Причина СТО – инвариантность скорости света

Автор

Страниц

Год

2021

СТО Эйнштейна опирается на два принципа, но ключевым условием для получения преобразований Лоренца и всех релятивистских последствий является инвариантность скорости света. Этот принцип является первопричиной преобразований Лоренца и необходимым условием для вывода и провозглашения принципа относительности и равноправия всех инерциальных систем отсчета. Важно отметить, что получение преобразований Лоренца из принципа относительности возможно только при учете постоянства скорости света.

Более подробно можно рассмотреть, как инвариантность скорости света приводит к основным принципам СТО. В классической физике считалось, что скорость света зависит от источника и наблюдателя, и может меняться при движении наблюдателя относительно источника. Однако, эксперименты показали, что это не так.

Именно этот факт привел Эйнштейна к постановке принципа инвариантности скорости света. Суть принципа заключается в том, что скорость света в вакууме одинакова для всех наблюдателей, независимо от их движения относительно источника света. Этот принцип стал отправной точкой для разработки основ Специальной Теории Относительности и открытия новых законов физики.

Суть СТО заключается в том, что физические законы должны сохранять свою форму независимо от инерциальной системы отсчета. То есть, нет привилегированной системы отсчета, все системы относительны и равноправны. Это вносит революционные изменения в наше представление о времени, пространстве и взаимодействии материи.

Важно отметить, что СТО дает результаты, близкие к классической механике при малых скоростях относительно скорости света, поэтому она считается хорошо проверенной и достоверной теорией. Однако, при более высоких скоростях и в условиях сильного гравитационного взаимодействия, релятивистские эффекты становятся заметными и стандартная физика уже не может объяснить наблюдаемые явления. В таких случаях требуется использование общей теории относительности Эйнштейна.

Читать бесплатно онлайн Причина СТО – инвариантность скорости света - Петр Путенихин

Вывод СТО из принципа постоянства скорости света

Все выводы СТО – преобразования Лоренца и релятивистские соотношения получены как корректные математические выводы. Поэтому СТО по своей сути является теорией математической, имеет все её признаки: методология вывода, исходные постулаты. Хотя в основу СТО Эйнштейн положил два постулата (принципа), можно сказать, что СТО фактически базируется на единственном постулате: о неизменности скорости света во всех ИСО – принципе постоянства (инвариантности) скорости света. Покажем это – выведем преобразования Лоренца и основные следствия из них, используя для этого только одно предположение: скорость света "c" всегда одна и та же, независимо от того, движется ИСО или покоится. Иначе можно сказать, что скорость любого фотона равна скорости света, где бы она ни была измерена: в движущейся или в покоящейся ИСО. Это самое общее определение принципа постоянства скорости света. Оно не включает в себя упоминаний об источнике этого фотона и о состоянии движения источника (или приёмника), являющихся излишними. Заявление о предельности скорости света также является производным от принципа постоянства скорости света, его следствием: если скорость света неизменна во всех ИСО, то она автоматически становится максимально возможной скоростью. Назовём этот принцип постоянства скорости света основой теории, а все полученные с его использованием выражения – следствием этого принципа (постулата), следствиями, выводами теории.

Для вывода рассмотрим платформу длиной L, которую пересекает фотон, испущенный неизвестным источником и/или просто пролетающий мимо. Как принято в СТО будем рассматривать две инерциальные системы отсчета – неподвижную К и подвижную К'. Фотон для наблюдателей на платформе пролетит через неё за время t_>0 = L/c. Сохраним систему обозначений, близкую к принятой в СТО:

L' – длина платформы в инерциальной системе отсчета K';

L – длина платформы в инерциальной системе K;

t' – интервал времени (время), за которое фотон пролетает через платформу и возвращается обратно в системе K';

t – интервал времени (время), за которое фотон пролетает через платформу и возвращается обратно в системе K.

Наблюдатель в движущейся системе K' считает её покоящейся и вычисляет, что фотон преодолеет платформу за время (путь туда и обратно):

Напротив, внешний наблюдатель видит: свет в одном случае догоняет зеркало на противоположном конце платформы, а в другом летит навстречу мишени:

Рис.1 Полет фотона с точки зрения внешнего наблюдателя. Часы внешнего (неподвижного) наблюдателя покажут время t, а часы на платформе (подвижные) покажут время t'.

На рисунке видно, что для внешнего наблюдателя время движения фотона вдоль движущейся платформы туда и обратно составит:

Преобразуем уравнение:

Выражение второй дроби выглядит как квадрат некоторой величины. Обозначим эту величину через k (очевидно, что эта величина больше единицы):

Мы получили показания двух часов: движущихся с платформой – t' и неподвижных, мимо которых движется платформа – t. Очевидно, эти показания различаются. Чтобы узнать, как изменилось "время в полёте" фотона через движущуюся платформу при рассмотрении его в разных ИСО, вычислим отношение этих показаний:

Отсюда после сокращений получаем:

Продолжить чтение

Вам может понравиться: