Общая теория относительности реферат

Обновлено: 02.07.2024

Во второй половине 19в. и в особенности в 20в. физика развивалась такими темпами и достигла таких выдающихся результатов, каких не знала ни одна другая естественная наука. Укажу лишь на некоторые достижения. Во второй половине 19в. была создана теория электромагнитного поля и изучены электромагнитные волны. На этой базе началось бурное развитие электро- и радиотехники. Начало 20в. ознаменовалось рождением теории квантов.
Однако, на мой взгляд, самым ярким открытием 20в. стала теория относительности А. Эйнштейна. Основные положения теории были сформулированы всего в нескольких предложениях, однако какой резонанс они вызвали в обществе! Теорией относительности стали инте-ресоваться люди разных специальностей: философы, врачи, ду¬ховенство, учителя, писатели. «Никогда еще в памяти людей научная теория не обсуждалась такими широкими кругами”,- писал А.Зоммерфильд в 1920г. Вокруг теории относительности развернулись острые философские дискуссии, появилось множество книг, посвященных ее научному и научно- популярному изложению.
Эта тема заинтересовала и меня. Стало интересно, почему учёные в течение 40 лет не могли найти подтверждение тому, что Эйнштейн сформулировал в нескольких предложениях. В данной работе мне хотелось бы исследовать саму теорию относительности, изучить её основные положения и найти подтверждение её постулатам.

Содержание работы

Файлы: 1 файл

физика.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ЭКОНОМИКИ, ИНФОРМАТИКИ И СЕРВИСА

КАФЕДРА ФИЗИКИ

Курсовая работа по теме:

“Общая теория относительности Альберта Эйнштейна”.

ВВЕДЕНИЕ

Однако, на мой взгляд, самым ярким открытием 20в. стала теория относительности А. Эйнштейна. Основные положения теории были сформулированы всего в нескольких предложениях, однако какой резонанс они вызвали в обществе! Теорией относительности стали интересоваться люди разных специальностей: философы, врачи, духовенство, учителя, писатели. «Никогда еще в памяти людей научная теория не обсуждалась такими широкими кругами”,- писал А.Зоммерфильд в 1920г. Вокруг теории относительности развернулись острые философские дискуссии, появилось множество книг, посвященных ее научному и научно- популярному изложению.

Эта тема заинтересовала и меня. Стало интересно, почему учёные в течение 40 лет не могли найти подтверждение тому, что Эйнштейн сформулировал в нескольких предложениях. В данной работе мне хотелось бы исследовать саму теорию относительности, изучить её основные положения и найти подтверждение её постулатам.

1. Достижения предшественников А. Эйнштейна

Каково моё место в пространстве? Как происходит моё движение в нём? Эти необъятные вопросы лежат в основе теории относительности, и оба таят в себе немало сюрпризов.

1.1 Научная мысль в древние времена

Долгое время люди вслед за Платоном и Аристотелем верили, что царящие на небесах законы полностью отличаются от тех, которые управляют земной жизнью. В те времена у человечества было предостаточно на то оснований: в самом деле, хотя Луна вращается в космической пустоте, но разве яблоки, тем не менее, не падают на землю?

1.2 Великий труд Ньютона

И вот в 1687г. Ньютон завершает свои “Начала”- один из величайших научных трудов всех времен. Он объединил и небеса, и землю в могущественном синтезе: яблоко и Луна- все без исключения предметы материального мира подчинялись одним и тем же простым законам и непреклонно двигались по предначертанным для них траекториям как части огромного механизма. Ньютон создал классический вариант теории тяготения, и он до сих пор верно служит человечеству. Он вполне достаточен для многих, если не для большинства, задач современной астрономии, астрофизики, космонавтики. Между тем его принципиальный внутренний недостаток был ясен еще самому Ньютону. Это теория с дальнодействием: в ней гравитационное действие одного тела на другое передается мгновенно, без запаздывания. Ньютоновская гравитация так же соотносится с общей теорией относительности, как закон Кулона с максвелловской электродинамикой. Максвеллу удалось изгнать дальнодействие из электродинамики. В гравитации это сделал Эйнштейн. Однако прежде чем непосредственно переходить к изучению теории относительности посмотрим, каких успехов добились предшественники А.Эйнштейна в данной области физики.

1728г. Английский астроном Д.Брадлей, наблюдая за неподвижными звездами, обнаружил, что в течение года они описывают на небесной сфере небольшие замкнутые траектории. Это явление получило название звездной аберрации. Причина его заключалась в движении Земли по своей орбите и в постоянстве скорости распространения света. По величине аберрации, определяемой отношением v/a, где v-скорость движения Земли, можно было найти скорость света с. Значение ее оказалось равным 308 000 км/с, что совпадало с результатами датского астронома О. Ремера, определившего скорость света в 1676г. по изменению периодов затмения спутников Юпитера. Для объяснения явления аберрации на основе волновой теории света Т. Юнг в 1804г. высказал гипотезу о неувлекающемся эфире. Согласно этой гипотезе, эфир повсюду, в том числе и в движущихся телах, остается неподвижным. Однако опыт Араго по выяснению зависимости показателя преломления тела от скорости его движения противоречил этой гипотезе, и Ж. Френелю пришлось выдвинуть предположение о частичном увлечении эфира движущимися телами.

в разное время и с увеличивающейся экспериментальной точностью, неизменно давал отрицательный результат.

Так в оптике движущихся тел сложилась очень сложная ситуация, и было сделано немало попыток найти из нее выход. Задача эта была разрешена в 1905 г. специальной теорией относительности (СТО) А. Эйнштейна. Но прежде чем говорить о теории относительности, следует сказать об электродинамике движущихся сред, созданной трудами Герца, Лоренца, Пуанкаре и ряда других ученых.

1.4 Немного об электродинамике движущихся сред

В начале 90-х годов XIX в. Г. Лоренц на основе своей электронной теории и гипотезы о неподвижном эфире выводит уравнения электромагнитного поля для движущихся сред. И делает очень важный вывод: никакие оптические и электромагнитные опыты, проведенные в равномерно и прямолинейно движущейся системе отсчета, не в состоянии обнаружить этого движения. Таким образом, Лоренц сформулировал принцип относительности для электромагнитных процессов, но, к сожалению, не придал ему того большого значения, какое он заслуживал.

Так принцип относительности, сформулированный Галилеем для механических явлений, в начале XX в. был распространен на любые физические процессы. Небезынтересно отметить, что, рассматривая влияние принципа относительности на гравитацию, Пуанкаре приходит к выводу, что скорость распространения сил тяготения должна равняться скорости света.

2. Теория относительности А. Эйнштейна

Очень интересна последняя часть работы, где ставится вопрос о распространении принципа относительности на системы, движущиеся с ускорением. Именно здесь впервые появился принцип эквивалентности, согласно которому инертная масса тела равна его гравитационной массе или, что тоже самое, силы гравитации физически эквивалентны силам инерции. На основе этого принципа Эйнштейн исследует влияние гравитации на ход часов и распространение света. Он делает вывод, что любой физический процесс протекает тем быстрее, чем больше гравитационный потенциал в области, где разыгрывается этот процесс, а что световые лучи искривляются в гравитационном поле. Итак, в 1907г. Эйнштейн закладывает первые основы общей теории относительности (ОТО), над разработкой которой он неустанно работал 10 лет. Теория же, созданная им в 1905г., в которой принцип относительности был сформулирован только для инерциальных систем, получила название специальной (частной) теории относительности (СТО). Рассмотрим основные положения специальной теории относительности.

2.2 Основные положения специальной теории относительности

В основу специальной теории относительности Эйнштейн положил два постулата — два основных принципа, являющихся обобщением экспериментально установленных закономерностей.

Первый постулат обобщает механический принцип относительности Галилея на любые физические процессы. Этот постулат, называемый принципом относительности или релятивистским принципом относительности Эйнштейна, гласит:

Второй постулат выражает принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме не зависит от движения источника света. Она одинакова во всех направлениях и во всех инерциальных системах отсчета, являясь одной из важнейших физических постоянных. Опыты показывают, что скорость света с в вакууме — предельная скорость в природе: скорость любых тел и частиц, а также скорость распространения любых сигналов и взаимодействий не может превосходить с. Из двух основных постулатов теории относительности вытекает, что два события, одновременные в одной системе отсчета, не одновременны в другой системе. Понятие одновременности имеет относительный смысл, и в разных инерциальных системах отсчета время протекает по-разному.

2.3 Общая теория относительности

Общая теория относительности обобщила СТО на ускоренные системы. Эйнштейн ограничил применимость принципа постоянства скорости света областями, где гравитационными силами можно пренебречь. Зато он распространил принцип относительности на все движущиеся системы. Из ОТО был получен ряд важных выводов:

1. Свойства пространства — времени зависят от движущейся

Читайте также: