Специальная и общая теория относительности

Специальная и общая теория относительности Эйнштейна (стр. 1 из 3)

Специальная и общая теория относительности

Введение

1. Специальная теория относительности Эйнштейна

2. Общая теория относительности Эйнштейна

Заключение

Список использованных источников

Введение

Еще в конце XIX века большинство ученых склонялось к точке зрения, что физическая картина мира в основном построена и останется в дальнейшем незыблемой — предстоит уточнять лишь детали. Но в первые десятилетия ХХ века физические воззрения изменились коренным образом.

Это было следствием «каскада» научных открытий, сделанных в течение чрезвычайно короткого исторического периода, охватывающего последние годы ХIХ столетия и первые десятилетия ХХ, многие из которых совершенно не укладывались в представление обыденного человеческого опыта.

Ярким примером может служить теория относительности, созданная Альбертом Эйнштейном (1879-1955).

Впервые принцип относительности был установлен Галилеем, но окончательную формулировку получил лишь в механике Ньютона.

Принцип относительности означает, что во всех инерциальных системах все механические процессы происходят одинаковым образом.

Когда в естествознании господствовала механистическая картина мира, принцип относительности не подвергался никакому сомнению.

Положение резко изменилось, когда физики вплотную приступили к изучению электрических, магнитных и оптических явлений. Для физиков стала очевидной недостаточность классической механики для описания явлений природы.

Возник вопрос: выполняется ли принцип относительности и для электромагнитных явлений?

Описывая ход своих рассуждений, Альберт Эйнштейн указывает на два аргумента, которые свидетельствовали в пользу всеобщности принципа относительности:

— этот принцип с большой точностью выполняется в механике, и поэтому можно надеяться, что он окажется правильным и в электродинамике.

— если инерциальные системы неравноценны для описания явлений природы, то разумно предположить, что законы природы проще всего описываются лишь в одной инерциальной системе.

Например, рассматривается движение Земли вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Если бы принцип относительности в данном случае не выполнялся, то законы движения тел зависели бы от направления и пространственной ориентировки Земли.

Ничего подобного, т.е. физической неравноценности различных направлений, не обнаружено. Однако здесь возникает кажущаяся несовместимость принципа относительности с хорошо установленным принципом постоянства скорости света в пустоте (300 000 км/с).

Возникает дилемма: отказ либо от принципа постоянства скорости света, либо от принципа относительности. Первый принцип установлен настолько точно и однозначно, что отказ от него был бы явно неоправданным; не меньшие трудности возникают и при отрицании принципа относительности в области электромагнитных процессов. В действительности, как показал Эйнштейн:

«Закон распространения света и принцип относительности совместимы».

Кажущееся противоречие принципа относительности закону постоянства скорости света возникает потому, что классическая механика, по заявлению Эйнштейна, опиралась «на две ничем не оправданные гипотезы»: промежуток времени между двумя событиями не зависит от состояния движения тела отсчета и пространственное расстояние между двумя точками твердого тела не зависит от состояния движения тела отсчета. В ходе разработки своей теории ему пришлось отказаться: от галилеевских преобразований и принять преобразования Лоренца; от ньютоновского понятия абсолютного пространства и определения движения тела относительно этого абсолютного пространства.

Каждое движение тела происходит относительно определенного тела отсчета и поэтому все физические процессы и законы должны формулироваться по отношению к точно указанной системе отсчета или координат. Следовательно, не существует никакого абсолютного расстояния, длины или протяженности, так же как не может быть никакого абсолютного времени.

Новые понятия и принципы теории относительности существенно изменили физические и общенаучные представления о пространстве, времени и движении, которые господствовали в науке более двухсот лет.

Все вышесказанное обосновывает актуальность выбранной темы.

Цель данной работы всестороннее изучение и анализ создания специальной и общей теорий относительности Альбертом Эйнштейном.

Работа состоит из введения, двух частей, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы 16 страниц.

1. Специальная теория относительности Эйнштейна

В 1905 году Альберт Эйнштейн, исходя из невозможности обнаружить абсолютное движение, сделал вывод о равноправии всех инерциальных систем отсчета. Он сформулировал два важнейших постулата, которые составили основу новой теории пространства и времени, получившей название Специальной Теории Относительности (СТО):

1. Принцип относительности Эйнштейна — этот принцип явился обобщением принципа относительности Галилея на любые физические явления. Он гласит: все физические процессы при одних и тех же условиях в инерциальных систем отсчета (ИСО) протекают одинаково.

Это означает, что никакими физическими опытами, проведенными внутри замкнутой ИСО, нельзя установить, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно. Таким образом, все ИСО совершенно равноправны, а физические законы инвариантны по отношению к выбору ИСО (т.е.

уравнения, выражающие эти законы, имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета).

2. Принцип постоянства скорости света — скорость света в вакууме постоянна и не зависит от движения источника и приемника света. Она одинакова во всех направлениях и во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света в вакууме — предельная скорость в природе — это одна из важнейших физических постоянных, так называемых мировых констант.

Глубокий анализ этих постулатов показывает, что они противоречат представлениям о пространстве и времени, принятым в механике Ньютона и отраженным в преобразованиях Галилея.

Действительно, согласно принципу 1 все законы природы, в том числе законы механики и электродинамики, должны быть инвариантны по отношению к одним и тем же преобразованиям координат и времени, осуществляемым при переходе от одной системы отсчета к другой.

Уравнения Ньютона этому требованию удовлетворяют, а вот уравнения электродинамики Максвелла – нет, т.е. оказываются не инвариантными.

Это обстоятельство привело Эйнштейна к выводу о том, что уравнения Ньютона нуждаются в уточнении, в результате которого как уравнения механики, так и уравнения электродинамики оказались бы инвариантными по отношению к одним и тем же преобразованиям. Необходимое видоизменение законов механики и было осуществлено Эйнштейном. В результате возникла механика, согласующаяся с принципом относительности Эйнштейна – релятивистская механика.

Создатель теории относительности сформулировал обобщенный принцип относительности, который теперь распространяется и на электромагнитные явления, в том числе и на движение света. Этот принцип гласит, что никакими физическими опытами (механическими, электромагнитными и др.

), производимыми внутри данной системы отсчета, нельзя установить различие между состояниями покоя и равномерного прямолинейного движения. Классическое сложение скоростей неприменимо для распространения электромагнитных волн, света. Для всех физических процессов скорость света обладает свойством бесконечной скорости.

Для того чтобы сообщить телу скорость, равную скорости света, требуется бесконечное количество энергии, и именно поэтому физически невозможно, чтобы какое-нибудь тело достигло этой скорости. Этот результат был подтвержден измерениями, которые проводились над электронами.

Кинетическая энергия точечной массы растет быстрее, нежели квадрат ее скорости, и становится бесконечной для скорости, равной скорости света.

Скорость света является предельной скоростью распространения материальных воздействий. Она не может складываться ни с какой скоростью и для всех инерциальных систем оказывается постоянной. Все движущиеся тела на Земле по отношению к скорости света имеют скорость, равную нулю. И в самом деле, скорость звука всего лишь 340 м/с. Это неподвижность по сравнению со скоростью света.

Из этих двух принципов — постоянства скорости света и расширенного принципа относительности Галилея — математически следуют все положения специальной теории относительности.

Если скорость света постоянна для всех инерциальных систем, а они все равноправны, то физические величины длины тела, промежутка времени, массы для разных систем отсчета будут различными.

Так, длина тела в движущейся системе будет наименьшей по отношению к покоящейся. По формуле:

где /' — длина тела в движущейся системе со скоростью V по отношению к неподвижной системе; / — длина тела в покоящейся системе.

Для промежутка же времени, длительности какого-либо процесса — наоборот. Время будет как бы растягиваться, течь медленнее в движущейся системе по отношению к неподвижной, в которой этот процесс будет более быстрым. По формуле:

Напомним, что эффекты специальной теории относительности будут обнаруживаться при скоростях, близких к световым. При скоростях значительно меньше скорости света формулы СТО переходят в формулы классической механики.

Рис.1. Эксперимент «Поезд Эйнштейна»

Эйнштейн попытался наглядно показать, как происходит замедление течения времени в движущейся системе по отношению к неподвижной. Представим себе железнодорожную платформу, мимо которой проходит поезд со скоростью, близкой к скорости света (рис.1).

Источник: https://mirznanii.com/a/321975/spetsialnaya-i-obshchaya-teoriya-otnositelnosti-eynshteyna

Специальная и общая теория относительности

Специальная и общая теория относительности

Специальная теория относительности. Специальная теория относительности (СТО), опубликованная Эйнштейном в 1905 году, описывает релятивистские процессы и явления и проявляется при скорости движения, близкой к скорости света.

Для создания СТО Эйнштейн принял два постулата: 1) скорость света во всех инерциальных системах отсчета остается постоянной; 2) законы природы во всех инерциальных системах отсчета инвариантны (одинаковы).

Кроме того, он применил преобразования нидерландского физика-теоретика Хендрика Лоренца.

Взаимосвязь пространства и времени, проявляется в четырехмерном пространстве-времени. Этот взаимосвязь наглядно отражается в формуле расстояния (s) между двумя событиями в четырехмерном пространстве:

∆s= = ,

где — время, ∆ℓ — расстояние между двумя точками в трехмерном пространстве.

Преобразование Лоренца также содержит взаимосвязь между пространством и временем в виде взаимосвязи между координатами не движущих (К) и движущих (К1) системам отсчетов х1= γּ(х─ ) и t1= γּ(t─ ), где γ = 1/ — называется релятивистским коэффициентом. Выражения для γ Лоренц находил исходя из линейности преобразования и постоянства скорости света в движущихся (К1) и не движущихся (К) системах отсчетов.

Пользуясь преобразованием Лоренца, Эйнштейн создал ОТО, согласно которой длина движущегося тела сокращаетсяпо закону:

ℓ = ℓ0 ,

Масса тела, движущегося со скоростью , возрастет по закону:

m = m0/ ,

Течение времени движущихся часов замедляется по закону:

τ = τ0ּ ,

Следующий пример более наглядно показывает замедление времени при движениях с большими скоростями. Допустим, стартовал космический корабль со скоростью 0,99 км/с и вернулся через 50 лет. Согласно СТО, по часам космонавта этот полет продолжался всего лишь один год. Если космонавт в возрасте 20 лет оставил на Земле только что родившегося сына, то 50 летний сын будет встречать 21-летнего отца.

В СТО получена следующая формула заменяющая закона суммирование скоростей:

1= ( +u)/(1+ u/c2 ) ,

если тело движется со скоростью света =с. и система отсчета движется со скоростью света u=c, тогда получим: 1=с. Следовательно, скорость света осталась постоянной, независимо от скорости движения системы отсчета.

Общую теорию относительности. В системах отсчета движущихся с ускорением, не выполняются ни принцип инерции, ни законы механики. Возникла необходимость создать теорию, описывающую движения тела в неинерциальных системах отсчета. Эту задачу выполнил Эйнштейн, создавая общую теорию относительности (ОТО).

В ОТО Эйнштейн распространяет принцип относительности на неинерциальные системы отсчета. Он исходит из того, что эквивалентны гравитационные и инерциальные массы тела.

Еще в 1890 году венгерским физиком Л. Этвешембыла подтверждена с высокой точностью эквивалентность гравитационной и инерциальной массы тела до 10-9.

Это утверждение об эквивалентности гравитационной и инерциальной массы было положено в основу ОТО.

ОТО показала, что пространство около концентрации масс, искривлено и имеет характер пространства Римана. ОТО заменяет закон всемирного тяготения Ньютона с релятивистским законом тяготения Эйнштейна, от которого в частном случае вытекает закон Ньютона.

В 1919 и 1922 гг. при затмении Солнца изучалось отклонение луча, приходящего от далеких звезд, от прямолинейности в поле тяготения Солнца. Опыты показали искривленность пространства около Солнца и тем самым доказали правильность ОТО.

ОТО описывает релятивистские законы тяготения, как воздействие материи на свойства пространства и времени. А свойства пространства и времени влияют на физические процессы, протекающие в них. Поэтому движение материальной точки в четырехмерном пространстве происходит по геодезической линии искривленного пространства.

Следовательно, уравнение движения материальной точки описывает геодезическую линию искривленного пространства. Эйнштейн нашел это уравнение. Оно состоит из 10 уравнений. В этих уравнениях гравитационное поле описывается при помощи 10 потенциалов полей. Математический аппарат ОТО сложен, почти все задачи, связанные с ОТО, пока что не решаемы, кроме простейших.

Поэтому ученые до сих пор пытаются разобраться в смыслах ОТО.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/5_115961_spetsialnaya-i-obshchaya-teoriya-otnositelnosti.html

Теория относительности для чайников

Специальная и общая теория относительности

Ещё очень давно один подписчик просил меня написать статью про основные положения теории относительности Эйнштейна, однако, времени не хватало и постепенно эта мысль отходила на второй план, но буквально недавно на днях в беседе нашего канала эта тема была поднята вновь, так что я решил, что пора бы уже написать)

Давненько дело было, хотя кажется, будто только вчера мне предложили написать статью 😀

Сначала давайте вообще разберёмся с самим принципом относительности. Для этого я приведу вам такой пример:

Пассажир едет в поезде и роняет телефон. Для него он упадёт вертикально вниз, но относительно человека, стоящего на улице, траектория падения мобильника будет соответствовать параболе. Очевидно, что системы отсчёта здесь меняются, и получаемые результаты (в данном случае траектория падения мобилы) зависят от этих СО. Однако, существуют и универсальные вещи, которые остаются неизменными (в научном языке их называют инвариантными). Для того чтобы понять это, нужно задаться вопросом не падения очков, а закона природы, который вызывает это падение. Для любого наблюдателя, независимо от СО, ответ на него остаётся неизменным. Этот закон называется законом распределённого движения. Он одинаково действует и в поезде, и на улице. Иными словами, если описание событий всегда зависит от того, кто их наблюдает, то это не относится к законам природы. Вот в этом и состоит принцип относительности.

Итак, для начала мне нужно отметить, что существует 2 теории относительности Эйнштейна: СТО и ОТО. Расшифровываются они следующим образом:

СТО — специальная теория относительностиОТО — общая теория относительности

Незнакомому с данными понятиями человеку может показаться, что эти понятия весомой разницы не имеют, однако это не так, поэтому разберёмся с ними поочерёдно, а для этого начнём с СТО.

СТО основывается на том, что для всевозможных систем отсчета, скорость движения которых постоянна, законы природы остаются одними и теми же. Но всё же в чём её суть?

Именно этой теорией предсказывается множество парадоксальных эффектов, противоречащих нашим интуитивным представлениям об устройстве мира.

Речь идет о тех эффектах, которые наблюдаются при достижении скорости движения, сравнимой со световой. Наиболее известным среди них является эффект замедления времени (хода часов).

Часы, которые движутся относительно наблюдателя, для него идут медленнее, нежели те, которые находятся у него в руках.

Этот эффект, кстати, был уже подтверждён экспериментально (при чём несколько раз). Вот один из примеров:

Учёные из Мичиганского университета поместили на борт авиалайнера, который регулярно совершал трансатлантические рейсы, сверхточные атомные (квантовые) часы (что это такое — уже рассказывал на канале, но если вы не видели, то я прикреплю картинку чуть ниже). Каждый раз после возвращения его в аэропорт показания этих часов сверялись с контрольными. Оказалось, что часы на самолете каждый раз все больше отставали от контрольных. Конечно, речь шла лишь о незначительных цифрах, долях секунды, но сам факт весьма показателен.

Также не стоит забывать, что благодаря той же СТО Эйнштейна мы можем позволить себе такую замечательную вещь, как GPS-навигаторы, ведь в космосе объекты перемещаются гораздо быстрее, поэтому для них время течёт чуть-чуть, но всё же по-другому (медленнее). Про это я тоже рассказывал в одном из своих постов. Его, кстати, вы можете видеть ниже:

Кстати, многие могут посчитать, что СТО Эйнштейна противоречит законам Ньютона, однако, формулы теории относительности воспроизводят уравнения Ньютоновских законов практически в точности, если их использовать для описания тел, скорость движения которых намного меньше скорости света. Другими словами, если применяется СТО, физика Ньютона вовсе не отменяется. Эта теория, напротив, дополняет и расширяет ее.

Исаак Ньютон

Итак, думаю вам уже надоело разжёвывание одной лишь теории относительности, ведь их ДВЕ! 😀 Поэтому теперь мы переходим к общей теории относительности!

Для начала хотелось бы теперь уточнить, что между публикациями СТО и ОТО Эйнштейна прошло 11 лет! Столько времени ушло, на то, чтобы доработать общую ТО, которая включала бы в себя специальную и дополняла её.

Но что же в ней такого особенного? Почему разница в публикации этих двух статей равняется довольно большому отрезку времени в 11 лет?

Напомню, что ОТО включает в себя СТО, которая является здесь частным случаем.

Ну так вот, общая теория относительности позволяет нам взглянуть на мир совершенно по-иному. Для начала советую вам осознать, что наш мир — четырёхмерный. Да, все мы знаем из стереометрии, что существуют оси x, y и z, но ОТО добавляет новую ось — ось времени t.

Однако мы не можем видеть четвёртое измерение ровно так же, как и, допустим, Санёк из 2D-мира не может посмотреть вверх

Тогда возникает вопрос: так какого лешего мы находимся в четырёхмерном измерении, но мы не можем этого увидеть?! Всё просто: наш мир (ну т.е. то, что мы понимаем под этим словом) — это всего лишь проекциячетырёхмерного пространства в трёхмерное.

Также довольно интересным фактом является то, что в четырёхмерном пространстве объекты ВСЕГДА неизменны, т.е., опять же, такие явления, как замедление времени, изменение размеров объектов — всего лишь изменение ПРОЕКЦИЙ этих объектов, а не их самих.

С появлением ОТО Эйнштейна, кстати, позволяет по-другому взглянуть на гравитацию. Согласно закону всемирного тяготения, открытому Ньютоном, сила взаимного притяжения существует во Вселенной между любыми двумя телами. Земля, с этой позиции, вращается вокруг Солнца, т.к.

между ними имеются силы взаимного притяжения. ОТО же, как я говорил, показывает нам гравитацию с другой стороны. Это явление — следствие «искривления» (тобишь деформации) пространства-времени под массивными объектами. Т.е.

чем тело тяжелее — тем сильнее пространство-время под ним «прогибается», из-за чего и возрастает гравитация около него.

Для того чтобы лучше это понять, обратимся к сравнению. Земля, согласно ОТО, вращается вокруг Солнца, как маленький шарик, который катится вокруг конуса воронки, созданной в результате «продавливания» Солнцем пространства-времени.

А то, что мы привыкли считать силой тяжести, является на самом деле внешним проявлением данного искривления, а не силой, в понимании Ньютона. Лучшего объяснения феномена гравитации, чем предложенное в ОТО, на сегодняшний день не найдено.

Пример искривления пространства-времениСпасибо всем за прочтение этой статьи) Надеюсь, кто не был знаком с понятиями СТО и ОТО Эйнштейна — разобрались с ними, а те, кто уже с ними сталкивался — напомнили себе что к чему) Альбер Эйнштейн — создатель специальной и общей теорий относительности

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a6dcd48168a917fd79633cd/5a82f8513dceb785fda560e0

Специальная теория относительности

Специальная и общая теория относительности

СТО, также известная как частная теория относительности является проработанной описательной моделью для отношений пространства-времени, движения и законов механики, созданная в 1905 году лауреатом Нобелевской премии Альбертом Эйнштейном.

Поступая на отделение теоретической физики Мюнхенского университета, Макс Планк обратился за советом к профессору Филиппу фон Жолли, руководившему в тот момент кафедрой математики этого университета.

На что он получил совет: «в этой области почти всё уже открыто, и всё, что остаётся – заделать некоторые не очень важные проблемы». Юный Планк ответил, что он не хочет открывать новые вещи, а только хочет понять и систематизировать уже известные знания.

В итоге из одной такой «не очень важной проблемы» впоследствии возникла квантовая теория, а из другой – теория относительности.

Формирование теории

Формула теории относительности

В отличие от многих других теорий, полагавшихся на физические эксперименты, теория Эйнштейна практически полностью была основана на его мысленных экспериментах и только впоследствии была подтверждена на практике.

Так ещё в 1895 году (в возрасте всего 16 лет) он задумался о том, что будет, если двигаться параллельно лучу света с его скоростью? В такой ситуации получалось, что для стороннего наблюдателя частицы света должны были колебаться вокруг одной точки, что противоречило уравнениям Максвелла и принципу относительности (который гласил, что физические законы не зависят от места где вы находитесь и скорости с которой вы движетесь). Таким образом юный Эйнштейн пришёл к выводу, что скорость света должна быть недостижима для материального тела, а в основу будущей теории был заложен первый кирпичик.

Следующий эксперимент был проведён им в 1905 году и заключался в том, что на концах движущегося поезда находятся два импульсных источника света которые зажигаются в одно время.

Для стороннего наблюдателя, мимо которого проходит поезд, оба этих события происходят одновременно, однако для наблюдателя, находящегося в центре поезда эти события будут казаться произошедшими в разное время, так как вспышка света из начала вагона придёт раньше, чем из его конца (в следствии постоянности скорости света).

Мысленный эксперимент с поездом

Из этого он сделал весьма смелый и далеко идущий вывод, что одновременность событий является относительной. Полученные на основе этих экспериментов расчёты он опубликовал в работе «Об электродинамике движущихся тел». При этом для движущегося наблюдателя один из этих импульсов будет иметь большую энергию нежели другой.

Для того чтобы в такой ситуации не нарушался закон сохранения импульса при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой необходимо было чтобы объект одновременно с потерей энергии должен был терять и массу. Таким образом Эйнштейн пришёл к формуле характеризующую взаимосвязь массы и энергии E=mc2 – являющейся, пожалуй, самой известной физической формулой на данный момент.

Результаты этого эксперимента были опубликованы им позднее в том же году.

Основные постулаты

Уравнения теории относительности: скорость, время и длинна объекта относительно механики Ньютона

Постоянство скорости света – к 1907 году были произведены эксперименты по измерению скорости света с точностью ±30 км/с (что было больше орбитальной скорости Земли) не обнаружившие её изменения в ходе года. Это стало первым доказательством неизменности скорости света, которое в последствии было подтверждено множеством других экспериментов, как экспериментаторами на земле, так и автоматическими аппаратами в космосе.

Принцип относительности – этот принцип определяет неизменность физических законов в любой точке пространства и в любой инерциальной системе отсчёта.

То есть в независимости от того движетесь ли вы со скоростью около 30 км/с по орбите Солнца вместе с Землёй или в космическом корабле далеко за её пределами – ставя физический эксперимент вы всегда будете приходить к одним и тем же результатам (если ваш корабль в это время не ускоряется или замедляется).

Этот принцип подтверждался всеми экспериментами на Земле, и Эйнштейн разумно счёл этот принцип верным и для всей остальной Вселенной.

Следствия

Путём расчётов на основе этих двух постулатов Эйнштейн пришёл к выводу, что время для движущегося в корабле наблюдателя должно замедляться с увеличением скорости, а сам он вместе с кораблём должен сокращаться в размерах в направлении движения (для того чтобы скомпенсировать тем самым эффекты от движения и соблюсти принцип относительности).

Из условия конечности скорости для материального тела вытекало также что правило сложения скоростей (имевшее в механике Ньютона простой арифметический вид) должно быть заменено более сложными преобразованиями Лоренца – в таком случае даже если мы сложим две скорости в 99% от скорости света мы получим 99,995% от этой скорости, но не превысим её.

Статус теории

Так как формирование из частной теории её общей версии у Эйнштейна заняло только 11 лет, экспериментов для подтверждения непосредственно СТО не проводилось.

Однако в том же году, когда была опубликована ОТО Эйнштейн также опубликовал свои расчёты, объяснявшие смещение перигелия Меркурия с точностью до долей процентов, без необходимости введения новых констант и других допущений, которые требовались другим теориям, объяснявшим этот процесс.

С тех пор правильность ОТО была подтверждена экспериментально с точностью до 10-20, а на её основе было сделано множество открытий, что однозначно доказывает правильность этой теории.

Первенство в открытии

Когда Эйнштейн опубликовал свои первые работы по специальной теории относительности и приступил к написанию её общей версии, другими учёными уже была открыта значительная часть формул и идей, заложенных в основе этой теории.

Так скажем преобразования Лоренца в общем виде были впервые получены Пуанкаре в 1900 году (за 5 лет до Эйнштейна) и были названы так в честь Хендрика Лоренца получившего приближённую версию этих преобразований, хотя даже в этой роли его опередил Вольдемар Фогт.

Пуанкаре также работал над созданием теории относительности и пришёл к принципу относительности и 4-мерному пространству-времени на несколько лет раньше Эйнштейна, но так как ему не хватило смелости в своих расчётах отказаться от эфира, то прийти к верному решению ему так и не удалось.

Таким образом многие учёные сходятся к выводу что, если бы даже Эйнштейна и не было, к равенству инерционной и гравитационной массы и ряду других деталей необходимых для построения теории относительности вскоре должен был бы прийти один из других исследователей. Однако на момент публикации ОТО в 1915 году никем другим этих последних шагов не было сделано, так что первенство в создании теории относительности Эйнштейном никто из серьёзных учёных на данный момент не оспаривает.

Источник: https://SpaceGid.com/special_theory_of_relativity.html

Общая и специальная теория относительности, гравитация

Специальная и общая теория относительности

Баранов А.А., Колпащиков В.Л. Релятивистская термомеханика сплошных сред. Мн.: Наука и техника, 1974 (pdf)

Баренблатт Г.И. (ред.). Нелинейная теория распространения волн. М.: Мир, 1970 (pdf)

Бейзер А. Основные представления современной физики. М.: Атомиздат, 1973 (pdf)

Бергман П.Г. Введение в теорию относительности. М.: Ин.Лит., 1947 (pdf)

Бергман П. Загадка гравитации. М.: Наука, 1969 (pdf)

Богородский А.Ф. Уравнения поля Эйнштейна и их применение в астрономии. Киев: Изд-во Киевского ун-та, 1962 (pdf)

Богородский А.Ф. Всемирное тяготение. Киев: Наукова думка, 1971 (pdf)

Бом Д. Специальная теория относительности. М.: Мир, 1967 (pdf)

Боргман И.И. (ред.) Новые идеи в физике. Вып. 3. Принцип относительности. СПб.: Образование, 1912 (pdf)

Борн М. Эйнштейновская теория относительности (2-е изд.) М.: Мир, 1972 (pdf)

Брумберг В.А. Релятивистская небесная механика. М.: Наука, 1972 (pdf)

Вебер Дж. Общая теория относительности и гравитационные волны. М.: Ин.Лит., 1962 (pdf)

Вейнберг С. Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности. М.: Мир, 1975 (pdf)

Гольденблат И.И. «Парадоксы времени» в релятивистской механике. М.: Наука, 1972 (pdf)

Гуревич Л.Э., Чернин А.Д. Общая теория относительности в физической картине мира. М.: Знание, 1970 (pdf)

Джеммер М. Понятие массы в классической и современной физике. М.: Прогресс, 1967 (pdf)

Дикке Р. Гравитация и вселенная. М.: Мир, 1972 (pdf)

Дирак П.А.М. Общая теория относительности. М.: Атомиздат, 1978 (pdf)

Дьюрелл К. Азбука теории относительности. М.: Мир, 1970 (pdf)

Жуков А.И. Ведение в теорию относительности. М.: Физматгиз, 1961 (pdf)

Захаров В.Д. Гравитационные волны в теории тяготения Эйнштейна. М.: Наука, 1972 (pdf)

Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Теория тяготения и эволюция звезд. М.: Наука, 1971 (pdf)

Иваненко Д. (ред.) Гравитация и топология. Актуальные проблемы. Сборник статей. М.: Мир, 1966 (pdf)

Иваненко Д. (ред.) Квантовая гравитация и топология. Сборник переводов. М.: Мир, 1973 (pdf)

Иваненко Д. (ред.) Новейшие проблемы гравитации. Сборник статей. М.: ИЛ, 1961 (pdf)

Иваницкая О.С. Лоренцев базис и гравитационные эффекты в эйнштейновой теории тяготения. Мн.: Наука и техника, 1979 (pdf)

Иваницкая О.С. Обобщенные преобразования Лоренца и их применение. Мн.: Наука и техника, 1969 (pdf)

Инфельд Л., Плебаньский E. Движение и релятивизм. Движение тел в общей теории относительности. М.: Ин.Лит., 1962 (pdf)

Куранский Е. (ред.). Альберт Эйнштейн и теория гравитации. Сборник статей. М.: Мир, 1979 (pdf)

Курганов В. Введение в теорию относительности. М.: Мир, 1968 (pdf)

Лайтман А., Пресс В., Прайс Р., Тюкольски С. Сборник задач по теории относительности и гравитации. М.: Мир, 1979 (pdf)

Ландау Л.Д., Румер Ю.Б. Что такое теория относительности. (3-е изд.) М.: Сов. Россия, 1975 (pdf)

Мак-Витти Г.К. Общая теория относительности и космология. М.: Ин.Лит., 1961 (pdf)

Мандельштам Л.И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. М.: Наука, 1972 (pdf)

Мёллер К. Теория относительности (2-е изд.) М.: Атомиздат, 1975 (pdf)

Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. Том 1. М.: Мир, 1977 (pdf)

Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. Том 2. М.: Мир, 1977 (pdf)

Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж. Гравитация. Том 3. М.: Мир, 1977 (pdf)

Мицкевич Н.В. Физические поля в общей теории относительности. М.: Наука, 1969 (pdf)

Неванлинна Р. Пространство, время и относительность. М.: Мир, 1966 (pdf)

Пеннер Д.И., Угаров В.А. Электродинамика и специальная теория относительности. М.: Просвещение, 1980 (pdf)

Пенроуз Р. Структура пространства-времени. М.: Мир, 1972 (pdf)

Петров А.З. Пространства Эйнштейна. М.: ГИФМЛ, 1961 (pdf)

Петров А.З. Новые методы в общей теории относительности. М.: Наука, 1966 (pdf)

Писаренко В.Г. Проблемы релятивистской динамики многих тел и нелинейной теории поля. Киев: Наук. думка, 1974 (pdf)

Принцип относительности. Сб. работ по специальной теории относительности. М.: Атомиздат, 1973 (pdf)

Рис М., Руффини Р., Уилер Дж. Черные дыры, гравитационные волны и космология. Введение в современные исследования. М.: Мир, 1977 (pdf)

Румер Ю.Б. Исследования по 5-оптике. М.: ГИТТЛ, 1956 (pdf)

Рябушко А.П. Движение тел в общей теории относительности. Мн.: Вышэйшая школа, 1979 (pdf)

Сиама Д. Физические принципы общей теории относительности. М: Мир, 1971 (pdf)

Синг Дж.Л. Общая теория относительности. М.: Ин.Лит., 1963 (pdf)

Скобельцын Д.В. Парадокс близнецов в теории относительности. М.: Наука, 1966 (pdf)

Соколовский Ю.И. Теория относительности в элементарном изложении (2-е изд.) М.: Наука, 1964 (pdf)

Соколовский Ю.И. Элементарный задачник по теории относительности (с решениями). М.: Наука, 1971 (pdf)

Станюкович К.П. Гравитационное поле и элементарные частицы. М.: Наука, 1965 (pdf)

Тейлор Э.Ф., Уилер Дж.А. Физика пространства-времени (2-е изд.) М.: Мир, 1971 (pdf)

Терлецкий Я.П. Парадоксы теории относительности. М.: Наука, 1966 (pdf)

Толмен Р. Относительность, термодинамика и космология. М.: Наука, 1974 (pdf)

Тоннела М.-А. Основы электромагнетизма и теории относительности. М.: ИЛ, 1962 (pdf)

Тредер Г.-Ю. Относительность инерции. М.: Атомиздат, 1975 (pdf)

Тредер Г.-Ю. Теория гравитации и принцип эквивалентности. М.: Атомиздат, 1973 (pdf)

Угаров В.А. Специальная теория относительности (2-е изд.) М.: Наука, 1977 (pdf)

Уилер Дж. Гравитация, нейтрино и Вселенная. М.: Иностр. литература, 1962 (pdf)

Фок В.А. Теория пространства, времени и тяготения. М.: ГИТТЛ, 1956 (pdf)

Фок В.А. Теория пространства, времени и тяготения (2-е изд.). М.: ГИФМЛ, 1961 (pdf)

Франкфурт У.И. Специальная и общая теория относительности. Исторические очерки. М.: Наука, 1968 (pdf)

Фридман А.А. Мир как пространство и время (2-е изд.). М.: Наука, 1965 (pdf)

Хокинг С., Эллис Дж. Крупномасштабная структура пространства-времени. М.: Мир, 1977 (pdf)

Цзю X., Гоффман В. (ред.) Гравитация и относительность. М.: Мир, 1965 (pdf)

Шарипов Р.А. Классическая электродинамика и теория относительностию. Уфа: БашГУ, 1997 (pdf)

Швебер С. Введение в релятивистскую квантовую теорию поля. М.: Ин.лит., 1963 (pdf)

Ыйглане X.X. В мире больших скоростей. Очерк о теории относительности. М.: Наука, 1967 (pdf)

Эддингтон А.С. Теория относительности. Л.-М.: ГТТИ, 1934 (pdf)

Эйнштейн А. О специальной и общей теории относительности. М.: Госиздат, 1922 (pdf)

Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырех томах. Том 1. Работы по теории относительности 1905-1920. М.: Наука, 1965 (pdf)

Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырех томах. Том 2. Работы по теории относительности 1921-1955. М.: Наука, 1966 (pdf)

Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырех томах. Том 3. Работы по кинетической теории, теории излучения и основам квантовой механики 1901-1955. М.: Наука, 1966 (pdf)

Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырех томах. Том 4. Статьи, рецензии, письма. Эволюция физики. М.: Наука, 1967 (pdf)

Эйнштейновский сборник 1966. М.: Наука, 1966 (pdf)

Эйнштейновский сборник 1967. М.: Наука, 1967 (pdf)

Эйнштейновский сборник 1968. М.: Наука, 1968 (pdf)

Эйнштейновский сборник 1969-1970. М.: Наука, 1970 (pdf)

Эйнштейновский сборник 1971. М.: Наука, 1972 (pdf)

Эйнштейновский сборник 1972. М.: Наука, 1974 (pdf)

Эйнштейновский сборник 1973. М.: Наука, 1974 (pdf)

Эйнштейновский сборник 1974. М.: Наука, 1976 (pdf)

Эйнштейновский сборник 1975-1976. М.: Наука, 1978 (pdf)

Эйнштейновский сборник 1977. М.: Наука, 1980 (pdf)

Эренфест П. Относительность. Кванты. Статистика. Сборник статей. М.: Наука, 1972 (pdf)

Источник: https://ikfia.ysn.ru/obshhaya-i-spetsialnaya-teoriya-otnositelnosti-gravitatsiya/

Основные положения специальной теории относительности

В основу специальной теории относительности (СТО) или релятивисткой теории, как ее еще называют, А. Эйнштейн положил два постулата, которые доказаны эмпирически.

  1. Принцип относительности, который говорит о равноправности всех инерциальных систем отсчета (ИСО), в которых все природные явления идут одинаково.
  2. Принцип неизменности скорости света в вакууме во всех ИСО.

Одновременность событий

Из постулатов релятивисткой теории следует, что если в одной ИСО произошли одновременно, то они не будут одновременными в другой системе.

Рисунок 1. Одновременность событий. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Допустим, что одна ИСО связана с Землей, вторую привяжем к вагону, движущемуся по отношению к Земле равномерно и по прямой. Отметим на земле точки $A, B$ и $M$, причем $AM=BM$.

В вагоне укажем точки $A’, B’, M’$ так, что $A’M’=B’M’$.

В некоторый момент времени, когда точки, отмеченные на Земле, и в вагоне совпали, происходят некоторые события, например, включают два фонаря на очень короткое время.

Свет от обеих вспышек приходит в точку $М$ одновременно, в точку $M’$ сначала придет свет из точки $B’$, затем из $A’$.

Пусть наблюдатель находится на земле. Тогда $AM=BM$. Скорость света в разных направлениях одинакова. Световые сигналы приходят одновременно в точку $M$. Сделаем вывод о том, что события в точках $A$ и $B$ происходят одновременно.

Пусть наблюдатель находится в вагоне. $A’M’=B’M’$. Учтем, что скорость света во всех направлениях одна. Вспышка от точки $B’$ придет ранее, чем из $A’$. Сделаем вывод о том, что событие в точке $B’$ было раньше, чем в $A’$.

В случае движения вагона справа на налево, результат был бы обратным.

Замечание 2

Понятие одновременности обладает относительным смыслом, в различных системах отсчета время течет различно.

Одновременность и длина

Определим длину стержня как разность координат его концов, которые измерялись одновременно. Но как мы установили выше понятие одновременности относительно, поскольку события, происходящие в одной системе, в другой системе одновременными не являются. Из сказанного следует, что длина стержня в разных системах отсчета различна.

Невозможно говорить о длине стержня, без указания системы отсчета, по отношению к которой данная длина измеряется.

Релятивистский закон сложения скоростей

Свяжем одну систему координат ($XOY$) с Землей. Другая система координат ($X’Y’Z’$) движется вдоль оси OX. Поскольку движения по осям $OY$ и $OZ$ нет, тогда:

$y=y’$; $z=z’$.

Пространство является однородным и изотропным во всех точках и направлениях, в этой связи единицы длины в каждой точке и для всех направлений одни. Это можно сказать о масштабе времени.

Скорость точки относительно движущейся системы координат:

$u{'}=\frac{u-v}{1-\frac{uv}{c{2}}}\left( 1 \right)$,

где $u$ — скорость этой же точки по отношению к Земле; $v$- скорость движения подвижной системы отсчета относительно Земли

$u=\frac{u{'}+v}{1+\frac{u{'}v}{c{2}}}\left( 2 \right)$.

Общая теория относительности

В 1915 году А. Эйнштейн развил свою релятивистскую теорию и построил общую теорию относительности. Если в релятивистской теории рассматриваются инерциальные системы отсчета, общая теория относительности рассматривает неинерциальные системы.

В общей теории относительности теория Лобачевского о неевклидовом характере окружающего нас мира полностью подтвердилась.

Пространство, геометрические свойства которого описывают при помощи неевклидовой геометрии, называют искривленным.

Смыслом этого термина является то, что наикратчайшим расстоянием между двумя точками в этом пространстве служит не прямая, а кривая, называемая геодезической линией.

В неинерциальной системе пространство не является однородным и изотропным. Благодаря этому в неинерциальных системах отсчёта (НСО) законы сохранения импульса и момента импульса не выполняются.

Время в этих системах тоже не является однородным, поэтому не выполняется закон сохранения энергии.

Основные принципы общей теории относительности:

  1. Тела всегда перемещаются по инерции и это не связано с наличием силы тяготения.
  2. Перемещение по инерции – это перемещение по геодезической линии, при таком движении тратится наименьшее собственное время. Форма геодезической кривой связана со структурой гравитационного поля.
  3. «Слабый принцип эквивалентности», который говорит о равенстве гравитационной и инертной массы.

Замечание 3

Минимальное собственное время – это время, отмеренное часами, которые связаны с перемещающимся телом.

Принцип эквивалентности.

Он состоит в том, что явления в ИСО, которые находятся в однородном поле тяжести и в НСО, которая перемещается с неизменным по модулю и направлению ускорением, протекают абсолютно одинаково.

Данный принцип предложил Эйнштейн, он стал основой его релятивистской теории тяготения. Данный принцип выполняется исключительно для малых областей пространства, где поле тяготения считается однородным.

Замечание 4

Последний принцип (эквивалентности) не всегда считают основой общей теории относительности. Поскольку в окончательном варианте теории Эйнштейна он отсутствует.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/specialnaya_i_obschaya_teoriya_otnositelnosti/

Booksm
Добавить комментарий