Теория относительности эйнштейна реферат

Обновлено: 05.07.2024

Введение

Многие придерживаются, в том числе и я, теории того, что космос, этот вакуум, бесконечен. Я же несколько надумал свою теорию, которая затрагивает бесконечность космоса. Суть в том, что космос бесконечно бесконечен. Он настолько бесконечно бесконечен, что являемся не просто песчинкой в нём. Нас в нём нет. И одновременно с этим, нас в нём бесконечно много. Так –как вероятно что в какой-то другой точки мироздания существует точно такая же планета с точностью до ручки в вашей правой руке, или же отсутствии этой ручки. То есть космос настолько бесконечен, что он бесконечно повторяется снова и снова в бесконечной бесконечности точек вселенной. Он настолько сильно повторяется, что вещи, о которых вы сейчас думаете бесконечно повторяются в головах других вас читающих этот реферат, которого существует также бесконечно по всей бесконечно бесконечной вселенной. Из этого можно сказать, что никто и никогда не являлся индивидуальностью, так как он уже бесконечно есть во вселенной. Ни в прошлом, ни в бедующем. Почему же не в прошлом, не в бедующем? Потому что уже существовало бесконечное число бесконечных планет “Земля”, на которых были бесконечные вы, которые бесконечно читали этот реферат, написанный мной бесконечное число раз в бесконечных точках вселенных.

Хотя, все это может быть относительно. А о относительности написано в теории Альберта Эйнштейна, физика-теоретика, одного из основателей современной физики, родившегося в Германии, с 1983 года проживавшего в Швейцарии, с 1914 г. в Германии, в 1933 г. эмигрировавшего в США. Создание им теории относительности стало самым фундументальным открытием XX в., оказавшим огромное влияние на всю картину мира.

По мнению современных исследователей, теория относительно ликвидировала всеобщее время и оставила только локальное время, которое детерминируется интенсивностью полей тяготения и скоростью движения материальных объектов.

Частная (специальная) теория относительности

1) все законы физики одинаково применимы в любой инерциальной системе отчета и не должны меняться при преобразованиях Лоренца;

2) свет всегда распространяется в свободном пространстве с одной и той же скоростью, независимо от движения источника.

Эйнштейн выдвинул удивительный и на первый взгляд парадоксальный постулат, что скорость света для всех наблюдателей, как бы они ни двигались, одинакова. Этот постулат (при выполнении некоторых дополнительных условий) приводит к полученным ранее Х. Лоренцем формулам для преобразований координат и времени при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, движущуюся относительно первой. Но Лоренц рассматривал эти преобразования как вспомогательные, или фиктивные, не имеющие непосредственного отношения к реальному пространству и времени. Эйнштейн понял реальность этих преобразований, в частности, реальность относительности одновременности.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Таким образом, принцип относительности, установленный для механики еще Галилеем, был распространен на электродинамику и другие области физики. Это привело, в частности, к установлению важного универсального соотношения между массой М, энергией Е и импульсом Р: E2 = М2Чc4 + P2Чс2 (где с – скорость света), которое можно назвать одной из теоретических предпосылок использования внутриядерной энергии.

Общая теория относительности

Общая теория относительности привела к предсказанию эффектов (конечной скорости изменения поля тяготения, равной скорости света в вакууме – это изменение переносится в виде гравитационных волн; возможности возникновения черных дыр и др.), которые вскоре получили экспериментальное подтверждение. Она позволила также сформулировать принципиально новые модели, относящиеся ко всей Вселенной, в том числе и модели нестационарной (расширяющейся) Вселенной.

Из уравнений релятивистской механики (как и механики Ньютона) вытекает закон сохранения энергии, для которого получается новое выражение: E = mc2. Это – знаменитое соотношение Эйнштейна, связывающее массу тела и его энергию. Иногда это соотношение ошибочно истолковывают как указание на возможность взаимных превращений массы и энергии. В действительности же оно означает лишь то, что масса всегда пропорциональна энергии. В частности, наличие у покоящейся частицы массы говорит и о наличии у нее энергии (энергии покоя), что не играет роли в классической механике, но приобретает принципиальное значение при рассмотрении процессов, в которых число и сорт частиц может изменяться и поэтому энергия покоя может переходить в другие формы. В атомных ядрах энергия притяжения частиц приводит к тому, что общая масса ядра оказывается меньше суммы масс отдельных частиц (дефект массы). Установление этого факта явилось одним из важнейших шагов к возникновению ядерной энергетики, так как позволило оценить ту значительную энергию, которая должна высвобождаться при делении тяжелых и слиянии легких ядер.

Заключение

В основе теории относительности лежат два положения: принцип относительности, означающий равноправие всех инерциальных систем отсчета, и постоянство скорости света в вакууме, ее независимость от скорости движения источника света. Эти два постулата определяют формулы перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой – преобразования Лоренца, для которых характерно, что при таких переходах изменяются не только пространственные координаты, но и моменты времени (относительность времени). Из преобразований Лоренца получаются основные эффекты специальной теории относительности: существование предельной скорости передачи любых взаимодействий – максимальной скорости, до которой можно ускорить тело, совпадающей со скоростью света в вакууме; относительность одновременности (события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, в общем случае не одновременны в другой); замедление течения времени в быстро движущемся теле и сокращение продольных – в направлении движения – размеров тел и др. Все эти закономерности теории относительности надежно подтверждены на опыте.

Принцип относительности – фундаментальный физический закон, согласно которому любой процесс протекает одинаково в изолированной материальной системе, находящейся в состоянии покоя, и в такой же системе в состоянии равномерного прямолинейного движения. Состояния движения или покоя определяются по отношению к произвольно выбранной инерциальной системе отсчета. Принцип относительности лежит в основе специальной теории относительности Эйнштейна.

Инерциальная система – понятие классической механики, первой фундаментальной физической теории, которая имеет высокий статус и в современной физике. Основы этой теории заложил И.Ньютон.

Система отсчета, в которой справедлив закон инерции: материальная точка, когда на нее не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, – называется инерциальной. Всякая система отсчета, движущаяся по отношению к ней поступательно, равномерно и прямолинейно, есть также инерциальная.

Существует фактически две различных теории относительности, известных в физике, одна из них называется специальной (частной) теорией относительности, другая – общей теорией относительности. Альберт Эйнштейн предложил первую из них в 1905 г., вторую – в 1916 г. Принимая во внимание, что специальная теория относительности связана, в первую очередь, с электрическими и магнитными явлениями и с их распространением в пространстве и времени, общая теория относительности была разработана, прежде всего, чтобы иметь дело с тяготением. Обе теории сосредотачиваются на новых подходах к пространству и времени, подходах, которые отличаются глубоко от тех, которые используются в каждодневной жизни; но релятивистские понятия пространства и времени неразрывно вплетаются в любую современную интерпретацию физических явлений в пределах от атома до вселенной в целом.

Рассмотрим последовательное развитие этих теорий.

1. Предпосылки создания теории относительности А.Эйнштейна

1.1. Относительность движения по Галилею

Важную роль в создании научной картины мира сыграл принцип относительности одного из основоположников современного естествознания Галилея – принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета в классической механике, который утверждает, что никакими механическими опытами, проводящимися в какой-то инерциальной системе отсчета, нельзя определить, покоится данная система или движется равномерно и прямолинейно.

Математически принцип относительности Галилея выражает инвариантность уравнений механики относительно преобразований координат движущихся точек (и времени) при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой – преобразований Галилея.

1.2. Принцип относительности и законы Ньютона

1.3. Преобразования Галилея

1.4. Принцип относительности в электродинамике

1.5. Преобразования Лоренца

Подобно тому, как математической формулировкой законов механики являются уравнения Ньютона, уравнения Максвелла являются количественным представлением законов электродинамики. Вид этих уравнений также должен оставаться неизменным при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую. Чтобы удовлетворить этому условию, необходимо заменить преобразования Галилея иными: x'= g(x-vt); y'= y; z'=z; t'=g(t-vx/c 2 ), где g = (1-v 2 / c 2 )-1/2, а с – скорость света в вакууме. Последние преобразования, установленные Х. Лоренцем в 1895 и носящие его имя, являются основой специальной (или частной) теории относительности. При v£c они переходят в преобразования Галилея, но если v близко к c, то проявляются существенные отличия от картины пространства – времени, которую принято называть нерелятивистской. Прежде всего, обнаруживается несостоятельность привычных интуитивных представлений о времени, выясняется, что события, которые происходят одновременно в одной системе отсчета, перестают быть одновременными в другой. Меняется и закон преобразования скоростей.

1.6. Преобразование физических величин в релятивистской теории

2. Теория относительности А.Эйнштейна

Альберт Эйнштейн (Einstein) (1879-1955) – физик-теоретик, один из основателей современной физики, лауреат Нобелевской премии, иностранный член-корреспондент РАН (1922) и иностранный почетный член АН СССР (1926). Родился в Германии, с 1893 жил в Швейцарии, с 1914 в Германии, в 1933 эмигрировал в США. Создал частную (1905) и общую (1907-16) теории относительности.

2.1. Частная (специальная) теория относительности

Таким образом, принцип относительности, установленный для механики еще Галилеем, был распространен на электродинамику и другие области физики. Это привело, в частности, к установлению важного универсального соотношения между массой М, энергией Е и импульсом Р: E 2 = М 2 ×c 4 + P 2 ×с 2 (где с – скорость света), которое можно назвать одной из теоретических предпосылок использования внутриядерной энергии.

2.2. Общая теория относительности

Из уравнений релятивистской механики (как и механики Ньютона) вытекает закон сохранения энергии, для которого получается новое выражение: E = mc 2 . Это – знаменитое соотношение Эйнштейна, связывающее массу тела и его энергию. Иногда это соотношение ошибочно истолковывают как указание на возможность взаимных превращений массы и энергии. В действительности же оно означает лишь то, что масса всегда пропорциональна энергии. В частности, наличие у покоящейся частицы массы говорит и о наличии у нее энергии (энергии покоя), что не играет роли в классической механике, но приобретает принципиальное значение при рассмотрении процессов, в которых число и сорт частиц может изменяться и поэтому энергия покоя может переходить в другие формы. В атомных ядрах энергия притяжения частиц приводит к тому, что общая масса ядра оказывается меньше суммы масс отдельных частиц (дефект массы). Установление этого факта явилось одним из важнейших шагов к возникновению ядерной энергетики, так как позволило оценить ту значительную энергию, которая должна высвобождаться при делении тяжелых и слиянии легких ядер.

Заключение

Теория относительности А.Эйнштейна – физическая теория, рассматривающая пространственно-временные свойства физических процессов. Так как закономерности, устанавливаемые теорией относительности, – общие для всех физических процессов, то обычно о них говорят просто как о свойствах пространства-времени. Эти свойства зависят от полей тяготения в данной области пространства-времени. Теория, описывающая свойства пространства-времени в приближении, когда полями тяготения можно пренебречь, называется специальной или частной теорией относительности, или просто теорией относительности. Свойства пространства-времени при наличии полей тяготения исследуются в общей теории относительности, называемой также теорией тяготения Эйнштейна. Физические явления, описываемые теорией относительности, называются релятивистскими и проявляются при скоростях v движения тел, близких к скорости света в вакууме с.

Ряд выводов общей теории относительности качественно отличаются от выводов ньютоновской теории тяготения. Важнейшие среди них связаны с возникновением черных дыр, сингулярностей пространства-времени, существованием гравитационных волн (гравитационного излучения).

Представления о пространстве и времени составляют основу физического миропонимания, что уже само по себе определяет значение теории относительности. Особенно велика ее роль в физике ядра и элементарных частиц, в том числе и для расчетов гигантских установок, которые предназначены для потоков очень быстрых частиц, необходимых для экспериментов, позволяющих продвинуться в изучении строения материи.

Литература

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Владос, 2000. – 512 с.

2. Григорьев В.Н. Альберт Эйнштейн // Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия. – М., 2001.

3. Данилова В.С., Кожевников Н.Н. Основные концепции естествознания. – М.: Аспект Пресс, 2000. – 256 с.

4. Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. – М.: ЮНИТИ, 2000. – 203 с.

5. Концепции современного естествознания / Самыгин С.И. и др. – Ростов н/Д.: Феникс, 1997. – 448 с.

6. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Курс лекций. – М.: Проект, 2002. – 336 с.

7. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. – М.: Владос, 1999. – 232 с.

8. Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания: Курс лекций. – Ростов н/Д.: Феникс, 2002. – 480 с.

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Министерство образования РФ

Северо-Кавказский гуманитарный технический институт РЕФЕРАТ

Содержание Введение 3 1. Предпосылки создания теории относительности А.Эйнштейна 5 1.1. Относительность движения по Галилею 5 1.2. Принцип относительности и законы Ньютона 6 1.3. Преобразования Галилея 6 1.4. Принцип относительности в электродинамике 7 1.5. Преобразования Лоренца 8 1.6. Преобразование физических величин в релятивистской теории 8 2.1. Частная (специальная) теория относительности 9 2.2. Общая теория относительности 10 Литература 15

Файлы: 1 файл

Реферат Теория относительности А. Эйнштейна.doc

Реферат на тему: "Теория относительности Альберта Эйнштейна"

Список использованной литературы 18

Впервые принцип относительности был установлен Галилеем,
но окончательную формулировку получил лишь в механике Ньютона.

Принцип относительности означает, что во всех инерциальных системах все механические процессы происходят одинаковым образом.

Когда в естествознании господствовала механистическая картина мира, принцип относительности не подвергался никакому сомнению. Положение резко изменилось, когда физики вплотную приступили к изучению электрических, магнитных и оптических явлений. Для физиков стала очевидной недостаточность классической механики для описания явлений природы. Возник вопрос: выполняется ли принцип относительности и для электромагнитных явлений?

Описывая ход своих рассуждений, Альберт Эйнштейн указывает на два аргумента, которые свидетельствовали в пользу всеобщности принципа относительности:

этот принцип с большой точностью выполняется в механике,
и поэтому можно надеяться, что он окажется правильным
и в электродинамике.
если инерциальные системы неравноценны для описания явлений природы, то разумно предположить, что законы природы проще всего описываются лишь в одной инерциальной системе.

Например, рассматривается движение Земли вокруг Солнца
со скоростью 30 километров в секунду. Если бы принцип относительности
в данном случае не выполнялся, то законы движения тел зависели бы
от направления и пространственной ориентировки Земли. Ничего подобного, т.е. физической неравноценности различных направлений, не обнаружено. Однако здесь возникает кажущаяся несовместимость принципа относительности с хорошо установленным принципом постоянства скорости света в пустоте (300 000 км/с).

Возникает дилемма: отказ либо от принципа постоянства скорости света, либо от принципа относительности. Первый принцип установлен настолько точно и однозначно, что отказ от него был бы явно неоправданным; не меньшие трудности возникают и при отрицании принципа относительности в области электромагнитных процессов.
В действительности, как показал Эйнштейн:

Каждое движение тела происходит относительно определенного тела отсчета и поэтому все физические процессы и законы должны формулироваться по отношению к точно указанной системе отсчета или координат. Следовательно, не существует никакого абсолютного расстояния, длины или протяженности, так же как не может быть никакого абсолютного времени.

В узком смысле теория относительности включает в себя специальную и общую теорию относительности. Специальная теория относительности (далее - СТО) относится к процессам, при исследовании которых полями тяготения можно пренебречь; общая теория относительности (далее - ОТО) — это теория тяготения, обобщающая ньютоновскую.

В истории физики термин теория относительности иногда используется для отграничения взглядов Эйнштейна, Минковского и их последователей, отвергающих концепцию светоносного эфира, от взглядов некоторых
их предшественников, таких как Лоренц и Пуанкаре.

Новые понятия и принципы теории относительности существенно изменили физические и общенаучные представления о пространстве, времени и движении, которые господствовали в науке более двухсот лет.

1. Область применения

Теория относительности применяется в физике и астрономии начиная
с XX века. Впервые новая теория потеснила 200-летнюю механику Ньютона. Это в корне изменило восприятие мира. Классическая механика Ньютона оказалась верной лишь в земных и близких к ним условиях: при скоростях много меньше скорости света и размерах, значительно превышающих размеры атомов и молекул и при расстояниях или условиях, когда скорость распространения гравитации можно считать бесконечной.

Ньютоновские понятия о движении были кардинально скорректированы посредством нового достаточно глубокого применения принципа относительности движения. Время уже не было абсолютным
(а начиная с ОТО — и равномерным).

Более того, Эйнштейн изменил фундаментальные взгляды на время
и пространство. Согласно теории относительности, время необходимо воспринимать как почти равноправную составляющую (координату) пространства-времени, которая может участвовать в преобразованиях координат при изменении системы отсчета вместе с обычными пространственными координатами, подобно тому, как преобразуются все три пространственные координаты при повороте осей обычной трехмерной системы координат.

Теория относительности значительно расширила понимание физики
в целом, а также существенно углубила знания в области физики элементарных частиц, дав мощнейший импульс и серьёзные новые теоретические инструменты для развития физики, значение которых трудно переоценить.

С помощью данной теории космология и астрофизика сумела предсказать такие необычные явления, как нейтронные звезды, черные дыры и гравитационные волны.

2. Принятие научным сообществом

В настоящее время теория относительности общепринята в научном сообществе и составляет базис современной физики. Процесс её распространения и признания в научном сообществе, тем не менее, протекал непросто. Например, критическое отношение к положениям теории относительности выражали Нобелевские лауреаты Филипп Ленард,
Й. Штарк, Дж. Дж. Томсон, а также философы и учёные (например, Циолковский, Жуковский, Тесла и др.).

3. Специальная теория относительности

Одна из причин успеха Альберта Эйнштейна состоит в том, что он ставил экспериментальные данные выше теоретических. Когда в ряде экспериментов обнаружились результаты, противоречащие общепринятой теории, многие физики решили, что эти эксперименты ошибочны.

Альберт Эйнштейн был одним из первых, кто решил построить новую теорию на базе новых экспериментальных данных.

В конце 19 века физики находились в поиске таинственного эфира – среды, в которой по общепринятым предположениям должны были распространяться световые волны, подобно акустическим, для распространения которых необходим воздух, или же другая среда – твердая, жидкая или газообразная.

Вера в существование эфира привела к убеждению, что скорость света должна меняться в зависимости от скорости наблюдателя по отношению к эфиру.

Альберт Эйнштейн отказался от понятия эфира и предположил, что все физические законы, включая скорость света, остаются неизменными независимо от скорости наблюдателя – как это и показывали эксперименты.

СТО объясняла, как интерпретировать движения между различными инерциальными системами отсчета – попросту говоря, объектами, которые движутся с постоянной скоростью по отношению друг к другу.

Эйнштейн объяснил, что когда два объекта двигаются с постоянной скоростью, следует рассматривать их движение друг относительно друга, вместо того чтобы принять один из них в качестве абсолютной системы отсчета.

Так что, если два космонавта, вы и, допустим, ваш друг, летите на двух космических кораблях и хотите сравнить ваши наблюдения, единственное, что вам нужно знать – это ваша скорость относительно друг друга.

Специальная теория относительности рассматривает лишь один специальный случай (отсюда и название), когда движение прямолинейно
и равномерно.

Исходя из невозможности обнаружить абсолютное движение, Альберт Эйнштейн сделал вывод о равноправии всех инерциальных систем отсчета. Он сформулировал два важнейших постулата, которые составили основу новой теории пространства и времени, получившей название Специальной Теории Относительности (СТО):

1. Принцип относительности Эйнштейна - этот принцип явился обобщением принципа относительности Галилея на любые физические явления. Он гласит: все физические процессы при одних и тех же условиях
в инерциальных систем отсчета (ИСО) протекают одинаково.
Это означает, что никакими физическими опытами, проведенными внутри замкнутой ИСО, нельзя установить, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно. Таким образом, все ИСО совершенно равноправны, а физические законы инвариантны по отношению к выбору ИСО (т.е. уравнения, выражающие эти законы, имеют одинаковую форму
во всех инерциальных системах отсчета).

2. Принцип постоянства скорости света - скорость света в вакууме постоянна и не зависит от движения источника и приемника света. Она одинакова во всех направлениях и во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света в вакууме - предельная скорость в природе - это одна из важнейших физических постоянных, так называемых мировых констант.

Глубокий анализ этих постулатов показывает, что они противоречат представлениям о пространстве и времени, принятым в механике Ньютона
и отраженным в преобразованиях Галилея. Действительно, согласно принципу 1 все законы природы, в том числе законы механики
и электродинамики, должны быть инвариантны по отношению к одним и тем же преобразованиям координат и времени, осуществляемым при переходе
от одной системы отсчета к другой. Уравнения Ньютона этому требованию удовлетворяют, а вот уравнения электродинамики Максвелла – нет,
т.е. оказываются не инвариантными. Это обстоятельство привело Эйнштейна к выводу о том, что уравнения Ньютона нуждаются в уточнении,
в результате которого как уравнения механики, так и уравнения электродинамики оказались бы инвариантными по отношению к одним и тем же преобразованиям. Необходимое видоизменение законов механики и было осуществлено Эйнштейном. В результате возникла механика, согласующаяся с принципом относительности Эйнштейна – релятивистская механика.

Создатель теории относительности сформулировал обобщенный принцип относительности, который теперь распространяется и на электромагнитные явления, в том числе и на движение света. Этот принцип гласит, что никакими физическими опытами (механическими, электромагнитными и др.), производимыми внутри данной системы отсчета, нельзя установить различие между состояниями покоя и равномерного прямолинейного движения. Классическое сложение скоростей неприменимо для распространения электромагнитных волн, света. Для всех физических процессов скорость света обладает свойством бесконечной скорости. Для того чтобы сообщить телу скорость, равную скорости света, требуется бесконечное количество энергии, и именно поэтому физически невозможно, чтобы какое-нибудь тело достигло этой скорости. Этот результат был подтвержден измерениями, которые проводились над электронами. Кинетическая энергия точечной массы растет быстрее, нежели квадрат ее скорости, и становится бесконечной для скорости, равной скорости света.

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: