Спеціальна теорія відносності Ейнштейна - студопедія
В якості вихідних позицій спеціальної теорії відносності Ейнштейн прийняв два постулати, або принципу:
1) принцип відносності;
2) принцип незалежності швидкості світла від швидкості джерела світла.
Перший постулат є узагальненням принципу відносності Галілея на будь-які фізичні процеси: всі фізичні явища протікають однаковим чином у всіх інерційних системах відліку. Всі закони природи і рівняння, що описують їх, інваріантні, тобто не змінюються, при переході від однієї системи відліку до іншої.
Іншими словами, все інерціальні системи відліку еквівалентні (невиразні) за своїми фізичними властивостями. Ніяким досвідом можна виділити жодну з них як бажаних.
Другий постулат стверджує, що швидкість світла у вакуумі не залежить від руху джерела світла і однакова у всіх напрямках.
Це означає, що швидкість світла у вакуумі однакова в усіх інерціальних системах відліку. Таким чином, швидкість світла займає особливе становище в природі.
З постулатів Ейнштейна випливає, що швидкість світла у вакуумі є граничною: ніякої сигнал, ніяке вплив одного тіла на інше не можуть поширюватися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла у вакуумі. Саме граничний характер цієї швидкості пояснює однаковість швидкості світла у всіх системах відліку. Наявність граничної швидкості автоматично передбачає обмеження швидкості руху частинок величиною «с». Інакше ці частинки могли б здійснювати передачу сигналів (або взаємодій між тілами) зі швидкістю, що перевищує граничну. Таким чином, згідно з постулатами Ейнштейна, показник за всіма можливими швидкостей руху тіл і поширення взаємодій обмежена величиною «с». Цим відкидається принцип дальнодействия ньютонівської механіки.
З СТО слідують цікаві висновки:
1) СКОРОЧЕННЯ ДОВЖИНИ: рух будь-якого об'єкта впливає на виміряну величину його довжини.
2) УПОВІЛЬНЕННЯ ЧАСУ: з появою СТО виникло твердження, що абсолютна час не має абсолютного сенсу, воно лише ідеальне математичне уявлення, бо в природі немає реального фізичного процесу, придатного для вимірювання абсолютного часу.
Плин часу залежить від швидкості руху системи відліку. При досить великій швидкості, близької до швидкості світла, час сповільнюється, тобто виникає релятивістське уповільнення часу.
Таким чином, в швидко рухається системі час тече повільніше, ніж в лабораторії нерухомого спостерігача: якби спостерігач, що знаходиться на Землі, міг стежити за годинником в летить на великій швидкості ракеті, то він прийшов би до висновку, що вони йдуть повільніше його власних. Ефект уповільнення часу означає, що мешканці космічного корабля старіють повільніше. Якби один з двох близнюків здійснив тривалу космічну подорож, то після повернення на Землю він виявив би, що залишився вдома його брат-близнюк набагато старша за нього.
В деякій системі можна говорити тільки про локальний часу. У зв'язку з цим часом не є сутність, яка не залежить від матерії, воно тече з різною швидкістю в різних фізичних умовах. Час завжди відносно.
3) ЗБІЛЬШЕННЯ МАСИ: маса тіла також є відносною величиною, що залежить від швидкості його руху. Чим більше швидкість тіла, тим більше стає його маса.
Ейнштейн знайшов також зв'язок між масою і енергією. Він формулює наступний закон: «маса тіла є міра міститься в ньому енергії: Е = mс 2». Якщо в цю формулу підставити m = 1 кг і з = 300000 км / с, то ми отримуємо величезну енергію 9 х 10 16 Дж, якої вистачило б для горіння електричної лампочки протягом 30 млн. Років. Але кількість енергії в масі речовини обмежена величиною швидкості світла і кількістю маси речовини.
Навколишній нас світ має три виміри. СТО стверджує, що час не можна розглядати як щось окреме і незмінне. У 1907 році німецький математик Мінковський розробив математичний апарат СТО. Він висловив припущення, що три просторові і одна тимчасова розмірності тісно пов'язані між собою. Всі події у Всесвіті відбуваються в чотиривимірному просторі-часі. З математичної точки зору СТО є геометрія чотиривимірного простору-часу Маньківського.
СТО підтверджена на великому матеріалі, багатьма фактами і експериментами (наприклад, уповільнення часу спостерігається при розпаді елементарних частинок в космічних променях або в прискорювачах високих енергій) і лежить в основі теоретичних описів всіх процесів, що протікають з релятивістськими швидкостями.
Отже, опис фізичних процесів в СТО істотно пов'язано з системою координат. Фізична теорія описує не фізичний процес сам по собі, а результат взаємодії фізичного процесу із засобами дослідження. Тому вперше в історії фізики безпосередньо проявилася активність суб'єкта пізнання, невідривно взаємодія суб'єкта і об'єкта пізнання.