Билет № 14. Принцип относительности.

Классический принцип относительности, который был сформулирован еще Галилео Галилеем, утверждает: "Никакими механическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое". Принцип относительности Галилея очень прост и всего лишь заявляет, что между покоем и движением, если оно прямолинейно и равномерно, нет никакой принципиальной разницы. Он может быть проиллюстрирован наглядными примерами. Так, путешественник в закрытой каюте спокойно плывущего корабля не замечает никаких признаков движения. Если на том же корабле подбросить мячик прямо вверх, он упадет прямо вниз, а не отстанет от корабля, не упадет ближе к корме. Для нашего путешественника книга, лежащая у него в каюте на столе, покоится, но для человека на берегу эта книга плывет вместе с кораблем. В данном примере бессмысленно спорить, движется или покоится книга. Такой спор – пустая трата времени. Наблюдателям нужно лишь согласовать свои позиции и признать, что книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Таким образом, слово "относительность" в названии принципа Галилея не скрывает в себе ничего особенного. Оно не имеет никакого иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в утверждение, что движение или покой – всегда движение или покой относительно чего-то, что служит нам системой отсчета. Это, конечно, не означает, что между покоем и равномерным движением нет никакой разницы. Но понятия покоя и движения приобретают смысл лишь тогда, когда указана точка отсчета.

Альберт Эйнштейн развил классический принцип относительности и пришел к выводу, что этот принцип является всеобщим, действует не только в механике, но и в электродинамике.Принцип относительности Эйнштейнагласит: "Никакими физическими опытами, произведенными в инерциальной системе отсчета, невозможно определить, движется ли эта система равномерно и прямолинейно, или находится в покое". Не только механические, но и все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

Эйнштейну приписывается фраза: "Прости меня, Ньютон". За что великий физик одной эпохи просил прощения у великого физика другой эпохи? Может быть, за то, что одному из них пришлось исправлять другого? Ведь Эйнштейн, вскрыв закономерности развития физического мира, наглядно продемонстрировал незавершенность казавшейся незыблемой механики Ньютона. Эйнштейн – физик развил и дополнил физика Ньютона.

Хотя для Эйнштейна областью приложения знаний всегда была физика, он ставил перед собой вопросы, ответы на которые требовали энциклопедических подходов. Принципы относительности в виде теоретических построений из физики распространяются на все другие формы бытия материи. Например, уже сейчас они широко используются в биологии. Есть примеры их применения в социологии, политологии и т.д. По крайней мере, следствием развития принципов относительности уже является существенное изменение философского фундамента всей науки. В целом эта работа определила третью и нынешнюю четвертую революции в естествознании за счет создания специальной и общей теории относительности. Эти теории позволяют говорить, как минимум, о физических процессах как о свойствах пространства-времени.

Теория относительности стала результатом обобщения и синтеза классической механики Ньютона и электродинамики Максвелла, между которыми с середины XIX века возникли серьезные противоречия. В то время в механике господствовал классический принцип относительности Галилея, утверждавший равноправность всех инерциальных систем отсчета, а в электродинамике – концепция эфира – ненаблюдаемой среды, заполняющей мировое пространство, являющейся абсолютной системой координат. Иными словами, в электродинамике выделялась одна система координат, имевшая предпочтение перед всеми другими.

Существование эфира долгое время не подвергалось сомнению. Более того, после выдвинутого Максвеллом предложения, что свет – это электромагнитная волна, распространяющаяся в мировом эфире, казалось, позиции сторонников эфирной теории еще больше укрепились. Не хватало лишь решающего эксперимента, который доказал бы, что наша планета движется сквозь эфир. Считалось, что при этом порождается "эфирный ветер", сносящий свет, испускаемый источником на Земле, в направлении против движения нашей планеты. Поскольку скорость движения Земли вокруг Солнца составляет 30 км/с, то скорость света должна была уменьшиться на эту же величину. Такой эксперимент был проведен в 1887 г. А. Майкельсоном и Э. Морли. Они попытались обнаружить теоретически предсказанное смещение. Точность эксперимента для того времени была очень высока, но никакого "эфирного ветра" им обнаружить не удалось. Таким образом, опыт Майкельсона-Морли показал независимость скорости света от движения Земли. Отрицательный результат эксперимента, было невозможно объяснить ни в рамках классической механики, ни в рамках электродинамики. Получалось, что вопреки существующей в электродинамике концепции эфира для электромагнитных явлений не было выделенной системы координат. Классический принцип относительности Галилея должен был выполняться и для них.

Ряд ученых попытались найти иное объяснение поставленному опыту. Среди них был нидерландский физик Лоренц, предложивший гипотезу о сокращении всех тел в направлении движения. Он вывел математические уравнения, называемые сегодня преобразованиями Лоренца. А в 1905 г. в журнале "Анналы физики" появилась статья неизвестного тогда еще А. Эйнштейна"К электродинамике движущихся тел". В ней и были сформулированы основы специальной теории относительности, в которой он сумел по-новому интерпретировать преобразования Лоренца, придать им иной физический смысл.