Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Загальні положення теорії відносності - Філософія

Щоб побачити значення теорії відносності Ейнштейна для еволюції фізичної думки, потрібно передусім зупинитися на самих загальних поняттях відносності положення і руху тіл і однорідності простору і часу. У теорії Ейншиєйна фигурирунет однорідність і изотропность простору-часу.

Уявимо собі матеріальну частинку, загублену в бесконечнном, абсолютно пустому просторі. Що в цьому випадку означають слова "просторове положення" частинки? Чи Відповідає цим словам яка-небудь реальна властивість частинки?

Якби в просторі існували інші тіла, ми могли б визначити по відношенню до них положення даної частинки, але якщо простір пустий, положення даної частинки виявляється бессондержательным поняттям. Просторове положення має физичеснкий значення тільки в тому випадку, коли в просторі є інакші тіла, службовці тілами відліку. Якщо брати як тіла відліку різні тіла, ми прийдемо до різних визначень просторового положення даної частинки. З будь-яким тілом ми можемо зв'язати некотонрую систему відліку, наприклад систему прямокутних координат. Такі системи равноправны: в якій би системі відліку ми ні опренделяли положення точок, з яких складається дане тіло, розміри і форма тіла будуть одними і тими ж, і, вимірюючи відстані між точками, ми не знайдемо критерію, щоб відрізнити одну систему отснчета від іншої. Ми можемо вмістити початок координат в будь-якій точці простору, ми можемо потім перенести цей початок в будь-яку іншу точку, або повернути осі, або зробити і те і інше - форма і розміри тіла при такому перенесенні і повороті не зміняться, оскільки не зміниться відстань між будь-якими двома фіксованими точками цього тіла. Незмінність цієї відстані при переході від однієї системи відліку до іншої називають інваріантністю по відношенню до вказаного переходу. Ми говоримо, що відстані між точками тенла є инвариантами при переході від однієї прямокутної сиснтемы координат іншої, з інакшим початком і інакшим напрямом осей. Відстані між точками тіла служать инвариантами таких координнатных перетворень. У інваріантності відстаней між точками відносно перенесення початку координат виражається однорідність простору, равноправность всіх його точок відносно початку координат.

Якщо точки простору равноправны, то ми не можемо опреденлить просторове положення тіла абсолютним образом, ми не можемо знайти привілейовану систему відліку. Коли ми говоримо про положення тіла, тобто про координати його точок, то необхідне уканзывать систему відліку. "Просторове положення" в цьому смыснле є відносним поняттям - сукупністю величин, котонрые міняються при переході від однієї системи координат до іншої системи, на відміну від відстаней між точками, яких не менянются при вказаному переході.

Однорідність простору виражається, далі, в тому, що свонбодное тіло, переходячи з одного місця в інше, зберігає одну і ту ж швидкість і відповідно зберігає придбаний їм имнпульс. Кожна зміна швидкості і, відповідно, імпульсу, ми пояснюємо не тим, що тіло пересунулося в просторі, а взаинмодействием тіл. Зміну імпульсу даного тіла ми відносимо за рахунок деякого силового поля, в якому виявилося рассматриваенмое тіло.

Нам відома також однорідність часу. Вона виражається в збереженні енергії. Якщо з течією часу не міняється воздейснтвие, що випробовується даним тілом з боку інших тіл, інакшими слонвами, якщо інакші тіла діють незмінним образом на дане тіло, то енергія його зберігається. Ми відносимо зміну енергії тіла за рахунок зміни під часі діючих на нього сил, а не за рахунок самого часу. Час сам по собі не міняє енергії системи, і в цьому значенні всі миті равноправны. Ми не можемо знайти у вренмени привілейованої миті, також як не можемо знайти в просторі точку, відмінну від інших точок по поведінці понпавшей в цю точку частинки. Оскільки всі миті равноправны, ми можемо відлічувати час від будь-якої миті, оголосивши його нанчальным. Розглядаючи течію подій, ми переконуємося, що вони протікають незмінним образом, незалежно від вибору початкового монмента, початку відліку часу.

Ми могли б сказати, що час відносний в тому значенні, що при переході від одного початку відліку часу до іншому опинсание подій залишається справедливим і не вимагає перегляду. Одннако звичайно під відносністю часу розуміють щось інакше. У простому і очевидному значенні незалежності течії подій від выбонра початкового моменту відносність часу не могла б стати основою нової теорії, зовсім не очевидною, що перекидає звичайне уявлення про час.

Під відносністю часу ми будемо розуміти залежність течії часу від вибору просторової системи відліку. Соотнветственно абсолютним часом називається час, що не залежить від вибору просторової системи координат, протікаючого единообнразно на всіх рухомих одна відносно іншої системах отсчента, - послідовність моментів, наступаючих одночасно у всіх точках простору. У класичній фізиці існувало уявлення про потік часу, який не залежить від реальних рухів тіла, - про час, який тече у всьому Всесвіті з однной і тією ж швидкістю. Який реальний процес лежить в основі пондобного уявлення про абсолютний час, про мить, одновнременно наступаючому у віддалених пунктах простору?

Пригадаємо умови ототожнення часу в різних точках простору.

Час події, що відбулася в точці а1, і час події, происшелшего в точці а2можно ототожнити, якщо події пов'язані миттєвим впливом однієї події на інше. Нехай в точці а1находится тверде тіло, сполучене абсолютно жорстким, соверншенно недеформирующимся стержнем з тілом, що знаходиться в точці а2. Поштовх, отриманий тілом в точці а1, вмить, з нескінченною швидкістю, передається через стержень тілу в точкеа2. Обидва тіла здвинуться в одну і ту ж мить. Але вся справа в тому, що в принроде немає абсолютно жорстких стержнів, немає миттєвих дій однного тіла на інше. Взаємодії тіл передаються з кінцевою швидкістю, що ніколи не перевищує швидкості світла. У стержні, соендиняющем тіла, при поштовху виникає деформація, яка распростнраняется з кінцевою швидкістю від одного кінця стержня до іншого, подібно тому, як світловий сигнал йде з кінцевою швидкістю від джерела світла до екрана. У природі немає миттєвих фізичних процесів, що з'єднують події, що відбулися у видалених один від іншого пунктах простору. Поняття "один і той же момент вренмени" має абсолютне значення, поки ми не стикаємося з медленнынми рухами тіл і можемо приписати нескінченну швидкість световонму сигналу, поштовху, переданому через твердий стержень або будь-якій іншій взаємодії рухомих тіл. У світі швидких рухів, при порівнянні з якими поширенню світла і взаємодії між тілами вже не можна приписувати нескінченно велику швидкість,

- в цьому світі поняття одночасності має відносне значення, і ми повинні відмовитися від звичного образу єдиного часу, тенкущего у всьому Всесвіті, - послідовності одних і тих же, одночасних, моментів в різних пунктах простору.

Класична фізика виходить з подібного образу. Вона допуснкает, що одне і те ж вмить наступає всюди - на Землі, на Сонці, на Сіріусі, на внегалактических туманностях, віддалених від нас так далеко, що їх світло йде до нас мільярди років.

Якби взаємодії тіл (наприклад сили тяжіння, связынвающие всі тіла природи) розповсюджувалися вмить, з бесконечнной швидкістю, ми могли б говорити про збіг моменту, коли одне тіло починає впливати на інше, і моменту, коли друге тіло, видалене від першого, випробовує цей вплив. Назвемо вплив тіла на видалене від нього інше тіло сигнанлом. Миттєва передача сигналу - основа ототожнення моменнтов, що наступили у віддалених пунктах простору. Таке отожндествление можна представити у вигляді синхронізації годин. Задача складається в тому, щоб години у в точці а1и в точці а2показывали один і той же час. Якщо існують миттєві сигнали, ця заданча не складає труднощів. Години можна було б синхронізувати по радіо, світловим сигналом, пострілом з гармати, механічним имнпульсом (посадити, наприклад, стрілки годин в а1и в а2на один довгий абсолютно жорсткий вал), якби радіоприймач, світло, звук і механічні напруження у валі передавалися з нескінченно больншой швидкістю. У цьому випадку ми могли б говорити про чисто простнранственных зв'язках в природі, про процеси, що протікають в нульовий проміжок часу. Відповідно трьохмірна геометрія мала б реальні фізичні прообрази. Простір в цьому випадку ми б могли розглядати поза часом, і такий погляд давав би точне уявлення про дійсність. Тимчасові миттєві сигнали служать прямим фізичним еквівалентом трьохмірної геометрії. Ми бачимо, що трьохмірна геометрія знаходить прямий прообраз в классинческой механіці, яка включає уявлення про нескінченну швидкість сигналів, про миттєве поширення взаємодій між віддаленими тілами. Класична механіка допускає, що існують реальні фізичні процеси, які можуть бути з абнсолютной точністю описані миттєвою фотографією. Миттєва фонтография, зрозуміло стереоскопічна - це як би трьохмірний просторовий перетин просторово-часового світу, це чентырехмерный мир подій, взятий в один і той же момент. Бесконечнно швидка взаємодія - процес, який може бути описаний в межах миттєвої тимчасової картини світу.

Але теорія поля як реальної фізичної середи виключає мгнонвенное ньютоново дальнодействие і миттєве поширення сигнналов через проміжну середу. Не тільки звук, але і світло, і рандиосигналы мають кінцеву швидкість. Швидкість світла - гранична швидкість сигналів.

Який же в цьому випадку фізичне значення одночасності? Що відповідає послідовності одних і тих же для всієї Вселеннной моментів? Що відповідає поняттю єдиного часу, единообнразно що протікає у всьому світі?

Ми можемо знайти деяке фізичне значення поняття одновренменности і таким чином додати самостійну реальність чисто просторовому аспекту буття, з одного боку, і абсолютному часу - з іншою, навіть в тому випадку, коли всі взаємодії розповсюджуються з кінцевою швидкістю. Але умовою для цього слунжит існування нерухомого загалом світового ефіру і возможнность визначити швидкості рухомих тіл абсолютним образом, отннося їх до ефіру як єдиного привілейованого тіла відліку.

Уявимо собі корабель з екранами на носу і на кормі. в центрі корабля на рівних відстанях від обох екранів запалюють ліхтар. Світло ліхтаря одночасно досягає екранів, і миті, коли це відбувається можна ототожнити. Світло падає на екран, що знаходиться на носу корабля в ту ж саму мить, що і на экнран, що знаходиться на кормі. Таким чином, ми знаходимо фізичний прообраз одночасності.

Синхронізація за допомогою світлових сигналів, одночасне принбывающих в два пункти з джерела, розташованого на рівній відстані від них, можлива, якщо джерело світла і вказані два пункти покояться в світовому ефірі, тобто коли корабель нерухомий по відношенню до ефіру. Синхронізація можлива і в тому випадку, коли корабель рухається в ефірі. У вказаному випадку світло дійде до экранна на носу корабля трохи пізніше, а до екрана на кормі - трохи раніше. Але, знаючи швидкість корабля відносно ефіру, ми можемо визначити випередження променя, що йде до екрана на кормі і запаздынвание променя, що йде до екрана на носу, і, враховуючи вказані опенрежение і запізнювання, синхронізувати години, встановлені на кормі і на носу корабля. Ми можемо, далі, синхронізувати години на двох кораблях, рухомих відносно ефіру з різними, але постійними, відомими нам швидкостями. Але для цього також необнходимо, щоб швидкість кораблів відносно ефіру мала опреденленный значення і певне значення.

Тут можливі два випадки. Якщо корабель при русі полнностью захоплює за собою ефір, що знаходиться між ліхтарем і экраннами, то не станеться запізнювання променя, що йде до екрана на нонсу корабля. При повному захопленні ефіру, корабель не зміщається отнносительно ефіру, що знаходиться над його палубою, а швидкість світла відносно корабля не буде залежати від руху корабля. Проте, ми зможемо зареєструвати зареєструвати рух корабля за допомогою оптичних ефектів. По відношенню до корабля швидкість світла не зміниться, але вона зміниться по відношенню до бенрегу. Нехай корабель рухається вдовж набережної: на набережній - два экранаа1и а2, причому відстань між ними дорівнює відстані між екранами на кораблі. Коли екрани на рухомому кораблі виявилися проти екранів на набережній, в центрі корабля зажиганется ліхтар. Якщо корабель захоплює за собою ефір, то світло ліхтаря дійде одночасно до екрана на кормі і до екрана на носу, але в цьому випадку світло дійде в різні моменти до екранів на неподнвижной набережної. У одному напрямі швидкість руху корабля відносно набережною буде додаватися до швидкості світла, а в іншому напрямі швидкість руху корабля треба буде відняти з швидкості світла. Такий результат - різні швидкості світла отнносительно берега - вийде, якщо корабель захоплює ефір. Якщо ж корабель не захоплює ефір, то світло буде рухатися з однією і тією ж швидкістю відносно берега і з різною швидкістю отнносительно корабля. Таким чином, зміна швидкості світла оканжется результатом руху корабля в обох випадках. Якщо корабель рухається, захоплюючи ефір, то міняється швидкість відносно берега; якщо ж корабель не захоплює ефір, то міняється швидкість світла отнносительно самого корабля.

У середині XIX століття техніка оптичних експериментів і изменрений дозволила уловити дуже невеликі відмінності в швидкості свента. Виявилося можливим перевірити, захоплюють рухомі тіла ефір, або не захоплюють. У 1851 р. Физо (1819 - 1896) доказал6 що тіла не захоплюють повністю ефір. Швидкість світла, віднесена до неподнвижным тіл, не міняється, коли світло проходить через рухомі середи. Физо пропускав промінь світла через нерухому трубку, по конторою текла вода. По суті вода грала роль корабля, а трубка

- нерухомого берега. Результат досвіду Фізо привів до картини двинжения тіл в нерухомому ефірі без захоплення ефіру. Швидкість цього руху можна визначити по запізнюванню променя, що доганяє тіло (наприклад, променя направленого до екрана на носу рухомого корабнля), в порівнянні з променем, що йде назустріч тілу (наприклад, в порівнянні з променем ліхтаря, направленим до екрана на кормі). Тим самим можна було, як здавалося тоді, відрізнити тіло, нерухоме відносно ефіру, від тіла, рухомого в ефірі. У першому сконрость світла одна і та ж у всіх напрямах, у другому на менянется в залежності від напряму променя. Існує абсолютна відмінність між спокоєм і рухом, вони відрізняються один від одного характером оптичних процесів в покоющихся і рухомих середах.

Подібна точка зору дозволяла говорити об абсолютну однновременности подій і про можливість абсолютної синхронізації годин. Світлові сигнали досягають точок, розташованих на одній і тій же відстані від нерухомого джерела, в одне і те ж мгнонвение. Якщо ж джерело світла і екрани рухаються відносно эфинра, то ми можемо визначити і врахувати запізнювання світлового сигнанла, викликане цим рухом, і вважати однією і тією ж миттю

1) момент попадання світла на передній екран з поправкою на запазндывание і 2) момент попадання світла на задній екран з поправкою на випередження. Відмінність в швидкості поширення світла буде свідчити про рух джерела світла і екранів по отношеннию до ефіру - абсолютному тілу відліку.

Експеримент, який повинен був показати зміну швидкості світла в рухомих тілах і відповідно абсолютних характер руху цих тіл, був виконаний в 1881 р. Майкельсоном (852 -

1931). Надалі його не раз повторювали. По суті, эксперинмент Майкельсона відповідав порівнянню швидкості сигналів, идунщих до екранів на кормі і на носу рухомого корабля, але в канчестве корабля була використана сама Земля, рухома в простнранстве з швидкістю біля 30 км/січеного. Далі, порівнювали не сконрость променя, що доганяє тіло і променя, що йде назустріч тілу, а швидкість поширення світла в подовжньому і поперечному направнлениях. У інструменті, застосованому в досвіді Майкельсона, так назынваемом интерферометре, один промінь йшов у напрямі руху Землі

- в подовжньому плечі интерферометра, а інший промінь - в поперечному плечі. Відмінність в швидкостях цих променів повинна було продемонстринровать залежність швидкості світла в приладі від руху Землі.

Результати експерименту Майкельсона виявилися отрицательнынми. На поверхні Землі світло рухається з однією і тією ж швидкістю у всіх напрямах.

Такий висновок здавався надто парадоксальним. Він повинен був привести до принципової відмови від класичного правила сложенния швидкостей. Швидкість світла одна і та ж у всіх тілах, движунщихся по відношенню один до одного рівномірно і прямолінійно. Світло проходить з незмінною швидкістю, приблизне рівної 300000 км/січеного., мимо нерухомого тіла, мимо тіла, рухомого назустріч світлу, мимо тіла, яке світло доганяє. Світло - це мандрівник, котонрый йде по полотну залізниці, між шляхами, з однією і тією ж швидкістю відносно зустрічного поїзда, відносно поїзда, що йде в тому ж напрямі, відносно самого полотна, отнонсительно пролітаючого над ним літака і т.д., або пасажир, конторый рухається по вагону поїзда, що мчить з однієї і тієї ж сконростью відносно вагона і відносно Землі.

Щоб відмовитися від класичних принципів, що здавалися сонвершенно очевидними і незаперечними, знадобилася геніальна синла і сміливість фізичної думки. Безпосередні попередники Ейнштейна підійшли дуже близько до теорії відносності, але вони не могли зробити вирішального кроку, не могли допустити, що світло не уявним образом, а насправді розповсюджується з однією і тією ж швидкістю відносно тіл, які зміщаються одне отнносительно до іншого.

Лоренц (1853-1928) висунув теорію, що зберігає нерухомий ефір і класичне правило складання швидкостей і разом з тим сумісну з результатами дослідів Майкельсона. Лоренц предполонжил, що всі тіла при русі випробовують подовжнє скорочення, вони зменшують свою протяжність вдовж напряму руху.

Якщо всі тіла скорочують свої подовжні розміри, то не можна виявити подібне скорочення безпосереднім вимірюванням, напнример прикладенням лінійки з делениями до рухомого стержня. При цьому рухається і лінійка і відповідно меншають її довжина і розміри нанесених на неї делений. Лоренцово скорочення компеннсирует зміни швидкості світла, викликані рухом тіла относинтельно ефіру. Промінь світла рухається повільніше в подовжньому плечі иннтерферометра, але саме плече, завдяки руху, стало коротшим, і світло проходить свій шлях в подовжньому плечі протягом того ж вренмени, що і в поперечному плечі. Відмінність в швидкості світла внаслідок цього компенсується і не може бути виявлене. Таким чином Лоренц розглядає виявлену Майкельсоном постійність сконрости світла як чисто феноменологічний результат взаємної комнпенсации двох ефектів руху: зменшення швидкості світла і сокнращения прохідної ним відстані. З такої точки зору классинческое правило складання швидкостей залишається непорушним. Абсолютний характер руху зберігається - зміна швидкості світла сущестнвует; отже, рух може бути віднесений не до іншим тенлам, рівноправним ефіру, а до універсального тіла відліку - неподнвижному ефіру. Скорочення носить абсолютний характер - існує істинна довжина стержня, що покоїться відносно ефіру, інакшими словами, стержня, що покоїться в абсолютному значенні.

У 1905 р. Альберт Ейнштейн (1879-1955) опублікував статтю "До електродинаміки рухомих тіл". У цій статті викладена теорія, що виключає існування абсолютного тіла відліку і привилегиронванной системи координат для прямолінійного і рівномірного движенния. Теорія Ейнштейна виключає абсолютне, незалежне від простнранственной системи відліку час і відмовляється від класичного принципу складання швидкостей. Эйнштейн вийде з субстанциональнного постійності швидкості світла, з того, що швидкість світла дійсно одна і та ж в різних, рухомих одна по отноншению до іншої системах. У Лоренца абсолютний рух тіл привондит до зміни швидкості світла в цих тілах, і, таким чином, володіє реальним фізичним значенням. Воно - це абсолютне движенние - ховається від спостерігача внаслідок скорочення подовжніх масшнтабов, що затушовує оптичний ефект абсолютного руху. У Ейнштейна абсолютний рух не ховається від спостерігача, а проснто не існує.

Якщо рух відносно ефіру не викликає ніяких эффекнтов в рухомих тілах, то воно є фізично бессодержательнным поняттям.

Оптичні процеси в тілі не можуть бути критерієм його равнномерного і прямолінійного руху. Рівномірний і прямолінійний рух тіла А не змінює ходу оптичних процесів, воно має відносне значення, повинне бути віднесене до іншого тіла В і соснтоит воно в зміні відстані між А і В.Ми можемо з одним і тим же правом привласнити роль тіла відліку, тобто приписати неподнвижность як тілу А, так і тілу В; фраза "тіло А рухається относинтельно тіла В" і "тіло В рухається відносно тіла А" описує одну і ту ж ситуацію. Тільки таке значення має рівномірний і прямолінійний рух. Воно віднесене до конкретних тіл; ми можемо віднести рух тіла А до різних тіл відліку, отримати разнличные значення його швидкості, і ніяке абсолютне тіло відліку типу ефіру не повинне фігурувати в науковій картині світу. Движенние тіл відносно ефіру і, отже, рух ефіру отнонсительно тіл не мають фізичного значення.

Тим самим з фізичної картини світу усувається поняття єдиного часу, що охоплює весь Всесвіт. Тут Ейнштейн пондошел до самим кореним проблемам науки - до проблем пространснтва, часу і їх зв'язку один з одним.

Якщо немає світового ефіру, то не можна приписати деякому тілу нерухомість і на цій основі вважати його початком неподвижнной, в абсолютному значенні, привілейованої системи координат. Тоді не можна говорити і про абсолютну одночасність подій, не можна затверджувати, що дві події, одночасні в одній системі координат, будуть одночасними і у всякій іншій системі коорндинат.

Повернемося до корабля з екранами на кормі і на носу і до набенрежной, на якій також встановлені екрани. Коли спалах ліхтаря одночасно освітив екрани, ми можемо говорити, що освітлення екрана на кормі і на носу - одночасні події. У системі конординат, пов'язаній з кораблем, ці події дійсно одновренменны. Але ми не зупинилися на цій констатації і вважали вознможным говорити про одночасність в абсолютному значенні. Той факт, що при русі корабля екрани освітлюються не одночасно, нас не бентежив, ми враховували запізнювання світла, що доганяє корабель, тобто що йде від ліхтаря до екрана на носу. Ми завжди могли воспольнзоваться абсолютно нерухомою, пов'язаною з ефіром системою отснчета і перейти від рухомого корабля до нерухомої набережної і пересвідчитися, що в цій "нерухомій", "істинній", "абсолютній", "привілейованій" системі відліку світло розповсюджується у всі сторони з постійною швидкістю, а в інших, рухомих, системах, він міняє швидкість. До теорії Ейнштейна слова "нерухома", "привілейована", "абсолютна" система відліку не ставилися в лапки: всі були переконані в існуванні внутрішнього критерію руху - відмінності в ході оптичних процесів в нерухомих (в абсолютному значенні, відносно нерухомого світового ефіру) тенлах і в рухомих (також в абсолютному значенні) тілах. Синхронизанция годин здавалася можливої навіть в тому випадку, коли мова йшла про години, розташовані в двох системах, з яких одна рухається відносно іншої.

Коли корабель рухається вдовж набережної, світло досягає экнранов на кораблі в різні моменти часу; але ми вважали ці моменти різними тому, що бачили екрани на набережній, отожндествляли миті, коли світло попадає на ці нерухомі экранны, приписували абсолютний характер одночасності, зарегистринрованной в нерухомій системі відліку. Тепер від всього цього доводиться відмовитися. З точки зору теорії відносності, нанходясь на кораблі і не бачачи набережної, не можна знайти доказательнства неодночасності освітлення екранів на носу і на кормі. Ми вважали ці моменти неодночасними, тому що під час распнространения світла від ліхтаря до екранів корабель здвинувся по отноншению до набережної, а цю набережну ми визнаємо нерухомою в абсолютному значенні. Звіряючи години за допомогою екранів на набережній, т, е, вважаючи одночасними миті, коли світло досягло цих ненподвижных екранів, ми, природно, повинні розрізнювати моменти, коли світло доходить до екранів на рухомому кораблі. Але якщо двинжение корабля і нерухомість набережної не мають абсолютного ханрактера, ми можемо таким же правом розглядати корабель в качестнве нерухомого тіла відліку. Тоді набережна рухається, і на нанбережной світло досягає берегових екранів в різні моменти часу. Суперечка про те, яка система відліку нерухома в абсолютнном значенні, безпредметна, якщо немає тіла відліку, що абсолютно покоїться - світового ефіру. Події, одночасні в одній системі відліку, неодночасні в іншій системі.

Якщо немає абсолютної одночасності, то немає абсолютного вренмени, що протікає одноманітно у всіх одна относинтельно іншої, що зміщаються системах. Час залежить від руху.

Яка ця залежність, як змінюється хід часу при перенходе з одній системі до іншої? Ще до появи роботи Ейнштейна Лоренц затверджував, що при скороченні подовжніх масштабів в двинжущихся системах буде разом з тим сповільнюватися хід годин. Сокранщение масштабів і уповільнення ходу годин якраз і буде компенсинровать зміна швидкості світла в рухомих системах. Тому уповільнення ходу годин, як і скорочення масштабів, можна вычиснлить, виходячи з постійності швидкості світла.

У Ейнштейна скорочення подовжніх просторових масштабів і уповільнення часу в рухомих системах має зовсім інше значення, чим у Лоренца. Час сповільнюється не в порівнянні з "истиннным", "абсолютним" часом, поточним в нерухомих відносно ефіру, тобто в абсолютно нерухомих, системах. Довжина подовжньо рухомого стержня скорочується не в порівнянні з деякої "иснтинной" і "абсолютною" довжиною стержня, що покоїться в ефірі. З точки зору Ейнштейна, скорочення масштабів (як і уповільнення часу) взаємне. Якщо система К'двіжется відносно системи До, то з таким же правом можна сказати, що система До рухається отнносительно системи До'. Довжина стержня, виміряна в системі До, отнносительно якої він покоїться, виявиться менше, якщо її изменрить в системі До'. Але, в свою чергу, стержень, що покоїться в системі К', виявиться коротшим при вимірюванні в системі К. Речь йде про цілком реальне вимірювання довжини, але поняття "реальне измеренние" не означає існування незмінної абсолютної "привилегинрованной" довжини.Причиною лоренцова скорочення служить реальний процес взаємного руху систем - процес, в якому обидві систенмы грають абсолютно рівноцінну роль. Лоренцово уявлення про реальне скорочення довжини стержня в порівнянні з незмінною, "иснтинной" довжиною стержня, що покоїться в абсолютному значенні, - це більш "класичне", але зовсім не більш природне представленние, ніж уявлення Ейнштейна про взаємне скорочення масштабів в системах, рухомих одна по відношенню до іншої. Взаємне перенмещение тіл, зміну їх взаємних відстаней легше уявити собі, ніж абсолютний рух, віднесений до пустого простору або до однорідного ефіру.

Ідеї, висловлені Ейнштейном в 1905 році, вже в найближчі роки зацікавили дуже широкі кола. Люди відчували, що теорія, з такою сміливістю що посягла на традиційні представленния про простір і час, не може не привести при своєму разнвитии і застосуванні до дуже глибоких виробниче-технічних і культурних зсувів. Зрозуміло, тільки тепер став ясний шлях від абстрактних міркувань про простір і час до уявлення про колосальні запаси енергії, що таяться в надрах речовини і ждунщих свого звільнення, щоб змінити вигляд виробничої техніки і культури. Спробуємо декількома штрихами змалювати цей шлях, хоч дві-три фрази не можуть дати уявлення про ланцюг глибоких і складних математичних побудов, об багаторазову пенресмотре самих, здавалося б, очевидних і міцних концепцій класнсической фізики.

Эйнштейн вивів з постійності швидкості світла в рухомих тілах неможливість для цих тіл перевищити швидкість світла. Тим самим з картини світу виключаються миттєві, що розповсюджуються з нескінченною швидкістю, впливи одного фізичного об'єкта на іншій. Виключаються також впливи, що розповсюджуються з кінцевою швидкістю, що перевищує швидкість світла. Дві події можуть бути пов'язані один з одним причинним зв'язком, одна подія може бути причиною другого, якщо час, минулий між подіями, не менше часу, необхідного світлу, щоб пройти відстань між точками, де сталися ці події. Таке уявлення про принчинной зв'язок між подіями можна назвати релятивістським, в отнличие від класичного представлення, що допускало, що подія в одній точці може вплинути на подію в іншій точці при як бажано малому проміжку часу між подіями.

Зіставляючи релятивістську причинність з класичною, можна побачити деяку істотну для історії науки зв'язок між менханической картиною світу і її релятивістським узагальненням. Причиннная зв'язок між двома подіями у віддалених точкаха1и а2соснтоит в тому, що подія в точці а1вызывает відправлення некоторонго сигналу, який, прибувши в точку а2, викликає тут друге сонбытие. Першою подією можливо, наприклад, постріл, а другим - попадання снаряда в мету. Причинний зв'язок складається в русі снанряда, що грає в цьому прикладі роль сигналу. Нескінченна швидкість сигналу означала б, що причина (відправлення передаючого возндействия сигналу з а1) і слідство (його прихід в а2) виникають одночасно. Отже, причинний зв'язок може бути представнлена в чисто просторовому аспекті. Щоб додати поняттю принчинной зв'язку просторово-часовий вигляд, треба знайти межу швидкостей, і він був знайдений в постійній швидкості поширення електромагнітного поля.

Узагальнення, про яке йде мова, пов'язане з новим трактуванням умов тотожності рухомого об'єкта. Тотожним собі може бути об'єкт, рух якого підлеглий умові: расстоянние між точками а1и а2пребывания тіла в моменти t1и t2не повинне бути більше, ніж швидкість світла, помножена наt1. Якщо ця умова не додержана, то перед нами не рухомий тождественнный собі об'єкт, а різні нетотожні об'єкти.

Звернемося тепер до динамічних висновків з існування межі механічних швидкостей.

Якщо тіло рухається з швидкістю, близькою до швидкості світла, і на нього починає діяти додаткова сила, то прискорення не може бути таким, щоб тіло досягло швидкості, що перевищує сконрость світла. Чим ближче до швидкості світла, тим більше тіло сопронтивляется силі, тим менше прискорення викликає одна і та ж принложенная до тіла сила. Опір тіла прискоренню, тобто маса тіла, зростає з швидкістю і прагне до нескінченності, коли сконрость тіла наближається до швидкості світла. Таким чином, маса тіла залежить від швидкості його руху, вона зростає при зростає при зростанні швидкості і пропорційна енергії руху. Що кансается маси тіла, що покоїться, вона пов'язана певним отношенинем з внутрішньою енергією - енергією тіла, що покоїться. Ця енергія рівна масі спокою, помноженій на квадрат швидкості світла. Якщо енергія руху тіла переходить в його внутрішню енергію (напринмер, теплову енергію або енергію хімічних зв'язків), від соотнветственно зростанню енергії зростає маса спокою.

Але маса спокою аж ніяк не рівна сумі укладеної в тілі тепнловой, хімічної і електричної енергії, діленій на квадрат швидкості світла. Цій сумі відповідає дуже невелика частина всієї енергії спокою. Перехід енергії руху двох тіл в енергію спокою, наприклад при непружному зіткненні цих тіл, збільшує енергію на нікчемну величину в порівнянні з всією енергією понкоя. У свою чергу перехід теплоти в енергію руху тіл уменьншает енергію спокою (і масу спокою) на нікчемну частку. Тіло з темнпературой, рівної абсолютному нулю, з нульовою хімічною і электнрической енергією володіло б енергією спокою і масою спокою, лише в нікчемній мірі що зменшилися в порівнянні з тілом звичайної темнпературы і із звичайними запасами хімічної і електричної энернгии.

До середини нашого сторіччя у всіх областях техніки испольнзовали лише подібні нікчемні зміни енергії спокою і маса спокою тіл. Зараз з'явилися практично вживані реакції, при яких затрачується або поповнюється основний масив укладеної в речовині енергії спокою.

У сучасній фізиці існує уявлення про повному перенходе енергію спокою в енергію руху, тобто про перетворення частинцы, що володіє масою спокою, в частинку з нульовою масою спокою і дуже великою енергією руху і масою руху. Такі переходи спостерігаються в природі. До практичного застосування подібних пронцессов ще далеко. Зараз використовуються процеси, що звільняють внутрішню енергію атомних ядер. Атомна енергетика виявилася реншающим експериментальним і практичним доказом теорії відносності Ейнштейна.

Зрозуміло в 1905 р., коли була опублікована перша стаття Ейнштейна про теорію відносності, ніхто не міг передбачувати конкнретных шляхів науково-технічної революції, покликаної втілити в життя нове вчення про простір, час і рух. У теорії відносність бачила разюче глибоке, струнке і сміливе узагальнення і тлумачення вже відомих експериментальних даних, передусім фактів, що свідчать про постійність швидкості світла, про її незалежність від прямолінійного і рівномірного движенния системи, через яку проходить світловий промінь.

Разом з тим вчені розуміли, що, відкинувши, здавалося б очевидне, класичне поняття одночасності, відмовившись від не менш очевидного класичного правила складання швидкостей, донпуская і обговорюючи парадоксальні, на перший погляд, висновки, физинка опановує дуже могутньою зброєю.

Покинувши пристань ньютоновской механіки, кинувши виклик "оченвидности", не обмежуючи відтепер свої шляхи традиційним фарватенром, наука може відкрити нові береги. Які плоди зріють на цих берегах, що отримає практика від нових теоретичних узагальнень, тоді ще не знали. Існувала лише, як вже було сказано, иннтуитивная упевненість, що сміливості і широті нових ідей повинні відповідати деякі корінні технічні культурні зсуви.

Як би там не було, справа була зроблена. У науку були пущені ідеї, яким ставало революціонізувати вчення про космос і микромире, вчення про рух і енергію, уявлення об простнранстве і часу, а згодом стати основою атомної энергетинки. Ці ідеї стали жити своїм життям.

У 1907-1908 рр. Герман Міньковський (1864 - 1908) додав теонрии відносності вельми струнку і важливу для подальшого узагальнення геометричну форму. У статті "Принцип относительноснти" (1907) і в доповіді "Простір і час" (1908) теорія Ейннштейна була сформульована у вигляді вчення про инвариантах четырехнмерной евклидовой геометрії. У нас немає зараз ні можливості, ні необхідності давати скільки-небудь суворе визначення инварианнта і приєднати що-небудь нове до того, що вже було про нього сказано. Поняття багатомірного простору, зокрема четырехнмерного простору, також не вимагає тут суворого определенния; можна обмежитися самими короткими поясненнями.

Раніше вже говорилося, що положення точки на площині може бути задане двома числами, що вимірюють довжини перпендикулярів, опущених на осі деякої координатної системи. Якщо перейти до інакшої системи відліку, координати кожної точки зміняться, але расснтояние між точками при такому координатному перетворенні не зміняться. Інваріантність відстаней при координатних преобразонваниях може бути показана не тільки в геометрії на площині, але і в трьохмірній геометрії. При русі геометричної фігури в просторі координати точок міняються, а відстані між ними залишаються незмінними. Як вже було сказано, існування инваринантов координатних перетворень можна назвати равноправностью систем відліку, рівноцінністю точок, в кожній можна вмістити початок координатної системи, причому перехід від однієї системи до іншої не позначається на відстанях між точками. Подібна равнноценность точок простору називається його однорідністю. У збереженні форми тіл і дотриманні незмінних законів їх взаимондействия при перетвореннях виражається однорідність пространснтва. Однак при дуже великих швидкостях, близьких до швидкості свента, стає дуже істотною залежність відстані між точками від руху системи відліку. Якщо одна система відліку рухається по відношенню до іншої, то довжина стержня, що покоїться в одній системі, виявиться зменшеною при вимірюванні її в іншій системі. У теорії Ейнштейна просторові відстані (як і проміжки часу) міняються при переході від однієї системи отсчента до іншої, движцщейся відносно першої. Незмінною при такому переході залишається інша величина, до якої ми і перейдемо.

Миньковский сформулював постійність швидкості світла следуюнщим образом.

При координатному перетворенні залишається незмінним расстоянние між двома точками, наприклад шлях, пройдений рухомою частинкою. Щоб обчислити цю відстань - шлях, пройдений часнтицей, - треба взяти квадрати приростів трьох координат, тобто квадрати різниць між новими і старими значеннями координат. Згідно з співвідношеннями геометрії Евкліда, сума цих трьох квадрантів буде рівна квадрату відстані між точками.

Тепер ми додамо до трьох приростів просторових коорндинат приріст часу - час, минулий від моменту перебування частинки в першій точці до моменту перебування її у другій точці. Цю четверту величину ми також беремо в квадраті. Нам ніщо не заважає назвати суму чотирьох квадратів квадратом "відстані", але вже не трьохмірного, а четырехмерного. При цьому мова йде не про відстань між просторовими точками, а про інтервал між перебуванням частинки в певний момент в одній точці і і пренбыванием частинки в інший момент в іншій точці. Точка зміщається і в просторі і у часі. З постійності швидкості світла вынтекает, як показав Міньковський, що при певних умовах (час треба вимірювати особливими одиницями) чотиривимірний пространснтвенно-тимчасової інтервал буде незмінним, в якій би системі відліку ми ні вимірювали положення точок і час перебування частинки в цих точках.

Саме по собі четырехмерное представлення руху частинки може бути легко засвоєне, воно здається майже очевидним і, в сущнности звичним. Всім відомо, що реальні події визначаються чотирма числами: трьома просторовими координатами і временнем, минулим до події з початку летосчисления, або з початку року, або від початку діб. Будемо відкладати на листі паперу по горизонтальній прямій місце якої-небудь події - відстань этонго місця від початкового пункту, наприклад відстань до точки, доснтигнутой поїздом, від станції відправлення. По вертикальній осі отнложим час, коли поїзд досяг цієї точки, вимірюючи його з початку діб або з моменту виходу поїзда зі станції відправлення. Тоді ми отримаємо графік руху поїзда в двумерном просторі, на географічній карті, лежачій на столі, а час показувати вертинкалями над картою. Тоді ми не обійдемося кресленням, пнадобится трьохмірна модель, наприклад дріт, укріплений над картою. Вона буде трьохмірним графіком руху: висота дроту в кожній точці над лежачою картою буде зображати час, а на самій карті проекція дроту зобразить рух поїзда по місцевості.

Зобразимо тепер не тільки переміщення поїзда на площині, але і його підйоми і спуски, тобто його рух в трьохмірному простнранстве. Тоді вертикалі вже не можуть зобразити час, вони будуть означати висоту поїзда над рівнем моря. Де е відкладати час

- четверте вимірювання? Чотиривимірний графік не можна побудувати і навіть не можна уявити собі. Але математика вже давно уміє нахондить подібні геометричні величини, користуючись аналітичним методом, виробляючи обчислення. У формули і обчислення нарівні з трьома просторовими вимірюваннями можна ввести четверте - вренмя і, відмовившись від наглядності, створити таким чином четырехнмерную геометрію.

Якби існувала миттєва передача імпульсів і взагалі сигналів, то ми могли б говорити про дві події, що відбулися одночасно, тобто відмінних тільки просторовими координнатами. Зв'язок між подіями був би фізичним прообразом чисто просторових трьохмірних геометричних співвідношень. Але, як вже говорилося, Ейнштейн в 1905 р. відмовився від понять абсолютнной одночасності і абсолютного, незалежного від течії временни. Теорія Ейнштейна вийде з обмеженості і відносності трьохмірного, чисто просторового уявлення про мир і ввондит більш точне просторово-часове уявлення. З точки зору теорії відносності в картині світу повинні фігурувати чотири координати і їй повинна відповідати четырехмерная геонметрия.

У 1908 р. Миньковский представив теорію відносності в формі четырехмерной геометрії. Він назвав перебування частинки в точці, визначеній чотирма координатами, "подією", оскільки під подією в механіці потрібно розуміти щось визначене в просторі і у часі - перебування частинки в певній просторовій точці в певний момент. Далі він назвав сонвокупность подій - просторово-часове різноманіття - "миром", оскільки дійсний мир розгортається в просторі і у часі. Лінію, що зображає рух частинки, тобто четырехнмерную лінію, кожна точка якої визначається чотирма координантами, Міньковський назвав "світовою лінією".

Довжина відрізка "світової лінії" інваріантна при переході від однієї системи відліку до іншої, прямолінійно і рівномірно движунщейся по відношенню до першої. У цьому і складається початкове утвержденние теорії відносності, з нього можна отримати все її соотноншения.

Потрібно підкреслити, що геометричні співвідношення, з понмощью яких Міньковський виклав теорію відносності, подчинняются Евклідової геометрії. Ми можемо отримати співвідношення теорії відносності, передбачивши, що четырехмерное "відстань" вынражается таким же чином через чотири різниці - три різниці просторових координат і час, минулий між подіями, - як і трьохмірна відстань виражається в евклидовой геометрії ченрез різниці просторових координат. Для цього, як вже говонрилось, необхідно тільки виразити час в особливих одиницях. Довжина відрізка світової лінії визначається за правилами евклидовой геометнрии, тільки не трьохмірної, а четырехмерной. Її квадрат рівний сумнме чотирьох квадратів приростів просторових координат і вренмени. Інакшими словами, це - геометрична сума приростів четынрех координат, з яких три - просторові, а четверта - час, виміряний особливими одиницями. Ми можемо назвати теорію отнносительности вченням про инвариантах четырехмерной евклидовой генометрии. Оскільки час вимірюється особливими одиницями, то говорять про псевдоевклидовой четырехмерной геометрію.

Сума квадратів чотирьох приростів - квадрат четырехмерного відстані між подіями, квадрат довжини відрізка світової лінії - не міняється при переході від системи K до рухомої по відношенню до неї системи K'. "Четырехмерное расстояние'является инвариантом перетворень четырехмерной геометрії, відповідних переходу від однієї системи відліку K до іншої системи K', рухомої отнонсительно першої прямолінійно і рівномірно. Інваріантність виходить з незмінності швидкості світла при переході від K до K'.

У цій інваріантності виражається однорідність четырехмерного світу. Вище говорилося, що в інваріантності довжини трьохмірного отнрезка при перенесенні початку координат виражається однорідність трехнмерного простору. Тепер ми можемо інваріантність четырехмернного відрізка світової лінії розглядати как45 вираження однороднности і изотропности четырехмерного простору-часу.

Однорідність простору виражається в збереженні імпульсу, а однорідність часу - в збереженні енергії. Можна чекати, що в четырехмерной формулюванні закон збереженні імпульсу і закон збереження енергії зливаються в один закон збереження енергії і імпульсу. Дійсно, в теорії відносності фігурує танкой об'єднаний закон імпульсу.

Однорідність простору-часу означає, що в природі немає виділених просторово-часових світових точок. Немає собынтия, яке було б абсолютним початком четырехмерной, пространснтвенно-тимчасової системи відліку. У світлі ідей, викладених Ейннштейном в 1905 р., четырехмерное відстань між світовими точканми, тобто просторово-часовий інтервал не буде мінятися при спільному перенесенні цих точок вдовж світової лінії. Це означає, що просторово-часовий зв'язок двох подій не залежить від того, яка світова точка вибрана як початок відліку, і що будь-яка світова точка може грати роль подібного початку.

Однорідність простору стала початковою ідеєю науки після того, як Галілей і Декарт, сформулювавши принцип інерції і приннцип збереження імпульсу, показали, що в світовому просторі немає виділеної точки - початки привілейованої системи відліку, що відстані між тілами і їх взаємодії не залежать від движенния матеріальної системи, що складається з цих тіл. Однорідність вренмени стала початковою ідеєю науки після того, як фізика XIX віку, сформулювавши принцип збереження енергії, показала незалежність процесів природи від їх зміщення у часі і відсутність абсолютнного початку відліку часу. Тепер початковою ідеєю науки станонвится однорідність простору-часу.

Таким чином, ідея однорідності є стержневою ідеєю науки XVII-XX вв. Вона послідовно узагальнюється, переноситься з простору на час, і далі, на простір-час.

На відміну від відомій класичній фізиці однорідності простору і часу, взятого нарізно, однорідність пространснтва-часу була б порушена, якби в деякій області происнходила миттєва передача сигналу. Прикладом могла б служити абнсолютно тверда частинка, що цілком заповнює зайнятий нею об'єм простору і нездібна до деформації. Через зайнятий такий часнтицей простір імпульс передавався б вмить, і ми, таким чином, зіткнулися б з фізичним еквівалентом трьохмірної геонметрии, з простором, існуючим незалежно від часу.

У 1911-1916 рр. Эйнштейн створив загальну теорію относительноснти. Теорія, створена в 1905 р., називається спеціальною теорією відносності, оскільки вона справедлива лише для спеціального випадку, прямолінійного і рівномірного руху. Поширення світла, як і взагалі, все механічні і електродинамічні пронцессы, протікає незмінним образом, якщо перейти від системи, що покоїться K до до системи K', рухомої по відношенню до До прямолинейнно і рівномірно. Тому, не виходячи за межі рухомої системи не можна зареєструвати її прямолінійний і рівномірний рух, ні механічним, ні оптичними (електродинамічними) дослідами. У системі, рухомій прямолінійно і рівномірно, рух не вызынвает внутрішніх ефектів. У поїзді, рухомому без прискорення, не відбувається нічого, що продемонструвало б пасажирам його двинжение. Цей рух має відносне значення, поїзд рухається отнносительно Землі і нерухомих предметів, що знаходяться на Землі. З тим же правом можна сказати, що Земля рухається відносно понезда; не можна знайти такі явища в поїзді, які вказують на нерівноцінність цих двох тверджень. Інакша справа - прискорений рух. У зв'язку з ньютоновым поняттям абсолютного руху вже говорилося, що пасажир переконується в прискоренні поїзда, відчуваючи поштовх, викликаний силою інерції і направлений назад, коли поїзд набирає швидкість, і уперед, коли машиніст починає гальмування і поїзд втрачає швидкість. Таким чином, прискорений рух створює внутрішні ефекти в рухомій системі.

У цьому випадку вже неначе не можна говорити про рівномірність рухомих систем. Якщо рух поїзда відносити до Землі, тобто вважати Землю нерухомою, то прискорення поїзда приводить до поштовху; якщо ж вважати нерухомим поїзд і вважати, що поверхня Земнлі з прискоренням рухається відносно поїзда, то пасажир, що знаходиться в поїзді не відчує поштовху. Таким чином, фраза "понезд рухається відносно Землі" і фраза "Земля рухається относинтельно поїзда" у разі прискореного руху мають різне финзический значення: вони описують різні ситуації, сопровождающиенся різними ефектами. Тому принцип відносності застосуємо лише до рівномірного і прямолінійного руху, руху по инернции. Прискорений рух не підлеглий цьому принципу, внаслідок чого теорія відносності, висунена Ейнштейном в 1905 р., і назынвается спеціальною теорією відносності.

Довгі роки у Ейнштейна дозрівала думка про підкорення усконренного руху принципу відносності і створенні загальної теорії відносності, що розглядає не тільки інерційні, але і всенвозможные руху. Чи Є поштовх при прискоренні або замедленнии поїзда, інакшими словами - сила інерції, діюча на пассажинра, абсолютною ознакою руху? Чи Не може виникнути в ненподвижном поїзді сила, яку не можна відрізнити від сили інерції?

Сила інерції діє одноманітно на всі предмети, находянщиеся в поїзді. Коли локомотив додасть поїзду різке прискорення, предмети, що все знаходяться в поїзді з одним і тим же прискоренням, зобов'язаним силі інерції, будуть прагнути в сторону, противоположнную руху поїзда.Існує сила, яка також діє единнообразно на всі тіла. Це - сила тягаря.

Якби дорога мала дуже круті підйоми, ми не змогли б визначити, що саме штовхає назад пасажирів і їх річ - сила тягаря, діюча на них, коли поїзд, рухомий рівномірно по полотну дороги, підіймається в гору, або сила інерції, действуюнщая на поїзд, що випробовує в цей момент прискорення на рівнині. Обидві вони діють одноманітно, оскільки інертна маса тіла пропорційна його вазі.

Эйнштейн говорив не про поїзд, а про кабіну ліфта. Уявимо собі, що кабіна підіймається з прискоренням вгору, причому сила тянжести в цей час не діє на кабіну.

Сила інерції буде штовхати людей в сторону, протилежну прискоренню кабіни, тобто вниз, і буде притискувати підошви людей до підлоги кабіни. Сила інерції штовхне у напрямі до підлоги подвешеннные до стелі кабіни вантажі і потягне нитки, на яких ці вантажі підвішені. Але чи є це доказом прискореного движенния кабіни? Ні, в нерухомій кабіні, тієї, що випробовує дію земнного тяжіння, ті ж ефекти проводяться силою тягаря.

Эйнштейн назвав принципом еквівалентності затвердження об равнноценности сили тягаря, діючого на систему, і сили інерції, що виявляється при прискореному русі. Цей принцип дозволяє розглядати прискорений рух як відносне. У самому денле, вияву прискореного руху (сили інерції) нічим не отлинчаются від сил тягаря в нерухомій системі. Значить, немає внутренннего критерію руху, і про рух можна судити лише по отношеннию до внешни тіл. Рух, в тому числі прискорений рух тенла А, складається в зміні відстані від деякого тіла відліку В, причому ми з тим же правом можемо затверджувати, що В рухається отнносительно Нехай кабіну ліфта перетинає свентовой промінь. Коли кабіна підіймається, світло, попавши в кабіну через бічне віконце, досягає протилежної стіни декілька нижче: поки світло перетне кабіну, вона піде вгору. Коли кабіна неподнвижна і знаходиться в полі тяжіння, подібний ефект буде мати місце, якщо тяжіння діє і на світло, тобто якщо світло обладанет важкою масою.

Цей висновок був дуже важливим моментом в розвитку теорії отнонсительности. Математичні розрахунки і умовні картини привели до висновку, який міг бути перевірене експериментом. У історії фізики відомий досвід "зважування світла" - спостереження викривлення світлового променя поблизу Сонця. Задовго до цієї перевірки Ейнштейну довелося вирішити іншу теоретичну проблему.

Справа в тому, що діючі на систему тяжіння і прискорення системи викликає один і той же ефект тільки тоді, коли сили тягаря захоплюють тіла в одному і тому ж напрямі, по параллельнным лініях. Але лише в дуже малих областях напряму сили тянжести можна вважати паралельними. У великих областях сили тяжеснти діють у різних напрямах, і це створює существеннное відмінність між ефектом тягаря і ефектом прискорення системи. Повернемося до кабіни ліфта. При її прискореному підйомі нитки, натянунтые підвішеними вантажами, будуть паралельні. Тягар же натягне їх у напрямах, суворо говорячи, не паралельним, а пересекаюнщимся в центрі Землі. У кабіні ліфта цією відмінністю можна пренебнречь. Але якби кабіна ліфта мала в поперечнике декілька сотень кілометрів, відмінність стала б помітною. Тим самим була б нарушенна еквівалентність тяжіння і прискорення і ми отримали б абсонлютный критерій прискореного руху у вигляді паралельного движенния ниток.

Як же розповсюдити принцип відносності на прискорені рухи у великих областях? У пошуках відповіді на це питання Ейннштейн прийшов до ідеї, яка різко відрізняється по своєму характеру від класичних ідей. Вона відрізняється від них не тільки по содержаннию, по фізичному значенню, по лежачому в її основі уявленню про мир.Загальна теорія відносності відкрила собою нову смугу в історії науки ще і тому, що вона змінила співвідношення між геометричними і власне фізичними побудовами. Раніше, до Ейнштейна, ці побудови не зливалися в єдину теорію. Під геонметрией колись мали на увазі сукупність разів назавжди даних абсолютно безперечних і непохитних теорем, що виводяться з аксіом і постулатів, сформульованих в древності Евклідом. Потім дізналися про можливість інакших, неевклидовых геометрії, що допускають неравенснтво суми кутів трикутника двом прямим кутам, перетин пернпендикуляров, відновлених з двох точок на одній і тій же прямій, розходження перпендикулярів до однієї і тієї ж прямої і інші співвідношення, що суперечить евклидовой геометрія. Вже Лонбачевський, як ми знаємо, передбачав, що фізичні процеси в просторі можуть додати йому неевклидовы геометричні свойснтва.

Эйнштейн ототожнив тяжіння, що викривляє світові лінії рухомих тіл, з викривленням простору-часу. Ця ідея завжди буде зразком сміливості і глибини фізичної думки і вмеснте з тим зразком нового характеру наукового мислення, що знаходить реальні фізичні еквіваленти евклидовых і неевклидовых геометнрических співвідношень.

Тіло, надане самому собі, рухається по прямій в трьохмірному просторі. Воно рухається по прямій в четырехмерном просторово-часовому світі, оскільки на графіку "пространснтво-час" кожний зсув по осі часу (кожний приріст временни) супроводиться одним і тим же приростом пройденої простнранственного відстані. Таким чином, рухам через інерцію сонответствуют прямі світові лінії, тобто прямі четырехмерного простору-часу. прискореним рухам відповідають криві світові линиичетырехмерного просторово-часового світу.

Тяжіння повідомляє тілам одне і те ж прискорення. Воно сообщанет таке ж прискорення і світлу. Отже, тяжіння искривлянет світові лінії. Якби прямі, накреслені на площині, раптом виявилися кривими, причому знайшли б одну і ту ж кривизну, ми передбачили б, що площина викривилася, стала покривленою поверхнею, наприклад поверхнею кулі.Бути може, тяжіння, що одноманітно викривляє світові лінії, означає, що пространснтво-час в даній світовій точці (в даному просторовому пункнте і в даний момент часу) придбав певну кривизну. Зміна сил тяжіння, зміна інтенсивності і напрями тягаря, можна тоді розглядати як зміна кривизни простнранства-часу.

Кривизна лінії не вимагає пояснення. Кривизна поверхні також цілком наочне уявлення. Ми знаємо, що на кривий понверхности, наприклад поверхні земної кулі, теореми евклидовой геометрії на площині перестають бути справедливими. Замість прянмых найкоротшими лініями стають інакші геодезичні лінії, напнример у разі поверхні кулі дуги великого кола: щоб щоб проїхати найкоротшим шляхом з півночі на південь, треба рухатися по дузі меридіана. На геодезичну лінію, замінюючу собою пряму, з однієї точки можна опустити безліч різних перпендикулярів, наприклад з полюса на екватор. Ми не можемо собі представити нагнлядно кривизну трьохмірного простору. Але ми можемо назвати кринвизной відступ трьохмірного світу від геометрії Евкліда. Те ж саме ми можемо зробити з четырехмерным різноманіттям.

Повторимо початкові положення загальної теорії відносності.

У кожній точці, що знаходиться в полі дії сил тяжіння якої-небудь великої маси, наприклад Сонця, всі тіла падають з одиннаковым прискоренням, і не тільки тіла, але і світло також придбаває прискорення, причому одне і те ж прискорення, що залежить від маси Сонця. У четырехмерной геометрії подібне прискорення може бути представлене у вигляді просторово-часового світу. Згідно з обнщей теорією відносності, наявність важкої маси викривляє проснтранственно-тимчасової мир, і це викривлення виражається в тяготеннии, що змінює шляху і швидкості тіл і світлових променів.

У 1919 році астрономічні спостереження підтвердили теорію тяжіння Ейнштейна - загальну теорію відносності. Промені зірок викривляються, проходячи мимо Сонця, і їх відхилення від прямого пунти виявилися такими, які були обчислені теоретично Ейнштейном.

Кривизна простору-часу міняється в залежності від розподілу важкої маси. Якщо відправитися в дорогу через Вселеннную, не міняючи напряму, тобто слідуючи геодезичним лініям окрунжающего простору, то нам зустрінуться на шляху четырехмерные пагорби - гравітаційні поля планет, гори - гравітаційні поля зірок, великі хребти - гравітаційні поля галактик. Подорожуючи подібним образом по поверхні Землі, ми, крім горбів і гір, знаємо про кривизну земної поверхні загалом і упевнені, що, прондолжая шлях в незмінному напрямі, наприклад вдовж екватора, повернемося до місця, звідки виїхали.

При подорожі у Всесвіті ми також стикаємося із загальною кривизною простору, яка так відноситься до гравітаційних полів планет, зірок і галактик, як кривизна Землі до рельєфу її поверхні. Якби покривлений не тільки простір, але і вренмя, ми повернулися б внаслідок космічної подорожі в иснходный просторову дорогу і в початкове просторове полонжение. Це неможливе. Эйнштейн передбачив, що покривлений лише простір.

У 1922 р. А.А.Фрідман (1888-1925) висунув гіпотезу об изменнении радіуса загальної кривизни простору з течією часу. Ненкоторые астрономічні спостереження підтверджують цю гіпотезу - відстані між галактиками збільшується згодом, галактики розбігаються. Однак космологічні концепції, пов'язані із загальною теорією відносності, ще дуже далекі від тієї визначеності і однозначності, яка властива спеціальній теорії относительнности.
Процес виготовлення друкованої плати
1. Введення. У технічному прогресі ЕОМ відіграють значну роль: вони значно полегшують роботу людини в різних областях промисловості, інженерних дослідженнях, автоматичному управлінні і т.д. Особливостями виробництва ЕОМ на сучасному етапі є: Використання великої кількості стандартних елементів.

Співзалежність: характеристики і практика подолання
Останнім часом форми хворобливої залежності від психоактивних речовин - наркоманія, токсикоманія, алкоголізм - прийнято об'єднувати загальним терміном "залежність від хімічно активних сполук", або для стислості "хімічна залежність". Хворий, що страждає хімічної залежністю,

Аромати "Унісекс"
Введення Історія парфюмерії нерозривно пов'язана з історією людства. У древньому Єгипті пахучі речовини грали величезну роль при обкурюванні і при виготовленні мазей і бальзамів. Слідуючи досвіду єгиптян, греки збагатили гамму ароматичних продуктів, використовуючи їх як в релігії, так і в

Трактування свідомості в "еклектичному спиритуализме" В.Кузена
А.А. Кротов Віктор Кузен (1792-1867) - один з ключових фігур у французькій філософії ХIХ віку. Творець особливої версії спиритуализма, він виступав безперечним лідером цього філософського напряму протягом декількох десятиріч. Кузеновский "эклектизм" досить сильно підвищив інтерес

РАПП
РАПП - Російська асоціація пролетарських письменників - літературно-політична і творча організація. Оформилася в 1925 під назвою Всеросійської АПП (ВАПП) і об'єднала основні пролетарські кадри на літературному фронті. Виникнення самостійної організації пролетарських письменників було історично

Розрахунок стратегій діяльності автотранспортних підприємств
Додаток 12 Б 1 лок-схема технологічного процесу 02.08 03.10 02.07 3 2 Графік виконання Інструкція по виконанню План-графік виконання 02.05 03.09

Фрейд
Зміст Введення 3 1. Історія психоаналізу 4 2. Теорія психоаналізу З.Фрейда 5 3. Вчення об несвідомому 10 Висновок 19 Список літератури 20ВВЕДЕНИЕ Серед психологів XX віку лікарю Зігмунду Фрейд належить особливе місце. Його головний труд "Тлумачення сновидінь" побачив світло в 1899

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати