ЗАЧЕТ ПО КСЕ
1. Специальная теория относительности
В основе специальной теории относительности лежат два принципа – принцип относительности Эйнштейна и принцип постоянства скорости света.
Принцип относительности Эйнштейна. Во всех инерциальных системах отсчета все явления природы протекают одинаково.
Принцип постоянства скорости света. Скорость света в вакууме постоянна и не зависит от движения источника и приемника света.
Принцип постоянства скорости света Эйнштейн сформулировал на основе опыта Майкельсона. В 1881 г. американский физик Альберт Майкельсон произвел опыт, который с весьма высокой точностью измерил скорость света в различных направлениях относительно Земли. Опыт Майкельсона, неоднократно с тех пор повторявшийся в самых различных условиях, привел к совершенно неожиданному результату. Майкельсон обнаружил, что на движущейся Земле свет распространяется по всем направлениям с совершенно одинаковой скоростью.
Из постулатов специальной теории отосительости вытекает ряд следствий.
1. Скорость света в вакууме – предельная скорость в природе. Она одинакова во всех направлениях и во всех инерциальных системах отсчета. Это одна из важнейших физических постоянных, так называемых мировых констант. Следует заметить, что принцип постоянства скорости света противоречит классическому закону сложения скоростей.
2. Понятие одновременности имеет относительный смысл. Представим себе поезд, который движется прямолинейно и равномерно. Пусть в середине одного из вагонов на равном расстоянии от дверей находится лампочка, а автоматические двери устроены так, что они открываются в тот момент, когда на них падает свет. Пусть в некоторый момент времени зажглась лампочка. Что увидят люди в поезде, и что увидят люди на платформе? Люди, сидящие в середине вагона увидят следующее. Так как, согласно опыту Майкельсона, свет распространяется относительно поезда с одинаковой по всем направлениям скоростью, то он дойдет одновременно до задней и передней двери, и обе двери откроются одновременно. Что же увидят люди на платформе? Задняя дверь идет навстречу лучу света. Переднюю дверь луч света должен догонять. Поэтому людям на платформе покажется, что двери в вагоне откроются не одновременно.
Пока мы имели дело со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света, мы не могли обнаружить относительность понятия одновременности. И лишь изучая движения со скоростями, близкими к скорости света, мы вынуждены были пересмотреть понятие одновременности.
3. Физические процессы в движущейся системе отсчета замедляются относительно неподвижной системы.
Разумеется, это становится заметно только при скоростях, соизмеримых со скоростью света.
Отсюда следует так называемый «парадокс близнецов». Он заключается в том, что если один близнец остается на Земле, а другой улетает на ракете, движущейся со скоростью, близкой к скорости света, то, возвратившись на Землю, он обнаруживает, что его брат-близнец стал намного старше его.
4. Длина стержня сокращается в направлении движения. В теории относительности оказывается, что бессмысленно говорить о длине стержня, не указав системы отсчета, относительно которой эта длина измеряется.
5. Масса тела увеличивается с увеличением его скорости. Зависимость массы от скорости была обнаружена в конце XIX в. в опытах с быстрыми электронами.
6. Масса и энергия связаны соотношением:
Е = mc2.
Е – энергия тела, m – его масса , с – скорость света.
Это соотношение подтверждено многочисленными экспериментами.