Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Сто или специальная теория относительности.
Устранение гипотезы эфира. Физики были убеждены в том, что самой развитой теорией в физике стала электродинамика Максвелла. Эксперименты подтвердили ее, но это коснулось не всех ее идей. Все опыты указали на существование электромагнитных волн, но они ничего «не сказали» об эфире. Данное представление пришло из эмпирического здравого смысла, согласно которому любые волны распространяются в определенной вещественной среде. Если речь идет об электромагнитных волнах, то единственный кандидат на мировую среду для них – это эфир (уже древние натурфилософы представляли его в виде чрезвычайно тонкой вещественной среды, заполняющей все космическое пространство). Поскольку электродинамика сочеталась с механикой, где фигурировало абсолютное пространство, то естественно сложилось представление о том, что эфир заполняет все мировое пространство. Эфир и абсолютное пространство оказались тождественными друг другу. Однако идея эфира прямых свидетельств не имела. Кроме того, в электродинамике эфир приобрел взаимоисключающие свойства. Поскольку он заполняет все пространство, то он должен быть полностью разреженным, проницаемым и планеты должны двигаться сквозь него без трения. С другой стороны, скорость распространения электромагнитных волн чрезвычайно велика и эфир должен быть очень твердым: чем тверже тело, тем быстрее движутся в нем волны. Такая модель противоречива и по научным нормам проблематична. Но, несмотря на это, эфир продолжал выполнять важные функции - он стал мировым пространством и в силу своей неподвижности превратился в абсолютную систему координат. Уникальные опыты не обнаруживают эфир. Американский физик А. А. Майкельсон (1852-1931) и его сотрудник Э. У. Морли решили экспериментально проверить гипотезу эфира. Они исходили из предположения Френеля о том, что Земля при своем движении увлекает только ту часть эфира, которая находится внутри планеты. Если этот эфир покоится относительно Земли, то относительно другого, внешнего эфира она движется. Если послать луч света к зеркалу, то движение Земли вокруг Солнца должно влиять на время распространения луча так же, как течение реки действует на движение лодки. В случае ее движения против течения время прохождения пути увеличивается. Но такой чувствительный прибор, как интерферометр, не показал никаких признаков «задержки» луча света. Опыт намекал, что эфира как абсолютного пространства не существует. И все же сам научный опыт в силу своей сложности не способен дать окончательный приговор теоретической гипотезе.
Понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Их в свое время ввел Ньютон, связав их с Богом. Абсолютное пространство и время не зависят от материальных тел и друг от друга. В силу своей неподвижности Бог выступает абсолютным или инерциальным наблюдателем, по отношению к которому совершенно точно действует закон инерции. Отсюда и люди могут быть инерциальными наблюдателями, с каждым из них связана инерциальная система отсчета. Эти системы сохраняют состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения в абсолютном пространстве и времени. При всех изменениях относительного пространства и времени (координаты х, у, z, t) законы механики остаются неизменными. Для теоретической механики данные абстракции стали необходимыми идеальными объектами.
Преобразования Лоренца. В механике Ньютона существуют простые преобразования, переводящие одну систему отсчета в другую. В электродинамике дело усложнилось в связи с изучением влияния движущихся тел на электромагнитные процессы. Оказалось, что при переходе от одной системы отсчета к другой нужно в уравнения Максвелла вводить новые члены, ибо скорость здесь не сохраняется. Голландский физик Г.А. Лоренц (1853—1928) предложил сохранить в неизменном виде основные уравнения теории, изменив формулы перехода. Устранение эфира. Основной вклад в решение данных проблем внес А. Эйнштейн. Он хорошо усвоил урок Маха – изгонять из физики абсолюты, пришедшие в нее извне. Таким абсолютом стал эфир. Его противоречивые свойства и отрицательный результат опыта Майкельсона говорили о том, что эфир является фикцией. И в 1905 г. Эйнштейн решительно отказывается от эфира. Пр инципы относительности и предельности скорости с вета. Французский ученый А. Пуанкаре (1854-1912) и А. Эйнштейн заметили существенное расхождение между идеями механики и электродинамики. В теоретической динамике Галилей и Ньютон утвердили принцип относительности (в механическом движении все тела равноправны). Электродинамика же признала эфир в качестве абсолютного тела, что противоречит принципу относительности. Эту ситуацию Эйнштейн оценил как проблемную, требующую радикальных изменений. В качестве основного метода ученый взял принцип относительности в его универсальном виде: все электромагнитные явления должны зависеть только от относительного движения источников света и материальных тел, включая приборы. Из опытов было уже известно, что скорость света не зависит от движения источников света и сохраняет свою величину. Это эмпирическое обобщение Эйнштейн превратил в теоретический постулат постоянства скорости света. Два данных принципа и стали методом исследования.
Физическое пространство и время требуют измерения. Что такое одновременность событий, происходящих в разных местах?В ньютоновской физике, основанной на абсолютном времени, события одновременны сразу во всех точках пространства. Здесь предполагается мгновенное дальнодействие и как угодно большая скорость сигнала. Эйнштейн предполагает мысленный эксперимент установления одновременности двух событий, происходящих в разных точках пространства. Для достижения синхронности помещенных в них часов используются световые сигналы. И поскольку скорость света велика, но конечна, то два наблюдателя, движущиеся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, должны по-разному оценить одновременность двух событий. Значит, понятие одновременности относительное. Локальность пространства и времени. В теории Эйнштейна размеры тел и промежутки времени потеряли постоянный и вечный характер. Они приобрели смысл относительных величин, зависящих от относительного движения тел и измерительных инструментов. Тем самым, в центре внимания оказалось не мировое пространство, а местная и ограниченная (локальная) длина, не космическое время, а локальное время, доступное для измерения. Вз аимосвязь изменчивых масс и энергий. Эйнштейн получил реляти
Континуум «пространство – время». Главный вывод специальной теории относительности (СТО) состоял в том, что физическое пространство и время взаимосвязаны и образуют единство. Их разделение должно иметь сугубо относительный характер. То, что СТО является теорией пространства-времени, хорошо подчеркнул швейцарский теоретик Г. Минковский (1864 — 1909). Он разработал соответствующий математический аппарат с понятием четырехмерного многообразия, где к трем пространственным координатам добавилось время. СТО указывает на неустранимую активность ученого. СТО возникла в результате совместных усилий ученых – Лоренца, Пуанкаре, Эйнштейна, Минковского. И все же она вызвала у ученых неоднозначную мировоззренческую оценку. СТО разительно отличалась от классической физики. Если в последней законы рассматривались безотносительно к ученому и его приборам, то в теории относительности ключевую роль играет наблюдатель, действующий линейкой и часами. Означало ли это, что Эйнштейн внес в физику субъективистский эмпиризм Маха? Отнюдь, нет! По мнению ученого, «вера в существование внешнего мира, независимо от воспринимающего субъекта, лежит в основе естествознания». Дело в том, что физик познает мир на основе экспериментальной практики. Классическая физика не учитывала активность ученого, его влияние на результаты познания. И на первых порах, когда такое влияние было минимальным и несущественным (крупномасштабные объекты и малые скорости), идеализированный образ науки как объективного «созерцания» был оправданным. Создавая же СТО, Эйнштейн понял, что при изучении света и других объектов, которые движутся со скоростями, близкими к скорости света, нельзя уже игнорировать практическую сущность познания. Научная теория должна указывать на способ действия ученого, на его приборы и теоретические предпосылки. Эта новая методологическая идея найдет свое дальнейшее развитие в квантовой физике. Кроме того, она существенно повлияла на философскую теорию познания. 2. ОТО или общая теория относительности. Эквивалентность инерциальной и гравитационной масс. Эйнштейн решил не останавливаться на полпути и стал размышлять над распространением СТО на системы отсчета, движущиеся относительно друг друга ускоренно. В 1907 г., когда он еще работал в Бернском патентном бюро, ему в голову пришла замечательная догадка. В классической механике был известен факт эквивалентности инертной и гравитационной масс. Поскольку любая энергия обладает инертной массой, то, как соотносится гравитация с электромагнитными явлениями и светом, в частности? Исследуя данную проблему мысленными экспериментами, ученый пришел к принципу эквивалентности инерциальной и гравитационной масс. Он означал, что наблюдатель в гравитационном поле будет испытывать то же, что и наблюдатель, находящийся в пространстве, полностью экранированным от гравитации, но движущийся с ускорением свободного падения.
Неевклидовый характер пространства - времени. Другой аспект новой теории был связан с переосмысливанием пространства - времени. Уже в XIX в. создатели неевклидовых геометрий (Риман, Лобачевский и др.) полагали, что они учитывают влияние материи на пространство. Эйнштейн развивает эту идею и приходит к выводу о том, что любая масса как бы «деформирует» вокруг себя пространство-время. Отсюда все движущиеся в данной области тела, включая свет, следуют по искривленным траекториям, или геодезическим (по кратчайшим путям, подобным линиям на реальной поверхности Земли). Гравитация здесь как особая сила исключается, потому что сама геометрия пространства - времени учитывает распределение материи. Для такой геометрии Эйнштейн нашел соответствующий математический аппарат в виде тензорного анализа. В нем все законы сохраняли вид при переходе от одной системы координат к другой. Эмпирические подтверждения. Новая теория объяснила ранее непонятный факт смещения перигелия (точки планетной орбиты, ближайшей к Солнцу) Меркурия. Кроме того, она предсказала два новых факта. Свет звезды должен отклоняться вблизи Солнца на строго определенную величину (1,75"). Наблюдения, произведенные во время солнечного затмения в 1919 г., подтвердили предсказание Эйнштейна. Эйнштейн предсказал еще одно явление. Атомы газов при нагревании испускают световое излучение нескольких частот. Из общей теории относительности (ОТО) следовало, что частоты излучения атомов, находящихся в разных областях гравитационного поля Солнца, должны отличаться от частот, на которых излучают те же атомы на Земле. Для земных наблюдателей излучение атомов, находящихся вблизи Солнца, будет казаться краснее, т.е. все длины волн сдвинутся к красному концу спектра. Это красное смещение было обнаружено. ОТО предпочитает философию Декарта. В идейном отношении ОТО реализовала программу Декарта. Если пространство является единственным универсальным и фундаментальным свойством материи, то все ее теории должны быть некоторыми геометриями. Конечно, у Эйнштейна фигурирует необычное пространство: неевклидово четырехмерное пространство – время, которое трудно представить наглядно. И все же ОТО являет собой физико-математическую геометрию. Последующие успехи этой теории в космологии привели к утверждению стиля «геометризации» в этом разделе физики. 3. Квантовая концепция. Статистическая физика убедительно показала, что глубинные основания макроявлений следует искать в области атомов. Исследования в этом направлении дали научную революцию в виде квантовой концепции.
|
||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-05-27; просмотров: 81; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.191.22.34 (0.018 с.) |