Предпосылка возникновения специальной теории относительности Эйнштейна

 

Оказалось, что уравнения Дж. Максвелла, описывающие элек­тромагнитное поле, неинвариантны при переходе из одной инерциальной системы в другую относительно преобразований Галилея. Следует сказать, что именно эта неинвариантность и вызвала новый всплеск концепций с принятием эфира, и в конечном счете - опыт Майкельсона.

Лоренц являлся сторонником атомной теории строения вещества, а после открытия в 1897 г. У. Томсоном отрицательно заряженной частицы — электрона — создал теорию, в которой уравнения Максвел­ла включают в себя идею о дискретной структуре электричества. При этом Лоренц использует гипотезу эфира, рассматривая электромаг­нитное поле как свойство эфира, противопоставляя его состоящему из электрически заряженных частиц веществу. Лоренцу удалось всю электродинамику покоящихся и движущихся тел свести к уравнениям Максвелла, дать на этой основе объяснение большому числу экспери­ментальных фактов. Но при этом он вводит абсолютно покоящуюся выделенную среди прочих систему отсчета, связанную с неподвижным эфиром, в которой только и выполняются уравнения Максвелла. Та­ким образом, точка зрения, отстаиваемая Лоренцем, говорила о не­состоятельности самого принципа относительности. На место абсо­лютного пустого неподвижного ньютоновского пространства он ставит абсолютное тело отсчета — неподвижный эфир, то есть вводит приви­легированную систему отсчета. Однако все имеющиеся опытные дан­ные свидетельствовали в пользу принципа относительности, в том чис­ле и опыт А. Майкельсона, а также об эквивалентности всех инерци-альных систем отсчета. Кроме этого названный опыт устанавливал факт постоянства скорости света влюбой системе отсчета. А. Эйнш­тейн писал, что «специальная теория относи-тельности обязана сво­им происхождением этой трудности, которая, ввиду ее фундаменталь­ного характера, казалась нетерпимой». Следует сказать, что X. Ло­ренц (и ряд других физиков, среди которых Д. Лармор, Фицджеральд

и ДР.) предпринимал многочисленные попытки, пытаясь согласовать отрицательный результат опыта Майкельсона с идеей абсолютной

системы отсчета. В том числе была выдвинута гипотеза о сокращении

инеиных размеров тел в направлении их движения относительно

эфира. При этом Лоренц и Фицджеральд считали, что тела действи-

ельно сокращают свои размеры в направлении движения. Это со-

щение должно было полностью компенсировать влияние относи-

тельного движения на скорость распространения света, почему и ка-

казалось, что скорость света остатется постоянной во всех инерциональных системах отсчета. Несмотря на то, что высказанная гипотеза выг-

очень искусственной и оказалась неверной, как это выясни-

оследствии, она привела к нахождению уравнений преобразо-

ваний кинематических параметров, отличных от преобразований Гали­лея, которые называют уравнениями Лоренца.

Постулаты специальной теории относительности. Выводы из анализе преобразований Лоренца

Преобразования Лоренца содержат немыслимые с точки зрения обыденных представлений парадоксы: кроме вышеупомянутого со­кращения линейных размеров тел, движущихся вместе с системой отсчета Кг относительно неподвижной системы К:

-Г^

оказалось, что и длительность событий в этих системах отсчета раз­ная. Если длительность временного интервала в системе К— Д1, а в системе К' — Дт.', то

Дт/

Д* =

^

Длительность Дт.' — длительность события относительно движу­щейся системы Кг, относительно которой тело покоится. Длитель­ность события в системе отсчета, относительно которой тело непод­вижно, называется собственным временем. Собственное время Д! минимально. Это говорит о том, что относительно системы К интер­вал времени Д1 оказывается большим. Итак, из преобразований Ло­ренца следовало, что пространственные и временные интервалы ока­зываются неинвариантными при переходе из одной системы отсчета в другую. Возникла ситуация, в которой потребовались глубокий анализ и критика имеющихся представлений о пространстве и времени, на основании которых удалось бы выяснить причины, по которым преоб­разования Галилея заменяются преобразованиями Лоренца. Это и было сделано А. Эйнштейном в его вышедшей в свет в 1905 г. рабо­те «К электродинамике движущихся сред».