Инвариантность модуля скорости света в вакууме. Принцип относительности Эйнштейна

1.

13.02.24
Инвариантность модуля скорости
света в вакууме. Принцип
относительности
Эйнштейна

2.

Противоречия между механикой Ньютона
и электродинамикой Максвелла.
Скорость тела относительно неподвижной
системы отсчета находится векторным
сложением скорости самой системы
отсчета и скорости тела, с которой оно
движется в этой системе.
Скорость распространения
электромагнитных волн в вакууме
одинакова по всем направлениям,
является константой и равна
с = 3·108 м/с.

3.

Вторая половина
XIX века,
Дж.К. Максвелл
сформулировал
основные законы
электродинамики.
Распространяется ли принцип
относительности, справедливый для
механических явлений,
на электромагнитные явления?

4. Принцип относительности в механике и электродинамике

Распространяется ли принцип относительности,
справедливый для механических явлений, и на
электромагнитные явления?
• Если справедлив обычный закон сложения
скоростей, то при переходе от одной инерциальной
системы к другой законы электродинамики должны
меняться так, чтобы в этой новой системе отсчета
скорость света уже равнялась не с , а с-v или с+v

5.

Противоречия между электродинамикой Максвелла и
механикой Ньютона пытались преодолеть
различными способами.
1. Лоренц.
Объявить несостоятельным принцип
относительности в применении к
электромагнитным явлениям.
Предположение существования особой системы – «мирового эфира».
Электромагнитные явления рассматривались как
процессы в особой, всепроникающей среде –
«мировом эфире». Инерциальная система отсчета – особая
преимущественная система, она покоится относительно эфира и в ней
законы Максвелла имеют наиболее простую форму.
На опытах требовалось обнаружить эфир.

6. Опыт Майкельсона (1881 г.)

• Цель:
измерить скорость
движения Земли по орбите
относительно мирового эфира
• Средство:
опыты со светом
• Способ:
Альберт
Майкельсон
(1852 – 1931)
измерение разности задержек света
при его распространении вдоль и поперёк
движения Земли по орбите

7.

«Эфирный ветер» не обнаружен»
А. Майкельсон.
Если бы скорость света была равна 300 000 км/с
только в системе отсчета, связанной с эфиром, то,
измеряя скорость света в произвольной
инерциальной системе, можно было бы обнаружить
движение этой системы по отношению к эфиру и
определить скорость этого движения. Подобно тому,
как в системе отсчета, движущейся относительно
воздуха, возникает ветер, при движении по
отношению к эфиру (если, конечно, эфир
существует) должен быть обнаружен «эфирный
ветер». Опыт по обнаружению «эфирного
ветра» был поставлен в 1881 г.
американскими учеными А. Майкельсоном
и Э. Морли и дан отрицательный результат.

8.

2. Считать неправильными
уравнения Максвелла и
пытаться изменить их таким
образом, чтобы они не
менялись при переходе от
одной инерциальной
системы к другой.
Г. Герц

9. Изменённые уравнения противоречили фактам

«Эфир» движется за телами?
Г.Герц попытался изменить уравнения Максвелла .
В его предположении «эфир» полностью увлекается
движущимися телами, поэтому электромагнитным
явлениям «всё равно» покоится тело или нет.
Опровержение теории Герца
Согласно теории Герца, движущая вода должна
полностью увлекать за собой распространяющийся в
ней свет. Опыт показал, что в действительности это
не так.

10. ВЫВОДЫ:

1. Никакой особой среды – «светоносного
эфира» не существует.
2. Согласовать принцип относительности
с электродинамикой Максвелла
оказалось возможным, только
отказавшись от классических
представлений о пространстве и
времени.

11.

Эйнштейн Альберт (1879—1955)
Великий физик XX века. Им создано новое учение о пространстве и
времени — специальная теория относительности. Обобщая эту
теорию на случай неинерциальных систем отсчета, Эйнштейн
построил общую теорию относительности, представляющую собой
современную теорию тяготения. Эйнштейн впервые ввел
представление о частицах света - фотонах. Работа Эйнштейна по
теории броуновского движения привела к окончательной победе
молекулярно-кинетической теории строения вещества.

12. ПЕРВЫЙ ПОСТУЛАТ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Все процессы природы
протекают одинаково во всех
инерциальных системах отсчёта.
• Нет никакого различия между состоянием
покоя и равномерным прямолинейным
движением.
• Во всех инерциальных системах физические
законы имеют одинаковую форму.

13. ВТОРОЙ ПОСТУЛАТ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Скорость света в вакууме одинакова
для всех инерциальных систем
отсчёта. Она не зависит ни от
скорости источника, ни от скорости
приёмника светового сигнала.
• Скорость света (с= 300 000 000 м/с) - максимально
возможная скорость передачи взаимодействия в
природе

14.

ОСНОВНЫЕ СЛЕДСТВИЯ, ВЫТЕКАЮЩИЕ
ИЗ ПОСТУЛАТОВ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

15. Основные выводы из специальной теории относительности Эйнштейна (1905 г.)

1. Сокращение продольных размеров
(при движении с околосветовой скоростью)
2. Замедление времени
(при движении с околосветовой скоростью)
3. Увеличение массы
4. Запрет скоростей, больших скорости
света

16.

Линейный размер движущегося
тела уменьшается по сравнению
с линейным размером тела,
покоящегося в данной ИСО.

17.

В системе отсчёта, движущейся равномерно
и прямолинейно относительно наблюдателя, происходит
сокращение длины вдоль направления движения.

18.

Темп хода времени в
движущихся системах по
сравнению с неподвижной
системой замедляется.

19.

В системе отсчёта, движущейся равномерно и
прямолинейно относительно наблюдателя, время
движется медленнее.
Y
Y
Y’
Y’
v
v
X
O
Z
Z’
O’
X
X’
O
Z
O’
Z’
X’

20.

21.

22.

23. Основные выводы из общей теории относительности Эйнштейна (1915 г.)

• Искривление пространства
вблизи тяготеющих масс
• Замедление времени
вблизи тяготеющих масс

24. Домашнее задание

• Читать п. 62-63. Составить опорный
конспект.