Специальная теория относительности

          6. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

       Классическая физика рассматривает движение тел со скоростями, много меньшими скорости света . При скоростях, близких к скорости света законы классической механики не выполняются. Эти процессы и явления рассматривает релятивистская механика или специальная теория относительности.

     Специальная теория относительности была создана А. Эйнштейном в 1905году и представляет собой физическую теорию пространства и времени. Основу этой теории образуют два постулата: принцип относительности Эйнштейна и принцип постоянства скорости света.

          6.1.ПОСТОЯНСТВО СКОРОСТИ СВЕТА. ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. СВЯЗЬ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

     Главный парадокс теории относительности заключается в том, что скорость света в пустоте должна быть одной и той же для всех наблюдателей. Экспериментально установлено значение скорости света м/с. Эйнштейн объяснил этот “странный” результат “странными “ свойствами пространства и времени. Он предположил, что с точки зрения движущегося наблюдателя пространство “сокращается” в направлении движения в раз, а время по измерению того же движущегося наблюдателя во столько же раз “замедляется”. Иными словами, Эйнштейн “поправил” пространство и время , причем так, чтобы получить правильный результат  для любого светового импульса и любого наблюдателя , движущегося с постоянной скоростью (  и  - координата и время, измеренные движущимся наблюдателем). Таким образом, первый принцип  теории относительности – постоянство скорости света во всех инерциальных системах отсчета.

     Второй принцип теории относительности – принцип относительности Эйнштейна -  является обобщением принципа относительности Галилея на релятивистский случай: законы физики  выполняются одинаково во всех инерциальных системах отсчета. Неизменность вида уравнения при замене в нем координат и времени одной системы отсчета координатами и временем другой системы называется инвариантностью. Поэтому принцип относительности можно сформулировать следующим образом: уравнения, выражающие законы

природы, инвариантны по отношению к преобразованиям координат и времени от одной инерциальной системы отсчета к другой.

     Применим оба принципа теории относительности к простой разновидности часов – световым часам. Они представляют  собой два обычных зеркала, установленных параллельно друг другу на расстоянии  (рис.6.1). Такое устройство может служить  своего рода часами, если поверхности зеркал абсолютно отражающие и короткий световой импульс бегает между ними  в прямом и обратном направлениях. Пусть - время, за которое импульс света, отразившись от нижнего зеркала, достигнет верхнего. Часы “тикают” всякий раз, когда свет отражается от зеркала. Рассмотрим две пары вполне идентичных часов  и , причем частота их синхронизована и период тиканья равен . Часы  движутся вправо со скоростью . Останется ли длина движущихся часов  такой же, как у часов ? Пусть на конце часов  имеется небольшая кисточка с краской. Когда часы  проходят мимо часов , эта кисточка оставляет на часах   метку, и, если метка приходится на край часов , то это означает, что длина часов  не изменилась. Если же метка окажется ниже края часов , то длина часов  при движении  сократилась. Предположим, что именно последний случай и реализован в действительности. Тогда наблюдатель, движущийся вместе с часами  , увидит, что движущиеся часы   стали короче. С другой стороны, с точки зрения наблюдателя  движущиеся  относительно него световые часы окажутся длиннее. Однако, согласно принципу относительности, оба наблюдателя совершенно равноправны и оба должны  наблюдать один и тот же эффект. Это возможно лишь в том случае, когда обоим наблюдателям обе пары часов кажутся одной и той же длины.