П. 8. Специальная теория относительности как следствие электродинамики Максвелла

Прости меня, Ньютон…

А. Эйнштейн

При изучении уравнений Максвелла возникла проблема их вида в различных системах отсчёта. Дело в том, что уравнения механики были инвариантны (т.е. не меняли своего вида) относительно преобразования Галилея. Преобразование Галилея есть преобразование координат точки, описывающее переход от неподвижной инерциальной системы отсчёта к другой инерциальной системе, движущейся без изменения ориентации осей координат с постоянной скоростью . При этом преобразовании радиус-векторы точки в неподвижной и движущейся системах координат связаны соотношением или, если движение вдоль оси :

.

При преобразовании Галилея ускорение точки в обеих системах отсчёта совпадают, а значит уравнения движения, основанные на законах Ньютона, не изменяют вида при таком преобразовании. Однако в случае уравнений Максвелла такая инвариантность не имела места. Значит, надо было либо согласиться с появлением новых членов, а они появлялись при преобразовании Галилея, и решать новые проблемы физического содержания уравнений, либо придумать такое преобразование, относительно которого уравнения Максвелла были инвариантны. И Х. Лоренц такое преобразование придумывает. Для одномерного движения оно имеет вид:

.

В преобразовании появилась величина ‑ скорость света. Видно, что при малых скоростях (когда выполняется условие ) преобразование Лоренца переходит в преобразование Галилея. Эйнштейн, используя преобразование Лоренца и результат опыта Майкельсона-Марли, устраняет расхождение между механикой Ньютона и электродинамикой Максвелла. Он создаёт специальную теорию относительности, фундамент которой составляют два постулата:

1. Все законы физики имеют одинаковый вид во всех инерциальных системах отсчёта.

Для всех координатных систем, для которых справедливы законы механики, справедливы одни и те же электродинамические и оптические законы.

2. Скорость света постоянна во всех инерциальных системах отсчёта.

Из постулатов были получены основные следствия – сокращение длин и замедление времени (описываются преобразованиями Лоренца), относительность одновременности событий в удалённых точках пространства, увеличение инертной массы и эквивалентность массы и энергии: .

Специальная теория относительности относится к неклассической физике. Другой теорией неклассической физики является квантовая механика.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: