 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
69
одновременности двух событий, происшедших в разных точках пространства, а также
относительность измерений длин и интервалов времени, произведенных в разных системах
отсчета, движущихся относительно друг друга. Все это означает, что для реального мира
пространство и время имеют не абсолютный, а относительный характер.
3.5. Принцип относительности и инвариантность
Важную роль в развитии естествознания сыграл принцип относительности, сформулированный
впервые Галилеем для механического движения. Механическое движение относительно, и его
характер зависит от системы отсчета. Та система, по отношению к которой выполняется первый
закон Ньютона, называется инерциальной системой отсчета. Это такая система, которая либо
покоится, либо движется прямолинейно и равномерно относительно какой-то другой
неподвижной или движущейся прямолинейно и с постоянной скоростью системы. Первый закон
Ньютона утверждает существование инерциальных систем отсчета.
Опытным путем установлено, что с большой степенью точности инерциальной можно считать
гелиоцентрическую (звездную) систему отсчета, начало координат которой находится в центре
Солнца, а оси проведены в направлении определенных звезд. Система отсчета, связанная с
Землей, строго говоря, неинерциальная, однако эффекты, обусловленные ее неинерциальностью,
связанные с вращением вокруг собственной оси и обращением вокруг Солнца, при решении
многих задач пренебрежимо малы, и в этих случаях ее можно считать инерциальной.
Если системы отсчета движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно и в
одной из них справедливы законы динамики Ньютона, то эти системы инерциальные.
Установлено, что во всех инерциальных системах отсчета законы классической динамики
имеют одинаковую форму; в этом сущность механического принципа относительности
–
принципа относительности Галилея. Он означает, что уравнения динамики при переходе от
одной инерциальной системы к другой не изменяются, т. е. инвариантны по отношению к
преобразованию координат. Галилей обратил внимание на то, что никакими механическими
опытами, проведенными в данной инерциальной системе отсчета, нельзя установить, покоится она
или движется равномерно и прямолинейно. Например, сидя в каюте корабля, движущегося
равномерно и прямолинейно, мы, не выглянув в окно, не можем определить, движется ли корабль.
А. Пуанкаре распространил принцип относительности на все электромагнитные процессы, а
А. Эйнштейн использовал его для специальной теории относительности.
Современная формулировка принципа относительности такова:
все инерциальные системы отсчета равноправны между собой (неотличимы друг от друга) в
отношении протекания физических процессов или, другими словами, физические процессы не
зависят от равномерного и прямолинейного движения системы отсчета.
Вместе с принципом относительности в физике утвердились понятия инвариантности,
инвариантов и симметрии, а также связь их с законом сохранения и вообще с законами природы.
Инвариантность означает неизменность физических величин или свойств природных
объектов при переходе от одной системы отсчета к другой. В специальной теории
относительности постулируется инвариантность законов природы и скорости света в вакууме. Они
остаются неизменными относительно преобразований Лоренца, предложенных им в 1904 г., еще
до появления теории относительности, как преобразования, относительно которых уравнения
Максвелла инвариантны.
Специальная теория относительности, принципы которой сформулировал в 1905г. А.
Эйнштейн, представляет собой современную физическую теорию пространства и времени, в
которой, как и в классической ньютоновской механике, предполагается, что время однородно, а
пространство однородно и изотропно. Специальная теория часто называется релятивистской
теорией, а специфические явления, описываемые ею, – релятивистским эффектом.
В основе специальной теории относительности лежат постулаты Эйнштейна:
1) принцип относительности: никакие опыты (механические, электрические, оптические),
проведенные в данной инерциальной системе отсчета, не дают возможности обнаружить,
покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно; все законы природы
инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы к другой;