СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ перевернула наши представления о пространстве и времени, об энергии и материи, представления, к которым человечество шло на протяжении тысячелетий своей истории.

2 Классическая механика Ньютона и Галилея Принцип инерции: «Тела, не испытывающие воздействия сил, движутся равномерно и прямолинейно» Принцип сложения скоростей: «Скорость тела складывается из скорости системы отсчёта и скорости движения тела в ней» Принцип относительности Галилея: «Все законы механики одинаковы в инерциальных системах отсчёта»

Инерциальные системы отсчета – системы отсчета, которые находятся в состоянии покоя или движутся прямолинейно равномерно Неинерциальные системы отсчета – системы отсчета, которые движутся с ускорением В 1632 г. Галилео Галилей сформулировал принцип относительности: все механические явления протекают в любых инерциальных системах отсчета одинаковым образом. Все законы механики инвариантны по отношению к любым инерциальным системам отсчета.

Распространяется ли принцип относительности, справедливый для механических явлений, на электромагнитные явления? Вторая половина XIX века, Дж. Максвелл сформулировал основные законы электродинамики

5 Развитие физических представлений в XIX веке Электричество и магнетизм порождают друг друга Электромагнитное поле распространяется подобно волне Свет – электромагнитная волна Уравнения Максвелла для электромагнитного поля – высшая форма знаний об электромагнетизме

6 Два представления о свете, сложившиеся в физике в XVII веке Ньютон ( ): «Свет – это поток частиц в пустоте» Гюйгенс ( ): «Свет – это волна в эфире»

7 НЬЮТОН: Отражение света – это отскакивание частиц света от препятствия

8 ГЮЙГЕНС: Свет – это волна в эфире Эфир – среда, в которой распространяется свет Скорость света в эфире не зависит от скорости источника Точка, до которой дошла волна, сама становится источником волны

9 Представления о свете в XIX веке Свет – это электромагнитная волна, распространяющаяся в мировом эфире Мировой эфир – это неподвижная среда, заполняющая всё пространство, для распространения электромагнитных волн

10 Раскол в представлениях физиков о природе света к началу XX века СВЕТ – ВОЛНЫ В ПУСТОТЕ СВЕТ – ПОТОК ЧАСТИЦ СВЕТ – ВОЛНЫ ЭФИРА Пуанкаре ЭйнштейнНьютон Ритц Лоренц Гюйгенс

Какова скорость светового сигнала относительно человека в вагоне? Какова скорость светового сигнала относительно человека на земле? В вагоне, движущемся относительно полотна железной дороги, посылается световой сигнал в направлении движения.

Обнаружились противоречия между электродинамикой и механикой Ньютона. Возможные пути решения: 12 Х. Лоренц Принцип относительности неприменим к электромагнитным явлениям.

13 Обнаружились противоречия между электродинамикой и механикой Ньютона. Возможные пути решения: Г. Герц Уравнения Максвелла несправедливы

14 А. Эйнштейн Принцип относительности и уравнения Максвелла справедливы, нужно отказаться от классических представлений о пространстве и времени. Обнаружились противоречия между электродинамикой и механикой Ньютона. Возможные пути решения:

Альберт Эйнштейн – создатель теории относительности Специальная теория относительности была опубликована в 1905 году. Более сложная с точки зрения математического аппарата общая теория относительности была завершена Эйнштейном к 1916 году.

Специальная теория относительности (СТО) – теория, описывающая движение, отношения между пространством и времени при скоростях, близких к скорости света. Общую теорию относительности(ОТО) – это теория, которая является обобщением СТО для гравитационных полей.

17 Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна (1905 г.) Постулат 1. Принцип относительности Все процессы природы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета. Постулат 2. Принцип постоянства скорости света Скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета, она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала.

18 Основные выводы из специальной теории относительности Эйнштейна (1905 г.) 1. Сокращение размеров тела 2. Замедление времени 3. Релятивистский закон сложения скоростей 4. Закон релятивистской механики. Связь между массой и энергией

19 1. В системе отсчёта, движущейся равномерно и прямолинейно относительно наблюдателя, происходит сокращение длины вдоль направления движения

Относительность расстояний 20

21 2. В системе отсчёта, движущейся равномерно и прямолинейно относительно наблюдателя, время движется медленнее Y Z X O Y Z X O Y Z X O Y Z X O vv

Относительность промежутков времени 22

23 3. Движение со скоростью, превышающей скорость света, невозможно. V1 = С/2 V2 = С/2 V СБЛИЖЕНИЯ РАКЕТ < V1 + V2

24 3. Движение со скоростью, превышающей скорость света, невозможно. V1 = С/2 V2 = С/2 V СВЕТА = С V СБЛИЖЕНИЯ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ = С, а не С+С V СВЕТА = С

3. Релятивистский закон сложения скоростей 25

4. Закон релятивистской динамики 26 Связь между массой и энергией (формула Эйнштейна)

27 Основные выводы из общей теории относительности Эйнштейна (1915 г.) Искривление пространства вблизи тяготеющих масс Замедление времени вблизи тяготеющих масс

28 Гигантские массы звезд так сильно искривляют пространство-время, что планеты начинают двигаться вокруг звезд по своим орбитам Вблизи небесных тел с огромной массой свет тоже отклоняется от движения по прямой. Звезда кажется сдвинутой по сравнению со своим действительным положением в пространстве В экстремальном случае особенно плотные массы вещества могут создавать так называемые черные ды­ры, из которых не может вырваться даже свет Тело с гигантской массой деформирует космическое пространство-время на­столько, что траектории пролетающих вблизи этого тела объектов искривляются

Е 0 = m 0 с² Е 0 = m 0 с² Уравнение Эйнштейна, с одной стороны легло в основу теории Большого взрыва…

Теория относительности Эйнштейна вызвала глубокое переосмысление открытий, сделанных Ньютоном в 17 веке,. и перевернула принятые научные представления о мире.

31