32749

Относительность понятия одновременности. Относительность длин и промежутков времени. Интервал между событиями. Его инвариантность. Причинность

Доклад

Физика

Следовательно события одновременные в одной инерциальной системе отсчета не являются одновременными в другой системе отсчета т. Относительность промежутков времени Пусть инерциальная система отсчета K покоится а система отсчета K0 движется относительно системы K со скоростью v. Тогда интервал времени между этими же событиями в системе K будет выражаться формулой: Это эффект замедления времени в движущихся системах отсчета. Относительность расстояний Расстояние не является абсолютной величиной а зависит от скорости движения тела...

Русский

2013-09-05

50.5 KB

77 чел.

24.Относительность понятия одновременности. Относительность длин и промежутков времени. Интервал между событиями. Его инвариантность. Причинность.

Одновременность - существование разных событий в один и тот же момент времени.

В классической физике признавалась абсолютная одновременность событий, протекающих в сколь угодно удаленных друг от друга точках мирового пространства. Это означало, что все события мироздания однозначно делятся на прошедшие, настоящие и будущие.

Подобные представления оставались общепринятыми, пока не появилась позитивистская идея о необходимости их экспериментальной проверки и обоснования. Анализ показал, что в их основе лежит только априорная уверенность в том, что одновременными являются те события, которые могут быть охвачены единым актом сознания. В реальной действительности абсолютная одновременность и однозначное деление всех событий на прошедшие, настоящие и будущие оказываются эмпирически достоверными только при условии, что взаимодействие и обмен информацией между событиями происходит с бесконечной скоростью. При любых конечных скоростях взаимодействия требование эмпирической проверяемости временных отношений между событиями приводит к появлению класса событий, между которыми не существует отношения "раньше (позже), чем", и характер временных отношений между ними оказывается неопределенным.

В специальной теории относительности (СТО) одновременные пространственно удаленные друг от друга события выявляются в ходе синхронизации связанных с этими событиями часов. Предложенная А. Пуанкаре и использованная А. Эйнштейном при разработке СТО процедура синхронизации пространственно удаленных друг от друга часов сводится к следующему.

1. Относительность одновременности событий

Принято считать, что события в точках A и B произошли одновременно, если световые сигналы, испущенные ими, приходят одновременно в точку C, находящуюся посередине между точками A и B.

Допустим, что в точке C находится покоящийся относительно A и B фотоэлемент, соединенный с осциллографом. При включении ламп световые сигналы к фотоэлементу приходят одновременно через некоторый промежуток времени , и на экране осциллографа наблюдается один всплеск.

Пусть фотоэлемент с осциллографом движется равномерно со скоростью v влево, тогда световая волна от правой лампы должна будет пройти до фотоэлемента большее расстояние (l + s), чем волна от левой лампы (l – s), где s = vt. Это приведет к тому, что световая волна от левой лампы дойдет до фотоэлемента раньше, чем от правой, и на экране появятся два всплеска. Следовательно, события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, не являются одновременными в другой системе отсчета, т.е. одновременность событий относительна.

2. Относительность промежутков времени

Пусть инерциальная система отсчета K покоится, а система отсчета K0 движется относительно системы K со скоростью v.

Пусть интервал времени между двумя событиями, происходящими в одной и той же точке инерциальной системы K0, равен t0.

Тогда интервал времени между этими же событиями в системе K будет выражаться формулой:  

Это эффект замедления времени в движущихся системах отсчета. Если v << c, то величиной можно пренебречь, тогда и никакого замедления в движущихся системах можно не учитывать.

Замедление времени позволяет, в принципе, осуществить «путешествие с будущее». Пусть космический корабль, движущийся со скоростью v относительно Земли, совершает перелет от Земли до звезды и обратно. За время t0 свет проходит путь от Земли до звезды:

l0 = c • t0.

Продолжительность полета по часам земного наблюдателя равна:

Настолько постареют люди на Земле к моменту возвращения космонавтов. По часам, установленным на космическом корабле, полет займет меньше времени:

По принципу относительности, все процессы на космическом корабле, включая старение космонавтов, происходят так же, как и на Земле, но не по земным часам, а по часам, установленным на корабле. Следовательно, к моменту возвращения на Землю космонавты постареют только на время t0.

Если, например, t0 = 500 лет и v2/c2 = 0,9999, то формулы дают t = 1000,1 года, t0 = 14,1 года.

Космонавты возвратятся на Землю, по земным часам спустя 10 веков после вылета и постареют лишь на 14,1 года.

3. Относительность расстояний

Расстояние не является абсолютной величиной, а зависит от скорости движения тела относительно данной системы отсчета. Рассмотрим две системы отсчета.

Обозначим через l0 длину стержня в системе отсчета K0, относительно которой стержень покоится. Тогда длина l этого стержня, измеренная в системе отсчета K, относительно которой стержень движется со скоростью v, определяется формулой:

Длина стержня зависит от того, в какой системе отсчета она измеряется. Один и тот же стержень имеет различную длину в различных системах отсчета. Максимальную длину l0 стержень имеет в системе отсчета, в которой он покоится. В системах же, движущихся по отношению к стержню, он имеет длину тем меньшую, чем больше скорость движения. Если рассматривать движущееся тело, то сокращаются только его продольные размеры.

Интервал в теории относительности — расстояние между двумя событиями в пространстве-времени. Интервал не меняется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой, что позволяет чисто формально получить преобразования Лоренца как группу преобразований, сохраняющих интервал. Также инвариантность интервала служит основой для введения пространства Минковского, в котором смене инерциальных систем отсчета соответствуют "вращения" этого пространства.

Интервал является одним из фундаментальных физических понятий. Он лежит в основе специальной и общей теорий относительности. Свойство теории сохранять интервал при смене инерциальной системы отсчета называется Лоренц-инвариантностью.

Инвариантность интервала

Используемые постулаты

Напрямую из принципа относительности, однородности и изотропности пространства, а также однородности времени следует, что при переходе от одной ИСО (инерциальной системы отсчета) к другой ИСО интервал остается неизменным. Именно это его свойство позволяет формально вывести преобразования Лоренца и обосновывает оправданность введения пространства Минковского и неримановой метрики.

Особо подчеркнем, что для приведенного доказательства инвариантность скорости света значения не имеет! Важно лишь, что максимальная скорость распространения взаимодействий существует и одинакова во всех системах отсчета. Одинаковость этой скорости следует из принципа относительности. Для краткости, в дальнейшем доказательстве под интервалом будем подразумевать интервал между двумя бесконечно близкими в пространстве и времени событиями, а под скоростью света - максимально возможную скорость распространения взаимодействий. Оказывается, что свет распространяется именно с такой скоростью, обозначаемой C.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

85008. Эпидемия 31.55 KB
  Сформировать у учащихся цельное представление об инфекционных заболеваниях и путях распространения инфекции. Изучаемые вопросы Инфекционные болезни и пути распространения инфекции. Дать определение понятию инфекционные болезни привести классификацию инфекционных заболеваний в зависимости от способа передачи инфекции и по источнику возбудителя инфекции. Рассмотреть причины возникновения инфекционных болезней и пути распространения инфекции.
85009. Эпизоотии и эпифитотии, противоэпизоотические и противоэпифитотические мероприятия 31.43 KB
  Дать краткую информацию об инфекционных заболеваниях растений рассмотреть явления эпифитотии панфитотии. Наиболее опасными болезнями растений являются стеблевая ржавчина пшеницы ржи желтая ржавчина пшеницы фитофтороз картофеля. Для защиты растений от инфекционных болезней важно соблюдение правил агротехники на всех этапах сельскохозяйственных работ связанных с растениеводством. Проводят также следующие мероприятия: выведение устойчивых к болезням сортов сельскохозяйственных растений; уничтожение очагов инфекции; химическую обработку...
85010. Общие понятия о здоровье как основной ценности человека 31.7 KB
  Общие понятия о здоровье как основной ценности человека Цель урока. Сформировать у учащихся цельное представление о здоровье человека как об индивидуальной и общественной ценности обратив их внимание на основные показатели которые характеризуют уровень здоровья. Привести их к пониманию что здоровье человека неотделимо от его жизнедеятельности. Изучаемые вопросы Здоровье человека и основные показатели характеризующие его уровень.
85011. Индивидуальное здоровье человека, его физическая, духовная и социальная сущность 32.16 KB
  Индивидуальное здоровье человека его физическая духовная и социальная сущность Цель урока. Сформировать у них цельное представление об основных элементах образа жизни человека оказывающих влияние на формирование его духовного физического и социального благополучия а также убеждение в том что каждый человек несет ответственность за свое здоровье и благополучие. Изучаемые вопросы Основные составляющие индивидуального здоровья человека. Некоторые элементы образа жизни человека обеспечивающие его духовное физическое и социальное...
85012. Здоровый образ жизни как необходимое условие сохранения и укрепления здоровья 33.02 KB
  Здоровый образ жизни как необходимое условие сохранения и укрепления здоровья Цель урока. Сформировать у учащихся целостное представление о том что здоровый образ жизни это индивидуальная система поведения человека обеспечивающая ему физическое духовное и социальное благополучие что для ее формирования необходимо устойчивое желание и стремление быть здоровым нужны постоянные собственные усилия и немалые. Изучаемые вопросы Здоровый образ жизни индивидуальная система поведения человека способствующая укреплению и сохранению здоровья....
85013. Здоровый образ жизни и профилактика основных неинфекционных заболеваний 32.71 KB
  Здоровый образ жизни и профилактика основных неинфекционных заболеваний Цель урока. Основные причины возникновения неинфекционных заболеваний. Общие меры профилактики неинфекционных заболеваний. При анализе причин смертности населения России прослеживается отчетливая тенденция к увеличению смертности от неинфекционных заболеваний которые составляют 80 случаев в том числе болезни системы кровообращения более 53 а злокачественные образования около 18.
85014. Вредные привычки. Влияние вредных привычек на здоровье 31.25 KB
  Вредные привычки и их влияние на здоровье Цель урока. Сформировать у обучаемых убеждение что так называемые вредные привычки приравниваются к серьезному заболеванию трудно поддающемуся лечению. Эти привычки называют вредными. Контрольные вопросы Что такое вредные привычки Что такое наркомания и наркотическая зависимость Как развивается наркотическая зависимость Почему привыкание к употреблению алкоголя можно считать наркоманией К каким последствиям приводят курение употребление алкоголя и наркотиков Домашнее задание Изучите 7.
85015. Профилактика вредных привычек 32.72 KB
  Познакомить учащихся с нормативноправовой базой по профилактике наркомании в нашей стране. Изучаемые вопросы Нормативноправовая база по профилактике наркомании. Три основополагающие истины для профилактики наркомании. Изложение учебного материала Во вступительной части к уроку необходимо еще раз подчеркнуть что такие привычки как курение употребление спиртных напитков и пива разновидность наркомании а наркомания заболевание которое человек приобретает добровольно начав употреблять наркотики.
85016. Общие правила оказания первой медицинской помощи 30.45 KB
  Общие правила оказания первой медицинской помощи Цель урока. Познакомить учащихся с общими правилами оказания первой медицинской помощи; обсудить ситуации при которых необходимо вызывать скорую помощь. Общий порядок в оказании первой медицинской помощи. Рекомендации по изложению учебного материала Дать определение первой медицинской помощи и определить ситуации в которых она оказывается.