Релятивистская физика
Тео́рия относи́тельности — физическая теория пространства-времени, то есть теория, описывающая универсальные пространственно-временные свойства физических процессов. Термин был введён в 1906 году Максом Планком с целью подчеркнуть роль принципа относительности в специальной теории относительности (и, позже, общей теории относительности). Иногда используется как эквивалент понятия «релятивистская физика».
В широком смысле теория относительности включает в себя специальную и общую теорию относительности. Специальная теория относительности (СТО) относится к процессам, при исследовании которых полями тяготения можно пренебречь; общая теория относительности (ОТО) — теория тяготения, обобщающая ньютоновскую. В узком смысле теорией относительности называют специальную теорию относительности.
В истории физики термин теория относительности иногда используется для отграничения взглядов Эйнштейна, Минковского и их последователей, отвергающих концепцию светоносного эфира, от взглядов некоторых их предшественников, таких как Лоренц и Пуанкаре.
Отличия СТО от ньютоновской механики
Впервые новая теория потеснила 200-летнюю механику Ньютона. Это в корне изменило восприятие мира. Классическая механика Ньютона оказалась верной лишь в земных и близких к ним условиях: при скоростях намного меньше скорости света и размерах, значительно превышающих размеры атомов и молекул и при расстояниях или условиях, когда скорость распространения гравитации можно считать бесконечной.
Ньютоновские понятия о движении были кардинально скорректированы посредством нового достаточно глубокого применения принципа относительности движения. Время уже не было абсолютным (а начиная с ОТО — и равномерным).
Более того, Эйнштейн изменил фундаментальные взгляды на время и пространство. Согласно теории относительности, время необходимо воспринимать как почти равноправную составляющую (координату) пространства-времени, которая может участвовать в преобразованиях координат при изменении системы отсчёта вместе с обычными пространственными координатами, подобно тому, как преобразуются все три пространственные координаты при повороте осей обычной трёхмерной системы координат.
Область применимости
Область применимости СТО
Специальная теория относительности применима для изучения движения тел с любыми скоростями (в том числе близкими или равными скорости света) при условии отсутствия очень сильных гравитационных полей.
Область применимости ОТО
Общая теория относительности применима для изучения движения тел с любыми скоростями в гравитационных полях любой интенсивности, если квантовыми эффектами можно пренебречь.
Применение
Применение СТО
Специальная теория относительности применяется в физике и астрономии начиная с XX века. Теория относительности значительно расширила понимание физики в целом, а также существенно углубила знания в области физики элементарных частиц, дав мощнейший импульс и серьёзные новые теоретические инструменты для развития физики, значение которых трудно переоценить.
Применение ОТО
С помощью данной теории космология и астрофизика сумели предсказать такие необычные явления, как нейтронные звезды, чёрные дыры и гравитационные волны.
Принятие научным сообществом
Принятие СТО
В настоящее время специальная теория относительности общепринята в научном сообществе и составляет базис современной физики. Часть ведущих физиков сразу приняла новую теорию, в их числе — Макс Планк, Хендрик Лоренц, Герман Минковский, Ричард Толмен, Эрвин Шрёдингер и другие. В России под редакцией Ореста Даниловича Хвольсона вышел знаменитый курс общей физики, подробно изложивший специальную теорию относительности и описание экспериментальных оснований теории. Вместе с тем, критическое отношение к положениям теории относительности выражали Нобелевские лауреаты Филипп Ленард, Й. Штарк, Дж. Дж. Томсон, полезной оказалась дискуссия с Максом Абрахамом и другими учёными.
Принятие ОТО
Особенно продуктивно было конструктивное обсуждение принципиальных вопросов общей теории относительности (Шрёдингер и др.), фактически это обсуждение продолжается до сих пор.
Общая теория относительности (ОТО) в меньшей степени, чем СТО, экспериментально проверена, содержит несколько принципиальных проблем, и известно, что пока в принципе допустимы некоторые из альтернативных теорий гравитации, большинство из которых, правда, можно считать в той или иной мере просто модификацией ОТО. Тем не менее, в отличие от многих из альтернативных теорий, по мнению научного сообщества, ОТО в своей области применимости пока соответствует всем известным экспериментальным фактам, в том числе и сравнительно недавно обнаруженным (так, недавно было найдено ещё одно возможное подтверждение существованию гравитационных волн). В целом же ОТО является в своей области применимости «стандартной теорией», то есть признанной научным сообществом основной.
Специальная теория относительности
Специальная теория относительности (СТО) — теория локальной структуры пространства-времени. Впервые была представлена в 1905 году Альбертом Эйнштейном в работе «К электродинамике движущихся тел». Теория описывает движение, законы механики, а также пространственно-временные отношения, определяющие их, при любых скоростях движения, в том числе и близких к скорости света. Классическая механика Ньютона в рамках специальной теории относительности является приближением для малых скоростей. СТО может применяться там, где можно ввести инерциальные системы отсчёта (хотя бы локально); она неприменима для случаев сильных гравитационных полей, существенно неинерциальных систем отсчёта и при описании глобальной геометрии Вселенной (кроме частного случая плоской пустой стационарной Вселенной).
Специальная теория относительности возникла как разрешение противоречия между классической электродинамикой (включая оптику) и классическим галилеевским принципом относительности. Последний утверждает, что все процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения. Это означает, в частности, что любые механические эксперименты в закрытой системе не позволят определить без наблюдения внешних по отношению к ней тел, как она движется, если её движение равномерно и прямолинейно. Однако оптические эксперименты (например, измерение скорости распространения света в разных направлениях) внутри системы в принципе должны были бы обнаружить такое движение. Эйнштейн распространил принцип относительности и на электродинамические явления, что, во-первых, дало возможность описать практически весь круг физических явлений с единых позиций, а во-вторых, позволило объяснить результаты эксперимента Майкельсона — Морли (в котором не было обнаружено никакого влияния квазиинерциального движения Земли на скорость распространения света). Принцип относительности стал первым постулатом новой теории. Однако непротиворечивое описание физических явлений в рамках расширенного принципа относительности стало возможным лишь ценой отказа от ньютоновского абсолютного евклидового пространства и абсолютного времени и их объединения в новый геометрический конструкт — псевдоевклидово пространство-время, в котором расстояния и временные промежутки между событиями трансформируются определённым образом (посредством преобразований Лоренца) в зависимости от системы отсчёта, из которой они наблюдаются. Это потребовало введения дополнительного принципа — постулата инвариантности скорости света. Таким образом, специальная теория относительности базируется на двух постулатах:
1. Все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.
2. Скорость света в вакууме, измеренная в любой инерциальной системе отсчёта, одна и та же и не зависит от движения излучателя.
Следствием второго принципа (и общенаучного принципа причинности) является невозможность движения физических тел и передачи информации со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.
При движении со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света, кинематика СТО неотличима от ньютоновской кинематики, а преобразования Лоренца переходят в классические преобразования Галилея. Формально в пределе бесконечной скорости света формулы специальной теории относительности переходят в формулы классической механики.
Общая теория относительности
Общая теория относительности — теория гравитации, опубликованная Эйнштейном в 1915—1916 годах. Является дальнейшим развитием специальной теории относительности. В общей теории относительности постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, а деформацией самого пространства-времени, в котором они находятся. Эта деформация связана, в частности, с присутствием массы-энергии.
Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи кривизны пространства-времени с присутствующей в нём материей.
ОТО в настоящее время — самая успешная теория гравитации, хорошо подтверждённая наблюдениями.
Примечания
Комментарии
- Релятивистская физика — раздел физики, изучающий явления, происходящие при движениях со скоростями, сравнимыми со скоростью света. В этих условиях движение описывается согласно теории относительности.
Источники
- Относительности теория // Физическая энциклопедия (в 5 томах) / Под редакцией акад. А. М. Прохорова. — М.: Советская Энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 493—494. — ISBN 5-85270-034-7.
- Суворов С. Г. Эйнштейн: становление теории относительности и некоторые гносеологические уроки // Успехи физических наук. — М., 1979. — Т. 128 (июль). — № 3.
- Clifford M. Will. The Confrontation between General Relativity and Experiment Архивная копия от 10 декабря 2019 на Wayback Machine Living Rev. Relativity 9, (2006), 3.
- Филипп Ленард. О ПРИНЦИПЕ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ, ЭФИРЕ, ТЯГОТЕНИИ. Дата обращения: 7 апреля 2021. Архивировано 19 января 2021 года.
- Space-Warping White Dwarfs Produce Gravitational Waves. Дата обращения: 16 сентября 2012. Архивировано 25 сентября 2012 года.
- Пресс-релиз на сайте «РосИнвест». Дата обращения: 16 сентября 2012. Архивировано из оригинала 27 сентября 2007 года.
- Иногда используется название частная теория относительности.
Ссылки
- Что такое теория относительности. — Короткометражный научно-популярный фильм, рассказывающий о теории относительности. СССР 1964.
В другом языковом разделе есть более полная статья Relativitätstheorie (нем.). |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Релятивистская физика, Что такое Релятивистская физика? Что означает Релятивистская физика?
O filosofskom principe sm Relyativizm Teo riya otnosi telnosti fizicheskaya teoriya prostranstva vremeni to est teoriya opisyvayushaya universalnye prostranstvenno vremennye svojstva fizicheskih processov Termin byl vvedyon v 1906 godu Maksom Plankom s celyu podcherknut rol principa otnositelnosti v specialnoj teorii otnositelnosti i pozzhe obshej teorii otnositelnosti Inogda ispolzuetsya kak ekvivalent ponyatiya relyativistskaya fizika Albert Ejnshtejn avtor obshej i specialnoj teorii otnositelnosti 1921 god V shirokom smysle teoriya otnositelnosti vklyuchaet v sebya specialnuyu i obshuyu teoriyu otnositelnosti Specialnaya teoriya otnositelnosti STO otnositsya k processam pri issledovanii kotoryh polyami tyagoteniya mozhno prenebrech obshaya teoriya otnositelnosti OTO teoriya tyagoteniya obobshayushaya nyutonovskuyu V uzkom smysle teoriej otnositelnosti nazyvayut specialnuyu teoriyu otnositelnosti V istorii fiziki termin teoriya otnositelnosti inogda ispolzuetsya dlya otgranicheniya vzglyadov Ejnshtejna Minkovskogo i ih posledovatelej otvergayushih koncepciyu svetonosnogo efira ot vzglyadov nekotoryh ih predshestvennikov takih kak Lorenc i Puankare Otlichiya STO ot nyutonovskoj mehanikiVpervye novaya teoriya potesnila 200 letnyuyu mehaniku Nyutona Eto v korne izmenilo vospriyatie mira Klassicheskaya mehanika Nyutona okazalas vernoj lish v zemnyh i blizkih k nim usloviyah pri skorostyah namnogo menshe skorosti sveta i razmerah znachitelno prevyshayushih razmery atomov i molekul i pri rasstoyaniyah ili usloviyah kogda skorost rasprostraneniya gravitacii mozhno schitat beskonechnoj Nyutonovskie ponyatiya o dvizhenii byli kardinalno skorrektirovany posredstvom novogo dostatochno glubokogo primeneniya principa otnositelnosti dvizheniya Vremya uzhe ne bylo absolyutnym a nachinaya s OTO i ravnomernym Bolee togo Ejnshtejn izmenil fundamentalnye vzglyady na vremya i prostranstvo Soglasno teorii otnositelnosti vremya neobhodimo vosprinimat kak pochti ravnopravnuyu sostavlyayushuyu koordinatu prostranstva vremeni kotoraya mozhet uchastvovat v preobrazovaniyah koordinat pri izmenenii sistemy otschyota vmeste s obychnymi prostranstvennymi koordinatami podobno tomu kak preobrazuyutsya vse tri prostranstvennye koordinaty pri povorote osej obychnoj tryohmernoj sistemy koordinat Oblast primenimostiOblast primenimosti STO Specialnaya teoriya otnositelnosti primenima dlya izucheniya dvizheniya tel s lyubymi skorostyami v tom chisle blizkimi ili ravnymi skorosti sveta pri uslovii otsutstviya ochen silnyh gravitacionnyh polej Oblast primenimosti OTO Obshaya teoriya otnositelnosti primenima dlya izucheniya dvizheniya tel s lyubymi skorostyami v gravitacionnyh polyah lyuboj intensivnosti esli kvantovymi effektami mozhno prenebrech PrimeneniePrimenenie STO Specialnaya teoriya otnositelnosti primenyaetsya v fizike i astronomii nachinaya s XX veka Teoriya otnositelnosti znachitelno rasshirila ponimanie fiziki v celom a takzhe sushestvenno uglubila znaniya v oblasti fiziki elementarnyh chastic dav moshnejshij impuls i seryoznye novye teoreticheskie instrumenty dlya razvitiya fiziki znachenie kotoryh trudno pereocenit Primenenie OTO S pomoshyu dannoj teorii kosmologiya i astrofizika sumeli predskazat takie neobychnye yavleniya kak nejtronnye zvezdy chyornye dyry i gravitacionnye volny Prinyatie nauchnym soobshestvomPrinyatie STO V nastoyashee vremya specialnaya teoriya otnositelnosti obsheprinyata v nauchnom soobshestve i sostavlyaet bazis sovremennoj fiziki Chast vedushih fizikov srazu prinyala novuyu teoriyu v ih chisle Maks Plank Hendrik Lorenc German Minkovskij Richard Tolmen Ervin Shryodinger i drugie V Rossii pod redakciej Oresta Danilovicha Hvolsona vyshel znamenityj kurs obshej fiziki podrobno izlozhivshij specialnuyu teoriyu otnositelnosti i opisanie eksperimentalnyh osnovanij teorii Vmeste s tem kriticheskoe otnoshenie k polozheniyam teorii otnositelnosti vyrazhali Nobelevskie laureaty Filipp Lenard J Shtark Dzh Dzh Tomson poleznoj okazalas diskussiya s Maksom Abrahamom i drugimi uchyonymi Prinyatie OTO Osobenno produktivno bylo konstruktivnoe obsuzhdenie principialnyh voprosov obshej teorii otnositelnosti Shryodinger i dr fakticheski eto obsuzhdenie prodolzhaetsya do sih por Obshaya teoriya otnositelnosti OTO v menshej stepeni chem STO eksperimentalno proverena soderzhit neskolko principialnyh problem i izvestno chto poka v principe dopustimy nekotorye iz alternativnyh teorij gravitacii bolshinstvo iz kotoryh pravda mozhno schitat v toj ili inoj mere prosto modifikaciej OTO Tem ne menee v otlichie ot mnogih iz alternativnyh teorij po mneniyu nauchnogo soobshestva OTO v svoej oblasti primenimosti poka sootvetstvuet vsem izvestnym eksperimentalnym faktam v tom chisle i sravnitelno nedavno obnaruzhennym tak nedavno bylo najdeno eshyo odno vozmozhnoe podtverzhdenie sushestvovaniyu gravitacionnyh voln V celom zhe OTO yavlyaetsya v svoej oblasti primenimosti standartnoj teoriej to est priznannoj nauchnym soobshestvom osnovnoj Specialnaya teoriya otnositelnostiOsnovnaya statya Specialnaya teoriya otnositelnosti Specialnaya teoriya otnositelnosti STO teoriya lokalnoj struktury prostranstva vremeni Vpervye byla predstavlena v 1905 godu Albertom Ejnshtejnom v rabote K elektrodinamike dvizhushihsya tel Teoriya opisyvaet dvizhenie zakony mehaniki a takzhe prostranstvenno vremennye otnosheniya opredelyayushie ih pri lyubyh skorostyah dvizheniya v tom chisle i blizkih k skorosti sveta Klassicheskaya mehanika Nyutona v ramkah specialnoj teorii otnositelnosti yavlyaetsya priblizheniem dlya malyh skorostej STO mozhet primenyatsya tam gde mozhno vvesti inercialnye sistemy otschyota hotya by lokalno ona neprimenima dlya sluchaev silnyh gravitacionnyh polej sushestvenno neinercialnyh sistem otschyota i pri opisanii globalnoj geometrii Vselennoj krome chastnogo sluchaya ploskoj pustoj stacionarnoj Vselennoj Specialnaya teoriya otnositelnosti voznikla kak razreshenie protivorechiya mezhdu klassicheskoj elektrodinamikoj vklyuchaya optiku i klassicheskim galileevskim principom otnositelnosti Poslednij utverzhdaet chto vse processy v inercialnyh sistemah otschyota protekayut odinakovo nezavisimo ot togo nepodvizhna li sistema ili ona nahoditsya v sostoyanii ravnomernogo i pryamolinejnogo dvizheniya Eto oznachaet v chastnosti chto lyubye mehanicheskie eksperimenty v zakrytoj sisteme ne pozvolyat opredelit bez nablyudeniya vneshnih po otnosheniyu k nej tel kak ona dvizhetsya esli eyo dvizhenie ravnomerno i pryamolinejno Odnako opticheskie eksperimenty naprimer izmerenie skorosti rasprostraneniya sveta v raznyh napravleniyah vnutri sistemy v principe dolzhny byli by obnaruzhit takoe dvizhenie Ejnshtejn rasprostranil princip otnositelnosti i na elektrodinamicheskie yavleniya chto vo pervyh dalo vozmozhnost opisat prakticheski ves krug fizicheskih yavlenij s edinyh pozicij a vo vtoryh pozvolilo obyasnit rezultaty eksperimenta Majkelsona Morli v kotorom ne bylo obnaruzheno nikakogo vliyaniya kvaziinercialnogo dvizheniya Zemli na skorost rasprostraneniya sveta Princip otnositelnosti stal pervym postulatom novoj teorii Odnako neprotivorechivoe opisanie fizicheskih yavlenij v ramkah rasshirennogo principa otnositelnosti stalo vozmozhnym lish cenoj otkaza ot nyutonovskogo absolyutnogo evklidovogo prostranstva i absolyutnogo vremeni i ih obedineniya v novyj geometricheskij konstrukt psevdoevklidovo prostranstvo vremya v kotorom rasstoyaniya i vremennye promezhutki mezhdu sobytiyami transformiruyutsya opredelyonnym obrazom posredstvom preobrazovanij Lorenca v zavisimosti ot sistemy otschyota iz kotoroj oni nablyudayutsya Eto potrebovalo vvedeniya dopolnitelnogo principa postulata invariantnosti skorosti sveta Takim obrazom specialnaya teoriya otnositelnosti baziruetsya na dvuh postulatah 1 Vse fizicheskie processy v inercialnyh sistemah otschyota protekayut odinakovo nezavisimo ot togo nepodvizhna li sistema ili ona nahoditsya v sostoyanii ravnomernogo i pryamolinejnogo dvizheniya 2 Skorost sveta v vakuume izmerennaya v lyuboj inercialnoj sisteme otschyota odna i ta zhe i ne zavisit ot dvizheniya izluchatelya Sledstviem vtorogo principa i obshenauchnogo principa prichinnosti yavlyaetsya nevozmozhnost dvizheniya fizicheskih tel i peredachi informacii so skorostyu prevyshayushej skorost sveta v vakuume Pri dvizhenii so skorostyami malymi po sravneniyu so skorostyu sveta kinematika STO neotlichima ot nyutonovskoj kinematiki a preobrazovaniya Lorenca perehodyat v klassicheskie preobrazovaniya Galileya Formalno v predele beskonechnoj skorosti sveta formuly specialnoj teorii otnositelnosti perehodyat v formuly klassicheskoj mehaniki Obshaya teoriya otnositelnostiOsnovnaya statya Obshaya teoriya otnositelnosti Obshaya teoriya otnositelnosti teoriya gravitacii opublikovannaya Ejnshtejnom v 1915 1916 godah Yavlyaetsya dalnejshim razvitiem specialnoj teorii otnositelnosti V obshej teorii otnositelnosti postuliruetsya chto gravitacionnye effekty obuslovleny ne silovym vzaimodejstviem tel i polej a deformaciej samogo prostranstva vremeni v kotorom oni nahodyatsya Eta deformaciya svyazana v chastnosti s prisutstviem massy energii Obshaya teoriya otnositelnosti otlichaetsya ot drugih metricheskih teorij tyagoteniya ispolzovaniem uravnenij Ejnshtejna dlya svyazi krivizny prostranstva vremeni s prisutstvuyushej v nyom materiej OTO v nastoyashee vremya samaya uspeshnaya teoriya gravitacii horosho podtverzhdyonnaya nablyudeniyami PrimechaniyaKommentarii Relyativistskaya fizika razdel fiziki izuchayushij yavleniya proishodyashie pri dvizheniyah so skorostyami sravnimymi so skorostyu sveta V etih usloviyah dvizhenie opisyvaetsya soglasno teorii otnositelnosti Istochniki Otnositelnosti teoriya Fizicheskaya enciklopediya v 5 tomah Pod redakciej akad A M Prohorova M Sovetskaya Enciklopediya 1992 T 3 S 493 494 ISBN 5 85270 034 7 Suvorov S G Ejnshtejn stanovlenie teorii otnositelnosti i nekotorye gnoseologicheskie uroki Uspehi fizicheskih nauk M 1979 T 128 iyul 3 Clifford M Will The Confrontation between General Relativity and Experiment Arhivnaya kopiya ot 10 dekabrya 2019 na Wayback Machine Living Rev Relativity 9 2006 3 Filipp Lenard O PRINCIPE OTNOSITELNOSTI EFIRE TYaGOTENII neopr Data obrasheniya 7 aprelya 2021 Arhivirovano 19 yanvarya 2021 goda Space Warping White Dwarfs Produce Gravitational Waves neopr Data obrasheniya 16 sentyabrya 2012 Arhivirovano 25 sentyabrya 2012 goda Press reliz na sajte RosInvest neopr Data obrasheniya 16 sentyabrya 2012 Arhivirovano iz originala 27 sentyabrya 2007 goda Inogda ispolzuetsya nazvanie chastnaya teoriya otnositelnosti SsylkiV rodstvennyh proektahCitaty v VikicitatnikeTeksty v VikitekeMediafajly na Vikisklade V Wikilivres org est material po teme O specialnoj i obshej teorii otnositelnosti Chto takoe teoriya otnositelnosti Korotkometrazhnyj nauchno populyarnyj film rasskazyvayushij o teorii otnositelnosti SSSR 1964 V drugom yazykovom razdele est bolee polnaya statya Relativitatstheorie nem Vy mozhete pomoch proektu rasshiriv tekushuyu statyu s pomoshyu perevoda
