- •1. Естественно-научная и гуманитарная культура. Позитивизм и антипозитивизм в науке.
- •2. Объяснение, понимание и предсказание явлений как основные функции науки.
- •3. Эмпирическая и теоретическая стадии исследования.
- •4. Дифференциация знания. Развитие естествознания. Становление современной естественнонаучной картины мира.
- •5. Дисциплинарный и интегративный подходы к изучению мира. Кибернетика как пример междисциплинарного исследования.
- •6. Механическая картина мира. Законы Ньютона.
- •7. Пространство и время. Их свойства в классической механике.
- •8. Принцип относительности в классической механике. Закон всемирного тяготения Ньютона.
- •9. Преобразования Галилея и Лоренца. Пространство и время в теории относительности.
- •Четырехмерное пространство – время
- •10. Универсальные и статические законы. Вероятность события.
- •12. Термодинамика и статическая физика.
- •13. Открытые и замкнутые системы. Обратимы и необратимые процессы.
- •14. Самоорганизация в открытых системах. Условия, необходимые для возникновения процессов самоорганизации.
- •15. Примеры самоорганизующихся систем (ячейки Бенара, реакция Жаботинского-Белоусова, модель «хищник-жертва»)
- •16. Термодинамическая система. Понятие состояния. Равновесные и не равновесные состояния.
- •17. Первое и второе начало термодинамики. Энтропия как функция состояния. Первое начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •18. Вероятный смысл энтропии. Закон возрастания энтропии.
9. Преобразования Галилея и Лоренца. Пространство и время в теории относительности.
Удивительные следствия принципа постоянства скорости света часто иллюстрируют на примере пассажира, который едет в вагоне сверхбыстрого поезда.
Наблюдатель в вагоне имеет лампу, установленную в середине вагона. Для наблюдателя А, движущегося вместе с вагоном, видно, что оба сигнала выходят из середины вагона и распространяются в обе стороны, достигая обоих концов в один и тот же момент. Скорость света одинакова для лучей. Расстояния, ими проходимые, также одинаковы. Наблюдатель В должен увидеть левый сигнал быстрее, чем правый, т.к. вагон перемещается слева направо. Для него оба сигнала приходят не одновременно, а с некоторой разностью во времени. Кто прав? Согласно теории относительности, оба заключения правильны. Одновременность двух пространственно разделенных событий не является абсолютным свойством самих событий, а лишь следствие их способа рассмотрения.
Рассмотрим, каким условиям должны удовлетворять преобразования пространственных координат и времени при переходе из одной системы отсчета к другой. Если принять предположение классической механики об абсолютном характере расстояний и длин, то уравнения будут иметь вид:
Эти уравнения называются преобразованиями Галилея.
Если же преобразования должны удовлетворять также требованию постоянства скорости света, то они описываются уравнениями Лоренца. Если система отсчета движется вдоль оси X, то координаты и время в движущейся системе выражаются уравнениями:
,
, ,
.
Движущаяся линейка будет короче покоящейся, и тем короче, чем быстрее она движется. Пусть начало линейки находится в начале координат, и ее абсцисса , а конец (в движущейся системе). В неподвижной системе
, .
Т.е. длина линейки в неподвижной системе составит длины в движущейся системе
Интервал времени между двумя событиями в двух системах отсчета будет разным (x=0)
.
Из уравнений следует, что вследствие движения наблюдателей друг относительно друга они, измеряя интервалы времени между двумя данными событиями, получают разные результаты.
Если V << с, то уравнения Лоренца переходят в уравнения Галилея (принцип соответствия). Но специальная теория относительности постулирует постоянство скорости света и не допускает движений со сверхсветовой скоростью, которая считается предельной для всех движений. В обычных земных условиях мы встречаемся со скоростями, значительно меньшими скорости света, поэтому изменения, которые требует вносить теория относительности, крайне незначительны. Например, даже для ракеты, летящей со скоростью 50 000 км/ч, v/c = 5٠10-5.
Эффект замедления времени на движущейся ракете является свойством пространства и времени. Наблюдатель на ракете ничего странного не замечает. Представляет интерес «парадокс близнецов» для иллюстрации эффектов теории относительности. Один «близнец» отправляется в космическое путешествие, другой остается на Земле. В равномерно движущемся с огромной скоростью космическом корабле темп времени замедляется, все процессы происходят медленнее. Космонавт, вернувшись, оказывается более молодым, чем оставшийся на Земле.
Другой пример – наблюдения над элементарными частицами, названными µ-мезонами (мюонами). Средняя продолжительность существования таких частиц – 2 мкс, некоторые из них, образуясь на высоте 10 км, долетают до поверхности Земли. Хотя при средней «жизни» в 2 мкс они могут проделать путь только 600 м. Продолжительность существования мюонов определяется по-разному для разных систем отсчета. С «их» точки отчета, они живут 2 мкс, с нашей, земной – значительно больше.