3. Специальная теория относительности А.Эйнштейна

В качестве постулатов дедуктивной теории он принял два принципа. Прежде всего - принцип относительности клас­сической физики, резко расширив его, распространив его не только на механическое движение, но и на электромагнитные и световые процессы. Уже в исходной посылке Эйнштейн объединил классическую механику и электромагнитную тео­рию Максвелла. В качестве второго постулата он взял прин­цип постоянства скорости света в пустоте. Поскольку скорость света в качестве константы включена в уравнения Максвел­ла, то Эйнштейн принял эту константу и для классической физики. Тем более что в конце XIX века экспериментально было надежно установлено, что скорость света конечна, хотя и велика. Позже было принято считать, что скорость снега в пустоте составляет примерно 300 000 км/с.

Таким образом, постулатами частной теории отно­сительности являются два принципа.

1. Принцип относительности движения, которому Эйнштейн придал всеобщий характер, распространив его с механических на магнитные, электрические и све­товые процессы.

2. Принцип постоянства скорости света в пустоте, со­ставляющей 300 000 км/с. Эта скорость является макси­мальной возможной скоростью распространения ма­териальных взаимодействий.

Из этих двух физических принципов Эйнштейн заново вывел математические правила преоб­разования Лоренца. Но теперь математическая форма соотношений l и t наполнена физичес­ким смыслом, поскольку их Эйнштейн вывел из физических посылок. Из соотношений l и t можно видеть, что, когда скорость движения те­ла становится сравнимой со скоростью света, ли­нейный размер тела физически сокращается в на­правлении его движения. Со временем происходят противоположные изменения: его течение замед­ляется, ритмика течения времени растягивается. [1]

Если скорость движения тела приближается к скорости света, то тело сжимается в направлении движения до такой степени, что превращается в плоскую фигуру (в лепешку). Значит, допускавшиеся в классической физике скорости, пре­вышающие скорость света в пустоте, не имеют физического смысла. Отсюда следует, что скорость распространения ма­териальных взаимодействий в природе не может превышать скорость света в пустоте.

Таким образом, дедуктивные следствия из физичес­ких постулатов привели Эйнштейна к построению раз­вернутой содержательной теории, которую затем он на­зовет частной, или специальной. Специальная теория относительности (СТО) обобщает классическую физи­ку и электродинамику Максвелла и выступает как реля­тивистская физика, в которой дается новая теория таких понятий, как масса, движение, пространство, время.

В классической физике пространство оторвано от времени, и они рассматриваются как абсолютные. Абсолютны они потому, что оторваны от движущихся материальных тел. Специальная теория относительности устанавливает зависи­мость пространства и времени от скорости движения мате­риальных тел. Кроме того, она устанавливает неразрывную связь пространства и времени, поскольку они изменяются синхронно, и притом в противоположных направлениях: при больших скоростях движения тел их линейный размер сокра­щается в направлении движения, а ритмика течения времени растягивается. Поэтому рассмотрение физических событий должно относиться к единому четырехмерному пространст­венно-временному континууму: х, у, z, t.

Свою критику классической механики Эйнштейн на­чал с пересмотра «абсолютного времени», понимаемого как одновременность всех событий в мире. В класси­ческой физике одновременности двух событий в точках пространства А и В обосновывалась переносом часов из одной точки в другую. Несостоятельность этого аргу­мента вытекает из факта конечной скорости распрост­ранения материальных взаимодействий. [3]

Хотя СТО базируется на рассмотрении инерциальных систем отсчета, она все же позволяет установить важную зависимость для ускоренного движения. В ре­лятивистской физике считается, что чем выше ско­рость движения тела, тем труднее увеличить ее. Пос­кольку сопротивление изменению скорости тела на­зывается его массой (инерционной), то отсюда следует, что масса тела возрастает с ростом скорости его дви­жения. В классической механике массу рассматрива­ют как постоянную величину - это релятивистская мас­са покоя. В СТО массу считают переменной величиной, зависящей от скорости движения:

Это изменение массы можно обнаружить лишь при больших скоростях, например, при движении электро­нов вокруг ядра атома, что и было затем установлено экспериментально.

После опубликования СТО Эйнштейн из зависимости массы от скорости движения математическим путем получил новое следствие - вывод о равенстве инертной и весовой массы.

Отсюда ученый сделал два радикальных вывода:

а) о равенстве весовой и инертной массы,

б) об эквивалентности массы и энергии.

Случай с кинетической энергией Эйнштейн обобщил на все формы энергии: энергия в любой форме ведет себя как масса. Энергия является массой, а масса представляет собой энергию. Энергия и масса преобразуются друг в друга по формуле:

E = m · c2

где Е - энергия, m - масса движущегося тела, с - скорость света в пустоте.

Заключение

Создание СТО было качественно новым шагом в развитии физи­ческого познания. От классической механики СТО отличается тем, что в физическое описание релятивистских явлений органически входит наблюдатель со средствами наблюдения. Описание физичес­ких процессов в СТО существенно связано с выбором системы коор­динат. Физическая теория описывает не физический процесс сам по себе, а результат взаимодействия физического процесса со средства­ми исследования. Обращая на это внимание, Эйнштейн в статье «К электродинамике движущихся тел» пишет: «Суждения всякой теории касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процес­сами»[5]. В СТО через осознание того, что нельзя дать описание физи­ческого процесса самого по себе, можно только дать его описание по отношению к определенной системе отсчета, впервые в истории физики непосредственно проявился диалектический характер про­цесса познания, активность субъекта познания, неотрывное взаимодействие субъекта и объекта познания.

Список литературы

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 2001. – 208с.

2. Мотылева Л.С., Скоробогатов В.А., Судариков А.М. Концепции современного естествознания. – СПб.: Союз, 2000. – 320с.

3. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. – М.: Гардарики, 2000. – 476с.

4. Пахомов Б.Я. Становление современной научной картины мира. – М., 1995.

5. Эйнштейн А. Собрание научных трудов. – М.: Просвещение, 1987.