TechStandard

Становление специальной теории относительности

К концу XIX столетия в науке преобладала теория абсолютно неподвижного в мировом пространстве эфира. Эта теория в дальнейшем была развита нидерландским физиком X. Лоренцем и с тех пор носит его имя, хотя на самом деле она возникла значительно раньше. Однако до этого, в 1851 г. французским физиком Физо был проведен эксперимент, показавший, что свет частично захватывается движущейся средой.

Позже, в 1877 г. в 8 томе Британской энциклопедии появилась статья Максвелла, в которой обращалось внимание на возможность обнаружения эфирного ветра (ether drifto) на поверхности Земли, движущейся по орбите вокруг Солнца со скоростью около 30 км/с.

А. Майкельсона построил в 1880 г. лабораторный крестообразный интерферометр с длиной оптического пути в 1,2 м и, к его удивлению, не получил ожидаемого смещения. Смещение было хаотическим и весьма малым. Прибор обнаружил высокую чувствительность ко всякого рода вибрациям. Поэтому Майкель-сон с помощью профессора Морли в 1886 г. построил второй интерферометр с длиной оптического пути в 11 метров и в нем были приняты меры против чувствительности к вибрациям: прибор был помещен на поплавок, плававший на ртути.

Однако и на этот раз смещение интерференционных полос было в сто раз меньше ожидавшегося, что соответствовало относительной скорости эфирного ветра на поверхности Земли не в 30 км/с, а всего лишь в 3 км/с, что никак не было объяснено.

Эксперименты были продолжены Морли и Миллером на Кливлендских высотах (высота над уровнем моря 250 м) и в 1904— 1905 гг. были получены устойчивые данные по величине эфирного ветра в 3—3,5 км/с, что вновь не соответствовало ожидавшемуся значению в 30 км/с. На этом работы были временно отложены и продолжены только в 1921 году Миллером в обсерватории Маунт Вилсон на высоте около 1800 м, где им вместе с помощниками к 1925 г. была проведена громадная работа и не только получены устойчивые данные по скорости эфирного ветра, равной на этой высоте порядка 10 км/с, но и определено общее его направление. Оказалось, что эфирный ветер омывает Землю не в плоскости эклиптики, как ожидалось, а в направлении, почти перпендикулярном к нему, со стороны звезды «Дзета» созвездия Дракона, расположенной под углом 26 градусов к Полярной звезде. Но все это случилось уже после того, как Эйнштейном в 1905 г. была опубликована его знаменитая статья «К электродинамике движущихся тел».

Основные положения СТО

Эйнштейном введено не два, как об этом обычно пишут, а пять постулатов, и самым главным из них является постулат об отсутствии в природе эфира. В последующих статьях, особенно в статье «Принцип относительности и его следствия» (1910) Эйнштейн утверждает, что «нельзя создать удовлетворительную теорию, не отказавшись от существования некоей среды, заполняющей все пространство».

Вторым постулатом является упомянутый выше «принцип одновременности», непосредственно связавший факт одновременности событий со скоростью света.

Третьим постулатом является так называемый принцип относительности, гласящий, что все процессы в системе, находящейся в равномерном и прямолинейном движении, происходят по тем же законам, что и в покоящейся системе. Этот принцип относительно механических систем был выдвинут еще Галилеем, но Эйнштейн его распространил вообще на любые физические явления, в том числе и на электромагнитные. Этот постулат был бы невозможен, если бы эфир существовал: пришлось бы рассматривать процессы, связанные с движением тел относительно эфира. А раз эфира нет, то и рассматривать нечего.

Четвертым постулатом является принцип постоянства скорости света и независимости скорости света от скорости движения источника. Этот постулат можно было бы использовать, если бы было твердо установлено, что свет является волновым движением, поскольку всякая волна имеет постоянную скорость относительно среды, а не относительно источника ее создавшего. Но структура фотона не была установлена, и поэтому такое предположение является некоторой натяжкой.

И, наконец, пятым постулатом является инвариантность интервала, состоящего из четырех составляющих — трех пространственных координат и времени, умноженного на все ту же скорость света:

ds2=dх2 + dy2 + dz2 – c2dt2 = const.

Максимальная скорость передачи взаимодействий.

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 выбывает необходимость глубокого измерения обычных представлений о пространстве и времени, основаниях на повседневном опыте. Представление об абсолютном времени, которое течет раз и навсегда заданным темпом, совершенно независимо от материи и ее движения, оказывается неправильным.

Дополнительно

Современная судовая газотурбинная установка
Современная судовая газотурбинная установка (ГТУ) успешно конкурирует с аналогичными по назначению паротурбин­ными и дизельными. От последних она выгодно отличается ком­пактностью и малой удельной массой, маневренностью и высокой ремонтопригодностью, лучшей приспособленностью к автоматиза­ции ...

Австрийская школа и теория предельной полезности
“Австрийская школа” возникла в 70-х годах 19-в., которые характеризовались дальнейшим ростом капитализма и обострением его противоречий. На основе растущей концентрации производства в 70-х годах начали возникать первые кап. монополии. Австрийская школа оспаривала учение Маркса, и в авангарде этог ...