2.4. Создание теории относительности
Победа электромагнитной теории Максвелла привела к кризису господствовавший до тех пор в среде физиков ньютонианский взгляд на мир. Следствием этого стал критический анализ оснований классической механики "конца века" и создание альтернативных механик без понятия силы. С новой силой и аргументацией возродился спор XVII в. между Ньютоном и Лейбницем о существовании абсолютного пространства и времени. В физике разразился "гносеологический кризис", центральное место в котором заняла критическая философия Эрнста Маха.
На этом фоне вызревало противоречие между максвелловской электродинамикой и классической механикой как физическими теориями. Сконцентрировались они вокруг вопроса о распространении электромагнитных волн (частным случаем которых стал свет) - квинтэссенции теории Максвелла.
Со времен Ньютона существовал принцип эквивалентности механических явлений во всех инерциальных (т.е. движущихся прямолинейно и равномерно) системах отсчета. Математическим выражением этого факта была инвариантность уравнений движения Ньютона по отношению к преобразованиям Галилея:
x'=x+v0t; y'=y, z'=z, t'=t, v'=v+ v0,
где v0- скорость движения "штрихованной" системы отсчета относительно движущейся с постоянной скоростью v0 относительно "нештрихованной" (относительно оси х). В результате этого принципа относительности механические явления не дают возможности определять абсолютное движение, т.е. определить какая из двух систем отсчета движется "на самом деле".
Электромагнитная теория Максвелла нарушала эту идиллию - нарушалась симметрия между тем движется ли проводник относительно магнитного поля или магнитное поле относительно проводника. Связано это с тем, что уравнения Максвелла оказываются инвариантными не относительно преобразований Галилея, а относительно преобразования Лоренца:
x'=g (x-vt), y'=y, z'=z, t'=g (t-vx/c2), g =(1-v2/c2)-1/2, связывающие одну систему координат пространства-времени (x', y', z', t') c другой (x, y, z, t), движущейся с постоянной скоростью v относительно первой (относительно оси х). Это утверждение было сформулировано Лоренцем в 1899 г. (но первым, за два года до этого, их, фактически, записал В.Фогт).
Но острее всего эта проблема сконцентрировалась вокруг вопроса о характере распространения света. Если предположить, что скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета (то. К чему пришел Эйнштейн), то нарушаются правила преобразования Галилея, а если нет, то по отношению к распространению света инерциальные системы отсчета перестают быть равноправными.
Одним из вариантов решения этой проблемы был динамическим: в 1892 г. была введена гипотеза о сокращении Фицджеральда-Лоренца (второго порядка по v/c) длины вдоль направления движения, которую Лармор связал с преобразованиями Лоренца.
Отметим, что эта гипотеза была выдвинута в рамках характерной для 19 в. эфирной[1]
формулировки этой проблемы и связанными с ними опытами Майкельсона и Морли. Последние позже, в учебниках, были объявлены "решающими экспериментами", но непосредственного влияния на Эйнштейна они не оказали. СТО рождалась из преодоления указанного выше теоретического противоречия. "Невозможность показать опытным путем абсолютное движение Земли представляет собой, по-видимому, общий закон природы", - пишет Пуанкаре в июньской статье (1905), и затем, ссылаясь на Лоренца, говорит о "полной невозможности обнаружить абсолютное движение". "В работе 1904 г. Пуанкаре рассматривает ситуацию с двумя наблюдателями, равномерно движущимися друг относительно друга и пытающимися синхронизовать свои часы при помощи световых сигналов. "Выверенные таким способом часы быдут показывать не истинное время, а так называемое местное время". Каждому наблюдателю кажется, что у другого все явления протекают медленнее, причем это замедление одинаково для всех явлений, указывает Пуанкаре, и "как следует из принципа относительности, [у наблюдателя] не будет никакого средства узнать, находится ли он в покое или в абсолютном движении"" /Пайс, с. 126/.
Из этой позиции и исходил Эйнштейн в своей знаменитой статье 1905 г. “К электродинамике движущихся тел”, где специальная (частная) теория относительности (СТО) была сформулирована почти в полном виде[2].
В основе СТО лежали 2 постулата:
1.Все законы физики имеют одинаковый вид во всех инерциальных системах отсчета. “...Для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.