Постулаты теории относительности

Из курса физики за 11 класс известно, что для быстро движущихся объектов законы механики Ньютона перестают действовать. Точное описание в этих условиях дает теория относительности, базирующаяся на двух аксиомах-постулатах. Кратко рассмотрим их суть на уровне, достаточном для школьного доклада.

Основания для разработки постулатов теории относительности

К концу XIX в. в науке стало накапливаться все больше фактов, которые противоречили ньютоновской механике.

В первую очередь это относилось к электродинамике Дж. Максвелла. Согласно этой теории электромагнитное излучение (свет) распространяется в вакууме с конечной скоростью, и эта скорость не зависит от скорости источника излучения.

Скорость света

Рис. 1. Скорость света.

Возникает противоречие. Например, если быстро движущийся наблюдатель посылает световой сигнал одновременно с пролетом рядом с неподвижным наблюдателем, то через секунду свет будет находиться на расстоянии ×10^8$м от него. Но, по мнению неподвижного наблюдателя, свет будет находиться на том же расстоянии от него, причем в другой точке (поскольку сам он не двигался).

Как может один и тот же объект находиться одновременно в разных точках ?

Для разрешения противоречия были предложены три возможности.

Во-первых, можно считать ошибочными уравнения Максвелла. Однако эти уравнения многократно подтверждались в разных опытах.

Во-вторых, можно считать ошибочным принцип относительности. Поскольку свет считался колебаниями эфира, в котором он распространяется, то можно было предположить, что эфир — это особая, выделенная, система отсчета, и уравнения Максвелла описывают распространение волн только в ней.

Однако опыт А. Майкельсона показал, что обнаружить скорость Земли относительно эфира невозможно, следовательно, эфира не существует.

Опыт Майкельсона

Рис. 2. Опыт Майкельсона.

Оставалась третья возможность: изменить сами представления о пространстве и времени. Именно это направление потребовало введение аксиом-постулатов и разработки на их основе специальной теории относительности А. Эйнштейна (СТО).

Постулаты теории относительности

Постулатов СТО два.

Первый постулат гласит, что все процессы, включая электромагнитные, во всех инерциальных системах происходят одинаково. То есть первый постулат распространяет классический принцип относительности на все явления, в том числе и на электромагнитные.

Второй постулат теории относительности серьезнее и важнее. Согласно ему, скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета, и ее скорость не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника сигнала.

Следствием второго постулата является относительность времени, расстояний и одновременности. В вышеприведенном примере выходило, что свет одновременно будет находиться в двух местах. С принятием второго постулата придется согласиться, что эти события одновременны только для одного наблюдателя. Для второго это не так. И для перехода от одной системы отсчета к другой следует пользоваться формулами преобразований Лоренца.

Рис. 3. Специальная теория относительности.

Что мы узнали?

Для разрешения противоречий между электродинамикой Максвелла и классической механикой потребовалось принять специальные аксиомы-постулаты, на основе которых была разработана специальная теория относительности. Согласно первому постулату, все процессы, включая электромагнитные, во всех системах происходят одинаково. Согласно второму постулату теории относительности, скорость света является постоянной во всех системах отсчета.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

    Почему потребовалось введение постулатов теории относительности?

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.9. Всего получено оценок: 17.

Предметы