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

76 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

43468. Разработка технологии и проектирование оснастки для изготовления консоли рамы лесовоза 352.5 KB
  Использование сварки позволяет экономить материалы и время при производстве конструкций. В наше время практически ни одна отрасль народного хозяйства не обходится без сварки. С развитием научно-технологического процесса расширяется возможность сварки деталей различных толщин материалов а в связи с этим и набор применяемых способов сварки. Габаритные размеры: длина – 7468 мм ширина –2580 мм высота – 600 мм масса конструкции – 35764 кг Сборка и сварка узлов изделия осуществляется на специализированных...
43469. Синтез регулятора методом желаемых ЛАЧХ 73.5 KB
  Задан объект управления описание которого определяется Wнчs – передаточной функцией неизменяемой части системы. Структурная схема следящей системы представлена на рис. Требуется спроектировать регулятор включенный последовательно с неизменяемой частью системы в контуре ошибки с передаточной функцией Wрегs который обеспечивает в замкнутой следящей системе с единичной обратной связью заданный набор показателей качества. Структурная схема проектируемой следящей системы.
43470. Транспортная задача. Общая постановка, цели, задачи. 723 KB
  В общей постановке транспортная задача состоит в отыскании оптимального плана перевозок некоторого однородного груза с баз потребителям . Различают два типа транспортных задач: но критерию стоимости план перевозок оптимален если достигнут минимум затрат на его реализацию и по критерию времени план оптимален если на его реализацию затрачивается минимум времени. План перевозок с указанием запасов и потребностей удобно записывать в виде следующей таблицы называемой таблицей перевозок: Пункты Отправления Пункты назначения Запасы ...
43471. Ремонт и техническое обслуживание стератера 279.33 KB
  Устройство стартера Назначение и виды стартера Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока, прокручивающий коленчатый вал с частотой необходимой для пуска двигателя. При прокручивании маховика двигателя стартер должен преодолеть момент сопротивления, создаваемый силами трения и компрессией.
43472. Проект спеціального ЕРЕ – кварцового резонатора на частоту 3,58 МГц 711 KB
  Вимоги, що ставляться до параметрів, властивостей та характеристик електрорадіоелементів, і, як наслідок, обмеження на їхні типи, визначаються функціональним призначенням схем та ланцюгів, у яких вони використовуються. При виборі елементної бази до певної ЕА також необхідно враховувати умови експлуатації цієї ЕА. Для даного варіанту курсової роботи задані наступні умови експлуатації:
43473. Обобщенная характеристика и особенности системы права Республики Беларусь 179 KB
  Поэтому и нормы права регулирующие эти интересы группируются по отраслям права а отрасли соединяются в систему права взаимно согласуются и дополняют друг друга. А само понятие системы права пришло в юриспруденцию из философии где под ним подразумевалось нечто ценное представляющее собой единство закономерно расположенных и находящихся во взаимной связи частей. Римские юристы ввели это понятие для того чтобы свести в единое целое различные нормы права которые существовали в Древнем Риме. Система права изначально основывалась на...
43474. Программирование приложений Windows. Методические указания 71 KB
  К защите курсовой работы представляется: пояснительная записка; реализация программы в виде законченного приложения; информация на диске. Создание демонстрационнообучающей программы по методом численного интегрирования. Создание демонстрационнообучающей программы по методам аппроксимации функций многочлены Ньютона Лагранжа интерполяционный многочлен. Создание обучающей программы по WIN PI раздел многопоточные приложения.
43475. Подземная гидромеханика. Методические указания 188 KB
  Фильтрационноемкостные параметры коллекторов Задание 1 Для величины пористости m=30 для 1 варианта и диаметра частиц d=020 мм определить удельную поверхность Sуд фиктивного грунта радиус пор идеального грунта R проницаемость k идеального грунта удельную поверхность и проницаемость реального грунта. Задание 2 Куб с ребром 1м наполнили шарами диаметром 10 см каждый а куб с ребром 1 см точно также уложили шарами диаметром 1 мм каждый.