Навигация
К.т.н. Мамаев А. В.
1. СТО и “старая физика”Физика – это наука, изучающая самые основные свойства объектов неживой природы. Основой основ самой физики является теория пространства-времени. Последней общепризнанной научной теорией пространства-времени является так называемая специальная теория относительности (СТО), создание которой чаще всего приписывают Альберту Эйнштейну, опубликовавшему в 1905 году статью “К электродинамике движущихся тел” с изложением основных положений СТО. В основу СТО Альберт Эйнштейн положил два исходных положения, принятые без каких-либо доказательств: 1) принцип относительности и 2) принцип независимости скорости света от скорости источника.
Основными понятиями, которыми оперирует теория пространства-времени, являются понятия “система отсчета”, “пространство”, “время”, “событие”, “пространственные координаты события”, “время события” и др. Система отсчета – это совокупность покоящихся друг относительно друга объектов и измерительных приборов, позволяющих однозначно определять пространственно-временные координаты любого происходящего с этими объектами события в какой-либо системе координат.
Принцип относительности – это утверждение о полной равноправности всех систем отсчета, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Такие системы отсчета принято называть инерциальными системами отсчета (ИСО) или галилеевыми системами отсчета. Принцип относительности гласит (формулировка Альберта Эйнштейна): “Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из систем отсчета, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, эти изменения состояния относятся”.
Принцип независимости скорости света от скорости источника – это утверждение о том, что скорость света, испущенного любым источником, во всех инерциальных системах отсчета имеет одно и то же значение, равное 300 000 км/c, независимо от того, покоится ли источник света относительно этой любой инерциальной системы отсчета или движется, причем неважно в какую сторону движется и с какой именно скоростью движется.
Основываясь на этих двух исходных принципах, в СТО выводятся так называемые преобразования Лоренца – уравнения, связывающие друг с другом пространственно-временные координаты любого события, происходящего в любой из инерциальных систем отсчета. Все остальные положения СТО – это следствия из преобразований Лоренца. Такими основными следствиями из преобразований Лоренца являются:
1) невозможность движения со скоростью, превышающей скорость света в вакууме;
2) сокращение продольных размеров движущихся тел при их измерении из неподвижной системы отсчета;
3) замедление времени в движущейся инерциальной системе отсчета по отношению к “покоящейся” системе отсчета;
4) независимость величины электрического заряда от скорости движения заряда, вытекающая из инвариантности уравнений Максвелла относительно преобразований Лоренца.
На двух исходных принципах СТО, а также этих (и других) следствиях из преобразований Лоренца и строится вся современная физика. От физики элементарных частиц до астрофизики. Эту физику мы будем называть далее “старой физикой”.
2. Новая теория относительностиНесмотря на то, что СТО является внутренне непротиворечивой теорией, а также и на то, в настоящее время как будто бы нет ни одного эксперимента, который противоречил бы СТО, можно попытаться построить новую релятивистскую теорию пространства-времени (НРТПВ), сократив число исходных постулатов с двух до одного. НРТПВ можно попытаться построить, отказавшись от принципа независимости скорости света от скорости источника и строя все рассуждения только на основе одного лишь принципа относительности.
Прежде всего, из принципа относительности можно вывести квадратичную зависимость скорости света в движущейся ИСО, обладающую двумя существенными особенностями. Первая ее особенность – очень незначительное влияние скорости движения движущейся ИСО на скорость света при небольших скоростях движения ИСО (по сравнению со скоростью света). Например, даже при такой громадной скорости движения ИСО, как 30 км/c (это скорость движения Земли вокруг Солнца), скорость света изменяется всего лишь на 1,5 м/с. Такое незначительное влияние обусловлено тем, что в зависимость скорости света входит квадрат отношения скорости движения движущейся ИСО к скорости света. Вторая особенность этой зависимости – зависимость скорости света только от абсолютной величины (модуля) вектора скорости движения ИСО и независимость ее от направления движения ИСО. Удаляется ли движущаяся ИСО от нас, приближается ли к нам, скорость света в обоих случаях будет большей, чем скорость света в неподвижной ИСО. Это обусловлено тем, что в выражение для скорости света в движущейся ИСО входит квадрат скорости движения этой ИСО.
Преобразования координат и времени, вытекающие из одного лишь принципа относительности, очень похожи на преобразования Лоренца. Похожи, но другие. Следствиями из этих новых преобразований координат и времени являются:
1) отсутствие запрета на движение со скоростями, большими скорости света в вакууме;
2) сокращение продольных размеров движущихся тел при их измерении из “неподвижной” системы отсчета;
3) отсутствие замедления времени в движущихся системах отсчета;
4) зависимость (тоже квадратичная) величины электрического заряда от скорости движения заряда, вытекающая из инвариантности уравнений Максвелла относительно новых преобразований координат и времени.
Физику, которая строится на одном только принципе относительности и следствиях из новых преобразований координат и времени, мы будем называть далее “новой физикой”.
3. Новая физикаВытекающие из НРТПВ изменения коснутся, прежде всего, таких направлений в физике:
1) астрофизики, где громадные расстояния могут привести к существенному влиянию квадратичной зависимости скорости света в движущейся ИСО на результаты наблюдений далеких звезд;
2) физики элементарных частиц, где зависимость заряда от скорости просто вынуждает пересмотреть почти все трактовки ранее проведенных экспериментов с частицами высоких энергий;
3) физики ускорителей, которая может, конечно же, не учитывать и дальше движение частиц высоких энергий со сверхсветовой скоростью, как это делается в старой физике, но если сверхсветовые скорости частиц существуют, то их учет позволит повысить эффективность ускорителей.
Похожие работы
... этой теории, длилась вплоть до конца 40-х годов ХХ века. Завершение выработки этой интерпретации одновременно означало и завершение научной революции в физике, начавшейся в конце ХIХ века. Основной отличительной особенностью экспериментальных исследований в области квантовой механики является фундаментальная роль взаимодействия между физическим объектом и измерительным устройством. Это связано с ...
... и дерзкий мыслитель. Он принес с собой то недостающее новое – идеи теории квантов. Планетарный атом – детище безумного эксперимента и могучей интуиции – навсегда утвердился на квантовом основании. Наконец, революция закончилась открытиями Пьер Кюри и Марии Склодовской- Кюри. Несколько слов о них. Пьер Кюри (1859-1906). Родился в семье врача. Первоначальное образование получил дома, а в 16 лет ...
... степени обусловили изменение сознания общества в различных направлениях, начиная с политики и кончая экологией. Необходимо отметить еще один аспект связи физики и общества: влияние государственного устройства на развития физики, что наиболее наглядно проявилось в 20 веке. В основном успехи физики определялись достижениями ученых в демократических государствах, а тоталитарные режимы вынуждали, как ...
... , а затем зафиксировать необходимость перехода от од- ного элемента серии к другому, непосредственно следующему за ним. * * * С научной революцией XVII века неразрывно связано имя Галилео Галилея. Пересматривая все традиционные представле- ния о науке, её методе и задаче, он опирался на определенную традицию, на те достижения, которые составили предпосылки его собственной ...
0 комментариев