Материал:

Если бы космонавт летел так же быстро, как и свет (разумеется, это только предположение, на самом деле это невозможно), его часы совсем бы остановился. Ему 6 казалось, что перелет состоялся мгновенно. С его точки зрения, оба события - ссылка сигнала и его получения - были бы одновременными. Все события, произошедшие на Земле в течение 10 лет, казалось бы ему такими, случившихся ранее, чем был послан сигнал. Но, согласно специальной теории, не существует "общей" системы отсчета: нет никаких оснований предпочесть точке зрения одного наблюдателя, а не другого. Вычисления, которые выполнил космонавт, летело быстро, столь же законные, столь же "истинные", как и вычисления, которые выполнил космонавт, летевший медленно. Не существует универсального, абсолютного времени, к которому можно было бы прибегнуть, чтобы установить различия между ними.

Это разрушение классического понятия абсолютной одновременности, без сомнения, наиболее "прекрасным неожиданным" аспектом специальной теории. Ньютон считал очевидной истиной, что один универсальный время течет во всем космосе. Так же считали Лоренц и Пуанкаре. Именно это помешало им открыть специальную теорию раньше Эйнштейна. Благодаря своей гениальности Эйнштейн понял, что теорию невозможно сформулировать исчерпывающе, логично без полного отказа от понятия универсального космического времени.

Существует, как считал Эйнштейн, только местное время. На Земле, например, каждый летит в пространстве с одной и той же скоростью: следовательно, все часы показывают одно и то же "земное время". Местное время такого типа для движущихся подобно Земле, называется "собственным временем" данного объекта. Все еще существуют абсолютные "до" и "после" (очевидно, ни один космонавт не может умереть до своего рождения), но если события разделены большими расстояниями, то существуют длительные временные интервалы, в пределах которых невозможно сказать, какая из двух событий происходила раньше или позже. Ответ зависит от движения наблюдателя относительно этих двух событий. Разумеется, решение, полученное одним наблюдателем, столь же "истинное", как и другое решение, полученное другим наблюдателем. Все это с железной логикой следует из двух основных постулатов специальной теории.

Когда понятие одновременности потеряло смысл, потеряли смысл и другие понятия. Относительным стало время, поскольку наблюдатели по-разному оценивают его. Время, разделяющее одни и те же события, неодинаковой с точки зрения каждого из наблюдателей. Движение также стала относительной. Длину поезда, который движется, нельзя измерить, если неизвестно точно, где находятся его передний и задний края в один и тот же момент времени. Если кто-то скажет, что в первом часов 00 мин передний край поезда находился точно против него, а задний край был в 1 км от него в какой-то момент между 12:00 59 мин и 1:00 01 мин, то, пожалуй, не существует способа определить истинную длину этого поезда. Другими словами, способ установления точной одновременности существенный для точных измерений расстояний и длин движущихся. При отсутствии такого способа длины движущегося, становятся зависимыми от выбора системы отсчета.

Например, если два космических корабля находятся в состоянии относительного движения, то наблюдатель на каждом из кораблей будет видеть другой корабль, который стал короче в направлении своего движения. При обычных скоростях это сокращение чрезвычайно мало. Земля, которая движется вокруг Солнца со скоростью ЗО км / сек, показалась бы неподвижном относительно Солнца наблюдателю короче всего лишь на несколько сантиметров. Однако, когда относительные скорости очень большие, изменения становятся значительными. К счастью, оказалось, что та же самая формула для сокращения, которую получили Фитцджеральд и Лоренц для объяснения опыта Майкельсона-Морли, может быть применена здесь. В теории относительности сокращение, как и раньше, называется Лоренц-Фитцджеральдовим, но было бы более понятно, если бы оно носило другое имя, поскольку Эйнштейн дал этой формуле совсем другую интерпретацию.

Для Лоренца и Фитцджеральда сокращение было физической изменением, обусловленной давлением эфирного ветра. Для Эйнштейна оно было связано только с результатами измерений. Пусть космонавт на одном космическом корабле измеряет длину другого корабля. Наблюдатели на каждом из кораблей не заметят никаких изменений длины своего собственного корабля или длины предметов внутри него. Однако, когда они измеряют другой корабль, то обнаружат, что он стал короче. Фитцджеральд все еще считал, что тела, которые движутся, имеют абсолютные "длины покоя". Когда тела сокращаются, они не имеют больше своих "настоящих" длин. Эйнштейн, отказавшись от эфира, лишил содержания понятия абсолютной длины. Осталась только длина, полученная в результате измерения, и оказалось, что она меняется в зависимости от относительной скорости объекта и наблюдателя.

Вы спросите, как это может быть, чтобы каждый корабль был короче другой? Вы ставите неправильный вопрос. Теория не утверждает, что каждый корабль короче другой. Она утверждает, что космонавт на каждом из кораблей при измерении обнаружит, что другой корабль короче. Это совершенно разные вещи. Если два человека станут с разных сторон огромной с обеих сторон вогнутой линзы, то каждый из них увидит другого меньше себя; но это не то же самое, что сказать, будто каждый из них на самом деле меньше другого.

Кроме мнимых изменений длины, существуют также мнимые изменения времени. Космонавты на каждом из кораблей обнаружат, что часы на другом корабле идет медленнее. Простой мысленный эксперимент показывает, что это действительно так. Представьте себе, что вы смотрите через бортовой отверстие одного корабля в отверстие другого корабля. Оба корабля пролетают один мимо другой с постоянной скоростью, близкой к скорости света. В момент, когда они проходят рядом, на том - другом - корабли направляют луч света от потолка до пола. Там он попадает на зеркало и отражается обратно к потолку. Вы же увидите путь этого луча в виде V-образного пути. Разделив длину на время, вы получили бы скорость света. Если бы у вас были довольно точные приборы (конечно, такие приборы в наше время не существуют), вы могли 6 зафиксировать время, которое требуется лучу, чтобы пройти этот путь.

Теперь предположим, что, когда вы зафиксировали время прохождения лучом его V-образного пути, космонавт внутри другого корабля делает то же самое. Для него корабль является неподвижной системой отсчета и свет просто идет вниз и вверх вдоль одной и той же прямой, проходя, пожалуй, более короткое расстояние, чем вдоль V-образного пути, который наблюдаете вы. Когда он разделит это расстояние на время, которое требуется лучу, чтобы пройти вниз и вверх, то тоже получит скорость света. Так как скорость света постоянна для всех наблюдателей, другой космонавт должен получить точно такой же результат, который получили вы - 300000 км / с. Но у него путь, пройденный светом, короче. Как может его результат быть тем же самым? Есть только одно объяснение: его часы идут медленнее. Разумеется, эта ситуация полностью симметрична. Если вы направите луч снизу и вверх внутри вашего корабля, то космонавт будет видеть его путь V-образным. Он сделает вывод, что ваши часы отстает.

Тот факт, что эти, которые сбивают с толку, изменения длины и времени названы "мнимыми", не означает, что существуют "настоящие" длина или время, которые различным наблюдателям просто "кажутся" разными. Длина и время являются относительными понятиями. Они не имеют смысла вне связи объекта с наблюдателем. Вопрос не стоит так, что одна система измерений "истинная", а другая система "ложная". Каждая система истинная относительно наблюдателя, который проводит измерения, - его собственной системы отсчета. Нельзя считать одно измерение более правильным, чем другое. При этом все это отнюдь не оптические иллюзии, которые нуждаются в объяснении психолога. Результаты измерений могут записать приборы. Они не требуют присутствия живого наблюдателя.

Специальная теория относительности (часть II)

Длина и время, как было выяснено в предыдущем разделе, являются относительными понятиями. Если один космический корабль пролетает мимо другой с постоянной скоростью, то наблюдатели на каждом из кораблей обнаружат, что космонавты на другом корабле похудели и передвигаются медленнее. Если их относительная скорость достаточно большая, то движения их коллег будут похожими на движения актеров в замедленной кинокартине. Все явления с периодическим движением будут казаться замедленными: движение маятника и балансира в часах, пульсация сердца, колебания атомов и т.д. По словам Артура Стэнли Эддингтона, выдающегося английского астронома, который стал одним из первых и наиболее ревностных последователей Эйнштейна, будет казаться, что даже сигары на другом корабле тлеют дольше. Космонавт, что рост два метра, стоя на корабле горизонтально движется прежнему будет выглядеть двухметровым, но его тело будет казаться тоньше по направлению движения. Когда же он ляжет, выпрямившись в направлении движения корабля, восстановится нормальная ширина его тела, но теперь будет казаться, что его рост уменьшился в направлении от головы до пят.

Если бы два космических корабля самом деле смогли двигаться друг относительно друга с достаточно большой скоростью, чтобы сделать подобные изменения существенными, то всевозможные трудности технического характера не позволили бы наблюдателям на каждом корабле увидеть эти изменения. Писатели любят объяснять теорию относительности, прибегая к упрощенным эффектных примеров. Эти красочные иллюстрации не описывают изменений, которые на самом деле можно было бы наблюдать или человеческим глазом, или с помощью каких-либо приборов, известных в настоящее время. О существовании этих изменений космонавты смогли бы, в принципе, узнать благодаря измерениям, если бы существовали достаточно точные измерительные приборы.

В дополнение к изменениям длины и времени происходит также релятивистская изменение массы. Масса, грубо говоря, - это мера количества вещества в теле.

Свинцовая и пробковая шара могут иметь одинаковые размеры, но свинцовая пуля более массивная. Концентрация вещества впий выше. Существуют два способа измерения массы тела: либо взвешиванием, или исходя из того, насколько велика сила необходима для того, чтобы придать этому телу определенного ускорения. Первый метод не очень точный, так как полученные результаты зависят от силы тяжести в данном месте Свинцовая пуля, поднята на вершину высокой горы, будет весить немного меньше, чем у ее подножия, хотя масса пули останется точно такой же. На Луне ее вес был 6 значительно меньше, чем на Земле. На Юпитере же этот вес оказался бы значительно больше.

Другой метод измерения массы дает одинаковые результаты независимо от того, проводились они на Земле, на Луне или на Юпитере; однако при использовании этого метода сразу же возникают курьезные вопросы. Чтобы определить с помощью этого метода массу тела, движется, нужно измерить силу, необходимую для оказания ему определенного ускорения. Понятно, что для того, чтобы заставить катиться пушечное ядро, необходим более сильный толчок, чем для пробковой шара. Масса, измеренная с помощью такого метода, называется инертной массой - в отличие от гравитационной массы или веса. Подобные измерения невозможно выполнить без измерений времени и расстояний. Инертная масса пушечного ядра, например, выражается через величину силы, которая необходима для увеличения его скорости (расстояние за единицу времени) на столько-то за единицу времени. Как мы увидели ранее, измерения времени и расстояний меняются с изменением относительной скорости тела и наблюдателя. Как следствие этого меняются также результаты измерений инертной массы.

В этом разделе пойдет речь только о инертную массу, полученную в результате измерений, выполнил некий наблюдатель. Для наблюдателей, неподвижны относительно предмета, например, для космонавтов, везут в космическом корабле слона, инертная масса предмета остается одной и той же независимо от скорости корабля. Масса слона, измеренная этими наблюдателями, называется его собственной массой, или массой покоя. Инертная масса того же слона, которую измерил какой-либо другой наблюдатель, движущийся относительно этого слона (например, наблюдатель на Земле), называется релятивистской массой слона. Масса покоя тела никогда не меняется, а релятивистская масса меняется. Оба измерения является измерениями инертной массы.

Все три переменные - длина, время, масса - связываются одним и тем же выражением для лоренцивського сокращения. Длина и скорость течения времени изменяются по тому же закону, так что формула для этих величин одна и та же. В то же время масса и длина временных интервалов изменяются по обратными законами, а это означает, что формула здесь нужно записать так:

где - квадрат скорости тела, движущегося

- Квадрат скорости света.

Массу любого тела, которую измеряет наблюдатель, который движется равномерно относительно этого тела, можно получить, умножив массу покоя тела на приведенный выше выражение.

Источник: https://studbooks.net/7244/estestvoznanie/kontseptsii_sovremennogo_estestvoznaniya

Смотрите также:








ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
_Роджерс Карл, Брак и его альтернативы