Постулаты принципа относительности Галилея и СТО

Как известно, классическая механика опирается на следующие представления, полученные из эксперимента:

1. В мире существуют тела, движущиеся под действием сил. Задание сил и начальных условий определяет полностью поведение системы в любой последующий момент времени.

2. Все физические процессы происходят в пространстве и времени. Предполагаются следующие свойства пространства:

· равноправие всех точек пространства (однородность);

· равноправие всех направлений (изотропность);

· евклидность (сумма углов в треугольнике равна ).

Предполагается, что во всём пространстве можно ввести единое время, текущее везде равномерно и одинаково, и что движение никак не влияет на свойства пространства и времени.

Система отсчёта, связанная с набором покоящихся относительно друг друга свободных тел, называется инерциальной системой отсчёта.

Обобщая экспериментальные данные, Галилей сформулировал закон инерции: свободное тело в любой инерциальной системе движется равномерно и прямолинейно. Галилей также впервые высказал мысль, что во всех инерциальных системах отсчёта механические явления протекают одинаково. В дальнейшем было осознано, что вообще все законы физики в инерциальных системах отсчёта имеют одинаковый вид. Это общее утверждение называют принципом относительности.

Постулат об абсолютности времени во всех системах отсчёта в классической механике подразумевает бесконечную скорость распространения сигналов. Однако уже давно было известно, что даже свет имеет конечную скорость около м/с. В конце XIX в. в связи с созданием электродинамики возникли проблемы, связанные с распространением света в пустоте. Пытались ввести понятие эфира, но эта гипотеза не нашла подтверждения в опытах Майкельсона в 1881 году. Его опыты заключались в определении скорости распространения света в направлении, совпадающем с направлением движения Земли и в направлении, к нему перпендикулярном. Интерферометр Майкельсона располагается таким образом, чтобы одно плечо его совпадало с направлением движения Земли, а другое было к нему перпендикулярно. При повороте всего прибора на 90° следует ожидать изменения интерференционной картины, по которому и можно судить о влиянии движения Земли на интерференционный опыт и вычислить абсолютную скорость этого движения в эфире. По мере совершенствования опыта все с большей уверенностью констатируется отсутствие того смещения полос, которого следует ожидать по теории Лоренца, допускающей «эфирный ветер», возникающий вследствие движения Земли со скоростью 30 км/c в неподвижном эфире. Отрицательный результат опыта Майкельсона противоречит гипотезе неподвижного эфира и мог бы быть истолкован как доказательство полного увлечения эфира телами, т.е. вступил бы в кажущееся противоречие и с результатами опыта Физо. Поэтому было сделано немало попыток разрешить это противоречие.

Это побудило Эйнштейна пересмотреть основные представления о пространстве и времени. В результате была создана теория относительности в 1905, называемая также частной или специальной теорией относительности (СТО), так как в ней рассматриваются только инерциальные системы отсчёта.

В основу теории относительности были положены два постулата:

1. принцип относительности. Законы природы имеют одинаковый вид во всех инерциальных системах отсчёта. Никакими экспериментами нельзя установить какая система движется, а какая покоится;

2. существует предельная скорость передачи сигналов с. Из принципа относительности следует, что скорость одинакова во всех системах отсчёта.

В настоящее время с высокой точностью установлено, что предельная скорость с совпадает со скоростью света в пустоте.