой линии. Мировая линия такого тела в четырехмерной системе отсчета пространство-время - тоже прямая линия. Однако переход от четырехмерного многообразия Минковского (x₁, x₂, x₃, x₄) к реальному многообразию (x, у, z, t) приводит к тому, что квадрат пространственно-временного расстояния (квадрат интервала между двумя событиями) - не сумма квадратов приращений координат, а сумма-разность:

S² = x² + y² z² - c²t².

Из-за наличия знака "минус" в этой "теореме Пифагора" имеются существенные отличия геометрии теории относительности от геометрии классической физики. Поэтому геометрию теории относительности называют псевдоевклидовой (похожей на евклидову).

5. Установила совершенно неожиданные, с точки зрения классических представлений, связи между массой и энергией, массой покоя, энергией и импульсом.

Нет ни одного факта или явления, противоречащего теории относительности.

Подтверждениями этой теории являются:

1. Формула E = mc², данная этой теорией, позволила использовать внутриядерную энергию.

2. Современные ускорители заряженных частиц строятся с учетом того, что для ускоряемых частиц , если не учесть этой зависимости при проектировании и постройке ускорителя, то он просто не будет работать.

3. Некоторые элементарные частицы, например -мезоны, по отношению к нашей системе отсчета (Земли) живут дольше, чем по "своим часам". Собственное время жизни -мезонов порядка 10^-8 с. Они проходят путь (через толщу атмосферы) порядка 10⁵ м. Так как они не могут двигаться со скоростью, большей скорости распространения света в вакууме, то для прохождения такого расстояния им необходимо время t0,310^-2 с, что явно больше времени их жизни. Правда, живя по "своим часам" t^'10^-8 с, они проходят путь не 10⁵ м, а меньший, так как проходимое ими расстояние для них "сжимается". Таким образом, в системе отсчета, связанной с Землей, и в системе отсчета, связанной с мезоном, такие события, как вход мезона в атмосферу, достижение им поверхности Земли, оцениваются различными значениями t и t^', r и r^', как это следует из специальной теории относительности.