Основные представления об общей теории относительности
Классические опыты по проверке ОТО
Пульсар PSR 1913+16 и гравитационные волны
Гравитационные линзы и коричневые карлики
Синхронизация часов
Преобразование скорости
Геометрический смысл преобразований Лоренца
Замедление времени
Релятивистские преобразования энергии и импульса
Частицы с нулевой массой покоя
Навигация
Частицы с нулевой массой покоя
Основные представления о специальной и общей теории относительности
59336
знаков
86
таблиц
11
изображений
3.3 Частицы с нулевой массой покоя
Если в формулах (20,21) формально положить скорость частицы v = c, то энергия и импульс частицы обращаются в бесконечность. Это значит, что частица с отличной от нуля массой покоя не может двигаться со скоростью света. В релятивистской механике однако предполагается, что существовуют частицы с массой покоя равной нулю, всегда движущиеся со скоростью света. Из (22) видно, что для таких частиц модуль импульса и энергия связаны соотношением:
|
откуда следует, что здесь
|
в соответствии с тем, что m = 0.
К частицам с нулевой массой покоя относятся, например, фотоны - кванты электромагнитного поля. В больших деталях их свойства будут обсуждены в разделе "Квантовая теория" - задание N 5.
3.3 Релятивистский эффект Доплера
Рассмотрим плоскую монохроматическую волну
| (23) |
Здесь - частота волны, а 
= k 
- волновой вектор (k = [()/( c)] - волновое число, - единичный вектор в направлении распространения волны (см. Рис. 11).)
Рис. 11
Выясним закон преобразования частоты и волнового вектора при переходе в другую инерциальную систему отсчета. Будем для определенности считать, что волна распространяется под углом к оси 0x, вдоль которой со скоростью V движется "штрихованная" система отсчета S. Из Рис. 11 видно, что существуют пространственно - временные точки, в которых векторы поля обращаются в нуль (узловые точки волны - те точки, в которых косинус равен нулю). Ясно, что это свойство поля носит объективный характер и должно выполняться во всех инерциальных системах отсчета. Отсюда следует, что фаза электромагнитной волны должна быть инвариантна!
|
В декартовых координатах это условие принимает вид:
| (24) |
Поскольку x, y, z, t связаны с x¢, y¢, z¢, t¢ преобразованием Лоренца , то для обеспечения инвариантности фазы необходимо, чтобы выполнялись преобразования
| (25) |
Прямой подстановкой формул (25) в соотношение (24) можно проверить его выполнение.
Найдем теперь связю между частотой 0 в системе источника волны и частотой той же волны в системе наблюдателя.
Полагая в первой формуле из (25) = 0, kx = [()/( c)] cos, где - угол распространения волны относительно V в системе наблюдателя (приемника), найдем
| (26) |
Эта формула выражает собой эффект Доплера - изменение частоты волны, вызанное относительным движением источника и приемника.
При V/c 1 из (26) имеем
|
Частота волны возрастает при сближении источника и наблюдателя ( в этом случае проекция скорости на направление луча V = V cos0) и убывает при их удалении (V 0) продольный эфект Доплера. Если относительная скорость направлена перпендикулярно лучу зрения (cos = 0), то уменьшение частоты представляет собой эффект, квадратичный по V/c:
|
- поперечный эффект Доплера.
При выводе последних двух формул учтено, что при V/c 1
|
Красное смещение (в сторону волн большей длины) наблюдаемое на Земле в спектрах излучения далеких галактик по сравнению с эталонными линиями интерпретируется как эффект раширения Метагалактики (наблюдаемой части Вселенной) - взаимного удаления галактик друг от друга. В 1928 г. Э. Хабблом было обнаружено, что скорости разбегания галактик приблизительно пропорциональны расстоянию до них:
|
Константа Хаббла H 50 100 км/(с·Мпк). Значение H-1 13 млрд. лет определяет время, истекшее с начала расширения Метагалактики при условии постоянной скорости расширения.
Заключение
ОТО — завершенная физическая теория. Она завершена в том же смысле, что и классическая механика, классическая электродинамика, квантовая механика. Подобно им, она дает однозначные ответы на физически осмысленные вопросы, дает четкие предсказания для реально осуществимых наблюдений и экспериментов. Однако, как и всякая иная физическая теория, ОТО имеет свою область применимости. Так, вне этой области лежат сверхсильные гравитационные поля, где важны квантовые эффекты. Законченной квантовой теории гравитации не существует.
ОТО — удивительная физическая теория. Она удивительна тем, что в ее основе лежит, по существу, всего один экспериментальный факт, к тому же известный задолго до создания ОТО (все тела падают в поле тяжести с одним и тем же ускорением). Удивительна тем, что она создана в большой степени одним человеком. Но прежде всего ОТО удивительна своей необычайной внутренней стройностью, красотой. Не случайно Ландау говорил, что истинного физика-теоретика можно распознать по тому, испытал ли человек восхищение при первом же знакомстве с ОТО.
Примерно до середины 60-х годов ОТО находилась в значительной мере вне основной линии развития физики. Да и развитие самой ОТО отнюдь не было весьма активным, оно сводилось в большой степени к выяснению определенных тонких мест, деталей теории, к решению пусть важных, но достаточно частных задач.
Вероятно, одна из причин такой ситуации состоит в том, что ОТО возникла в некотором смысле слишком рано, Эйнштейн обогнал время. С другой стороны, уже в его работе 1915 года теория была сформулирована в достаточно завершенном виде. Не менее важно и то обстоятельство, что наблюдательная база ОТО оставалась очень узкой. Соответствующие эксперименты чрезвычайно трудны. Достаточно напомнить, что красное смещение удалось измерить лишь спустя почти 40 лет после того, как было обнаружено отклонение света в поле Солнца.
СТО возникла больше для решения специальных задач и никоим образом не противоречит принципам ОТО. Она лишь дополнение реального состояния науки с точки зрения потребности современной физики и естествознания. Релятивизм не мертв, он лишь отражение состояния научно-технической мысли того времени.
Тем не менее, в настоящее время СТО — бурно развивающаяся область современной физики. Это результат огромного прогресса наблюдательной астрономии, развития экспериментальной техники, впечатляющего продвижения в теории.
Список использованных источников
1. “Принцип относительности” Лоренц, Пуанкаре, Эйнштейн и Минковский; ОНТИ ; 1935 г., стр. 134
2. Полное собрание трудов, Л. И. Мандельштам; Том 5, стр. 172
3. А.Эйнштейн. К электродинамике движущихся сред. - М.: 1966.
4. "Общая теория относительности"; Н. В. Мицкевич; Москва., 1927 г
5. "Парадоксы теории относительности"; Я. П. Терлецкий; Москва., 1965 г.
6. Л.В. Тарасов, Современная физика в средней школе. М.: Просвещение, 1990.
7. В.Н. Дубровский, Я.А. Смородинский, Е.Л. Сурков, Релятивистский мир. (Библиотечка "Квант", выпуск 34). М.: Наука, 1984.
8. Э.Тейлор, Дж. Уилер, Физика пространства - времени. М.: Мир, 1969.
9. И.И. Гольденблат, Парадоксы времени в релятивистской механике. М.: Наука, 1972.
10. И.М. Гельфгат, Л.Э. Генденштейн, Л.А. Кирик, 1001 задача по физике с ответами, указаниями, решениями. Москва - Харьков, Илекса. 1997.
11. И.И. Воробьев Теория относительности в задачах. М.: Наука, 1989.
12. П.В. Елютин, Г.А. Чижов, Словарь-справочник по элементарной физике. Часть 3. М., 1995.
13. Эйнштейн, Л.Инфельд. Эволюция физики. - М.: 1966.
14. В.Л.Гинзбург. О теории относительности. - М.: Наука, 1970.
15. Г.Линдер. Картины современной физики. - М.: Мир, 1977.
16. А.В.Горелов. Элементы теории относительности- элементарное изложение специальной теории относительности.
17. П.А.М.Дирак. Воспоминания о необычайной эпохе. - М.: Наука, 1990.
[ГАсГ1]
Похожие работы
... 11. П.Ф. Фильчаков. Справочник по высшей математике, М., Наука, с. 645. *** Сегодня, со всей ясностью становится очевидным, что открытый А.Эйнштейном процесс замедления Времени описанный в специальной и общей теориях относительности требует более глубокой проработки и осмысления. Необходимо разобраться и понять внутреннюю работу механизма замедления Времени, а не только знать причины вследствие, ...
... , которые господствовали в науке более двухсот лет. Все вышесказанное обосновывает актуальность выбранной темы. Цель данной работы всестороннее изучение и анализ создания специальной и общей теорий относительности Альбертом Эйнштейном. Работа состоит из введения, двух частей, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы 16 страниц. 1. Специальная теория относительности ...
... РВССОШ не сопровождается изменением его гамильтониана, а претендующие на роль гравитонов «ненаблюдаемые квазичастицы» не регистрируемы ни в каких физических экспериментах ни непосредственно, ни косвенно. Ввиду глобальной калибровочности эволюционного процесса, происходящего в микромире, все явления, непосредственно или косвенно связанные в СОФВ с наличием этих «ненаблюдаемых квазичастиц», (в том ...
... луч искривился. Для Эйнштейна это означало, что в реальном мире лучи света искривляются, когда проходят на достаточно малом расстоянии от массивного тела. Общая теория относительности Эйнштейна заменила ньютоновскую теорию гравитационного притяжения тел пространственно-временным математическим описанием того, как массивные тела влияют на характеристики пространства вокруг себя. Согласно этой ...
0 комментариев