ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. 2 Закон внешнего фотоэффекта. 1921 г. (Нобелевская премия Эйнштейна) - презентация

1 ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

2 2 Закон внешнего фотоэффекта г. (Нобелевская премия Эйнштейна)

3 3 Формула связи потери массы тела при излучении энергии E = m c 2 Анри Пуанкаре (1900 г.) : «Энергия излучения E обладает массой m = E / c 2 »

4 4 Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна (1905 г.) Постулат 1. Принцип относительности «Движение системы отсчёта по инерции не может быть обнаружено никакими физическими опытами внутри закрытой лаборатории, связанной с этой системой отсчёта» Постулат 2. Принцип постоянства скорости света «Свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью с, не зависящей от движения излучающего тела»

5 5 Основные выводы из специальной теории относительности Эйнштейна (1905 г.) 1. Сокращение продольных размеров (при движении с околосветовой скоростью) 2. Замедление времени (при движении с околосветовой скоростью) 3. Запрет скоростей, больших скорости света 4. Увеличение массы (при движении с околосветовой скоростью)

6 6 1. В системе отсчёта, движущейся равномерно и прямолинейно относительно наблюдателя, происходит сокращение длины вдоль направления движения

7 7 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

8 8 3. Движение со скоростью, превышающей скорость света, невозможно. (1) V1 = С/2 V2 = С/2 V СБЛИЖЕНИЯ РАКЕТ < V1 + V2

9 9 3. Движение со скоростью, превышающей скорость света, невозможно. (2) V1 = С/2 V2 = С/2 V СВЕТА = С V СБЛИЖЕНИЯ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ = С, а не С+С V СВЕТА = С

10 10 Преобразования Лоренца (1895 г.), которые Эйнштейн заново вывел в специальной теории относительности

11 11 Основные выводы из общей теории относительности Эйнштейна (1915 г.) Искривление пространства вблизи тяготеющих масс Замедление времени вблизи тяготеющих масс

12 12 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

13 13 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»

14 14 Два представления о свете, сложившиеся в физике в XVII веке Ньютон ( ): «Свет – это поток частиц в пустоте» Гюйгенс ( ): «Свет – это волна в эфире»

15 15 НЬЮТОН: Отражение света – это отскакивание частиц света от препятствия

16 16 Сложение скорости системы отсчёта со скоростью частиц света в ней c=c+vc=c+v c=c-v v v

17 17 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

18 18 Круги на воде от «блинчиков». Скорость распространения волны не зависит от скорости источника

19 19 Круги от камней, отвесно падающих в реку. Движущаяся среда уносит волны НАПРАВЛЕНИЕ ТЕЧЕНИЯ РЕКИ

20 20 Круги на озере, созданные перемещающимся источником. Скорость распространения волн в среде не зависит от скорости источника ЛОДКАКАТЕР

21 21 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

22 22 Движение Земли вокруг Солнца по орбите. Среда – мировой эфир?

23 23 Опыт Майкельсона (1881 г.) Цель: измерить скорость движения Земли по орбите относительно мирового эфира Средство: опыты со светом Способ: измерение разности задержек света при его распространении вдоль и поперёк движения Земли по орбите Альберт Майкельсон (1852 – 1931)

24 24 Последовательные положения Земли на орбите через полгода 30 км/с

25 25 Установка Майкельсона по определению скорости движения Земли относительно мирового эфира с помощью опыта со светом Луч 1 распространяется вдоль движения Земли Луч 2 распространяется поперёк движения Земли

26 26 Упрощённая схема установки Майкельсона по измерению разницы в задержках света вдоль и поперёк движения Земли по орбите ЗЕРКАЛО 2 ЗЕРКАЛО 1 НАПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМЛИ ПО ОРБИТЕ В НЕПОДВИЖНОМ МИРОВОМ ЭФИРЕ ЛУЧ ПОПЕРЁК ДВИЖЕНИЯ ЛУЧ ВДОЛЬ ДВИЖЕНИЯ

27 27 Итог опыта Майкельсона Ожидавшаяся разница задержек при распространении света вдоль и поперёк движения Земли по орбите ОБНАРУЖЕНА НЕ БЫЛА

28 28 Предложение Хендрика Лоренца (1883 г.) для объяснения отрицательного результата опыта Майкельсона Мировой эфир существует При движении происходит сокращение продольных размеров тел

29 29 Предложение Хендрика Лоренца: при движении происходит укорочение продольного плеча ОТРАЖЕНИЕ ОТ ЗЕРКАЛА 2 ЛУЧА ПОПЕРЁК ДВИЖЕНИЯ ОТРАЖЕНИЕ ОТ ЗЕРКАЛА 1 ЛУЧА ВДОЛЬ ДВИЖЕНИЯ L2 L1 L1 < L2 НАПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМЛИ ПО ОРБИТЕ В НЕПОДВИЖНОМ МИРОВОМ ЭФИРЕ

30 30 Преобразования Лоренца (1895 г.), обеспечивающие сокращение продольных размеров тел при движении «МЕСТНОЕ» ВРЕМЯ t x СОКРАЩЕНИЕ ДЛИН

31 31 Хендрик Лоренц Анри Пуанкаре нидерландский физик французский математик Хендрик Лоренц Анри Пуанкаре нидерландский физик французский математик

32 32 Взгляды Пуанкаре (1) Мирового эфира нет Все инерциальные системы отсчёта равноправны

33 33 Взгляды Пуанкаре (2) Математическая запись физических законов должна быть одинакова во всех инерциальных системах отсчёта F = m a

34 34 Взгляды Пуанкаре (3) Математическая запись уравнений электромагнетизма Максвелла тоже должна быть одинакова во всех инерциальных системах отсчёта

35 35 Принцип относительности Пуанкаре (Книга «Наука и гипотеза», 1902 г.) Все физические явления должны быть одинаковыми для наблюдателей, находящихся в разных инерциальных системах отсчёта

36 36 Лекция Пуанкаре в США о состоянии науки (1904 г.) (1) Закон сохранения энергии Второе начало термодинамики Равенство действия противодействию Закон сохранения массы Принцип наименьшего действия

37 37 Лекция Пуанкаре в США о состоянии науки (1904 г.) (2) Закон сохранения энергии Второе начало термодинамики Равенство действия противодействию Закон сохранения массы Принцип наименьшего действия Принцип относительности Принцип относительности

38 38 Признание заслуг Хендрика Лоренца Преобразования, предложенные Лоренцем, обеспечивают одинаковость уравнений Максвелла в различных системах отсчёта

39 39 Доклад Пуанкаре по теории относительности (Опубл. 5 июня 1905 г. «Заметки Академии наук») Доклад Пуанкаре по теории относительности (Опубл. 5 июня 1905 г. «Заметки Академии наук») Принцип относительности Инвариантность уравнений Максвелла Преобразования Лоренца Постоянство скорости света

40 40 Работы Лоренца и Пуанкаре по теории относительности Г.А. Лоренц. Интерференционный опыт Майкельсона. Из книги "Versuch einer Theorie der elektrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Korpern. Leiden, 1895, параграфы А. Пуанкаре. Измерение времени. "Revue de Metaphysique et de Morale", 1898, t. 6, p А. Пуанкаре. Оптические явления в движущихся телах. Electricite et Optique, G. Carre et C. Naud, Paris, 1901, p А. Пуанкаре. О принципе относительности пространства и движения. Главы из книги Наука и гипотеза (H. Poinrare. Science and Hypothesis. Paris, 1902.) А. Пуанкаре. Настоящее и будущее математической физики. Доклад, напечатанный в журнале "Bulletin des Sciences Mathematiques", 1904, v. 28, ser. 2, p Г.А. Лоренц. Электромагнитные явления в системе движущейся с любой скоростью, меньшей скорости света. Proc Acad., Amsterdam, 1904, v 6, p А. Пуанкаре. О динамике электрона. Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, 1906 (поступила в печать 23 июля 1905 г. ) v. XXI, p. 129.

41 41 Первая работа Эйнштейна по теории относительности Г.А. Лоренц. Интерференционный опыт Майкельсона. Из книги "Versuch einer Theorie der elektrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Korpern. Leiden, 1895, параграфы А. Пуанкаре. Измерение времени. "Revue de Metaphysique et de Morale", 1898, t. 6, p А. Пуанкаре. Оптические явления в движущихся телах. Electricite et Optique, G. Carre et C. Naud, Paris, 1901, p А. Пуанкаре. О принципе относительности пространства и движения. Главы из книги Наука и гипотеза (H. Poinrare. Science and Hypothesis. Paris, 1902.) А. Пуанкаре. Настоящее и будущее математической физики. Доклад, напечатанный в журнале "Bulletin des Sciences Mathematiques", 1904, v. 28, ser. 2, p Г.А. Лоренц. Электромагнитные явления в системе движущейся с любой скоростью, меньшей скорости света. Proc Acad., Amsterdam, 1904, v 6, p А. Эйнштейн. К электродинамике движущихся тел. Ann. d. Phys., 1905 (рукопись поступила 30 июня 1905 г. ), b. 17, s. 89. А. Пуанкаре. О динамике электрона. Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, 1906 (рукопись поступила 23 июля 1905 г. ) v. XXI, p. 129.

42 42 Сравнение строения теорий относительности Пуанкаре Эйнштейна (5 мая 1905 г.) (30 июня 1905 г.) Сравнение строения теорий относительности Пуанкаре Эйнштейна (5 мая 1905 г.) (30 июня 1905 г.) Принцип относительности Инвариантность уравнений Максвелла Преобразования Лоренца Постоянство скорости света 1. Принцип относительности Инвариантность уравнений Максвелла Преобразования Лоренца 2. Постоянство скорости света

43 43 Вальтер Ритц (1878–1909) Вальтер Ритц (1878–1909) Баллистическая теория света (1908 г.): «К распространению света применим закон сложения скоростей»

44 Объяснение опыта Майкельсона по Вальтеру Ритцу мультфильм

45 45 Упрощённая схема установки Майкельсона по измерению разницы в задержках света вдоль и поперёк движения Земли по орбите ЗЕРКАЛО 2 ЗЕРКАЛО 1 НАПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ЗЕМЛИ ПО ОРБИТЕ ЛУЧ ПОПЕРЁК ДВИЖЕНИЯ ЛУЧ ВДОЛЬ ДВИЖЕНИЯ

46 46 Достоинства баллистической теории Ритца Объясняет отрицательный результат опыта Майкельсона При этом не возникает сокращения длины, замедления времени и увеличения массы Отказывается от мирового эфира Теория Ритца – другое объяснение отрицательного результата опыта Майкельсона

47 47 Раскол в представлениях физиков о природе света к 1908 году СВЕТ – ВОЛНЫ В ПУСТОТЕ СВЕТ – ПОТОК ЧАСТИЦ СВЕТ – ВОЛНЫ ЭФИРА Пуанкаре ЭйнштейнНьютон Ритц Лоренц Гюйгенс Майкельсон

48 48 В 1913 году баллистическая теория Ритца отвергается астрономом де Ситтером C+V V V C–V

49 ПРОВЕРКА ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

50 50 «Бритва Оккама» – правило для теорий, которые пока не подтверждены на опыте Не применять несколько объяснений, если достаточно одного Истинным считать то, которое проще Отбрасывать то, что не сводимо к интуитивному или опытному знанию

51 51 Условия, необходимые для того, чтобы теория могла считаться научной 1. Теория должна опираться на положения, обоснованность которых проверяется опытным путём 2. Получение результатов должно производиться при строгом соблюдении законов логики и математики 3.Выводы, получающиеся в теории, не должны противоречить опытным данным

52 Логическая критика теорий Эйнштейна и Пуанкаре

53 53 Короткая вспышка света при совмещении начал систем отсчёта Y X O Y X O V Y X O Y X O V

54 54 Распространение света с точки зрения различных наблюдателей Y X O Y X O V Y X O Y X O V

55 55 Две сферы от одной вспышки… ?.. Y X O Y X O V

56 56 Изложение мысленного эксперимента Эйнштейна в учебнике по физике

57 57 Толкование Пуанкаре принципа относительности Равноправие Одинаковость инерциальныхматематической систем записи отсчёта физических законов ?

58 58 Результаты применения принципа относительности Принцип относительности Равноправие систем отсчёта Одинаковость математического описания Различие длин, времён, масс Неравноправие систем отсчёта Несоблюдение принципа относительности ?

59 59 Исправленные результаты применения принципа относительности Принцип относительности Равноправие систем отсчёта Одинаковость математического описания Одинаковость длин, времён, масс Равноправие систем отсчёта Соблюдение принципа относительности Различие систем отсчёта из-за взаимного движения Различие математического описания

60 60 Возникновение скоростей, больших скорости света Y X O Y X O V V + СV – С

61 61 Эйнштейн – субъективный идеалист

62 62 Ложка и линейка в стакане с водой. Излом реален или нет?

63 Опыты по проверке теории относительности

64 64 Проверка общей теории относительности. Отклонение луча звезды Солнцем Солнечное затмение

65 65 Проверка общей теории относительности. Круговое смещение орбиты Меркурия F1 F2 F F M m F 1. Материальные точки 2. Тела конечных размеров

66 66 Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (1) Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (1) СССР. Бонч-Бруевич г.

67 67 Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (2) Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (2) 1 и 2 – зеркала целлостата, 3 – входная щель модулятора, 4 – кювета со стоячими ультразвуковыми волнами, 5 – генератор, питающий излучатель ультразвука, 6 – фотоэлектронный умножитель, 7 – фазометричекое устройство Установка Бонч-Бруевича Свет проходит через неподвижное стекло!!!

68 68 Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (3) Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (3) Опыт Физо г. Увлечение света движущейся средой

69 69 Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (4) Проверка постулата постоянства скорости света. Сравнение излучения краёв Солнца. (4) Скоростные струи

70 Решающая проверка постулата постоянства скорости света Решающая проверка постулата постоянства скорости света Радиолокация Венеры г.

71 71 Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (1) Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (1) США. Брайан Г. Уоллес г. v = 460 м/с S В-З Земля Венера Солнце

72 72 Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (2) Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (2) v = 460 м/с c=c+vc=c+v c=c-v S В-З Венера Солнце

73 73 Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (3) Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (3) c=c+vc=c+v c=c-v t ЗАД S В-З v = 460 м/с Венера

74 74 Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (4) Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (4) c=c+vc=c+v c=c-v t ЗАД S В-З c t ЗАД = 2 S В-З v = 460 м/с ?

75 75 Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (5) Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (5) c=c+vc=c+v c=c-v S В-З 1. c t ЗАД = c t ЗАД = 2 S В-З 2. (c+v) t ЗАД = v = 460 м/с ?

76 76 Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (6) Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (6) c=c+vc=c+v c=c-v S В-З 1. c t ЗАД 2 S В-З 2. (c+v) t ЗАД = 2 S В-З c t ЗАД = 2 S В-З v = 460 м/с ?

77 77 Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (7) Проверка постулата постоянства скорости света. Радиолокация Венеры. (7) SPECTROSCOPY LETTERS, 2(12), рр. 36l-367 (1969) RADAR TESTING OF THE RELATIVE VELOCITY OF LIGHT IN SPACE Bryan G. Wallace th Av No St Petersburg, Fla U.S.A. РЕЗЮМЕ: «Опубликованные данные межпланетных радиолокационных измерений представляют свидетельство того, что относительная скорость света в космосе равна, а не ». c+vc+vc

78 78 Непостоянство периода обращения спутника Юпитера Ио (1676 г.). (1) Олаф Рёмер (1644 – 1710) Юпитер Ио T Ио = 1,77 суток

79 79 Непостоянство периода обращения спутника Юпитера Ио (1676 г.). (2) Олаф Рёмер (1644 – 1710) c c T Ио T Ио = 1,77 суток

80 80 Непостоянство периода обращения спутника Юпитера Ио (1676 г.). (3) Олаф Рёмер (1644 – 1710) v c v c 1) 2) T 2 = +15 сек 2) T 1 = -15 сек

81 РАЗГАДКА ЭЙНШТЕЙНА

82 82 Загадки вокруг теории относительности Пуанкаре как создатель теории относительности забыт Общепризнана теория, не имеющая опытной проверки Эйнштейн объявлен гением всех времён и народов Критика теории относительности в СССР негласно запрещена

83 83 Релятивизм – направление в философии и физике Высказывание Альберта Эйнштейна о постулате постоянства скорости света: «Никакие принципиальные положения не противоречат введению этой гипотезы, благодаря которой пространство и время лишаются последнего следа объективной реальности»