Принцип постоянства скорости света

Лекция

 

Элементы специальной теории относительности

План

Введение

Принцип относительности Галилея Преобразования Галилея.

Принцип относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца

Следствия из преобразований Лоренца

Релятивистское выражение для энергии

Частицы с нулевой массой

Эффект Доплера (продольный)

Выводы 1905 г

Введение

В 1905г. А.Эйнштейн создал специальную теорию относительности (СТО). Эта теория пространства и времени для случая слабых гравитационных полей. В основе этой теории лежат два постулата: принцип относительности Эйнштейна и принцип постоянства скорости света.

В начале рассмотрим принцип относительности Галилея.

Простейшее движение твердого тела – поступательное, равномерное, прямолинейное. Соответственно этим простейшим относительным движениям системы отсчета – поступательная, равномерная, прямолинейная. Если одна из систем отсчета условно неподвижна, то вторая движется относительно первой со скоростью .

 

 

 

Принцип относительности Галилея.

 

Во всех системах координат, движущихся равномерно и прямолинейно относительно системы неподвижных звезд и друг относительно друга, все механические явления протекают, совершено одинаково. Такие системы координат называются инерциальными. В настоящее время принцип относительности Галилея с большой точностью экспериментально доказан для механических и электромагнитных явлений.

Преобразования Галилея.

Пусть система и движутся со скоростью . Отсчет времени t начинаем с момента совпадения начала координат. Тогда координаты произвольной точки Р в этих системах:

t – время перемещения.

В Ньютоновской механике предполагаем, что время во всех системах отсчета течет одинаково.

Таким образом, в перемещающейся системе вдоль y характер движения может быть произвольным. Совокупность четырех уравнений – преобразования Галилея.

Продифференцируем первое уравнение по времени, учтя, что

 

- проекция скорости частицы в системе на ось .

Следовательно:

Дифференцируем 2 и 3 уравнения:

; то есть

 

; то есть

Иначе:

Это уравнение – формула преобразования скорости частицы от системы к .

Дифференцирование по времени последнего уравнения:

Ускорение частицы относительно систем К и одинаковы.

Законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета – Принцип относительности Галилея.

Величины, которые имеют одно и то же числовое значение, во всех системах отсчета, называются инвариантными: промежуток времени, масса, ускорение, сила, длина предмета.

Принцип постоянства скорости света

Скорость света в вакууме не зависит от движения источников света и, следовательно, одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Впервые скорость света была измерена в 1676г. 300000км\с. Справедливость постоянной c=const была доказана Майкельсоном и Морли в 1887 году.

Итак, с инварианта во всех инерциальных системах координат, считается так же на данном этапе исследований Вселенной, что с = max. Существование предельной скорости приводит к тому, что понятие одновременности становится относительным. Например, в середине поезда зажигается световой сигнал. Если наблюдатель находится в центре поезда, то он отметит одновременное достижение света хвоста и головы поезда. Дежурный на станции отметит, что сигнал достиг хвоста раньше, чем головы. Скорость передачи информации – скорость света – конечна, поэтому путь, проделанный световым сигналом от конца поезда до дежурного меньше пути, проделанного световым сигналом от головы до дежурного, поэтому и время будет различно, хотя очень незначительно. Значительность этого эффекта будет проявляться при скоростях движения объектов, близких к скорости света. Значит, время течет по-разному в различных системах отсчета, но почувствовать это реально можно только при движении объектов со скоростями, близких к с.