Постулати Ейнштейна
В основі спеціальної теорії відносності А. Ейнштейна лежать два постулати, зміст яких можна виразити так:
- При однакових умовах, реалізованих окремо в двох системах відліку – деякої інерціальної системи К і системи К’, що рухається рівномірно і прямолінійно щодо системи I – будь-які фізичні процеси в цих системах відліку протікають однаково. У природі існує гранична (максимальна) швидкість поширення фізичних сигналів (взаємодій), одна і та ж у всіх інерційних системах відліку. Ця максимальна швидкість збігається зі швидкістю світла у вакуумі, вона не залежить від руху джерела і приймача світла і дорівнює с = 300000 км/с.
З першого принципу випливає: якщо для даної задачі (деякого класу задач) знайдена інерціальна система відліку I, то для цього завдання існує і безліч інерційних систем типу II, рухаються рівномірно прямолінійно щодо I. Швидкості всіх систем II менше с. Системи відліку необхідно пов’язувати з тілами, а швидкості тіл не можуть дорівнювати або перевершувати максимальну швидкість світла у вакуумі, рівну с. Швидкості тіл строго менше максимальної.
Розвиток науки показав, що обидва принципи Ейнштейна підтверджуються всією сукупністю експериментальних і теоретичних знань сучасної фізики.
З принципів Ейнштейна випливає: одночасність різномісних подій не є абсолютною, незалежною від систем відліку.
Дійсно, нехай від лампи L, що знаходиться на середині платформи, що рухається зі швидкістю V, почало поширюватися світло.
Для спостерігача, що знаходиться на платформі, світло дійде до її кінців одночасно, тоді як для спостерігача на пероні він дійде до лівого кінця раніше, а до правого пізніше, тому лівий кінець наближається до фронту світлової хвилі, а правий віддаляється (обидва спостерігача виходять з принципів Ейнштейна, швидкість світла в обох напрямках для кожного зі спостерігачів дорівнює максимальній швидкості з і не залежить від того рухається або спочиває джерело світла).
Математичний опис фізичних явищ вимагає використання системи відліку, а значить встановлення взаємно однозначної відповідності між моментами часу і числами, а також між точками простору і трійками чисел (координатами точок).
Координати точок простору в обраній системі відліку в принципі можна встановити “перекладанням” одиничного масштабу (практична сторона процедури нас тут не цікавить). В якості одиниці довжини можна взяти, наприклад, певне число довжин хвиль випромінювання атомів деякого елемента в стані спокою розглянутої системи звіту.
Еталоном часу може бути деяке число періодів випромінювання тих же нерухомих атомів. Що стосується арифметизації часу (тобто приписування різних моментів часу чисельних значень), то її можна здійснити в принципі наступним уявним експериментом. Нехай ми маємо необмежену кількість ідеально правильно рівномірно йдучих годин.
Нехай в інерціальній системі відліку I по годинах, які знаходяться на початку координат О (ці години називаються базовими) в момент t1, посланий світловий сигнал. Згідно другого принципу Ейнштейна, світло прийде в деяку точку М системи I в момент, де L = ОМ.
Якщо для будь-якого t1 годинни в точці М в момент приходу сигналу показує саме такий час, то це означає, що течія часу в точці М погоджена (синхронізована) з часом базових годин. Синхронізуваний годинник, що знаходиться в точці М, йде правильно, і тим самим нами введено “місцевий час” для цієї точки.
Тепер будемо вважати, що у всіх точках системи I правильно йде годинник. Тим самим час введено для всієї інерціальної системи I. У підсумку і простір, і час системи I арифметизовані.
В подальшому розгляді дві інерціальні системи відліку будемо позначати система I і система II і вважати їх рухаючими один відносно одного.
Оскільки всі інерціальні системи рівноправні, аналогічно арифметизується простір і час системи II. При цьому, з кожною точкою системи II зв’язуються нерухомо години, що належать саме цій системі II; всі ці години йдуть однаково з базовими годинами свого початку системи II.
У підсумку, з кожною з систем I і II пов’язані нерухомі в цих системах годинники. Годинники системи II рухаються щодо годин системи I зі швидкістю V, Тут і завжди далі передбачається, що система II рухається зі швидкістю щодо системи I в напрямку осі абсцис Х. Залишається тільки узгодити вибір почавшого відліку часу в системах 1 і II між собою. Приймається умова: коли декартові осі обох систем I і II поєднувалися, базові годинники в обох системах повинні були показувати однаковий час: t = 0 (в системі I) і також t = 0 (в системі II).
За допомогою зазначених уявних операцій арифметизації простору і часу проведена, таким чином, в обох системах відліку I і II на підставі принципів Ейнштейна. Тепер фізичні події та процеси доступні для вивчення з використанням системи I, або системи II. Зв’язок між координатами і часом якої-небудь події в системі I і відповідними параметрами в Системі II визначається перетвореннями Лоренца.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)