История и методология естествознания. Кудрявцев С.П. - 34 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

времени для всей Вселенной, текущего само по себе, безотносительно к каким-либо процессам. Эйнштейн по-
казал, что такое время является фикцией. Все, что мы знаем о времени, связано с наблюдением реальных про-
цессов: вращение Земли, движение небесных светил, биение пульса, качание маятника, световые колебания и
т.д. Каждый такой процесс может быть назван часами. Для того, чтобы часы могли служить надежным измери-
телем времени, они должны обладать постоянством хода, т.е. строгой периодичностью. Допустим, что мы име-
ем такие идеальные часы. Разумеется, об их постоянстве хода мы можем судить, сравнивая их с другими часа-
ми. Все, что мы можем сделать для установления единообразного времени для нашей системы, это выбрать
эталонные часы и проверять по ним другие часы. До последнего времени эталонные часы давала астрономия,
она же определяла и единицу времени. Астрономическая служба времени в эпоху Ньютона следит за ходом
эталонных часов. И в наше время мы по радио или телевидению следим за сигналами точного времени и сверя-
ем по ним любые часы. Вот эта повседневная практика установления единообразного времени и лежит в основе
Эйнштейновского определения времени. Время в различных точках отсчета считается одинаковым, когда ра-
диосигналы или световые сигналы приходят в один и тот же момент в пункты, расположенные на одинаковом
расстоянии от источника сигнала, в каком бы направлении от этого источника не лежали приемные пункты.
Ясно, что в этом определении синхронности часов использован факт независимости скорости света от движе-
ния системы. В противном случае в определении единого времени для данной системы встретились бы огром-
ные трудности. Итак, благодаря факту постоянства скорости света, возможно физически точным способом ус-
тановить единое время в любой данной системе (с тем ограничением, что эта система инерциальная). Но это
будет единое время только для этой системы. В другой инерциальной системе оно уже не будет казаться еди-
ным. События одновременности в исходной системе будут неодновременными для системы отсчета, движу-
щейся с произвольной скоростью относительно исходной системы. Часы, идущие с определенной скоростью в
исходной системе, будут казаться идущими замедленно для системы, движущейся относительно исходной.
Единое время может быть установлено не для всей Вселенной, как полагал Ньютон, а только для данной систе-
мы отсчета, и каждая система отсчета будет иметь свое время. Причем часы, находящиеся в движущейся сис-
теме отсчета, идут медленнее, чем часы в неподвижной системе.
Не только время различно в разных системах отсчета, но и пространственные интервалы также различны в
разных системах отсчета. Длина тела в движущейся системе, в направлении движения, укорачивается. В тео-
рии относительности это сокращение, полученное ранее Лоренцом-Фитцджеральдом при объяснении движения
Земли относительно неподвижного эфира, является необходимым следствием ее основных постулатов и явля-
ется объективным свойством пространства: пространственные масштабы не являются инвариантами, так
же, как и временные, при переходе от одной системы отсчета к другой.
Наиболее важным следствием постулатов теории относительности является связь массы и энергии. Эйн-
штейн приходит к формуле: E = mc
2
. Если частица покоится, то связь массы и энергии выражается формулой:
E
0
= m
0
c
2
. Здесь E
0
– энергия покоя тела; m
0
– масса покоя тела; c – скорость света. Из этих формул следует, что
масса может превращаться в энергию и наоборот. Из связи массы и энергии следует еще один важный вывод.
Допустим, что мы имеем некоторую покоящуюся массу m
0
. Сообщим ей некоторую скорость. Для этого надо
затратить некоторую энергию. В результате энергия, а значит и масса движущегося тела возрастет. Представим
себе шарик определенной массы. Если мы будем его разгонять, то его масса будет расти, вдоль направления
движения размеры его будут укорачиваться. Шарик будет сплющиваться. Но он не может сплющиваться до
бесконечно тонкого диска, так как его масса растет с приближением к скорости света до бесконечности. Тело,
обладающее конечной массой покоя, не может достигнуть скорости света. Частицы, движущиеся со скоростью
света, должны обладать нулевой массой покоя, например фотон. Таковы выводы специальной теории относи-
тельности. Следует отметить, что взаимное превращение массы в энергию наблюдаются на опыте в ядерной
физике и физике элементарных частиц.
Теория относительности не создавалась на пустом месте. У Эйнштейна, как и у Ньютона в механике, были
предшественники. Ближе других ученых к созданию теории относительности подходил французский ученый
Анри Пуанкаре (1854 – 1912). За три года до выхода статьи Эйнштейна он сформулировал принцип относи-
тельности как всеобщий закон природы. Однако Пуанкаре считал возможным отказ от этого принципа при
получении новых экспериментальных фактов, опровергающих этот принцип. Эйнштейн считал принцип отно-
сительности таким же абсолютным законом, как и закон сохранения энергии. Этот принцип относительности и
принцип постоянства скорости света в вакууме являются основными в его теории.
Отметим, что теория относительности не исключила механику Ньютона – классическую механику. При
движении тел со скоростями, значительно меньшими скорости света, формулы теории относительности пере-
ходят в классические. Требование, чтобы более общая теория, в данном случае специальная теория относитель-
ности, приводила к тем же результатам, к которым приводит более узкая теория, механика Ньютона, при скоростях,
значительно меньших скорости света, называется принципом соответствия. Две теории должны соответство-
вать друг другу, когда их области применимости перекрываются.
Эйнштейн в 1916 г. сделал следующий шаг в развитии научного взгляда на мир. Он предпринял попытку
построить теорию, в которой законы природы были инвариантными для любых, а не только инерциальных,
систем отсчета. Эта теория известна под названием общей теории относительности.
В основе ее лежит факт, установленный Галилеем – независимость ускорения силы тяжести от массы тела,
или, как это было выяснено Ньютоном, равенство инертной массы и массы тяготения. Из этого факта следует
принцип эквивалентности Эйнштейна, согласно которому ускоренное движение системы отсчета эквива-
лентно некоторому полю тяготения.
Опираясь на этот принцип, Эйнштейн исследует влияние гравитации на
часы и распространение света. Он находит, что часы идут быстрее там, где гравитационный потенциал больше.

Страницы