Рефераты. Реферат: Принцип относительности Эйнштейна

Реферат: Принцип относительности Эйнштейна

АЛЬБЕРТ ЭЙНШТЕЙН

(1879-1955)

Выдающийся физик, создатель теории относительности, один из создателей
квантовой теории и статистической физики.

Родился в Германии, в городе Ульме. С 14 лет вместе с семьей жил в
Швейцарии, где в 1900 г. окончил Цюрихский политехникум. В 1902-1909 гг.
служил экспертом патентного бюро в Берне. В эти годы Эйнштейн создал
специальную теорию относительности, выполнил исследования по
статистической физике, броуновскому движению, теории излучения и др.
Работы Эйнштейна получили известность, и в 1909 г. он был избран
профессором Цюрихского университета, а затем — Немецкого университета в
Праге. В 1914 г. Эйнштейн был приглашен преподавать в Берлинский
университет. В период своей жизни в Берлине он завершил создание общей
теории относительности, развил квантовую теорию излучения. За открытие
законов фотоэффекта и работы в области теоретической физики Эйнштейн
получил в 1921 г. Нобелевскую премию. В 1933 г. после прихода к власти в
Германии фашистов Эйнштейн эмигрировал в США, в Принстон, где он до
конца жизни работал в Институте высших исследований.

В 1905 г. была опубликована специальная теория относительности —
механика и электродинамика тел, движущихся со скоростями, близкими к
скорости света (см. Относительности теория).

Тогда же Эйнштейн открыл закон взаимосвязи массы и энергии (Е=mc2),
который лежит в основе всей ядерной энергетики.

Ученый внес большой вклад в развитое квантовой теории. В его теории
фотоэффекта свет рассматривается как поток квантов (фотонов).
Существование фотонов было подтверждено в 1923 г. в экспериментах
американского физика А. Комптона. Эйнштейн установил основной закон
фотохимии (закон Эйнштейна), по которому каждый поглощенный квант света
вызывает одну элементарную фотохимическую реакцию. В 1916 г. он
теоретически предсказал явление индуцированного (вынужденного) излучения
атомов, лежащее в основе квантовой электроники.

Вершиной научного творчества Эйнштейна стала общая теория
относительности, завершенная им к 1916 г. Идеи Эйнштейна изменили
господствовавшие в физике со времен Ньютона механистические взгляды на
пространство, время и тяготение и привели к новой материалистической
картине мира.

Ученый работал и над созданием единой теории поля, объединяющей
гравитационные и электромагнитные взаимодействия (см. Единство сил
природы). Научные труды Эйнштейна сыграли большую роль в развитии
современной физики - квантовой электродинамики, атомной и ядерной
физики, физики элементарных частиц, космологии, астрофизики.

А. Эйнштейн был членом многих академий мира и научных обществ. В 1926 г.
его избрали почетным членом Академии наук СССР.

Относительность одновременности событий

В механике Ньютона одновременность двух событий абсолютна и не зависит
от системы отсчёта. Это значит, что если два события происходят в
системе K в моменты времени t и t1, а в системе K’ соответственно в
моменты времени t’ и t’1 , то поскольку t=t’, промежуток времени между
двумя событиями одинаков в обеих системах отсчёта

В отличие от классической механики, в специальной теории относительности
одновременность двух событий, происходящих в разных точках пространства,
относительна: события, одновременные в одной инерциальной системе
отсчёта, не одновременны в других инерциальных системах, движущихся
относительно первой. На рисунке (см. ниже) расположена схема
эксперимента, который это иллюстрирует. Система отсчета K связана с
Землёй, система K’ — с вагоном, движущимся относительно Земли
прямолинейно и равномерно со скоростью v. На Земле и в вагоне отмечены
точки А, М, В и соответственно А’, M’ и В’, причем АМ=МВ и А’M’=M’B’. В
момент, когда указанные точки совпадают, в точках А и В происходят
события — ударяют две молнии. В системе К сигналы от обоих вспышек
придут в точку М одновременно, так как АМ=МВ и скорость света одинакова
во всех направлениях. В системе К’, связанной с вагоном, сигнал из точки
В’ придет в точку M’ раньше, чем из точки А’, ибо скорость света
одинакова во всех направлениях, но М’ движется навстречу сигналу
пущенному из точки B’ и удаляется от сигнала, пущенного из точки А’.
Значит, события в точках А’ и B’ не одновременны: события в точке B’
произошло раньше, чем в точке A’. Если бы вагон двигался в обратном
направлении, то получился бы обратный результат.

Понятие одновременности пространственно разделенных событий:
относительно. Из постулатов теории относительности и существования
конечной скорости распространения сигналов следует, что в разных
инерциальных системах отсчёта время протекает по-разному.

Преобразования Лоренца

В соответствии с двумя постулатами специальной теории относительности
между координатами и временем в двух инерциальных системах К и К'
существуют отношения, которые называются преобразованиями Лоренца.

В простейшем случае, когда система К’ движется относительно системы К
со скоростью v так, как показано на рисунке (см ниже), преобразования
Лоренца для координат и времени имеют следующий вид:

,

.

Из преобразований Лоренца вытекает тесная связь между пространственными
и временными координатами в теории относительности; не только
пространственные координаты зависят от времени (как в кинематике), но и
время в обеих системах отсчёта зависит от пространственных , а также от
скорости движения системы отсчёта K’.

Формулы преобразований Лоренца переходят в формулы кинематики при
v/c
,

.

Переход формул теории относительности в формулы кинематики при условии
v/c
Зависимость массы тела от скорости

Зависимость свойств пространства и времени от движения системы отсчета
приводит к тому, что сохраняющийся при любых взаимодействиях тел
является величина

,

называемая релятивистским импульсом, а не классический импульс.

Классический закон сложения скоростей и классический закон сохранения
импульса являются частными случаями универсальных релятивистских законов
и выполняются только при значениях скоростей, значительно меньших
скорости света в вакууме.

Релятивистский импульс тела можно рассматривать как произведение
релятивистской массы т тела на скорость его движения. Релятивистская
масса т тела возрастает с увеличением, скорости по закону

,

— скорость его движения.

). Фотон всегда движется со скоростью, равной скорости света в вакууме,
и является ультрарелятивистской частицей. Тем не менее, отсюда не
следует постоянство скорости света во всех веществах.

несущественно.

Рисунок №2