Теория относительности Эйнштейна

Предпосылки создания теории относительности:

• Кризис методологии классической механики

  

• Создание теории электромагнитного поля породил вопрос: «Действует ли закон классической механики для электромагнитных явлений?»

х у V_x=0, V_y=80 км/ч

В оптике существовали представления об эфире, как о гипотетической среде, являющейся переносчиком света.

Предположения:

• Эфир движущийся (с_у=с; с_x=c+ V_y)

• Эфир неподвижен (с_x=c; с_y=c ± V_y)

Теория относительности Эйнштейна делится на:

1. Специальная теория относительности

2. Общая теория относительности

1905 год – статья Эйнштейна – «К электродинамике движущихся тел». В этой стать Эйнштейн исследовал синхронность хода времени для покоящегося наблюдателя и для движущегося, при этом он приходит к выводу, что время идет несинхронно. 1. Эйнштейн рассматривал релятивистские эффекты, которые проявляются только, когда скорость объекта приближается к скорости света (всего таких эффектов 3: 1) замедление времени в движущейся системе [dt’=dt₀*(√1 – V²/c²)]. 2) размер тела сокращается [L’=L₀*(√1 – V²/c²)]. 3) Масса тела возрастает [m’=m⁰/(√1 – V²/c²)] Одно и то же тело имеет различную длину, если оно движется с различной скоростью относительно системы отсчета, в которой эта длина измерялась (таким образом, размер и масса тела – относительные переменные).

2. Предпосылки: разработка специальной теории относительности; в классической механике рассматриваются инерциальные системы. Но в природе инерциальных систем нет. Поскольку любая система включена в ускоренное движение. Вставал вопрос: «справедлив ли принцип относительности Галилея?» Эйнштейн приходит к выводу: «Две системы отсчета (одна из которых движется ускоренно, а другая, хотя и покоится, но в ней действует однородное поле тяготения) в отношении описания законов они эквивалентны, поскольку нельзя отличить эффект гравитации от эффекта ускорения». Принцип относительности был распространен между эффектом ускорения и эффектом тяготения. Эйнштейн пришел к выводу, что это тождество справедливо, когда пространство и время имеют искривлённый характер, потому что на кривизну пространства и времени влияет сила гравитации. Т.о Эйнштейн пересмотрел представление Ньютона о пространстве и времени. У Эйнштейна существует концепция «пространство-времени», на характер которой влияет помещенная в него материя. Эйнштейн утвердил эквивалентность между эффектом инерции и эффектом гравитации. Эйнштейн доказал, что пространство и время взаимосвязано и на них влияет гравитация. Т.о. Эйнштейн создал неклассическую теорию тяготения, в которую закон тяготения Ньютона включался как частный случай. Математический аппарат у Эйнштейна сложный и описывается системой из 10 уравнений.

Квантовая физика

Истоки квантовой физики появляются в 19 веке, когда физика начинают изучать процесс излучения. Но зарождение происходит в начале 20 века и связывается с фамилией Планк. Квантовая физика – это теория, рассматривающая микромир, строение и движение элементарных частиц. Планк приходит к выводу, что излучение происходит не постоянно, а определенными порциями (квантами) и он выражает в своей формуле: e=h*ν Разрабатывалась теория строения атома. В 1911 году Резерфорд предложил планетарную модель атома. В 1913 году Бор предлагает ещё одну модель атома, усовершенствовав модель Планка, в которой говорилось, что каждая из орбит, в которой движется электрон, имеет свой собственный энергетический уровень, и электрон может перемещаться с одной орбиты на другую, при перемещении электрона, меняется количество энергии атома, т.о. при этом переходе, атом начинает либо излучать, либо поглощать энергию. В 1924 году Бройль говорит, что корпускулярно-волновой дуализм носит всеобщий характер. Он говорил, что движение элементарных частиц имеет волновой характер, они не имеют пространственной ограниченности, объема, точных координат, но при этом характеризуется массой и электрическим зарядом. Физики пришли к выводу, что нужно отказаться от средств классической механики. Т.о. в середине 20-х годов было разработано 3 теории:

• Матричный метод Гейзенберга (1925)

• Волновая механика Бройля и Шредингера (1926)

• Операторный метод Дирака (1927)

Что бы описать процессы происходящие в атоме нужно устанавливать математические соотношения между наблюдаемыми и неизвестными характеристиками. Гейзенгер устанавливает соотношение неопределенности: «любую квантовую систему характеризуют парой взаимодополняющих величин, одновременное измерение которых, с какой угодно точностью, невозможно. Существуют 2 точки зрения по поводу квантовой физики:

• Квантовую теорию нельзя считать фундаментальной, это лишь промежуточные знания, которые в дальнейшем приведет к формированию фундаментальной теории, необходимо вырабатывать принципиально новые идеи, происходящие в микромире (этой теории придерживался Эйнштейн)

• Квантовая теория является фундаментальной, и дальнейшее её развитие пойдет лишь по пути уточнения основных её идей.

С помощью квантовой теории объясняется строение атомов, усовершенствовалась теория электрической проводимости, теория твердого тела, так же используется в ядерной физике, сыграла большею роль в методологии неклассической физики.