9.4 Постулаты Эйнштейна

Эйнштейн в 1905 г. предложил отказаться от поисков объяснений, почему скорость света во всех ИСО оказывается одинаковой. Он высказал мысль, что постоянство скорости света является фундаментальным свойством природы, которое нужно констатировать как факт. Как исходные позиции СТО Эйнштейн предложил два постулата или принципа, которые подтверждаются всеми экспериментальными данными и, в первую очередь, опытом Майкельсона и Морли.

Первый постулат - принцип относительности Эйнштейна является обобщением принципа относительности Галилея на любые физические явления: все физические явления протекают одинаковым образом во всех ИСО, все законы природы и уравнения, их описывающие,инвариантны, т.е. не меняются при переходе от одной ИСО к другой. Все ИСО неразличимы по своим физическим свойствам, никаким опытом нельзя, в принципе, выделить ни одну из них, как предпочтительную.

Утверждение о том, что скорость света в вакууме не зависит от движения источника света и одинакова во всех направлениях называется вторым постулатом Эйнштейна. Это значит, что она одинакова во всех ИСО. Скорость света занимает в природе особое положение. Все остальные скорости меняются при переходе от одной ИСО к другой, а скорость света в пустоте инвариантна. Наличие такой скорости существенно меняет представления о пространстве и времени. Из постулатов также следует, что скорость света в вакууме является предельной, никакой сигнал, никакое воздействие не может распространяться с большей скоростью. Именно предельный характер этой скорости объясняет одинаковость скорости света во всех системах отсчета.

Действительно, согласно принципу относительности законы природы должны быть одинаковы во всех ИСО. То, что скорость любого сигнала не может превышать предельное значение является также законом природы. Следовательно, значение этой предельной скорости в вакууме должно быть одинаково во всех ИСО, иначе эти системы можно было бы отличить друг от друга.

Таким образом, согласно постулатам значения всех возможных в природе скоростей движения тел и распространения взаимодействий ограничено величиною с. Этим самым отвергается принцип дальнодействия ньютоновской механики.

В настоящее время оба постулата Эйнштейна, как и следствия из них, находятся в согласии со всеми экспериментальными данными.

Из этих постулатов вытекает ряд важных выводов о свойствах пространства и времени: об одновременности событий в разных ИСО, о взаимосвязи между пространством и временем, о замедлении времени и сокращении продольных размеров движущихся тел.

9.4 Одновременность событий

В механике Ньютона пространство и время считались независимыми друг от друга, поэтому два события, одновременные в какой-либо системе отсчета, будут одновременными и во всех остальных. Однако, легко показать, что это противоречит принципу постоянства и предельной величины скорости света. Два тела К и К’ образуют с соответствующими идентичными часами две ИСО. Тело К’ движется относительно К со скоростью V вдоль прямой, рис.9.2.

В системе К’произошло событие – включили лампу. В точки N и M системы К’ световой сигнал приходит в одно время – расстояния до этих точек одинаковы. В системе К скорость света такая же – с. Однако, тело М движется навстречу свету, а тело N в ту же сторону, поэтому свет достигает тело М раньше, чем N. Таким образом, события одновременные в системе К’, оказываются неодновременными в системе К. Значит время в разных ИСО течет неодинаково, в отличие от ньютоновской механики.