22
Глава 1.
введен Эйнштейном в теорию на том основании, что без эфира теория оказывается более простой, чем если бы в ней учитывалось наличие эфира в природе. Этот постулат, как правило, не формулируется в виде постулата в научной и учебной литературе, но именно он определяет все дальнейшие построения Специальной и Общей теории относительности Эйнштейна.
Второй постулат - принцип относительности Эйнштейна - гласит, что во всех инерциальных системах отсчета, т. е. системах, движущихся равномерно и прямолинейно без ускорений при одинаковых условиях любые физические явления - механические, оптические, тепловые и /п. п. протекают одинаково. Это означает, что движение самой инерциальной системы в пространстве, никак не влияет на ход процессов в ней. Все инерциальные системы равноправны, и не существует выделенной абсолютно покоящейся системы отсчета, как не существует абсолютного пространства и абсолютного времени.
Из этого положения вытекает третий постулат: скорость света в вакууме во всех инерциальных системах отсчета одинакова. В литературе он считается первым и обычно формулируется так: скорость светового луча в пустоте постоянна и не зависит от движения излучающего тела. Этот постулат получил название принципа постоянства скорости света в пустоте.
Четвертым постулатом, не выраженным в явной форме, является положение о том, что за одновременное протекание событий принимается факт одновременности прихода от них светового сигнала.
Пятым постулатом, лишь косвенно связанным с предыдущими четырьмя, является постулат об инвариантности (постоянстве) четырехмерного интервала ds9 в котором составляющими являются три координаты пространства, время и скорость света, связывающая время с пространством:
cis1 =- dx2 f dy1 + cfz2 + (icdf)2 .
Именно это выражение дает основу для преобразования координат и времени при переходе от одной инерциальной системы к другой, такие преобразования получили название преобразований Лоренца, так как они на самом деле они были получены голландским физиком
Структура и основные положения теоретической физики
23
Лоренцем в 1904 г., т. е. за год до создания Эйнштейном Специальной теории относительности.
Эти преобразования были выведены Лоренцем применительно к теории неподвижного эфира. Идея, положенная Лоренцем в основу преобразований, была проста: при движении тел сквозь эфир электрическое поле зарядов деформируется, а поскольку все атомы движущихся тел связаны между собой электрическими силами, то они начинают сближаться, что вызывает сокращение длины этих тел, названное лоренцовым сокращением длины. Но такие же преобразования получены Эйнштейном из совершенно другой идеи -идеи инвариантности четырехмерного интервала, опирающейся на принцип эквивалентности инерциальных систем, который сам по себе возможен только при отсутствии в пространстве эфира, только тогда инерциальные системы неразличимы. Наличие же эфира в пространстве делает системы отсчета не эквивалентными, так как их скорость относительно эфира будет различной, и дать гарантию относительно равноправия всех физических процессов, протекающих в них, уже нельзя. Таким образом, одни и те же преобразования получены двумя авторами на основе совершенно разных, взаимно исключающих друг друга идей: наличия эфира в природе у Лоренца, отсутствия эфира - у Эйнштейна.
Из преобразований Лоренца в Специальной теории относительности, но уже применительно к положению отсутствия в природе эфира и вытекают основные эффекты Специальной теории относительности - существование предельной скорости для любых тел, равной скорости света в вакууме, относительность одновременности, замедление течения времени, сокращение продольных (в направлении движения) размеров тел, увеличение массы тел с увеличением их скорости, универсальная связь между энергией и массой, трактуемая как их эквивалентность.
Признано, что при больших скоростях движения тел любая физическая теория должна удовлетворять требованиям соответствия теории относительности Эйнштейна, т. е. быть релятивистски инвариантной. Считается, что законы теории относительности определяют преобразования при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой не только координат и времени, но и любой физической величины. Эта теория вытекает из принципов инвариантности или симметрии в физике и поэтому всегда верна.
