Концепция относительности пространства-времени

ПЛАН – ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………… .…….… ………………………………3

1. Принцип относительности в классической механике ……… … .……… 4

2. Специальная теория относительности и ее роль в науке .……………… 5

3. Понятие пространства-времени в

специальной теории относительности … .………………………… …………8

4. Общая теория относительности …… .…………………… .………………12

5. Проверка общей теории относительности ………………………………….16

6. Философские выводы из теории относительности ………………………….18

Использованная литература….…………………………………………………20

Введение.

В механистической картине мира понятия пространства и времени рассматривались вне связи со свойствами движущейся материи. Пространство в ней выступает в виде своеобразного вместилища для движущихся тел, а время никак не учитывает реальные из­менения, происходящие с ними, и поэтому выступает просто как геометрический параметр, знак которого можно менять на обрат­ный. Иными словами, в механике рассматриваются лишь обрати­мые процессы, что значительно упрощает действительность.

Другой недостаток этой картины состоит в том, что в ней прост­ранство и время, как формы существования материи, изучаются отдельно и обособленно, вследствие чего связь между ними ос­тается нераскрытой. Современная концепция физического про­странства-времени значительно обогатила наши естественнона­учные представления, которые стали ближе к действительности. Поэтому знакомство с ними следует начать с теории пространства-времени в том виде, как она представлена в современной физи­ке. Предварительно, однако, необходимо напомнить некоторые положения, относящиеся к классической механике Галилея.

1. Принцип относительности в классической механике.

Впервые этот принцип был установлен Галилеем, но окончатель­ную формулировку получил лишь в механике Ньютона. Для его понимания нам потребуется ввести понятие системы отсчета, или координат. Как известно, положение движущегося тела в каждый момент времени определяется по отношению к некото­рому другому телу, которое называется системой отсчета. С этим телом связана соответствующая система координат, например, знакомая нам декартова система координат. На плоскости движе­ние тела или материальной точки определяется двумя координатами: абсциссой х, показывающей расстояние точки от начала ко­ординат по горизонтальной оси, и ординатой у, измеряющей рас­стояние точки от начала координат по вертикальной оси. В пространстве к этим координатам добавляется третья координа­та z.

Среди систем отсчета особо выделяют инерциальные системы, которые находятся друг относительно друга либо в покое, ли­бо в равномерном и прямолинейном движении. Особая роль инерциальных систем заключается в том, что для них выполня­ется принцип относительности.

Принцип относительности означает, что во всех инерциальных системах все механические процессы описываются одинаковым образом.

Точнее говоря, в таких системах законы движения тел описыва­ются теми же самыми математическими уравнениями или формулами. Иллюстрируя этот принцип, Галилей приводил пример равномерного прямолинейного движения корабля, внутри которого все явления происходят также как на берегу.

2. Специальная теория относительности и ее роль в науке.

Когда в естествознании господствовала механистическая карти­на мира и существовала тенденция сводить объяснение всех явлений природы к законам механики, принцип относительно­сти не подвергался никакому сомнению. Положение резко из­менилось, когда физики вплотную приступили к изучению эле­ктрических, магнитных и оптических явлений. Максвелл объе­динил все эти явления в рамках единой электромагнитной теории. С созданием этой теории для физиков стала очевидной недостаточность классической механики для описания явле­ний природы. В связи с этим естественно возник вопрос: вы­полняется ли принцип относительности и для электромагнит­ных явлений?

Описывая ход своих рассуждений, создатель теории относитель­ности Альберт Эйнштейн указывал на два аргумента, которые свидетельствовали в пользу всеобщности принципа относи­тельности.

1.Этот принцип с большой точностью выполняется в механике, и поэтому можно было надеяться, что он окажется правиль-­ ным и в электродинамике.

2.Если инерциальные системы неравноценны для описания явле-­ ний природы, то разумно предположить, что законы природы проще всего описываются лишь в одной инерциальной системе.

Например, в системе отсчета, связанной с движущимся вагоном, механические процессы описывались бы сложнее, чем в систе­ме, отнесенной к железнодорожному полотну. Еще более пока­зателен пример, когда рассматривается движение Земли во­круг Солнца со скоростью 30 километров в секунду. Если бы принцип относительности в данном случае не выполнялся, то законы движения тел зависели бы от направления и простран­ственной ориентировки Земли. Ничего подобного, то есть фи­зической неравноценности различных направлений, не обна­ружено. Однако здесь возникает кажущаяся несовместимость принципа относительности с хорошо установленным принци­пом постоянства скорости света в пустоте (300 000 км/с).

Возникает дилемма: либо отказаться от принципа постоянства скорости света, либо — от принципа относительности. Первый принцип установлен настолько точно, что отказ от него был бы явно неоправданным. К тому же это привело бы к чрезмерно­му усложнению описания процессов природы. Не меньшие трудности возникают и при отрицании принципа относитель­ности в области электромагнитных процессов.

В действительности, как показал А. Эйнштейн:

Закон распространения света и принцип относительности совместимы. И зто положение составляет одну из основ специальной теории относительности.

Кажущееся противоречие принципа относительности закону по­стоянства скорости света возникает потому, что классическая механика, по заявлению Эйнштейна, опиралась «на две ничем не оправданные гипотезы»:

1)промежуток времени между двумя событиями не зависит от состояния движения тела отсчета;

2)пространственное расстояние между двумя точками твердого тела также не зависит от состояния движения тела отсчета.

Исходя из этих, кажущихся вполне очевидными, гипотез, класси­ческая механика молчаливо предполагала, что величины про­межутка времени и расстояния имеют абсолютные значения, т. е. не зависят от состояния движения тела отсчета. Выходило, что если человек в равномерно движущемся вагоне проходит, например, расстояние в 1 метр за одну секунду, то этот же путь по отношению к полотну дороги он пройдет тоже за одну се­кунду. Аналогично этому считалось, что пространственные размеры тел в покоящихся и движущихся системах отсчета ос­таются одинаковыми. И хотя эти предположения с точки зрения обыденного сознания и так называемого здравого смысла кажутся само собой очевидными, тем не менее, они не согласу­ются с результатами тщательно проведенных экспериментов, подтверждающих выводы новой, специальной теории относи­тельности.

Чтобы лучше разобраться в этом вопросе, рассмотрим, каким ус­ловиям должны удовлетворять преобразования пространст­венных координат и времени при переходе от одной системы отсчета к другой. Если принять предположение классической механики об абсолютном характере расстояний и времени, то уравнения преобразования будут иметь следующий вид преобразований Галилея.

Если же преобразования должны удовлетворять также требова­нию постоянства скорости света, то они описываются преобразованием Лоренца, названного по имени нидерландского физика Хендрика Антона Лоренца (1853—1928).

Опираясь на преобразования Лоренца, легко проверить, что движущаяся твердая линейка будет короче покоящейся, и тем короче, чем быстрее она движется.

Для того чтобы гарантировать, что принцип относи­тельности имеет общий характер, т.е. законы электромагнит­ных процессов имеют одинаковую форму для инерциальных систем, Эйнштейну пришлось отказаться от галилеевских преобразований и принять преобразования Лоренца.

Специальная теория относительности возникла из электродина­мики и значительно упростила вывод зако­нов и уменьшила количество независимых ги­потез, лежащих в ее основе. Однако чтобы стать согласованной с постулатами специальной теории относительности, классическая механика нуждается в некоторых изменениях. Эти из­менения касаются в основном законов быстрых движений – скорость которых сравнима со скоростью света. В земных условиях мы встречаемся со скоростями, значительно меньшими скорости света, и поэтому поправки, которые требует вносить теория относительности, имеют край­не малую величину, и ими можно пренебречь.

Во втором законе Ньютона (F= та) масса считалась постоянной, но в теории относительности она зависит от скорости движе­ния. Когда скорость тела приближается к скорости света, масса тела неограниченно растет и в пределе приближается к бесконеч­ности. Поэтому согласно теории относительности движения со скоростью, превышающей скорость света, невозможны. Движе­ния со скоростями, сравнимыми со скоростью света, впервые удалось наблюдать на примере движения электронов в их ускорителях. Эксперименты с такими частицами действительно подтвердили предсказания теории об увеличении их массы с возрастанием скорости.

3. Понятие пространства-времени в специальной теории относительности.

В ходе разработки своей теории Эйнштейну пришлось пересмот­реть прежние представления классической механики о прост­ранстве и времени. Прежде всего, он отказался от ньютонов­ского понятия абсолютного пространства и времени, а также от определения движения тела относительно этого абсолютного пространства.

Каждое движение тела происходит относительно определен­ного тела отсчета, и поэтому все физические процессы и законы должны формулироваться по отношению к точно указанной системе отсчета или координат. Следовательно, не существует никакого абсолютного расстояния, длины или протяженности, так же как не может быть никакого абсолютного времени.

Отсюда становится также ясным, что для Эйнштейна основные физические понятия, такие, как пространство и время, приобретают ясный смысл только после указания тех эксперимен­тальных процедур, с помощью которых можно их проверить. «Понятие, — пишет он, — существует для физики постольку, поскольку есть возможность в конкретном случае найти, верно оно или нет». Вместо абстрактных рассуждений об абсолютном движении в теории относительности рассматривают конкретные движения тел по отношению к конкретным системам отсчета, связанным с конкретными телами.

Другой важный результат теории относительности:

Связь обособленных в классической механике понятий про­странства и времени в единое понятие пространственно-временной непрерывности (континуума).

Как мы уже знаем, положение тела в пространстве определяется тремя его координатами х, у, z, но для описания его движения не­обходимо ввести еще четвертую координату — время. Таким об­разом, вместо разобщенных координат пространства и времени теория относительности рассматривает взаимосвязанный мир физических событий, который часто называют четырехмерным миром Германа Минковского (1864—1909), по имени немецкого математика и физика, впервые предложившего такую трактовку. Главная заслуга Минковского, по мнению Эйнштейна, состоит в том, что он впервые указал на формальное сходство пространствен­но-временной непрерывности специальной теории относи­тельности с непрерывностью геометрического пространств Евклида.

Новые понятия и принципы теории относительности сущест­венно изменили не только физические, но и общенаучные представления о пространстве, времени и движении, кото­рые господствовали в науке более двухсот лет. Особенно резкое сопротивление они встретили со стороны людей, при­держивающихся так называемого здравого смысла, который в конечном итоге также ориентируется на доминирующие в обществе научные взгляды, почерпнутые из классической науки. Действительно всякий, кто впервые знакомится с тео­рией относительности, нелегко соглашается с ее выводами. Опираясь на повседневный опыт, трудно представить, что длина линейки или твердого тела в движущейся инерциаль-ной системе сокращается в направлении их движения, а вре­менной интервал увеличивается.

В связи с этим представляет интерес парадокс близнецов, кото­рый нередко приводят для иллюстрации теории относительно­сти. Пусть один из близнецов отправляется в космическое пу­тешествие, а другой — остается на Земле. Поскольку в равно­мерно движущемся с огромной скоростью космическом корабле темп времени замедляется, и все процессы происходят медленнее, чем на Земле, то космонавт, вернувшись на нее, ока­жется моложе своего брата. Такой результат кажется парадок­сальным с точки зрения привычных представлений, но вполне объяснимым с позиций теории относительности.

Необычные результаты, которые дает теория относительности, сразу же поставили вопрос об их опытной проверке. Сама эта теория возникла из элек­тродинамики, и поэтому все эксперименты, которые подтверж­дают электродинамику, косвенно подтверждают также теорию относительности. Но кроме подобных косвенных свидетельств, существуют эксперименты, которые непосредственно под­тверждают выводы теории относительности. Одним из таких экспериментов является опыт, поставленный французским физиком Арманом Физо (1819—1896) еще до открытия теории от­носительности. Он задался целью определить, с какой скоро­стью распространяется свет в неподвижной жидкости и жидко­сти, протекающей по трубке с некоторой скоростью. Если в покоящейся жидкости скорость света равна w, то скорость v в движущейся жидкости можно определить тем же способом, ка­ким мы определяли скорость движущегося человека в вагоне по отношению к полотну дороги. Трубка играет здесь роль по­лотна дороги, жидкость — роль вагона, а свет — бегущего по вагону человека. С помощью тщательных измерений, много­кратно повторенных разными исследователями, было установ­лено, что результат сложения скоростей соответствует здесь преобразованию Лоренца и, следовательно, подтверждает вы­воды специальной теории относительности. Наиболее выдающимся подтверждением этой теории был отри­цательный результат опыта американского физика Альберта Майкельсона (1852—1931), предпринятый для проверки гипо­тезы о световом эфире. Согласно господствовавшим в то время воззрениям, все мировое пространство заполнено эфиром — гипотетическим веществом, являющимся источником световых волн. Вначале эфир уподоблялся упругой механической среде, а световые волны рассматривались как результат колебаний этой среды, то есть, как волны, сходные с появляющимися на поверхности жидкости, вызванные колебаниями частиц жид­кости. Но эта механическая модель эфира в дальнейшем встре­тилась с серьезными трудностями, так как, будучи твердой уп­ругой средой, эфир должен был оказывать сопротивление дви­жению небесных тел, но ничего этого в действительности не наблюдалось. В связи с этим пришлось отказаться от механиче­ской модели, но существование эфира как особой всепроницающей среды по-прежнему признавалось.

Для того чтобы обнаружить движение Земли относительно непо­движного эфира, Майкельсон решил измерить время прохожде­ния светового луча по горизонтальному направлению движения Земли и направлению, перпендикулярному к этому движению. Если существует эфир, то время прохождения светового луча по горизонтальному и перпендикулярному направлениям должно быть неодинаковым; но никакой разницы Майкельсон не обна­ружил. Тогда для спасения гипотезы об эфире Лоренц предполо­жил, что в горизонтальном направлении происходит сокращение тела в направлении движения.

Полностью отрицательный результат опыта Майкельсона стал для Эйнштейна 18 лет позже решающим экспериментом для до­казательства того, что никакого эфира как абсолютной систе­мы отсчета не существует.

4. Общая теория относительности.

В специальной теории относительности все сис­темы отсчета предполагаются инерциальными, то есть покоя­щимися или движущимися друг относительно друга равномер­но и прямолинейно. Что произойдет, если одна из систем будет двигаться ускоренно? По своему опыту мы знаем, что в равно­мерно движущемся вагоне нам кажется, что движется не наш вагон, а неподвижно стоящий рядом поезд. Это впечатление сразу же исчезнет, как только наш вагон сильно затормозит, и мы ощутим толчок вперед. Если принять теперь за систему от­счета замедленно или ускоренно движущийся вагон, то такая система будет неинерциальной.

Чтобы лучше понять сущность общей теории относительности, рассмотрим пример с падением тела на поверхность Земли. Как мы объясняем обычно такие явления? Мы говорим, что Земля притягивает к себе тело согласно закону всемирного тяготения. Ньютон считал, что силы тяготения действуют мгновенно на расстоянии, и величина их убывает пропорцио­нально квадрату расстояния. Такое предположение оказалось, однако, необоснованным, ибо мгновенные взаимодействия отсутствуют в природе. Всякое взаимодействие передается с определенной конечной скоростью в некотором поле.

Понятие о поле возникло в связи с изучением элек­тромагнитных процессов и было введено в физику М. Фарадеем в виде силовых линий, передающих воздействие электрических или магнитных зарядов. Мы говорим, например, что магнит при­тягивает к себе железные опилки, движение которых происхо­дит по направлению силовых линий. Аналогичным образом вво­дится понятие поля тяготения, которое существенно отличает­ся от других физических полей тем, что его действие не зависит от природы и других свойств тел, кроме их массы.

До сих пор мы рассматривали движение тел по отношению к та­ким системам отсчета, которые находятся в покое или движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Такие системы мы назвали инерциальными, или галилеевыми, систе­мами отсчета. Первое название отражает тот факт, что для по­добных систем отсчета выполняется закон инерции, второе — свидетельствует, что этот закон был открыт впервые Галилеем и сформулирован в качестве первого закона механики Ньютоном. Теперь мы уже знаем, что относительно всех инерциальных, или галилеевых, систем отсчета законы движения тел описываются одинаково, то есть имеют ту же математическую форму и выра­жаются теми же уравнениями.

Возникает вопрос: а что произойдет, если вместо инерциальных систем взять другие системы отсчета, например, движущиеся с ускорением? Ответ на него дает общая теория относительно­сти, которая называется так потому, что она обобщает частный, или специальный, принцип относительности, который мы рас­сматривали выше. Соответственно этому мы должны различать специальную и общую теории относительности.

В специальной теории относительности законы природы считают­ся верными относительно инерциальных систем отсчета, то есть систем неподвижных или движущихся прямолинейно и равно­мерно. Но где можно обнаружить такие системы в природе? Пер­вая мысль, которая возникает, попытаться связать такую систему с Землей, но она не совсем подходит для этой цели, ибо находит­ся во вращательном, а не прямолинейном движении. Если поме­стить такую систему на Солнце, то она будет лучше подходить для этого, но и оно, хотя и медленно, но тоже движется. В конце концов, оказывается, что абсолютную инерциальную систему отсчета обнаружить не удается. Поэтому в теории относитель­ности отказываются от понятия абсолютного движения и при­знают, что все движения совершаются относительно какой-либо определенной системы отсчета.

Как и при построении классической механики, в создании общей теории относительности помог мысленный эксперимент. А. Эйнштейн в своих работах обращается к воображаемому случаю с падением лифта. Представим себе, что лифт отрывается от троса и приходит в свободное падение. Это падение по-разному описы­вают внешний и внутренний наблюдатели. Поскольку падение происходит с постоянным ускорением, постольку наблюдатель, находящийся внутри лифта, будет рассматривать свою систему как инерциальную. Поэтому, если он, например, выпустит из сво­ей руки часы и платок, то они не упадут на пол и останутся в по­кое. Если же он приведет в движение какое-либо тело, то оно бу­дет двигаться равномерно и прямолинейно до тех пор, пока не столкнется со стенками лифта. Ведь лифт находится в инерциальном движении. С другой стороны, внешний наблюдатель замечает, что лифт падает и, значит, находится в ускоренном движении под влиянием силы тяжести. Оба наблюдателя рассуж­дают вполне последовательно, и каждый вправе отстаивать свою точку зрения. Но различие заключается в том, что они описыва­ют явления и законы, которые управляют этими явлениями, в разных системах отсчета, или координат. Внутренний наблю­датель рассматривает их в инерциальной системе отсчета, а внешний — в неинерциальной, ускоренной, системе.

Если описание явлений и законы природы не должно зависеть от системы координат, то необходимо найти то связывающее зве­но, которое существует между инерциальными и неинерциальными системами отсчета. Таким звеном как раз и служит сила тяжести, которая с точки зрения внешнего наблюдателя застав­ляет двигаться лифт ускоренно. Эта сила образует поле тяготе­ния, сходное с электромагнитным полем, но в то же время, отли­чающееся от него тем, что его действие не зависит от любых свойств и структуры тел, кроме их массы.

Слабые поля тяготения не оказывают существенного влияния на свойства окружающего пространства. Поэтому в них можно пользоваться евклидовой геометрией и специальной теорией от­носительности. В сильных полях тяготения, как, например, в по­пе тяготения Солнца, приходится учитывать искривление свето­вых лучей его полем, и поэтому применять новую, неевклидову геометрию и общую теорию относительности. Поскольку в этой теории решающую роль играет именно тяготение, ее называют новой теорией тяготения, чтобы подчеркнуть отличие от старой теории тяготения Ньютона.

Эйнштейн так формулирует суть своей общей теории относи­тельности:

Все тела отсчета равноценны для описания природы (формулировки общих законов природы), в каком бы состоянии движения они не находились.

Теперь мы в состоянии по-иному взглянуть на инерциальные и не-инерциальные системы отсчета. Различие между ними выража­ется прежде всего в том, что если в инерциальных системах все процессы и описывающие их законы являются одинаковыми по своей форме, то в неинерциальных системах они происходят по-другому. В качестве примера рассмотрим, как представляется падение камня на Землю с точки зрения теории тяготения Нью­тона и общей теории относительности. Когда задают вопрос, по­чему камень падает на Землю, то обычно отвечают, что он при­тягивается Землей. Но закон всемирного тяготения Ньютона ни­чего не говорит о самом механизме действия сил тяготения: как они распространяются, участвует ли в этом процессе некоторая промежуточная среда, передаются ли эти силы постепенно или мгновенно. Сам Ньютон говорил, что гипотез и произвольных допущений он «не измышляет» и поэтому оставил решение этих вопросов будущим поколениям ученых.

Эйнштейн, опираясь на результаты электродинамики, в которой вводятся представления о полях действия электромагнитных сил, стал рассматривать тяжесть как силу, действующую в определенном поле тяготения. С этой точки зрения, камень пада­ет на Землю потому, что на него действует поле тяготения Зем­ли.

Равенство инертной массы тяжелой массе — один из важ­ных результатов общей теории относительности. Она счи­тает равноценными все системы отсчетов, или координат, а не только инерциальные системы.

Очевидно, что по отношению к неинерциальной системе отсчета движение тела описывается иначе, в чем мы можем убедиться, если сидим в вагоне поезда, который начинает тормозить. В этом случае мы почувствуем толчок вперед, означающий, что в движении возникает торможение, или ускорение с отрица­тельным знаком. Там же, где появляется ускорение, возникает и соответствующее ему поле тяготения. В отличие от других полей, например электромагнитных, поле тяготения обладает одним замечательным свойством: все находящиеся в нем тела испытывают ускорение, не зависящее ни от материала, ни от их физического состояния. Поэтому кусок свинца и равный ему по массе кусок дерева ведут себя в таком поле совершенно одинаково: они падают на Землю вблизи ее поверхности с тем же самым ускорением, равным 9,81 м/с2.

5. Проверка общей теории относительности.

Поскольку по отношению к разным системам отсчета механичес­кие движения происходят по-разному, возникает естественный вопрос: как будет двигаться световой луч в разных системах? Мы уже знаем, что в инерциальной, или галилеевой, системе от­счета свет распространяется по прямой линии, с постоянной скоростью с = 300 000 км/сек. Относительно системы отсчета, имеющей ускоренное движение, световой луч не будет дви­гаться прямолинейно, ибо в этом случае он будет находиться в поле тяготения. Следовательно, в поле тяготения световые лу­чи распространяются криволинейно. Точнее говоря, в таком поле они распространяются по геодезическим линиям, как кратчайшим расстояниям между двумя точками. Этот результат имеет важнейшее значение для проверки и обоснования об­щей теории относительности. Для полей тяготения, доступных нашему наблюдению, такое искривление световых лучей слишком мало, чтобы проверить ее экспериментально, но если такой луч будет проходить, например, вблизи Солнца, обладаю­щего огромной массой в сравнении с массой Земли, то его ис­кривление можно измерить. Впервые такие измерения были сделаны во время полного солнечного затмения в 1919 г., и они полностью подтвердили предсказание общей теории относи­тельности.

Искривление светового луча в поле тяготения свидетель­ствует, что скорость света в таком поле не может быть постоянной, а изменяется от одного места к другому.

Отсюда некоторые ученые сделали вывод, что общая теория от­носительности отвергает специальную теорию, где скорость света считается постоянной величиной. Автор обеих теорий — Альберт Эйнштейн считает такой вывод совершенно необос­нованным.

На самом деле из этого сопоставления можно только заклю­чить, что специальная теория относительности не может претендовать на безграничную область применения: ре­зультаты ее имеют силу до тех пор, пока можно пренебре­гать влиянием полей тяготения на явления (например, световые).

Кроме такого решающего эксперимента выводы общей теории от­носительности подтверждаются другими фактами, которые бы­ли известны до появления этой теории. Было известно, напри­мер, что эллипс, по которому обращается ближайшая к Солнцу планета Меркурий, медленно вращается относительно системы координат, связанной с Солнцем. Полный оборот, как предсказы­вает общая теория относительности, происходит в течение трех миллионов лет. Этот эффект, как бы он не был незначителен, объясняется действием поля тяготения Солнца. Чем дальше на­ходится планета от Солнца, тем меньше сказывается его дейст­вие на планету и тем труднее обнаружить этот эффект.

Наконец, отметим еще действие сильных полей тяготения на ритм часов, вследствие чего, например, ритм часов, помещен­ных вблизи поля тяготения Солнца, сильно отличался бы от ритма часов, находящихся в поле тяготения Земли. Все эти факты служат косвенным подтверждением правильности об­щей теории относительности.

6. Философские выводы из теории относительности.

Теория относительности была первой физической теорией, кото­рая радикально изменила взгляды ученых на пространство, время и движение. Если раньше пространство и время рассма­тривались обособленно от движения материальных тел, а само движение — независимо от систем отсчета (то есть считалось движением абсолютным), то с возникновением специальной теории относительности было твердо установлено

1)Всякое движение может описываться только по отношению к другим телам, которые могут приниматься за систе­мы отсчета, связанные с определенной системой коорди­нат.

2)Пространство и время тесно взаимосвязаны друг с другом, ибо только совместно они определяют положение движу­щегося тела. Именно поэтому время в теории относитель­ности выступает как четвертая координата для описания движения, хотя и отличная от пространственных коорди­нат.

3)Специальная теория относительности показала, что одинаковость формы законов механики для всех инерциальных, или галилеевых, систем отсчета сохраняет свою силу и для законов электродинамики, но только для этого вместо преобразований Галилея исполь­- зуются преобразования Лоренца.

4)При обобщении принципа относительности и распростра-­ нении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, которое никак не учитывается в механике.

Общая теория относительности отказывается от такого ограниче­ния, так же как и от требования рассматривать лишь инерциальные системы отсчета, как это делает специальная теория. Бла­годаря такому глубокому обобщению она приходит к выводу:

Все системы отсчета являются равноценными для описания законов природы.

С философской точки зрения наиболее значительным результа­том общей теории относительности является установление за­висимости пространственно-временных свойств окружающего мира от расположения и движения тяготеющих масс.

Именно благодаря воздействию тел с большими массами проис­ходит искривление путей движения световых лучей. Следова­тельно гравитационное поле, создаваемое такими телами, определяет в конечном итоге пространственно-временные свойства мира.

В специальной теории относительности абстрагируются от дей­ствия гравитационных полей, и поэтому ее выводы оказыва­ются применимыми лишь для небольших участков простран­ства-времени.

Важнейший вывод теории относительности о физической эквивалентности массы и энергии Е = тс2 может навести на мысль что вещество представляет собой огромную концентрацию энергии. Понятие же энергии служит характеристикой поля. Нельзя ли было бы поэтому построить всю физику на едином понятии поля? Такая грандиозная программа была выдвинута А. Эйнштейном, но, к сожалению, осталась незавершенной.

Концепцию относительности, лежащую в основе общей и спе­циальной физической теории, не следует смешивать с принци­пом относительности наших знаний, в том числе и в физике. Первая концепция касается движения физических тел по отно­шению к разным системам отсчета, то есть характеризует про­цессы, происходящие в объективном, материальном мире. Вто­рая — относится к росту и развитию нашего знания, то есть ка­сается мира субъективного, характеризуя процессы изменения наших представлений об объективном мире. Не подлежит со­мнению, что между этими процессами есть определенная связь, и сами физики признают, что возникновение теории относи­тельности повлияло на характер мышления ученых. Об этом ясно и убедительно рассказал в своих известных лекциях выда­ющийся американский физик Ричард Фейнман (р. 1918).

Отвечая на вопрос, какие новые идеи и предложения внушил физи­кам принцип относительности, Фейнман указывает, что первое открытие по существу состояло в том, что даже идеи, которые уже очень долго держатся и очень точно проверены, могут быть ошибочными. Каким это было большим потрясением открыть, что законы Ньютона неверны, и это после того, как все годы они казались точными! Следующее. Если возникают некие «стран­ные» идеи, вроде той, что, когда идешь, время тянется медлен­нее, то неуместен вопрос: нравится ли это нам? Здесь уместен другой вопрос: согласуются ли эти идеи с тем, что показал опыт? И, наконец, теория относительности подсказала, что надо обра­щать внимание на симметрию законов или (что более опреде­ленно) искать способы, с помощью которых законы можно пре­образовать, сохраняя при этом их форму.

К сожалению, принцип относительности в физике был использо­ван некоторыми западными философами для защиты философ­ского релятивизма, суть которого сводится к отрицанию объ­ективно истинного содержания о реальном мире в нашем зна­нии. Раз наши принципы и теории меняются, значит, заявляют релятивисты, в них не содержится никакой истины, и поэтому сама истина объявляется соглашением ученых, удобным сред­ством для классификации фактов, экономным описанием действительности и т. п. Даже предварительное знакомство с ре­зультатами физической теории относительности показывает явную несостоятельность философского релятивизма. Поэтому следует ясно различать релятивизм, или относительность, в ре­альном физическом мире, и релятивизм, или относительность, наших знаний.

Использованная литература

Рузавин Г.И. «Концепции современного естествознания. Курс лекций», - М.: Проект, 2004.