по предмету Концепции Современного Естествознания Теория относительности (стр. 2 из 2)
Относительность одновременности
До начала XX века никто не сомневался, что время абсолютно. Два события, одновременные для жителей Земли, одновременны для жителей любой космической цивилизации. Создание теории относительности показало, что это не так.
Причиной несостоятельности классических представлений о пространстве и времени является неправильное предположение о возможности мгновенной передачи взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую. Существование предельной конечной скорости передачи взаимодействий вызывает необходимость глубокого изменения обычных представлений о пространстве и времени, основанных на повседневном опыте. Представление об абсолютном времени, которое течет раз и навсегда заданным темпом, совершенно независимо от материи и её движения, оказывается неправильным.
Если допустить мгновенное распространение сигналов, то утверждение, что события в двух пространственно разделенных точках А и В произошли одновременно, будет иметь абсолютный смысл. Можно поместить в точки А и В часы и синхронизировать их с помощью мгновенных сигналов. Если такой сигнал отправлен из А, например, в 0 ч 45 мин и он в этот же момент времени по часам В пришел в точку В, то, значит, часы показывают одинаковое время, т.е. идут синхронно. Если же такого совпадения нет, то часы можно синхронизировать, подведя вперед те часы, которые показывают меньшее время в момент отправления сигнала.
Любые события, например, два удара молнии, одновременны, если они происходят при одинаковых показаниях синхронизированных часов.
Только располагая в точках А и В синхронизированными часами, можно судить о том, произошли ли два каких-либо события в этих точках одновременно или нет. Но как можно синхронизировать часы, находящиеся на некотором расстоянии друг от друга, если скорость распространения сигналов не бесконечно велика?
Для синхронизации часов естественно прибегнуть к световым или вообще электромагнитным сигналом, т.к. скорость электромагнитных волн в вакууме является строго определенной, постоянной величиной.
Рассмотрим подробнее простой метод синхронизации часов, не требующий никаких вычислений. Допустим, что космонавт хочет узнать, одинаково ли идут часы А и В, установленные на противоположных концах космического корабля.
 | Для этого с помощью источника, неподвижного относительно корабля и расположенного в его середине, космонавт производит вспышку света. Свет одновременно достигает обоих часов. Если показания часов в этот момент одинаковы, то часы идут синхронно. Но так будет лишь относительно системы отсчета К1, связанной с кораблем В системе же отсчета К, относительно которой корабль |
движется, положение иное. Часы на носу корабля удаляются от того места, где произошла вспышка света источника (точка с координатой ОС), и, чтобы достигнуть часов А, свет должен преодолеть расстояние, большее половины длины корабля.
  | Напротив, часы В на корме приближаются к месту вспышки, и путь светового сигнала меньше половины длины корабля (на рисунках слева показано, как, в первом случае, координаты х и х1 совпадают в момент вспышки, потом, как свет достигает часов В). Поэтому наблюдатель в системе К приходит к выводу, что сигналы достигают часов неодновременно. Два любых события в точках А и В, одновременные в системе К1, неодновременны в системе К. Но в системе принципа относительности системы К1 и К совершенно равноправны. Ни одной из этих систем нельзя отдать предпочтение. Поэтому мы вынуждены прийти к заключению, что одновременность пространственно разделенных событий относительна. Причиной относительности одновременности является, как мы видим, конечность скорости распространения сигналов. |
Одновременность событий относительна. Представить себе это наглядно, «почувствовать», мы не в состоянии из-за того, что скорость света много больше тех скоростей, с которыми движемся мы.
Основные следствия, вытекающие из постулатов теории относительности.
Из постулатов теории относительности вытекает ряд важнейших следствий, касающихся свойств пространства и времени.
Относительность расстояний. Расстояние не является абсолютной величиной, а зависит от скорости движения тела относительно данной системы отсчета.
Обозначим через lo длину стержня с системе отсчета К, относительно которой стержень покоится. Тогда длина l этого стержня в системе отсчета К1, относительно которой стержень движется со скоростью определяется формулой:
Как видно из этой формулы, l < l0. В этом состоит релятивистское сокращение размеров тела в движущихся системах отсчета (релятивистскими называются эффекты, наблюдаемые при скоростях движения, близких к скорости света).
Относительность промежутков времени. Пусть интервал времени между двумя событиями, происходящими в одной и той же точке инерциальной системы К, равен τ 0. Этими событиями, например, могут быть два удара метронома, отсчитывающего секунды.
Тогда интервал τ между этими же событиями в системе отсчета К1, движущейся относительно системы К выражается так:
Очевидно, что τ > τo. В этом состоит релятивистский эффект замедления времени в движущихся системах отсчета.
Если v < c, то в формулах можно пренебречь величиной v2/c2. Тогда l ≈ lo и τ ≈ τo, т.е. релятивистское сокращение размеров тел и замедление вреиени в движущейся системе отсчета можно не учитывать.
Релятивистский закон сложения скоростей. Новым релятивистским представлениям о пространстве и времени соответствует новый закон сложения скоростей. Очевидно, что классический закон сложения скоростей не может быть справедлив, так как он противоречит утверждению о постоянстве скорости света в вакууме.
Если поезд движется со скоростью v и в вагоне в направлении движения поезда распространяется световая волна, то ее скорость относительно Земли должна равняться опять-таки с, а не v + c. Новый закон сложения скоростей и должен приводить к требуемому результату.
 | Запишем закон сложения скоростей для частного случая, когда тело движется вдоль оси Х1 системы отсчета К1, которая в свою очередь движется со скоростью v относительно системы отсчета К. Причем в процессе движения координатные оси Х и Х1все время совпадают, а координатные оси Y и Y1, Z и Z1 и и остаются параллельными. Обозначим скорость тела относительно К1 через v1, а скорость этого же тела относительно К через v. Тогда релятивистский закон сложения скоростей будет иметь вид |
Если и , то дробью в знаменателе можно пренебречь, и вместо этой фигни слева мы получим классический закон сложения скоростей: v2 = v1+v. При v1=c скорость v2 также равна c, как этого требует второй постулат теории относительности. Действительно,
Замечательным свойством релятивистского закона сложения скоростей является то, что при любых скоростях v и v1 (конечно, не больших с) результирующая скорость v2 не превышает с.Использованная литература:
курс лекций «Концепции современного естествознания» А.А. Горелов
учебник по физике Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев