В 1905 году кризисное состояние физики было всем очевидно. Чтобы их преодолеть, физики пришли к двум основным положениям:
- законы природы одни и те же в различных инерциальных системах;
- скорость света постоянна и не зависит от движения его источника.
Данные положения противоречили преобразованиям Галилея, которые функционировали в классической механике и задавали преобразование координат при переходе от одной инерциальной системы к другой, движущейся относительно первой.
Долгое время возникшее противоречие пытались разрешить, исходя из предположения об априорной истинности преобразований Галилея, с которыми следовало во что бы то ни стало согласовать оба положения. Так как эти преобразования не привели к согласию в физическом мире, то ученые пошли двумя путями.
Во-первых, к решению проблемы можно было подойти сугубо математически, т.е. найти более общие математические преобразования, которые охватывали бы и электромагнитные явления. Так были найдены преобразования Лоренца, с которыми согласовывались ранее открытые уравнения Максвелла, характеризовавшие электромагнитные процессы.
Во-вторых, была осуществлена попытка критически проанализировать физические предпосылки преобразований Галилея. Этот подход был реализован Эйнштейном, который пришел к тем же преобразованиям, что и Лоренц.
Поскольку Лоренц и Пуанкаре вывели новые преобразования пространства и времени раньше Эйнштейна, это дало повод считать их создателями теория относительности. Однако речь шла не просто о выводе формулы или группы преобразований, а о настоящей революции в физике, которая знаменовала смену естественнонаучной картины мира. Поэтому и различия между подходами носили фундаментальный характер. Лоренц даже введя в физику новые преобразования, рассматривал их лишь как удобный вычислительный прием и не пытался ревизовать универсальное абсолютное время ньютоновской механики. А. Пуанкаре, который не только вывел группу преобразований (которая впоследствии стала носить имя Лоренца) в процессе математического творчества, но и дал глубокий физический анализ оптических явлений в движущихся телах, развил соответствующий этим явлениям новый принцип относительности пространства и движения, провел содержательный анализ проблемы измерения времени и т.д. Пуанкаре во многих случаях предвосхитил идеи Эйнштейна. Однако теории относительности Пуанкаре не создал!
Отрицание существования эфира и принятие постулата о постоянстве и предельности скорости света легли в основу теории относительности, которая выступает как синтез механики и электродинамики. Она решительно сломала односторонний подход классического естествознания, возводившегося метафизикой в абсолют. В работе «К электродинамике движущихся тел», ознаменовавшей создание специальной теории относительности, Эйнштейн четко изложил исходные пункты новой теории.
1) расширил принцип относительности Галлилея на все явления. 2) постоянство скорости света.
Важный вклад в их понимание внес Г. Минковский. Он показал органическую взаимосвязь пространства и времени, которые оказались компонентами единого четырехмерного континуума. Критерий объединения относительных свойств пространства и времени в абсолютное четырехмерное многообразие характеризуется инвариантностью четырехмерного.
Смысл введенного Минковским представления о едином четырехмерном мире состоит в том, что пространству и времени отводится роль проекций. При таком подходе, например, трехмерная геометрия становится частью четырехмерной физики. Классическая физика оперировала двумя независимыми многообразиями: трехмерным пространством и одномерным временем. Теория относительности оперирует единым четырехмерным континуумом, разделенность которого на пространство и время лишена абсолютного смысла.
Роль четырехмерного формализма Минковского ученые истолковывали по-разному. Одни исследователи считали, что представление времени в качестве четвертой координаты, равноправной с тремя пространственными координатами, позволило Минковскому развить изящную формулировку теории относительности, но нет оснований видеть в этом нечто большее, чем удачный математический прием. Другие считали введение четырехмерного мира Минковского совершенно непонятным. Наконец, третья категория исследователей утверждала, что четырехмерный формализм Минковского представляет собой здание новой физической теории, а работы Лоренца, Пуанкаре и Эйнштейна лишь заложили фундамент этого здания.
На самом деле, в теории относительности, как и в классической механике, существуют два типа пространства и времени, которые соответственно реализуют субстанциальную и атрибутивную (в данном случае реляционную) концепции. В классической механике абсолютные пространство и время выступали в качестве структуры мира на теоретическом уровне. В них была реализована субстанциальная концепция этих категорий. В специальной теории относительности аналогичным статусом обладает единое четырехмерное пространство-время. Эйнштейн четко охарактеризовал эту ситуацию: «Точно так же, как с ньютоновской точки зрения оказалось необходимым ввести постулаты «время абсолютно», «пространство абсолютно», так с точки зрения специальной теории относительности мы должны объявить «пространственно-временной континуум абсолютен». В этом последнем утверждении absolutum означает не только «физически реальный», но также «независимый по своим физическим свойствам, оказывающий физическое действие, но сам от физических условий не зависящий».
Новая механика, основанная на принципе относительности Эйнштейна, называется релятивистской (от латинского relativus - относительный). В теории относительности выполняется принцип соответствия - при малых скоростях движения частиц и систем отсчета релятивистские выражения переходят в формулы ньютоновой механики. Этот переход является характерной чертой любой физической теории: старые знания не перечеркиваются новыми достижениями, а включаются них как предельный частный случай. Впервые такие преобразования, обобщающие формулы Галилея перехода от одной инерциальной системы отсчета в другую, были описаны Лоренцом. Пуанкаре назвал эти преобразования координат и времени преобразованиями Лоренца.
Первыми наиболее поражающими следствиями преобразований Лоренца являются: сокращение движущихся масштабов в направлении движения и замедление хода движущихся часов. С точки зрения повседневных представлений о пространстве и времени эти следствия кажутся парадоксальными.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему