по теме развитие представлений о пространстве и времени (стр. 2 из 2)
Преобразования Лоренца - преобразования, которым подвергаются пространственно-временные координаты (x,y,z,t) каждого события при переходе от одной инерциальной системы отсчета (ИСО) к другой. Преобразования Галилея являются частным случаем преобразований Лоренца для скоростей, малых по сравнению со скоростью света.§3 – Представления о пространстве, времени и массе в общей теории относительности.
Общая теория относительности (ОТО) — физическая теория пространства-времени и тяготения, построенная Эйнштейном на основе экспериментального принципа эквивалентности гравитационной и инертной масс и предположении о существовании линейной связи между массой и вызываемыми ею гравитационными эффектами.
В рамках этой теории, развивающей специальную теорию относительности, утверждается, что гравитационные эффекты не вызываются силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а являются проявлениями деформаций самого пространства-времени, вызываемых локальным присутствием массы-энергии. Поэтому в ОТО гравитация считается не силовым взаимодействием.
Если в классической механике и СТО рассматривались свойства пространства и времени, а также их взаимосвязь (в СТО), то в общей теории относительности рассматривается взаимосвязь пространства, времени и массы.
Причины отказа от Ньютоновской теории гравитации.
Классическая теория тяготения Ньютона основана на понятии силы тяготения, которая является дальнодействующей силой. Сила тяготения действует мгновенно на любом расстоянии. Мгновенный характер действия силы несовместим с понятием поля в современной физике. В теории относительности никакая информация или взаимодействие не может распространяться быстрее скорости света в вакууме. Эйнштейн начал поиск теории гравитации, которая была бы совместима с новыми принципами. Результатом этого поиска явилась общая теория относительности, которая основана на принципе тождественности гравитационной и инертной масс.
Принцип равенства гравитационной и инертной масс.
В классической механике существуют два понятия массы: первое относится ко второму закону Ньютона, а второе — к закону всемирного тяготения. Первая масса — инертная (или инерционная) — является отношением негравитационной силы, действующей на тело, к его ускорению. Вторая масса (гравитационная) определяет силу притяжения тела другими телами и его собственную силу притяжения. Эти две массы измеряются, в различных экспериментах, поэтому совершенно не обязаны быть связанными. Однако их экспериментально установленная пропорциональность делает возможным существование единой массы тела как в негравитационных, так и в гравитационных взаимодействиях.
Принцип движения по геодезическим линиям.
Из принципа равенства гравитационной и инертной масс следует то, что в выражении для ускорения тела, на которое действуют только гравитационные силы, обе массы сокращаются. Следовательно, ускорение тела и его траектория не зависят от массы и строения тела. Если любое тело в одной и той же точке пространства будет получать одинаковое ускорение, то это ускорение можно связать не со свойствами движущихся тел, а со свойствами пространства в этой точке. Значит описание гравитационного взаимодействия можно свести к описанию пространства-времени, в котором двигаются тела. Эйнштейн предположил, что тела движутся по инерции, так, что их ускорение в собственной системе отсчёта равно нулю. Траектории тел тогда будут геодезическими линиями, теория которых была разработана математиками ещё в XIX веке.
Кривизна пространства-времени
Если запустить из двух близких точек два тела параллельно друг другу, то в гравитационном поле они постепенно начнут либо сближаться, либо удаляться друг от друга. Этот эффект называется девиацией геодезических линий. Данный эффект связан с кривизной пространства-времени.
Сильный принцип эквивалентности
В становлении ОТО большую роль сыграл сильный принцип эквивалентности, который может быть сформулирован так: Достаточно малая по размерам локальная физическая система, находящаяся в гравитационном поле, по поведению неотличима от такой же системы, находящейся в ускоренной (относительно инерциальной системы отсчёта) системе отсчёта, погружённой в плоское пространство-время специальной теории относительности. В окончательной форме теории этот принцип не содержится, так как пространство-время как в ускоренной, так и в исходной системе отсчёта в специальной теории относительности является неискривленным — плоским, а в общей теории относительности оно искривляется любым телом и именно его искривление вызывает гравитационное притяжение тел. Для нахождения связи между свойствами материи и кривизной пространства-времени, Эйнштейном были составлены уравнения, связывающие между собой метрику искривлённого пространства-времени со свойствами заполняющей его материи. Термин используется и в единственном числе: «уравнение Эйнштейна», так как в тензорной записи это одно уравнение, хотя в компонентах представляет собой систему уравнений. Выглядит данное
уравнение следующим образом: Основные следствия и экспериментальные подтверждения ОТО.
Первыми предсказанными и проверенными экспериментальными следствиями общей теории относительности стали три классических эффекта, перечисленных ниже в хронологическом порядке их первой проверки:
1) Дополнительный сдвиг перигелия орбиты Меркурия по сравнению с предсказаниями механики Ньютона.
2) Отклонение светового луча в гравитационном поле Солнца.
3) Гравитационное красное смещение, или замедление времени в гравитационном поле.
Существует ряд других эффектов, поддающихся экспериментальной проверке.
Сейчас существует множество экспериментальных подтверждений ОТО. Впервые теория подверглась экспериментальной проверке в 1919 году. Тогда Артур Эддингтон сообщил о наблюдении отклонения света вблизи Солнца в момент полного затмения, что качественно и количественно подтвердило предсказания общей теории относительности.
Заключение.
С древнейших времён люди строили гипотезы о том как устроен окружающий мир. Представления о нём эволюционировали, подкреплялись данными, полученными в экспериментах. Представления о пространстве и времени эволюционируют. Любая новая научная теория при наличии старой, хорошо проверенной теории находится с ней не в полном противоречии, а даёт те же следствия в некотором предельном приближении (частном случае). Теория относительности сформировалась в соответствии с этим принципом. В специальной теории относительности в пределе малых скоростей (скоростей много-меньших скорости света) получаются те же следствия, что и в классической механике. Так, преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея, время течёт одинаково во всех системах отсчёта и т.д. Общая теория относительности даёт те же результаты, что и классическая теория тяготения Ньютона при малых скоростях и при малых значениях гравитационного потенциала.
Список использованной литературы.
1. [Электронный ресурс] // Википедия – свободная энциклопедия – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org, свободный. – Загл. С экрана. – Данные соответствуют 20.03.11.
2. Гайденко П.П. История новоевропейской философии в её связи с наукой. М.: Либроком. 2009.
3. Гарднер М. Теория относительности для миллионов. М.: Атомиздат. 1965.
4. Гоффман Б. Корни теории относительности. М.: Знание. 1987.
5. Кузнецов Б.Г. Беседы о теории относительности. М.: Издательство Академии наук СССР. 1963.
6. Соколовский Ю.И. Теория относительности в элементарном изложении. М.: Наука. 1964.
7. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М.: Терра-Книжный клуб. 2009.