Парадокс близнецов
Государственная академия сферы быта и услуг
Уфимский технологический институт сервиса
Кафедра физики
Контрольная работа по предмету:
«Концепция современного естествознания»
на тему: «Парадокс близнецов»
Содержание
Введение.
1. Постулаты специальной теории относительности Энштейна.
2. Преобразования Лоренца в подвижной и неподвижных системах.
3. Следствия из преобразований теории относительности: изменение длины
и времени.
4. Границы применимости законов классической механики.
5. Список используемой литературы.
Заключение.
Введение
«Концепции современного естествознания» — новый предмет в системе
высшего образования. Насколько нужно знать современную науку человеку,
который, скорее всего, никогда сам не будет работать в ней?» В наши дни ни
один человек не может считаться образованным, если он не проявляет интереса
к естественным наукам. Обычное возражение, согласно которому интерес к
изучению электричества или стратиграфии мало что дает для познания
человеческих дел, только выдает полное непонимание человеческих дел.
Наука — это не только совокупность знаний. «... Науке можно учить как
увлекательнейшей части человеческой истории — как быстро развивающемуся
росту смелых гипотез, контролируемых экспериментом и критикой.
Итак, для чего же нужно изучать современное естествознание?
Во-первых, для того, чтобы стать культурным человеком, надо знать, что
такое теория относительности, генетика, синергетика, социобиология,
экология, этология и другие науки.
Во-вторых, это важно и потому, что многое в нашей жизни строится в
соответствии с научной методологией. Хотя человечеству далеко до научной
организации труда, тем не менее, научные принципы функционируют во многих
видах деятельности, и, чтобы их успешно применять, надо их знать.
В-третьих, потому, что знания, необходимые любому специалисту, так или
иначе связаны и в какой-то степени основаны на научных данных. Этих причин
достаточно для обоснования важности нового курса.
1.Специальная теория относительности Энштейна.
Название “теория относительности” возникло из наименования основного
принципа (постулата), положенного Пуанкаре и Эйнштейном в основу из всех
теоретических построений новой теории пространства и времени.
Специальная теория относительности, созданная в 1905 г. А. Эйнштейном,
стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галилея—
Ньютона и электродинамики Максвелла—Лоренца. "Она описывает законы всех
физических процессов при скоростях движения, близких к скорости света, но
без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к
классической механике, которая, таким образом, оказывается ее частным
случаем".
Специальная теория относительности называется иначе
релятивистской теорией . В основу ее положены два принципа, которые
являются постулатами. Эти постулаты надежно подтверждены экспериментально.
1. Принцип относительности. Все инерциальные системы отсчета равноправны,
во всех инерциальных системах не только механические, но и все другие
явления природы протекают одинаково.
2. Принцип постоянства скорости света. Во всех инерциальных системах
скорость света в вакууме одинакова и равна с.
Из двух основных постулатов теории относительности вытекает, что два
события, одновременные в одной системе отсчета, не одновременны в другой
системе. Понятие одновременности имеет относительный смысл, и в разных
инерциальных системах отсчета время протекает по-разному.
Содержанием теории относительности является физическая теория
пространства и времени, учитывающая существующую между ними взаимосвязь
геометрического характера.
Название же “принцип относительности” или “постулат относительности”,
возникло как отрицание представления об абсолютной неподвижной системе
отсчета, связанной с неподвижным эфиром, вводившимся для объяснения
оптических и электродинамических явлений.
Эйнштейн пишет: “.. неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли
относительно “светоносной среды” ведут к предположению, что не только в
механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют
понятию абсолютного покоя, и даже более того,- к предположению, что для
всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, имеют
место те же самые электродинамические и оптические законы, как это уже
доказано для величин первого порядка. Мы намерены это положение (содержание
которого в дальнейшем будет называться “принципом относительности”)
превратить в предпосылку... “[1] А вот что пишет Пуанкаре: “Эта
невозможность показать опытным путем абсолютное движение Земли представляет
закон природы; мы приходим к тому, чтобы принять этот закон, который мы
назовем постулатом относительности, и примем его без оговорок.”
Преобразования Лоренца, отражающие свойства пространства-времени, были
выведены Эйнштейном, исходя из 2 постулатов: принципа относительности и
принципа постоянства скорости света.
1. Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не
зависят от того, к которой из двух координатных систем, находящихся
относительно друг друга в равномерном поступательном движении, эти
изменения состояния относятся.
2. Каждый луч света движется в “покоящейся” системе координат с
определенной скоростью [pic], независимо от того, испускается ли этот луч
света покоящимся или движущимся телом.
Значение этих постулатов для дальнейшего развития теории пространства-
времени состояло в том, что их принятие прежде всего означало отказ от
старых представлений о пространстве и времени, как о многообразиях, не
связанных органически друг с другом.
Принцип относительности сам по себе не представлял чего-либо
абсолютно нового, т.к. он содержался и в Ньютоновской физике, построенной
на базе классической механики. Принцип постоянства скорости света также не
был чем-то абсолютно неприемлемым с точки зрения ньютоновских представлений
о пространстве и времени.
Однако эти два принципа, взятые вместе привели к противоречию с
конкретными представлениями о пространстве и времени, связанные с механикой
Ньютона. Это противоречие можно проиллюстрировать следующим парадоксом.
Пусть в системе отсчета [pic] в начальный момент [pic] в точке,
совпадающей с началом координат произошла вспышка света. В последующий
момент времени [pic]фронт световой волны, в силу закона постоянства
скорости света, распространился до сферы радиуса [pic] с центром в начале
координат системы [pic]. Однако в соответствии с постулатами Эйнштейна, это
же явление мы можем рассмотреть и точки зрения системы отсчета [pic] ,
движущейся равномерно и прямолинейно вдоль оси [pic], так, что ее начало
координат и направления всех осей совпадали в момент времени [pic] с
началом координат и направлениями осей первоначальной системы [pic]. В этой
движущейся системе, соответственно постулатам Эйнштейна, за время [pic]
свет также распространится до сферы радиуса
[pic]
[pic], однако, в отличие о предыдущей сферы должен лежать в начале
координат системы [pic], а не [pic]. Несовпадение этих сфер, т.е. одного и
того же физического явления, представляется чем-то совершенно
парадоксальным и неприемлемым с точки зрения существующих представлений.
Кажется, что для разрешения парадокса надо отказаться от принципа
относительности, либо от принципа постоянства скорости света. Теория
относительности предлагает, однако, совершенно иное разрешение парадокса,
состоящее в том, что события, одновременные в одной системе отсчета [pic],
неодновременные в другой, движущейся системе [pic], и наоборот. Тогда
одновременные события, состоящие в достижении световым фронтом сферы,
определяемой уравнением [pic], не являются одновременными с точки зрения
системы [pic], где одновременны другие события, состоящие в достижении тем
же световым фронтом точек сферы, определяемой уравнением [pic]
Таким образом, одновременность пространственно разобщенных событий
перестает быть чем-то абсолютным, как это принято считать в повседневном
макроскопическом опыте, а становится зависящей от выбора системы отсчета и
расстояния между точками, в которых происходит события. Эта относительность
одновременности пространственно разобщенных событий свидетельствует о том,
что пространство и время тесно связаны друг с другом, т.к. при переходе о
одной системе отсчета к другой, физически эквивалентной, промежутки времени
между событиями становятся зависящими от расстояний (нулевой промежуток
становится конечным и наоборот).
Итак, постулаты Эйнштейна помогли нам прийти к новому
фундаментальному положению в физической теории пространства и времени,
положению о тесной взаимосвязи пространства и времени и об их
нераздельности, в этом и состоит главное значение постулатов Эйнштейна.
Основное содержание теории относительности играет постулат о
постоянстве скорости света. Основным аргументов в пользу этого является та
роль, которую отводил Эйнштейн световым сигналам, с помощью которых
устанавливается одновременность пространственно разобщенных событий.
Световой сигнал, распространяющийся всегда только со скоростью света,
приравнивается, таким образом, к некоторому инструменту, устанавливающему
связь между временными отношениями в различных системах отсчета, без
которого якобы понятия одновременности разобщенных событий и времени теряют
смысл.
Теория относительности, созданная Эйнштейном в 1905 г., стала
законченной теорией движения макроскопических тел. Её применение в теории
элементарных частиц наталкивается на ряд серьезных трудностей, которые,
быть может, свидетельствуют о необходимости нового понимания принципа
относительности. Развитие атомной и особенно ядерной физики - блестящий
триумф теории Эйнштейна - указывает вместе с тем на возможное дальнейшее
развитие и обобщение этой теории.
Теория относительности ждет дальнейшего развития и обобщения и в
другом направлении, помимо картины движений, взаимодействий и трансмутаций
Страницы: 1, 2
