1.5. Постулаты специальной теории относительности

Таким образом, к началу ХХ столетия в теоретической и экспериментальной физике сложилась своеобразная ситуация. С одной стороны, теоретически были предсказаны различные эффекты, выделяющие из множества ИСО главную (абсолютную). С другой стороны, настойчивые попытки обнаружить эти эффекты на опыте неизбежно оканчивались неудачей. Опыт неуклонно подтверждал справедливость принципа относительности для всех физических явлений. Кардинальное решение этой проблемы было дано Эйнштейном. Он пересмотрел исходные положения классической физики и прежде всего представления о свойствах пространства и времени. В результате была создана теория относительности.

Эта теория принимает без изменения такие положения классической механики, как евклидовость пространства и закон инерции Ньютона, но отказывается от представлений о неизменности размеров тел и промежутков времени, а соответственно от преобразований Галилея и принципа дальнодействия. В качестве исходных позиций специальной теории относительности Эйнштейн взял два постулата или принципа, в пользу которых говорил весь экспериментальный материал (и в первую очередь опыт Майкельсона):

– принцип относительности;

– независимость скорости света от скорости источника.

Первый постулат представляет собой обобщение принципа относительности Галилея на любые физические процессы: все законы природы и уравнения, их описывающие, инвариантны, то есть не меняются при переходе из одной ИСО к другой. Другими словами, все ИСО эквивалентны по своим физическим свойствам: никаким опытом нельзя в принципе выделить ни одну из них как предпочтительную.

Второй постулат утверждает, что скорость света в пустоте не зависит от движения источника света и скорости приемника и одинакова во всех ИСО. Таким образом, скорость света занимает особое положение в природе. В отличие от всех других скоростей, меняющихся при переходе от одной ИСО к другой, скорость света в пустоте является инвариантной величиной. Как мы увидим, наличие такой скорости существенно изменяет представления о пространстве и времени.

Вся современная физика больших скоростей основывается на постулате о постоянстве скорости света, справедливость которого подтверждается многочисленными экспериментами. Тем не менее, это утверждение носит постулативный характер, что обусловлено точностью современных экспериментальных проверок. Эйнштейн писал: “Эти две предпосылки достаточны для того, чтобы, положив в основу теорию Максвелла для покоящихся тел, построить простую, свободную от противоречий электродинамику движущихся тел. Введение “светоносного эфира” окажется при этом излишним, поскольку в предлагаемой теории не вводится “аб­со­лют­но покоящееся пространство”, наделенное особыми свойствами, а также ни одной точке пустого пространства, в котором протекают электромагнитные процессы, не приписывается вектор скорости”.

Из постулатов Эйнштейна следует также, что скорость света в пустоте является предельной: никакой сигнал, никакое воздействие одного тела на другое не могут распространяться со скоростью, превышающей скорость света в пустоте. Именно предельный характер этой скорости и объясняет одинаковость скорости света во всех системах отсчета. Тот факт, что скорость любого сигнала не может превышать предельное значение, есть также закон природы. Следовательно, значение предельной скорости – скорости света в пустоте – должно быть одинаково во всех ИСО. Наличие предельной скорости отвергает принцип дальнодействия классической механики.

Все содержание специальной теории относительности вытекает из этих двух ее постулатов.