1 Современные представления о пространстве и времени План лекции Представления о пространстве и времени Представления о пространстве и времени Предпосылки к созданию специальной теории относительности (СТО) Предпосылки к созданию специальной теории относительности (СТО) Суть СТО и следствия из неё Суть СТО и следствия из неё Основные представления общей теории относительности (ОТО) и следствия из неё Основные представления общей теории относительности (ОТО) и следствия из неё

2 Особенность понятий пространства и времени Понятия пространства и времени являются философскими категориями и не определяются в естествознании Понятия пространства и времени являются философскими категориями и не определяются в естествознании Для естественных наук важно уметь измерять их численные характеристики - расстояния между объектами и длительности процессов, а также описывать их свойства, поддающиеся экспериментальному изучению Для естественных наук важно уметь измерять их численные характеристики - расстояния между объектами и длительности процессов, а также описывать их свойства, поддающиеся экспериментальному изучению

3 Эволюция представлений о пространстве и времени Демокрит – пустота существует, как и атомы, и необходима для их перемещений и соединений Демокрит – пустота существует, как и атомы, и необходима для их перемещений и соединений Аристотель – место между объемлющим и объемлемым Аристотель – место между объемлющим и объемлемым Птолемей – пространство ограничено сферой неподвижных звезд Птолемей – пространство ограничено сферой неподвижных звезд Коперник, Бруно – пространство бесконечно Коперник, Бруно – пространство бесконечно Беркли, Кант – пространство и время это доопытные формы восприятия Беркли, Кант – пространство и время это доопытные формы восприятия

4 Пространство, время и взаимодействие Ньютон абсолютное пространство и время – «вместилища самих себя и всего существующего» Ньютон абсолютное пространство и время – «вместилища самих себя и всего существующего» теория дальнодействия теория дальнодействия Лейбниц пространство – это порядок сосуществования вещей, а время – это порядок смены состояний, относительны, не субстанции Лейбниц пространство – это порядок сосуществования вещей, а время – это порядок смены состояний, относительны, не субстанции теория близкодействия теория близкодействия

5 Свойства пространства и времени Пространство трехмерно, однородно, изотропно Пространство трехмерно, однородно, изотропно Время одномерно, однородно, анизотропно (однонаправлено) Время одномерно, однородно, анизотропно (однонаправлено) Не представляют собой субстанции Не представляют собой субстанции Нет абсолютной системы отсчета, метрические свойства времени и пространства зависят от материи Нет абсолютной системы отсчета, метрические свойства времени и пространства зависят от материи

6 Современное значение с 300 тыс. км/сек Конечность скорости света Олаф Рёмер в 1676 г. доказал конечность скорости света и впервые измерил ее величину с 210 тыс. км/сек

7 Предпосылки специальной теории относительности (СТО) принцип относительности Галилея принцип относительности Галилея Все системы отсчета, движущиеся равномерно и прямолинейно, равноправны или Никакими механическими опытами нельзя определить, покоится система отсчета или движется равномерно и прямолинейно теория электромагнетизма Дж. К. Максвелла теория электромагнетизма Дж. К. Максвелла Свет - это электромагнитные волны Принцип относительности и теория электромагнетизма – вошли в противоречие (?!) Принцип относительности и теория электромагнетизма – вошли в противоречие (?!)

8 Принцип относительности Эйнштейна Все физические явления протекают одинаково во всех системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно Альберт Эйнштейн 1879 – 1955 Скорость света постоянна, т.е. не зависит от скорости источника света

9 Относительность одновременности Два события (вспышки) происходят одновременно, если 1. Находятся на одинаковых расстояниях 2. Сигнал приходит в один и тот же момент Строгое определение процедуры измерения длин и промежутков времени

10 Относительность одновременности

11 Теория Относительность одновременности Относительность одновременности Сокращение длин Сокращение длин Замедление времени Замедление времени Зависимость инертности (массы) тел от скорости Зависимость инертности (массы) тел от скорости Связь массы и энергии Связь массы и энергии Чем подтверждается Пи-мезоны «Дефект массы» (атомная бомба) Следствия из СТО E = mc 2

12 Общая теория относительности (ОТО) наличие сил инерции при неравномерном движении равенство инертной и гравитационной масс основная идея: эффекты тяготения и эффекты, возникающие при ускоренном движении неотличимы принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс

13 Пространство в ОТО Что есть прямая? Принцип инерции Галилея: Прямая есть траектория свободно движущегося тела Принцип инерции Галилея: Прямая есть траектория свободно движущегося тела Вблизи массивных тел пространство искривляется

14 Основные предсказания ОТО Теория искривление пространства вблизи массивных тел искривление пространства вблизи массивных тел замедление времени на поверхности массивных тел замедление времени на поверхности массивных тел Чем подтверждается отклонение луча света, проходящего вблизи Солнца смещение перигелия Меркурия прямые измерения по замедлению времени, спектр белых карликов, GPS

15 Эффекты ОТО отклонение луча света звезды вблизи Солнца смещение перигелия Меркурия

16 Следствия ОТО существование черных дыр существование черных дыр модели эволюции Вселенной модели эволюции Вселенной общенаучное значение – революция в естественнонаучном мировоззрении (в частности – в теоретической физике, в астрофизике) общенаучное значение – революция в естественнонаучном мировоззрении (в частности – в теоретической физике, в астрофизике)