движется. Поэтому анализ пространства событий в этом случае позволяет найти не только уравнения движения тел отсчета, но и получить уравнения поля, под действием которого движется тело отсчета.
1.2. Относительность энергии равномерного движения.
Что такое абсолютная и относительная величина в физическом понимании? Мы будем говорить, что некоторая физическая величина относительна, если её можно обратить в нуль (хотя бы локально) с помощью каких-либо преобразований, имеющих физический смысл. Соответственно, если этого сделать нельзя, то физическая величина является абсолютной. Наблюдая, как Солнце восходит на Востоке и заходит на Западе, Аристотель и Птолемей пришли к выводу, что Земля находится в абсолютном покое, а Солнце и звезды вращаются вокруг неё. Однако более точные исследования астрономов показали, что Земля движется вокруг Солнца, а Солнце, в свою очередь, движется относительно звезд. Оказалось, что абсолютно покоящихся систем отсчета в природе не существует. Все находится в относительном движении.
Рис. 2. Система отсчета S связана с массой m. Система отсчета S* связана с массой m*. Масса m* движется относительно массы m с постоянной скоростью v.
Выберем две системы отсчета, одна из которых
S связана с массой
m, а другая
S* с массой
m*. Предположим, что физик расположен в системе отсчета
S и измеряет координаты до системы
S*. Пусть система отсчета
S* движется относительно системы
S с постоянной скоростью
v без вращения. По определению такая система отсчета является инерциальной. Понятно, что скорость тела отсчета
m*, с которым связана система
S*, также постоянна и равна
v. В результате измерений физик получит множество относительных координат систем отсчета
S и
S* . Исследуя это множество он обнаружит, что:
а) трехмерная геометрия этого множества евклидова;
б) траектории тел отсчета представляют собой прямые линии;
в) кинетическая энергия тел отсчета является величиной относительной. Действительно, кинетическая энергия массы
m*, записанная в координатах системы
S равна половине произведения этой массы на квадрат скорости
v. Перейдем теперь из системы
S в систему
S*, где масса
m*, покоится (
v = 0). В механике Ньютона такие переходы, совершаются с помощью координатных преобразований Галилея-Ньютона. В результате исследователь обнаружит, что кинетическая энергия тела
m* в системе
S* равна нулю. Этот результат как раз и доказывает, что кинетическая энергия инерциально движущихся тел относительна.
В геометрии существует понятие
геодезической линии. Это линия соответствует кратчайшему расстоянию между двумя точками в данной геометрии. В геометрии Евклида геодезической (в дальнейшем слово
линия мы будем опускать) является прямая. Поэтому уравнения движения тел отсчета надо записать в таком виде, чтобы их решения приводили к прямолинейным траекториям тел. Из механики Ньютона нам известно, что уравнения движения в этом случае запишутся в виде равенства нулю произведения массы тела на его ускорение. Это уравнения движения свободных тел. Но такого в природе не бывает! Все тела отсчета обладают массой и, следовательно, гравитационным взаимодействием. Конечно, это взаимодействие очень мало и в большинстве случаев им можно пренебречь (так обычно и поступают физики). Следовательно,
понятие инерциальной системы отсчета является идеализированным. Исследуя пространство событий этих систем, мы получаем тривиальные уравнения движения и никаких уравнений поля. В этом смысле плоское пространство Евклида, образованное множеством относительных координат инерциальных систем отсчета, соответствует «абсолютной пустоте», так, как будто массы (и другие физические характеристики) тел отсчета устремились к нулю.
1.3. Четырехмерное пространство событий и относительность времени.
Пространство событий инерциальных систем отсчета механики Ньютона трехмерно и использует три пространственных координаты х, у и z. При движении систем отсчета эти координаты зависят от времени t, которое выступает в механике Ньютона как
абсолютная величина. Представления о трехмерности пространства сохранялись в физике до тех пор, пока не начались эксперименты, связанные с распространением света. Было установлено, что свет распространяется со скоростью
с = 300000
км/сек.
При таких скоростях материи (или близких к ним, но меньших чем
с) пространство событий становится четырехмерным, при этом время, умноженное на скорость света
с образует четвертую координату Х0 = ct дополнительную к трем координатам х, у и z. В результате механику Ньютона заменила более совершенная релятивистская механика Эйнштейна-Лоренца. Геометрия пространства событий
Последние комментарии
1 день 8 часов назад
1 день 8 часов назад
1 день 9 часов назад
1 день 9 часов назад
1 день 11 часов назад
1 день 11 часов назад