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

65473. РЕДАГУВАННЯ ПЕРЕКЛАДУ ТЕКСТІВ АНГЛОМОВНИХ ТЕЛЕСЕРІАЛІВ 144.5 KB
  На особливу увагу заслуговує редагування перекладу текстів англомовних телесеріалів українською мовою адже більшість продуктів сучасного телебачення виробляється в Сполучених Штатах Америки і потрапляє до вітчизняного глядача...
65474. ФОРМУВАННЯ СОЦІАЛЬНОЇ КОМПЕТЕНТНОСТІ МАЙБУТНІХ ПРАКТИЧНИХ ПСИХОЛОГІВ У ПРОЦЕСІ ПРОФЕСІЙНОЇ ПІДГОТОВКИ 188.5 KB
  В умовах суспільних трансформацій та входження України до європейського освітнього простору формування в майбутніх практичних психологів соціальної компетентності готовності до ефективної взаємодії є нагальною проблемою...
65475. РОЗВИТОК МЕТОДИКИ ПРИКЛАДНОГО МИСТЕЦТВА ГОТФРІДОМ ЗЕМПЕРОМ У ХУДОЖНЬО-ПРОМИСЛОВИХ ШКОЛАХ ЗАХІДНОЇ ЄВРОПИ (ДРУГА ПОЛОВИНА ХІХ СТОЛІТТЯ) 189 KB
  Сьогодні технологічна освіта зазнає радикальних змін у розрізі яких відбувається системне впровадження в навчальний процес різних типів закладів освіти мистецтва дизайну джерелом якого є...
65476. УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРІВНЮВАННЯ НАХИЛЕНИХ БУДІВЕЛЬ ГОРИЗОНТАЛЬНИМ ВИБУРЮВАННЯМ ГРУНТУ ІЗ ОСНОВИ 186.5 KB
  Дисертаційна робота виконувалась у рамках реалізації наукової програми Розробка та дослідження технології вирівнювання будівель та споруд проводилась відповідно до етапів держбюджетної теми НП 11 Розробка і вдосконалення існуючих способів вирівнювання будівель...
65477. ДЕРЖАВНЕ РЕГУЛЮВАННЯ РОЗВИТКУ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ УКРАЇНИ 635.5 KB
  Українська державна академія залізничного транспорту Міністерства транспорту України завідувач кафедри менеджмент на транспорті. Виходячи з цього постановка проблеми пошуку механізмів державного регулювання розвитку...
65478. ТУРИЗМ ЯК СОЦІОЕТИЧНИЙ ЧИННИК СУСПІЛЬНОГО ЖИТТЯ 147.5 KB
  Сучасна цивілізація перебуває на переломному етапі свого поступу. Людству загрожує загострення різноманітних глобальних криз, в суспільстві зростає соціальна напруга. Як констатувалось на ХХІІ Всесвітньому філософському конгресі...
65479. ДВОСМУЖКОВА ЛІНІЯ МІЛІМЕТРОВОГО ТА СУБМІЛІМЕТРОВОГО ДІАПАЗОНІВ 5.73 MB
  Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому що вперше: Розроблено числову математичну модель багатозвязних планарних хвилевідних структур яка дозволяє проводити їх повний електродинамічний аналіз з урахуванням втрат та дисперсії.
65480. ПІДВИЩЕННЯ ЕКОБЕЗПЕКИ ПОРУШЕНИХ ГІРНИЧИМИ РОБОТАМИ ТЕРИТОРІЙ ЗА РАХУНОК ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ ЦІЛЕСПРЯМОВАНОГО ПРИСКОРЕНОГО ФОРМУВАННЯ ЕКОСИСТЕМ 259 KB
  Сучасні щорічні обєми проведення рекультивації у Кривбасі складають менше 1 від кількості порушених гірничими роботами земель. Окрім того технології рекультивації не завжди успішні оскільки розраховані на відновлення порушених земель горизонтальних родовищ корисних копалин.
65481. ТЕАТРАЛЬНІСТЬ ЯК ТВОРЧИЙ ПРИНЦИП МУЗИЧНО-ВИКОНАВСЬКОГО МИСТЕЦТВА (НА ПРИКЛАДІ ФОРТЕПІАННОГО ВИКОНАВСТВА) 146.5 KB
  Якщо в таких галузях як літературознавство теорія театру та образотворчих мистецтв поняття театральність і повязане з ним коло проблем осмислене достатньо глибоко і ґрунтовно розглянуто в ряді спеціальних досліджень в теорії музичного виконавства досі бракує...