Переход от электро-магнитной теории к специальной теории относительности
Информация - Философия
Другие материалы по предмету Философия
?то противоречит науке. Как же уберечь теорию Максвелла от этого недостатка?
В 1890 году Г. Герц искусственно подобрал систему уравнений, инвариантных относительно галилеевых преобразований, которые в частном случае покоящегося тела обращаются в уравнения Максвелла. Однако уравнения Герца противоречили опытно установленному постоянству скорости света (300 000 км/с).
Еще один вариант переработки уравнений Максвола предпринял голландский физик-теоретик Г.Лоренц, но и его уравнения оказались неинвариантными относительно галилеевых преобразований.
И тогда поступили, как в той известной притче: Если гора не идет к Магомеду, то Магомед идет к горе Поскольку не удалось переформулировать уравнения Максвелла так, чтобы они стали инвариантными относительно галилеевых преобразований, то Лоренц предпринял обратный ход: решил сами правила галилеевых преобразований видоизменить (проще говоря, подогнать) так, чтобы относительно этих правил уравнения Максвелла оказались инвариантными.
Лоренцевы преобразования - это новые (отличные от галилеевых) правила перехода от одной инерциалыюй системы отiета к другой. Для одной точки в декартовой системе координат без штрихов при переходе к системе отiета со штрихами лоренцевы преобразования устанавливают следующие правила:
Как видим, отличие правил лоренцевых преобразований от галилеевых существенно. Это отличие станет еще более зримым, если определять не координату материальной точки, а размер макроскопического тела, например, жесткого стержня длиной l. Такой стержень имеет начальную и конечную точки на оси х1, х. Определив координаты этих точек и вычитая из координаты с большим значением координату с меньшим значением, получим математическое выражение для длины (l) и для времени (t) движущегося стержня:
Здесь l-длина движущегося стержня, l0 - длина покоящеюся стержня, v - скорость движения стержня (системы отiета), t - время покоящегося стержня, t0 - время движущегося стержня, с - скорость света в пустоте. [2]
Рассмотрим соотношения l и t сначала формально. При малых значениях величины v, по сравнению со скоростью света, значением дроби и подкоренного выражения можно пренебречь. Тогда l = l0 и t = t0, что равносильно возврату от лоренцевых преобразований к галилеевым. Если же значения величины v достаточно большие (сравнимые со скоростью света), то значением подкоренного выражения нельзя пренебречь и оно будет уменьшаться. Соответственно этому значение величины l будет уменьшаться, а значение величины t - возрастать. В таком случае с ростом скорости движения (v) различия между преобразованиями Лоренца и преобразованиями Галилея будут нарастать.
Итак, Лоренц искусственно получил новые правила перехода от одной инсрпиалыюй системы к другой. При этом уравнения Максвелла оказываются инвариантными в любых инерциальных системах отiета. Однако неизвестной остается реальность самих преобразований Лоренца: имеют они физический смысл или пег? Поскольку эти правила получены искусственно, то сам Лоренц отказывался придавать им физический смысл. Над ним довлели представления классической физики о неизменности пространства и времени. [3]
Иначе подошел к этому вопросу А. Эйнштейн. За фактом хорошей согласованности лоренцевых преобразований с теорией Максвелла он угадал реальный физический смысл самих преобразований. Для этого он предпринял попытку дедуктивного построения теории, которая бы наполнила преобразования Лоренца физическим смыслом. Иначе говоря, он задался целью углубить понимание принципа относительности путем его развертывания в теорию относительности.
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 iитать, 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 п?/p>