![]() ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Постулаты специальной теории относительности.Бордовицын В.А. Степико Г.С.
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Общий курс лекций для III курса Физического Факультета ТГУ.
Издание первое.
ТГУ
Введение. Электродинамика – это один из наиболее сложившихся разделов физики. Именно поэтому электродинамика является также одним из самых «красивых» разделов. Вообще, электродинамика изучает взаимодействия между электрическими и намагниченными частицами. Они передаются посредством электрических и магнитных полей, создаваемых самими частицами. Например, простейший пример источника электрического поля – электрон, электрический заряд которого равен Можно сказать, что весь окружающий нас мир буквально наполнен электричеством и электромагнитными полями и волнами. Вообще говоря, как мы увидим, электромагнитные волны могут существовать практически сами по себе. То есть для существования и распространения электромагнитных волн существование источника не является необходимым условием. И, таким образом, они являются самостоятельными объектами электродинамики. Основные уравнения электродинамики были выведены в XIX веке в работах Кулона, Ампера, Эрстеда и Максвелла. Современный математический аппарат был разработан на рубеже XIX-XX вв., когда Альберт Эйнштейн построил специальную теорию относительности (СТО) – основу современной электродинамики. В основе изучения электродинамики лежит дедуктивный метод. Согласно ему в начале выдвигается некая идея, набор постулатов, на основании которых затем формулируются все физические законы и уравнения. Глава I. Математический аппарат и основные понятия электродинамики. Постулаты специальной теории относительности. Математической основой электродинамики является СТО. Основными понятиями СТО являются пространство и время. Пространство необходимо для того, чтобы указать место, где произошло некоторое событие, а время – для того, чтобы указать конкретный момент времени, когда оно произошло. Главная заслуга СТО состоит в том, что она внесла коренные изменения в представление о свойствах пространства и времени. До построения СТО пространство и время рассматривались независимо друг от друга. Более того, пространство считалось однородным и изотропным, а время считалось «текущим» одинаково, отсчитываясь по некоторым «абсолютным» часам
Эти свойства пространства и времени по сути связаны с законами механики Ньютона. Более того, оказалось, что I и II законы Ньютона существуют исключительно благодаря этим законам. Рассмотрим, к примеру, область пространства с нарушением однородности (см. рис. 1.1). Если свободная частица, двигавшаяся со скоростью Если теперь частица с начальной скоростью В СТО пространство и время объединяются в один пространственно-временной континуум – четырехмерное пространство, включающее в себя три координаты пространства и одну координату времени. Причем все эти четыре оси координат взаимно ортогональны. Будем также считать, что пространственно-временной континуум (ПВК) однороден и изотропен. Кстати, заметим, что кроме специальной существует общая теория относительности. В общей теории относительности свойства однородности и изотропности могут и не выполняться. То есть по этой теории может существовать пространство с искривлениями и кручением. В дальнейшем мы будем рассматривать только однородный и изотропный ПВК – так называемое пространство Минковского. Также важнейшей «заслугой» СТО является то, что с ее помощью был решен спор о характере передачи взаимодействия между частицами. До создания СТО существовало две теории: теория дальнодействия и теория близкодействия. Согласно первой теории, предполагалось, что взаимодействие между двумя частицами передается мгновенно и независимо от расстояния между ними, тогда как теория близкодействия гласила, что взаимодействие передается в пространстве от точки к точке с течением времени. СТО уверенно подтверждает теорию близкодействия, говоря о том, что любое взаимодействие не может передаваться со скоростью большей, чем скорость света. Таким образом, можно сказать, что скорость передачи взаимодействия по СТО ограничена скоростью света.
Силовое поле можно определить с помощью так называемой пробной частицы. Пробная частица – это такая частица, собственное поле которой бесконечно мало изменяет внешнее измеряемое поле, в котором она находится. Таким образом, пробная частица служит исключительно для измерения силы. Совокупность всех измеренных с помощью пробной частицы сил образуют силовое поле (рис. 1.3). Это поле может иметь различное происхождение. В качестве силового поля можно рассмотреть гравитационное поле (рис. 1.4), для которого справедливо выражение
Поле может быть и кулоновским:
И в этой функции уже заложена теория дальнодействия. Действительно, при действии силой
В результате многократных экспериментов было установлено, что В основу СТО были положены два постулата Эйнштейна: 1. Скорость света не зависит от скорости источника и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. 2. Во всех инерциальных системах отсчета законы природы действуют одинаково. Следствием этих постулатов является то, что время теперь нельзя рассматривать как абсолютное. Рассмотрим некоторую точку А в системах
Пусть теперь в точке А помещена движущаяся частица. Тогда, дифференцируя координаты по
Если считать, что в системе
Согласно тем же соображениям, в природе не может существовать абсолютно твердых тел. То есть таких тел, у которых расстояние между двумя точками строго фиксировано. Если бы тело было абсолютно твердым, то точка 2 (рис. 1.7) под действием силы То, что скорость любой частицы не может быть больше скорости света напрямую следует из того, что если бы существовала частица со скоростью больше скорости света, то ее можно было бы использовать для передачи взаимодействия, распространяющегося в пространстве со скоростью больше скорости света, что невозможно.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|