Смекни!
smekni.com

Общие положения теории относительности (стр. 3 из 7)

В 1905 г. Альберт Эйнштейн (1879-1955) опубликовал статью "К электродинамике движущихся тел". В этой статье изложена теория, исключающая существование абсолютного тела отсчета и привилегиро­ванной системы координат для прямолинейного и равномерного движе­ния. Теория Эйнштейна исключает абсолютное, независимое от прост­ранственной системы отсчета время и отказывается от классического принципа сложения скоростей. Эйнштейн исходит из субстанциональ­ного постоянства скорости света, из того, что скорость света действительно одна и та же в различных, движущихся одна по отно­шению к другой системах. У Лоренца абсолютное движение тел приво­дит к изменению скорости света в этих телах, и, таким образом, обладает реальным физическим смыслом. Оно - это абсолютное движе­ние - прячется от наблюдателя в силу сокращения продольных масш­табов, затушевывающего оптический эффект абсолютного движения. У Эйнштейна абсолютное движение не прячется от наблюдателя, а прос­то не существует.

Если движение относительно эфира не вызывает никаких эффек­тов в движущихся телах, то оно является физически бессодержатель­ным понятием.

Оптические процессы в теле не могут быть критерием его рав­номерного и прямолинейного движения. Равномерное и прямолинейное движение тела А не изменяет хода оптических процессов, оно имеет относительный смысл, должно быть отнесено к другому телу В и сос­тоит оно в изменении расстояния между А и В.Мы можем с одним и тем же правом присвоить роль тела отсчета, т.е. приписать непод­вижность как телу А, так и телу В; фраза "тело А движется относи­тельно тела В" и "тело В движется относительно тела А" описывает одну и ту же ситуацию. Только такой смысл имеет равномерное и прямолинейное движение. Оно отнесено к конкретным телам; мы можем отнести движение тела А к различным телам отсчета, получить раз­личные значения его скорости, и никакое абсолютное тело отсчета типа эфира не должно фигурировать в научной картине мира. Движе­ние тел относительно эфира и, следовательно, движение эфира отно­сительно тел не имеют физического смысла.

Тем самым из физической картины мира устраняется понятие единого времени, охватывающего всю Вселенную. Здесь Эйнштейн по­дошел к самым коренным проблемам науки - к проблемам пространс­тва, времени и их связи друг с другом.

Если нет мирового эфира, то нельзя приписать некоторому телу неподвижность и на этом основании считать его началом неподвиж­ной, в абсолютном смысле, привилегированной системы координат. Тогда нельзя говорить и об абсолютной одновременности событий, нельзя утверждать, что два события, одновременные в одной системе координат, будут одновременными и во всякой другой системе коор­динат.

Вернемся к кораблю с экранами на корме и на носу и к набе­режной, на которой также установлены экраны. Когда вспышка фонаря одновременно осветила экраны, мы можем говорить, что освещение экрана на корме и на носу - одновременные события. В системе ко­ординат, связанной с кораблем, эти события действительно одновре­менны. Но мы не остановились на этой констатации и считали воз­можным говорить об одновременности в абсолютном смысле. Тот факт, что при движении корабля экраны освещаются не одновременно, нас не смущал, мы учитывали запаздывание света, догоняющего корабль, т.е. идущего от фонаря к экрану на носу. Мы всегда могли восполь­зоваться абсолютно неподвижной, связанной с эфиром системой отс­чета и перейти от движущегося корабля к неподвижной набережной и убедиться, что в этой "неподвижной", "истинной", "абсолютной", "привилегированной" системе отсчета свет распространяется во все стороны с постоянной скоростью, а в других, движущихся, системах, он меняет скорость. До теории Эйнштейна слова "неподвижная", "привилегированная", "абсолютная" система отсчета не ставились в кавычки: все были убеждены в существовании внутреннего критерия движения - различия в ходе оптических процессов в неподвижных (в абсолютном смысле, относительно неподвижного мирового эфира) те­лах и в движущихся (также в абсолютном смысле) телах. Синхрониза­ция часов казалась возможной даже в том случае, когда речь шла о часах, расположенных в двух системах, из которых одна движется относительно другой.

Когда корабль движется вдоль набережной, свет достигает эк­ранов на корабле в различные моменты времени; но мы считали эти моменты различными потому, что видели экраны на набережной, отож­дествляли мгновения, когда свет попадает на эти неподвижные экра­ны, приписывали абсолютный характер одновременности, зарегистри­рованной в неподвижной системе отсчета. Теперь от всего этого приходится отказаться. С точки зрения теории относительности, на­ходясь на корабле и не видя набережной, нельзя найти доказатель­ства неодновременности освещения экранов на носу и на корме. Мы считали эти моменты неодновременными, потому что во время расп­ространения света от фонаря к экранам корабль сдвинулся по отно­шению к набережной, а эту набережную мы признаем неподвижной в абсолютном смысле. Сверяя часы с помощью экранов на набережной, т,е, считая одновременными мгновения, когда свет достиг этих не­подвижных экранов, мы, естественно, должны различать моменты, когда свет доходит до экранов на движущемся корабле. Но если дви­жение корабля и неподвижность набережной не имеют абсолютного ха­рактера, мы можем таким же правом рассматривать корабль в качест­ве неподвижного тела отсчета. Тогда набережная движется, и на на­бережной свет достигает береговых экранов в различные моменты времени. Спор о том, какая система отсчета неподвижна в абсолют­ном смысле, беспредметен, если нет абсолютно покоящегося тела отсчета - мирового эфира. События, одновременные в одной системе отсчета, неодновременны в другой системе.

Если нет абсолютной одновременности, то нет абсолютного вре­мени, протекающего единообразно во всех смещающихся одна относи­тельно другой системах. Время зависит от движения.

Какова эта зависимость, как изменяется ход времени при пере­ходе из одной системе к другой? Еще до появления работы Эйнштейна Лоренц утверждал, что при сокращении продольных масштабов в дви­жущихся системах будет вместе с тем замедляться ход часов. Сокра­щение масштабов и замедление хода часов как раз и будет компенси­ровать изменение скорости света в движущихся системах. Поэтому замедление хода часов, как и сокращение масштабов, можно вычис­лить, исходя из постоянства скорости света.

У Эйнштейна сокращение продольных пространственных масштабов и замедление времени в движущихся системах имеет совсем другой смысл, чем у Лоренца. Время замедляется не по сравнению с "истин­ным", "абсолютным" временем, текущим в неподвижных относительно эфира, т.е. в абсолютно неподвижных, системах. Длина продольно движущегося стержня сокращается не по сравнению с некоторой "ис­тинной" и "абсолютной" длиной стержня, покоящегося в эфире. С точки зрения Эйнштейна, сокращение масштабов (как и замедление времени) взаимно. Если система К' движется относительно системы К, то с таким же правом можно сказать, что система К движется от­носительно системы К'. Длина стержня, измеренная в системе К, от­носительно которой он покоится, окажется меньше, если ее изме­рить в системе К'. Но, в свою очередь, стержень, покоящийся в системе К', окажется короче при измерении в системе К. Речь идет о вполне реальном измерении длины, но понятие "реальное измере­ние" не означает существование неизменной абсолютной "привилеги­рованной" длины.Причиной лоренцова сокращения служит реальный процесс взаимного движения систем - процесс, в котором обе систе­мы играют совершенно равноценную роль. Лоренцово представление о реальном сокращении длины стержня по сравнению с неизменной, "ис­тинной" длиной стержня, покоящегося в абсолютном смысле, - это более "классическое", но вовсе не более естественное представле­ние, чем представление Эйнштейна о взаимном сокращении масштабов в системах, движущихся одна по отношению к другой. Взаимное пере­мещение тел, изменение их взаимных расстояний легче представить себе, чем абсолютное движение, отнесенное к пустому пространству либо к однородному эфиру.

Идеи, высказанные Эйнштейном в 1905 году, уже в ближайшие годы заинтересовали очень широкие круги. Люди чувствовали, что теория, с такой смелостью посягнувшая на традиционные представле­ния о пространстве и времени, не может не привести при своем раз­витии и применении к очень глубоким производственно-техническим и культурным сдвигам. Разумеется, только теперь стал ясен путь от абстрактных рассуждений о пространстве и времени к представлению о колоссальных запасах энергии, таящихся в недрах вещества и жду­щих своего освобождения, чтобы изменить облик производственной техники и культуры. Попытаемся несколькими штрихами обрисовать этот путь, хотя две-три фразы не могут дать представления о цепи глубоких и сложных математических построений, о многократном пе­ресмотре самых, казалось бы, очевидных и прочных концепций клас­сической физики.

Эйнштейн вывел из постоянства скорости света в движущихся телах невозможность для этих тел превысить скорость света. Тем самым из картины мира исключаются мгновенные, распространяющиеся с бесконечной скоростью, воздействия одного физического объекта на другой. Исключаются также воздействия, распространяющиеся с конечной скоростью, превышающей скорость света. Два события могут быть связаны друг с другом причинной связью, одно событие может быть причиной второго, если время, прошедшее между событиями, не меньше времени, необходимого свету, чтобы пройти расстояние между точками, где произошли эти события. Такое представление о при­чинной связи между событиями можно назвать релятивистским, в от­личие от классического представления, допускавшего, что событие в одной точке может повлиять на событие в другой точке при сколь угодно малом промежутке времени между событиями.