Теория относительности. Учебное пособие. Розман Г.А. - 21 стр.

UptoLike

Составители: 

Рубрика: 

40
41
íåîáõîäèìî ñíà÷àëà ðàçìåñòèòü ïî ñâîèì ðàáî÷èì ìåñòàì, à
çàòåì, èñïîëüçóÿ ñèãíàë ñ êîíå÷íîé ñêîðîñòüþ ðàñïðîñòðàíåíèÿ,
ïðîèçâåñòè ñèíõðîíèçàöèþ, ó÷èòûâàÿ âðåìÿ çàïàçäûâàíèÿ
ñèãíàëà, ïîñëàííîãî èç öåíòðà, ãäå ðàñïîëàãàþòñÿ ãëàâíûå
÷àñû.  êàæäîé ÈÑÎ ýòîò ïðîöåññ íåîáõîäèìî ïðîèçâåñòè
íåçàâèñèìî. Òî÷íî òàê æå â ñèëó îòíîñèòåëüíîñòè äëèíû
ìàñøòàáíîãî ñòåðæíÿ, ìåòðèçàöèÿ ïðîñòðàíñòâà äîëæíà
ïðîèçâîäèòüñÿ â êàæäîé ÈÑÎ ñàìîñòîÿòåëüíî.
§ 6. Ôîðìóëû ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè â ÑÒÎ
(ôîðìóëû Ëîðåíöà).
Êèíåìàòè÷åñêèå ñëåäñòâèÿ èç ôîðìóë Ëîðåíöà
Ìû óñòàíîâèëè, ÷òî ïîñòóëàòû Ýéíøòåéíà ïðîòèâîðå÷àò
êëàññè÷åñêèì ïðåäñòàâëåíèÿì î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâè-
æåíèè. Âî-ïåðâûõ, îòðèöàåòñÿ ñóùåñòâîâàíèå àáñîëþòíîãî
ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, àáñîëþòíîãî äâèæåíèÿ. Îòêàçûâàÿñü îò
ýôèðà êàê íîñèòåëÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ êîëåáàíèé, Ýéíøòåéí
ïðèçíàåò ìàòåðèàëüíîñòü ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Âî-âòîðûõ,
îáíàðóæèâàåòñÿ îòíîñèòåëüíîñòü îäíîâðåìåííîñòè,
ïðîìåæóòêîâ âðåìåíè è äëèíû, êîòîðûå â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå
ñ÷èòàëèñü àáñîëþòíûìè âåëè÷èíàìè. Â-òðåòüèõ, ïðèçíàíèå ïðå-
äåëüíîñòè ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ êî-
ëåáàíèé â âàêóóìå, òðåáóåò îòêàçà îò êëàññè÷åñêîé òåîðåìû
ñëîæåíèÿ ñêîðîñòåé, êîòîðàÿ íå îãðàíè÷èâàëà âåëè÷èíó ñêîðîñòè
ïåðåìåùåíèÿ ìàòåðèàëüíîãî îáúåêòà.
Íî âñå îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ êëàññè÷åñêîé ôèçèêè î ïðî-
ñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè ìàòåìàòè÷åñêè êðàòêî âûðàæåíû
â ôîðìóëàõ ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè Ãàëèëåÿ.
Ïîýòîìó âîçíèêàåò çàäà÷à ïîëó÷åíèÿ íîâûõ ôîðìóë
ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè, êîòîðûå áû óäîâëåòâîðÿëè
ïîñòóëàòàì Ýéíøòåéíà è èç êîòîðûõ íåïîñðåäñòâåííî ñëåäîâàëè
áû ïîëó÷åííûå âûøå âàæíûå ðåçóëüòàòû îá îòíîñèòåëüíîñòè
âðåìåííûõ ïðîìåæóòêîâ, îäíîâðåìåííîñòè è äëèíû.
îòíîñèòåëüíîñòü ïðîìåæóòêîâ âðåìåíè â ðàçëè÷íûõ ÈÑÎ è
ñâÿçàííóþ ñ íåé îòíîñèòåëüíîñòü îäíîâðåìåííîñòè.
Ïîëó÷åííûé òîëüêî ÷òî ðåçóëüòàò ïîçâîëÿåò íàì óòî÷íèòü
ïðàâèëî îïðåäåëåíèÿ äëèíû äâèæóùåãîñÿ òåëà. Åñëè òåëî
íåïîäâèæíî â äàííîé ÈÑÎ, òî ïðîöåññ èçìåðåíèÿ åãî äëèíû íå
ïðåäñòàâëÿåò òðóäà: íóæíî âçÿòü ìàñøòàáíóþ ëèíåéêó è óçíàòü,
ñêîëüêî ðàç îíà óêëàäûâàåòñÿ â äëèíå òåëà. Íî òàê íåëüçÿ
ïîñòóïàòü, åñëè òåëî äâèæåòñÿ îòíîñèòåëüíî íàáëþäàòåëÿ.
Ïîýòîìó îáùèì ïðàâèëîì èçìåðåíèÿ äëèíû òåëà áóäåò
ñëåäóþùåå: ïîä äëèíîé òåëà áóäåì ïîíèìàòü ðàññòîÿíèå ìåæäó
îòìåòêàìè ïîëîæåíèé êîíöîâ òåëà, ñäåëàííûõ îäíîâðåìåííî â
äàííîé ÈÑÎ. Îäíàêî, îäíîâðåìåííîñòü îòíîñèòåëüíà, ïîýòîìó
íàáëþäàòåëü, íàõîäÿùèéñÿ â äðóãîé ÈÑÎ, êîòîðàÿ äâèæåòñÿ
îòíîñèòåëüíî ïåðâîé, áóäåò ñ÷èòàòü, ÷òî çàìåð êîîðäèíàò êîíöîâ
òåëà ïðîèçâîäèëñÿ â ðàçíûå ìîìåíòû âðåìåíè. Ïîýòîìó
ðàññòîÿíèå ìåæäó ìåòêàìè äëÿ âòîðîãî íàáëþäàòåëÿ íå
îïðåäåëÿåò äëèíó òåëà.
 òåîðèè Ýéíøòåéíà, â ÑÒÎ, óòâåðæäàåòñÿ îòíîñèòåëüíîñòü
äëèíû äâèæóùåãîñÿ òåëà. Âìåñòå ñ òåì, íè îòíîñèòåëüíîñòü
âðåìåííûõ ïðîìåæóòêîâ, íè îòíîñèòåëüíîñòü äëèíû íå îòðèöàþò
îáúåêòèâíîñòè, ðåàëüíîñòè âðåìåíè è äëèíû. Â ëþáîé ÈÑÎ ó
ïðîöåññà åñòü äëèòåëüíîñòü, ó òåëà  äëèíà. Åñòåñòâåííî,
ïîêîÿùååñÿ òåëî â ëþáîé ÈÑÎ èìååò îäíó è òó æå äëèíó,
äëèòåëüíîñòü ïðîöåññà â ëþáîé ÈÑÎ, â êîòîðîé îí ïðîòåêàåò â
îäíîé è òîé æå òî÷êå, åãî àáñîëþòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà.
 ñâÿçè ñ óñòàíîâëåíèåì çàâèñèìîñòè äëèòåëüíîñòè
ïðîöåññîâ îò èõ ñîñòîÿíèÿ (äâèæóòñÿ îíè èëè ïîêîÿòñÿ â äàííîé
ÈÑÎ), çàâèñèìîñòè äëèíû òåëà (â òîì ÷èñëå è ìàñøòàáíîé
ëèíåéêè) îò òîãî, äâèæåòñÿ îíî èëè ïîêîèòñÿ â äàííîé ÈÑÎ,
íåîáõîäèìî óòî÷íèòü ïðîöåññ ñèíõðîíèçàöèè ÷àñîâ è ìåòðèçàöèè
ïðîñòðàíñòâà ïî ñðàâíåíèþ ñ òåì, êàê ìû ýòî äåëàëè â êëàñ-
ñè÷åñêîé ôèçèêå. Òåïåðü ìû íå ìîæåì ïðèìåíèòü ñïîñîá âûâåðêè
õîäà ÷àñîâ, ñîáðàâ èõ ïðåäâàðèòåëüíî â îäíî ìåñòî, à çàòåì, ïîñëå
ñèíõðîíèçàöèè, ðàçâåñòè ïî ñâîèì ðàáî÷èì ìåñòàì. Òåïåðü ÷àñû
îòíîñèòåëüíîñòü ïðîìåæóòêîâ âðåìåíè â ðàçëè÷íûõ ÈÑÎ è               íåîáõîäèìî ñíà÷àëà ðàçìåñòèòü ïî ñâîèì ðàáî÷èì ìåñòàì, à
ñâÿçàííóþ ñ íåé îòíîñèòåëüíîñòü îäíîâðåìåííîñòè.                    çàòåì, èñïîëüçóÿ ñèãíàë ñ êîíå÷íîé ñêîðîñòüþ ðàñïðîñòðàíåíèÿ,
     Ïîëó÷åííûé òîëüêî ÷òî ðåçóëüòàò ïîçâîëÿåò íàì óòî÷íèòü         ïðîèçâåñòè ñèíõðîíèçàöèþ, ó÷èòûâàÿ âðåìÿ çàïàçäûâàíèÿ
ïðàâèëî îïðåäåëåíèÿ äëèíû äâèæóùåãîñÿ òåëà. Åñëè òåëî               ñèãíàëà, ïîñëàííîãî èç “öåíòðà”, ãäå ðàñïîëàãàþòñÿ “ãëàâíûå”
íåïîäâèæíî â äàííîé ÈÑÎ, òî ïðîöåññ èçìåðåíèÿ åãî äëèíû íå          ÷àñû.  êàæäîé ÈÑÎ ýòîò ïðîöåññ íåîáõîäèìî ïðîèçâåñòè
ïðåäñòàâëÿåò òðóäà: íóæíî âçÿòü ìàñøòàáíóþ ëèíåéêó è óçíàòü,        íåçàâèñèìî. Òî÷íî òàê æå â ñèëó îòíîñèòåëüíîñòè äëèíû
ñêîëüêî ðàç îíà óêëàäûâàåòñÿ â äëèíå òåëà. Íî òàê íåëüçÿ            ìàñøòàáíîãî ñòåðæíÿ, ìåòðèçàöèÿ ïðîñòðàíñòâà äîëæíà
ïîñòóïàòü, åñëè òåëî äâèæåòñÿ îòíîñèòåëüíî íàáëþäàòåëÿ.             ïðîèçâîäèòüñÿ â êàæäîé ÈÑÎ ñàìîñòîÿòåëüíî.
Ïîýòîìó îáùèì ïðàâèëîì èçìåðåíèÿ äëèíû òåëà áóäåò
ñëåäóþùåå: ïîä äëèíîé òåëà áóäåì ïîíèìàòü ðàññòîÿíèå ìåæäó
îòìåòêàìè ïîëîæåíèé êîíöîâ òåëà, ñäåëàííûõ îäíîâðåìåííî â            § 6. Ôîðìóëû ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè â ÑÒÎ
äàííîé ÈÑÎ. Îäíàêî, îäíîâðåìåííîñòü îòíîñèòåëüíà, ïîýòîìó                              (ôîðìóëû Ëîðåíöà).
íàáëþäàòåëü, íàõîäÿùèéñÿ â äðóãîé ÈÑÎ, êîòîðàÿ äâèæåòñÿ                     Êèíåìàòè÷åñêèå ñëåäñòâèÿ èç ôîðìóë Ëîðåíöà
îòíîñèòåëüíî ïåðâîé, áóäåò ñ÷èòàòü, ÷òî çàìåð êîîðäèíàò êîíöîâ
òåëà ïðîèçâîäèëñÿ â ðàçíûå ìîìåíòû âðåìåíè. Ïîýòîìó                     Ìû óñòàíîâèëè, ÷òî ïîñòóëàòû Ýéíøòåéíà ïðîòèâîðå÷àò
ðàññòîÿíèå ìåæäó ìåòêàìè äëÿ âòîðîãî íàáëþäàòåëÿ íå                 êëàññè÷åñêèì ïðåäñòàâëåíèÿì î ïðîñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâè-
îïðåäåëÿåò äëèíó òåëà.                                              æåíèè. Âî-ïåðâûõ, îòðèöàåòñÿ ñóùåñòâîâàíèå àáñîëþòíîãî
     Â òåîðèè Ýéíøòåéíà, â ÑÒÎ, óòâåðæäàåòñÿ îòíîñèòåëüíîñòü        ïðîñòðàíñòâà è âðåìåíè, àáñîëþòíîãî äâèæåíèÿ. Îòêàçûâàÿñü îò
äëèíû äâèæóùåãîñÿ òåëà. Âìåñòå ñ òåì, íè îòíîñèòåëüíîñòü            ýôèðà êàê íîñèòåëÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ êîëåáàíèé, Ýéíøòåéí
âðåìåííûõ ïðîìåæóòêîâ, íè îòíîñèòåëüíîñòü äëèíû íå îòðèöàþò         ïðèçíàåò ìàòåðèàëüíîñòü ýëåêòðîìàãíèòíîãî ïîëÿ. Âî-âòîðûõ,
îáúåêòèâíîñòè, ðåàëüíîñòè âðåìåíè è äëèíû. Â ëþáîé ÈÑÎ ó            îáíàðóæèâàåòñÿ        îòíîñèòåëüíîñòü     îäíîâðåìåííîñòè,
ïðîöåññà åñòü äëèòåëüíîñòü, ó òåëà — äëèíà. Åñòåñòâåííî,            ïðîìåæóòêîâ âðåìåíè è äëèíû, êîòîðûå â êëàññè÷åñêîé ôèçèêå
ïîêîÿùååñÿ òåëî â ëþáîé ÈÑÎ èìååò îäíó è òó æå äëèíó,               ñ÷èòàëèñü àáñîëþòíûìè âåëè÷èíàìè. Â-òðåòüèõ, ïðèçíàíèå ïðå-
äëèòåëüíîñòü ïðîöåññà â ëþáîé ÈÑÎ, â êîòîðîé îí ïðîòåêàåò â         äåëüíîñòè ñêîðîñòè ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ êî-
îäíîé è òîé æå òî÷êå, åãî àáñîëþòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà.                ëåáàíèé â âàêóóìå, òðåáóåò îòêàçà îò êëàññè÷åñêîé òåîðåìû
      ñâÿçè ñ óñòàíîâëåíèåì çàâèñèìîñòè äëèòåëüíîñòè               ñëîæåíèÿ ñêîðîñòåé, êîòîðàÿ íå îãðàíè÷èâàëà âåëè÷èíó ñêîðîñòè
ïðîöåññîâ îò èõ ñîñòîÿíèÿ (äâèæóòñÿ îíè èëè ïîêîÿòñÿ â äàííîé       ïåðåìåùåíèÿ ìàòåðèàëüíîãî îáúåêòà.
ÈÑÎ), çàâèñèìîñòè äëèíû òåëà (â òîì ÷èñëå è ìàñøòàáíîé                   Íî âñå îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ êëàññè÷åñêîé ôèçèêè î ïðî-
ëèíåéêè) îò òîãî, äâèæåòñÿ îíî èëè ïîêîèòñÿ â äàííîé ÈÑÎ,           ñòðàíñòâå, âðåìåíè è äâèæåíèè ìàòåìàòè÷åñêè êðàòêî âûðàæåíû
íåîáõîäèìî óòî÷íèòü ïðîöåññ ñèíõðîíèçàöèè ÷àñîâ è ìåòðèçàöèè        â ôîðìóëàõ ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè Ãàëèëåÿ.
ïðîñòðàíñòâà ïî ñðàâíåíèþ ñ òåì, êàê ìû ýòî äåëàëè â êëàñ-          Ïîýòîìó âîçíèêàåò çàäà÷à ïîëó÷åíèÿ íîâûõ ôîðìóë
ñè÷åñêîé ôèçèêå. Òåïåðü ìû íå ìîæåì ïðèìåíèòü ñïîñîá âûâåðêè        ïðåîáðàçîâàíèÿ êîîðäèíàò è âðåìåíè, êîòîðûå áû óäîâëåòâîðÿëè
õîäà ÷àñîâ, ñîáðàâ èõ ïðåäâàðèòåëüíî â îäíî ìåñòî, à çàòåì, ïîñëå   ïîñòóëàòàì Ýéíøòåéíà è èç êîòîðûõ íåïîñðåäñòâåííî ñëåäîâàëè
ñèíõðîíèçàöèè, ðàçâåñòè ïî ñâîèì ðàáî÷èì ìåñòàì. Òåïåðü ÷àñû        áû ïîëó÷åííûå âûøå âàæíûå ðåçóëüòàòû îá îòíîñèòåëüíîñòè
                                                                    âðåìåííûõ ïðîìåæóòêîâ, îäíîâðåìåííîñòè è äëèíû.
40                                                                                                                            41