Парадоксы теории относительности реферат

Обновлено: 04.07.2024

Вершиной научного творчества Эйнштейна стала общая теория относительности, завершенная им к 1916 г. Идеи Эйнштейна изменили господствовавшие в физике со времен Ньютона механистические взгляды на пространство, время и тяготение и привели к новой материалистической картине мира.

Среди постоянных величии, входящих в уравнение Максвелла, была константа с. Применив уравнение к конкретному случаю, Максвелл нашел, что она точно совпадает со скоростью света. Свет имеет электромагнитную природу, что световой поток — это поток электромагнитных волн. В световых волнах колебания совершают напряженности электрического и магнитного полей, а носителем волны служит само пространство, которое находится в состоянии напряжения.

В ходе подготовки реферата автором в комплексе использовался широкий спектр разных методов исследования: диалектико-материалистической философии, структурного, системного и функционального анализа в качестве общих методов научного познания явлений объективного мира.

Еще до возникновения теории относительности ученые и исследователи преодолевали ограниченность чувств человека. Так, существовали представления об инфракрасном свете, о неслышимых частотах звука, электромагнитных полях и многом другом. Такие обобщения, открытия стали возможны, когда была признана ненадежность, относительность чувственного восприятия.

Из анализа явлений аберрации звезд следовало, что эфир неподвижен, а если это так, то в любой системе отсчета, движущейся относительно него, скорость света должна равняться векторной сумме скоростей и , где — скорость света относительно эфира; — скорость движения системы отсчета относительно эфира. Неподвижный эфир легко было связать с абсолютным пространством. Тогда, найдя разницу скоростей света в эфире и в данной системе отсчета, можно определить скорость движения этой системы относительно эфира, то есть ее абсолютную скорость в абсолютном пространстве. Эта идея была положена в основу опыта, выполненного 1881 А. Майкельсоном (1852-1931), который ставил целью выявить движение Земли относительно эфира. Суть опыта заключается в следующем. Предположим, что Земля движется в эфире в определенном направлении со скоростью . Определим время, необходимое свету, распространяется в эфире со скоростью для прохождения на Земле некоторого пути (Рис. 1).

Можно считать, что специальная теория относительности, основы которой, как уже сказано, были созданы Эйнштейном в 1905 г., получила всеобщее признание только в начале 20-х годов. Вероятно, это объясняется тем, что основные положения теории относительности, как это будет видно из дальнейшего, очень необычны и не так уж легки для восприятия.Эйнштейн, приступая к разработке теории относительности, принял два из трех положений, сформулированных в начале этого раздела, а именно: 1) скорость света в вакууме неизменна и одинакова во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга,

2. для всех инерциальных систем все законы.

Теория Лоренца не только объяснила результаты опыта Майкельсона, но и по своей формальной математической теорией очень напоминала теорию Эйнштейна. Еще ближе к теории относительности были идеи выдающегося французского математика А. Однако теорию относительности создал А.

На первой стадии сформировались общие синкретические, т.е. нерасчлененные, недетализированные представления об окружающем мире как о чем-то целом. Именно тогда появилась натурфилософия (философия Природы), содержавшая идеи и догадки, ставшие в 13-15 столетиях зачатками естественных наук. В натурфилософии господствовали методы наблюдения, но не эксперимента, догадки, но не точные выводы. Тем не менее, ее роль в общем ходе познания Природы очень важна.

С философской точки зрения пространство и время являются категориями, обозначающими основные формы существования всех видов материи. Пространство выражает порядок существования отдельных объектов, время порядок смены явлений.

Поэтому физика оперирует физическими величинами, основным свойством которых является возможность их измерения и вычисления. Другой основной категорией физики, как науки, является физический закон — взаимосвязь нескольких физических величин друг с другом, записываемая обычно посредством математических соотношений. Физические законы устанавливают причинно-следственную связь и формулируются на основе обобщения опытных фактов.

Список использованных источников

1 Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля. Москвa, Нaукa, 1967.

2 Розман Г.А. Введение в общую теорию относительности А.Эйнштейна Псков, изд. ПОИПКРО, 1998г.

3 Э. Ф. Тейлор, Дж. А. Уилер, Физика пространства-времени. 2-е изд., Москва, Мир, 1971

4 Edward S. Lowry, The Clock Paradox. American Journal of Physics, vol. 31, p. 59, 1963

5 Е. Feenberg, American Journal of Physics, 27, 190, 1959

6 C.E. Dolby and S.F.Gull. On radar time and the twin “paradox”. Am. J. Phys. 69 (12), December, 2001

7 Паули В. Теория относительности. Москва-Ленинград, ОГИЗ, 1947.

9 О.Е. Акимов, Естествознание: Курс лекций, Москва, ЮНИТИ-ДАНА, 2001

10 Эйнштейн А. Вопросы космологии и общая теория относительности. В сб.

11 “Альберт Эйнштейн и теория гравитации”, Москвa, Мир, 1979.

13 Угаров В.А. Специальная теория относительности. М., Наука, 1977

14 Сивухин Д.В. Общий курс физики, т. IV. Оптика. М., Наука, 2002

15 Шульман М.Х. Парадоксы, логика и физическая природа времени. Москва 2006

Два вывода из постулатов СТО (кстати, экспериментально подтвержденные) всегда вызывали особый интерес, хотя на практике с ними почти не приходится сталкиваться явно (неявно эти эффекты содержатся в любой релятивистской формуле).

Все дело в том, что эти выводы, на первый взгляд, совершенно не могут соответствовать реальности.

1. Самый известный – парадокс близнецов обычно формулируется так. Пусть брат-близнец А отправляется в космический полет на звезду Х, находящуюся от нас на расстоянии, скажем, 20 световых лет. Скорость звездолета близка к скорости света: v = 0,9с. Долетев до звезды примерно за 22,3 года (по своим часам), корабль разворачивается и летит обратно. Таким образом, по часам брата А, совершившего этот полет, прошло примерно T = 44,6 года. Второй брат-близнец Б дожидался возвращения брата А на Земле. У трапа звездолета брата А встретил дряхлый старец, которому пришлось ждать встречи более 100 лет.

Парадокс возникает при попытке обратить рассуждение. Ведь с точки зрения брата А (неподвижный наблюдатель) движется брат Б, и по его часам проходит больше времени. Но с точки зрения брата Б движется брат А, и по его часам должно пройти больше времени. Таким образом, брат А должен вернуться постаревшим. Казалось бы, формулы СТО симметричны относительно замены v на –v. В чем же дело?

Этот парадокс разрешается следующим образом. Дело в том, что мировые линии братьев А и Б различны. Один из них (Б) находится в покое, другой (А) совершает движение с постоянной скоростью, которая в определенный момент изменяется на обратную, что возможно только при торможении и последующем ускорении космического корабля (что соответствует движению в неинерциальной системе отсчета). Таким образом, брат А движется от Земли и к Земле, находясь в покое сначала относительно одной инерциальной системы, а затем — относительно другой, и по дороге переходит на короткое время в неинерциальную систему. В то же время брат Б покоится относительно одной и той же инерциальной системы. Видно, что А и Б находятся в разных физических условиях, и это разрешает парадокс. Точный расчет показывает, что с точки зрения любого из братьев постареет больше тот, который неподвижен относительно Земли.

2. Другой эффект – лоренцевское сокращение длины и связанные с ним парадоксы.

Пусть есть две инерциальные системы отсчета – S' и S. В системе S' жесткий стержень длиной Dx' покоится вдоль оси x и нужно определить его длину в системе S, относительно которой стержень движется со скоростью v. Чтобы измерить длину стержня в любой инерциальной системе, относительно которой стержень движется вдоль продольной оси, нужно одновременно наблюдать его концы. Это – ключевое положение, непонимание которого и приводит иногда к парадоксам.

В СТО нужно отличать то, что видит наблюдатель, от того, что он знает как бы пост-фактум. То, что наблюдатель видит или фотографирует в любой фиксированный момент времени, называется картиной мира в этот момент. Это понятие практически не очень важно, а теоретически очень сложно, т.к. то, что наблюдатель видит в данный момент, – это смесь событий, происходивших все дальше в прошлом и все дальше в пространстве.Если смотреть на ночное небо, полное звезд, то расстояния до этих звезд составляют от нескольких до сотен тысяч св. лет, следовательно, наблюдающий видит свет от этих звезд, испущенный в разное время и одновременно дошедший до его глаза, т.е он. видит разновременные события.

Полезнее понятие карты мира. Ее можно представлять как карту событий в сечении 4-мерного пространства Минковского плоскостью постоянного времени t = t0. Карта мира – это как бы трехмерный мгновенный фотоснимок в натуральную величину, сделанный одновременно везде, застывшее мгновение в пространственной системе отсчета наблюдателя. Реализовать такую карту мира могут совместные снимки, сделанные вспомогательными наблюдателями, размещенными в узлах пространственной решетки в данной инерциальной системе, причем каждый фотографирует свою окрестность в заранее обусловленный момент времени t = t0, а потом снимки склеиваются.

Когда говорят, что длина тела в системе S равна такой-то величине, речь идет о карте мира, т.е. об одновременной фиксации положений концов стержня в заданный момент времени. То, что на самом деле видит глаз, наблюдая движущееся тело, совершенно другой и не очень существенный вопрос.

Для вывода формулы сокращения длины преобразования Лоренца от системы S к системе S' записываются для приращений координат:

Во второй формуле нужно положить Dx0 = 0 (одновременная фиксация концов стержня в системе S!). Тогда Dxў1 = gDx1. Если обозначить Dxў1 = L0, а Dx1 = L, то

Тейлор Э., Уилер Дж. Физика пространства-времени. М., Мир, 1973
Угаров В.А. Специальная теория относительности. М., Наука, 1977
Сивухин Д.В. Общий курс физики, т. IV. Оптика. М., Наука, 2002

Парадоксы теории относительности ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание

Введение
Теория относительности Парадоксы теории относительности
Заключение
Литература

Конвективный потенциал. Вновь рассмотрим две инерциальные системы отсчета K и K', движущиеся друг относительно друга со скоростью v. В одной системе отсчета у наблюдателя имеется заряженный конденсатор (Траутон), который покоится относительно наблюдателя. В другой — также имеется наблюдатель (Нобл) со своим заряженным конденсатором.

Кто из них прав? В чьей системе отсчета конденсатор должен повернуться?

Парадокс рычага. Опять рассмотрим двух наблюдателей, расположенных в разных инерциальных системах отсчета K и K'. У каждого из наблюдателей имеется уравновешенный рычаг. Наблюдатель системы K будет утверждать, что рычаг в системе K' не уравновешен, и он наблюдает момент М, который обязан повернуть рычаг в системе K'. Но его собственный рычаг уравновешен и не вращается. Наблюдатель системы K' будет утверждать прямо противоположное: его рычаг уравновешен, а на рычаг системы K действует не скомпенсированный момент сил.

В какой системе отсчета рычаг должен действительно повернуться?

Заключение

Создание А. Энштейном теории относительности, постулировавшей постоянство скорости света и возможность ускорения и замедления течения времени, укрепило уверенность в необычности (неклассичности) тезисов современной науки .

Любые парадоксы всегда свидетельствовали о неполноценности знаний.

Все выше перечисленные парадоксы говорят не о неверности теории относительности, а о непостижимости реальности с помощью наглядных представлений и здравого смысла. Парадокс — это какая-либо неувязка, противоречие. Противоречие — источник развития. Поэтому несколько парадоксальных явлений в контексте теории относительности привели к новому революционному этапу развития физики.

Возвращаясь к теории фотоэффекта, подчеркнем, что она дала первый толчок к развитию квантовой механики. С безумными объяснениями квантовой механики Эйнштейн боролся всю свою жизнь. Удивительно, но в данном случае сам Эйнштейн не смог отречься от здравого смысла. Вот вам еще одно противоречие. Познание бесконечно, поэтому всегда найдется задача, требующая решения.

Литература

Эйнштейн А. Собр. научн. тр. М.: Наука, 1965, т. 1, с. 145−146, с. 689.

Эйнштейн А. Собр. научн. тр. М.: Наука, 1966., т. 2, с. 160 (9, "https://referat.bookap.info").

Парнов Е. И. На перекрестке бесконечностей. М., 1967. с. 294.

Бриллюен Л. Новый взгляд на теорию относительности. — М.: Мир, 1973.

Шаповалов В. Ф. Основы философии. От классики к современности. М. 1998. с. 385.

Большая Советская Энциклопедия (БСЭ). 1977. т.27, -с.1809

А.Эйнштейн. Собр. научн. тр. М.: Наука, 1965, Т. 1, с. 145−146, с. 689.

А.Эйнштейн. Собр. научн. тр. М.: Наука, 1966., т. 2, с. 160.

Парнов Е. И. На перекрестке бесконечностей. М., 1967. с. 294.

Бриллюен Л. Новый взгляд на теорию относительности. М.: Мир, 1973. с. 97.