ThE FIZIKA
Есть, что почитать.
"Процесс научных открытий — это, в сущности, непрерывное бегство от чудес" - Альберт Эйнштейн.
О, дивный релятивистский мир!
Представьте, что Вы бежите так быстро, как можете. За Вами никто не успевает. При этом Вы становитесь тяжелее, чуточку короче и ваше собственное время теперь отличается от времени окружающих вас людей, оно как бы растянулось, все остальные люди замедлились. Разумеется, что быть такого просто не может. Всё это напоминает фильм из жанра фантастики.
Да, в привычном для нас мире, в мире малых скоростей ( скоростей не превышающих скорость света = 300000 км/с) такие изменения не происходят, точнее происходят, но на такие ничтожные доли процента, что заметить их просто невозможно.
Но если с механикой Ньютона всё более менее ясно (скорость намного меньше скорости света), то что происходит, когда скорость тела приближается к скорости света?
Существует раздел механики, который изучает явления, описанные раннее. Такой раздел физики называется релятивистская механика ( от английского слова «relative», что в переводе означает «относительный»). Раздел физики привычных для нас скоростей (много меньше скорости света) называется классическая механика.
Уравнение движения Ньютона:
Любой школьник, который изучает физику, скажет, что главное уравнение классической механики, - это уравнение движения Ньютона, которое помогает решать задачи в данной области.
Больше двухсот лет считалось, что уравнение Ньютона правильно описывает природу. Ошибка была замечена в 1905 году и исправлена А. Эйнштейном. Из формулы можно понять, что скорость, с которой двигается тело, влияет на его массу. То есть при увеличении скорости (скорости сравнимой со скоростью света), масса тела увеличивается. На первый взгляд, это полностью противоречит логике привычного для нас мира.
Уравнение движения Ньютона (1 изображение).
Ошибка, исправленная Эйнштейном (2 изображение).
Преобразование и принцип относительности Галилея
Чтобы лучше понимать, о чём пойдёт речь дальше, разберёмся с преобразованием и принципом относительности Галилея. Важно понять, что в механике Ньютона время от пространства не зависит, оно течёт равномерно во всех направлениях, то есть время абсолютно. То есть неважно находитесь ли вы у себя дома или в гостях у подруги на другом конце города - скорость времени везде одинакова. Правда, течение времени будет отличаться на малую величину, если мы находимся, например, на уровне моря или на горной вершине.
При этом выполняется преобразование Галилея. (Преобразование Галилея – это преобразование (или по-другому связь) координат и скорости при переходе от одной инерциальной системе отсчёта к другой).
Физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения – принцип относительности Галилея. Часто физикам при решении определённой задачи нужно переходить из одной системы координат в другую. Если используются инерциальные системы отсчёта в данном случае, то прибегают к преобразованию и принципу относительности Галилея, для более простого решения задачи.
Данный принцип и преобразование, придуманные Галилеем, не могут быть использованы в квантовой и релятивистской механике.
Различия в классической и релятивистской механике: Пространство Минковского и преобразование Лоренца в релятивистской механике
В релятивистской механике, в отличие от классической механики, события происходят в четырёхмерном пространстве: физическое трёхмерное пространство и время (пространство Минковского).
Пространство Минковского – это четырёхмерное пространство, предложенное в качестве интерпретации пространства - времени специальной теории относительности, о которой речь пойдёт ниже.
Каждому событию соответствует точка пространства Минковского. Для описания события используется 3 координаты (декартовы координаты трёхмерного евклидова пространства) и четвёртая координата «ct», где с – скорость света, а t – время события.
Также в релятивистской механике выполняется преобразование Лоренца (позволяют преобразовывать пространственно-временные координаты событий при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой).
Преобразование Галилея (1,2 изображение).
Галилей (3 изображение).
После того, как мы разобрались с основными различиями в классической и релятивистской механике, давайте перейдём непосредственно к постулатам теории относительности.
Г. А. Лоренц, А. Пуанкаре, А. Эйнштейн создали две теории относительности – общую и специальную, которые описывают законы механики, движения в релятивистском мире (в мире скоростей, приближенных к скорости света).
Рассмотрим специальную теорию относительности. Специальная теория относительности была создана в 1905 году, она состоит из 2 постулатов.
1. Принцип относительности Эйнштейна: Законы природы одинаковы во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга (то есть в инерциальных системах отсчёта).
Таким образом, при свободном полёте межпланетного космического корабля с постоянной скоростью все опыты, поставленные на этом корабле, все явления, наблюдаемые на нём, будут таковы, как будто он покоится.
Однако уравнения Максвелла, которые сводят воедино электричество, магнетизм и свет, не подчиняются первому принципу теории относительности. Значит, в движущимся межпланетном корабле оптические и электрические явления не такие, как в неподвижном.
Следствия из уравнений Максвелла:
1. Если возмущения поля породили свет, то эти электромагнитные волны распространяются во все стороны со скоростью 300000 км/с.
2. Если источник возмущения движется, то свет всё равно распространяется со скоростью 300000 км/с.
2. Принцип постоянности скорости света:
Скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга.
Принцип постоянства противоречит классической механике, так как в последней действует закон сложения скоростей. Как известно, правило сложения скоростей не применимо к релятивистской механике.
Разберем пример: представим поезд, который едет из пункта А в бункт Б ночью. Свет от фар поезда распространяется со скоростью света, а сам поезд едет движется со скоростью 80км/ч. С какой скоростью распространяется свет от источников света? 300080км/ч? Нет. Всё также, 300000 км/ч. Доказательством служит одно из следствий из уравнений Максвелла: "Если источник возмущения движется, то свет всё равно распространяется со скоростью 300000 км/с.".
Также существует интересный постулат, который называется "постулат причинности": любое событие может оказывать влияние только на события, происходящие позже него, и не может оказывать влияние на события, происходившие раньше него. Многие, читая это, расстроились. Ведь постулат фактически подтверждает, что возвращение в прошлое невозможно. Так что если вы думайте, что в будущем изобретут машину времени и вы сможете исправить все свои ошибки, то лучше идите и исправляете сейчас, никакая машина времени не вернёт вас в прошлое.
Из постулата причинности и независимости скорости света от выбора системы отсчета следует, что скорость любого сигнала не может превышать скорость света.
В завершение, после изучения главных различий классической и релятивистской механики, а также СТО, рассмотрим интересный парадокс, основанный на разнице между классической и релятивистской механикой.
Парадокс близнецов:
Представим, что существуют два брата - близнеца: по имени Саша и Лёша. Саша - космонавт, отправился в космическое путешествие на 2 года. Кто из братьев будет моложе, когда они встретятся?
Саша будет моложе, ведь он двигался быстрее (космический корабль придавал ему скорость), чем его брат, его часы замедлятся, а сердце будет биться реже. Саша, конечно, этого не заметит, но при встрече со своим братом Лёшей разница в возрасте будет заметна.
По такому же принципу элементарные частицы мю-мезоны живут дольше, если двигаются.
Таким образом, правила природы меняются в зависимости от скорости, с которой движется объект. На первый взгляд - это невероятно. TF
Над проектом работали:
Боголюбова Дарья
Главный редактор
Автор текста
Евсеева Екатерина
Бильд-редактор
По всем вопросам:
Санкт-Петербург, улица реки Мойки, 48.
E-mail: phys.sno@gmail.com


This site was made on Tilda — a website builder that helps to create a website without any code
Create a website