Основы релятивистской механики

Специальная теория относительности (СТО) давно стала наукой прикладной, широко используемой в современной инженерной практике. Достаточно указать на расчеты при проектировании ускорителей элементарных частиц, атомных реакторов, на вычисление энергетических выходов различных ядерных реакций и многое другое.

Возникла СТО после триумфального, более чем двухсотлетнего развития классической физики, когда в конце XIX века неожиданно обнаружилось несовершенство физической теории как в теоретическом, так и в прикладном аспектах. В теоретическом - противоречие между структурами электродинамики Максвелла и механики Ньютона (отсутствие основополагающего принципа относительности в электродинамике при наличии его в механике). В прикладном - невозможность объяснить ряд новооткрытых фактов -опыт Майкельсона (попытка обнаружить движение Земли относительно светоносного эфира - особой упругой среды, возмущения которой представляют собой поперечные электромагнитные волны), опыт Физо (измерение скорости распространения света в движущейся воде с целью обнаружить увлечение ей светоносного эфира), непрерывное излучение энергии радиоактивными элементами без заметного их изменения, позже - распад мезонов при больших скоростях и многое другое.

СТО строится для инерциальных систем отсчета (ИСО) - систем, по отношению к которым выполняется закон инерции. ИСО относится к числу научных абстракций, идеальных моделей. Как известно, вся физика вообще строится на научных абстракциях, моделях (простейшие из них: материальная точка (частица), абсолютно твердое тело, идеальный газ, идеальная жидкость, точечный заряд, упругое тело и т.д.). Метод идеализации (моделей) открывает широкие возможности для использования математического анализа и в то же время не ставит преград для приложения теории к реальным объектам и явлениям, поскольку модели постоянно совершенствуются.

Реально существуют лишь прототипы инерциальных систем отсчета, связанные с конкретными телами (с Землей, с Солнцем, с космическим кораблем, с поездом, с лабораторией исследователя и т.п.). Если движение исследуемого объекта относительно некоторой конкретной системы отсчета описывается ньютоновой механикой с достаточной для практики степенью точности, то такую систему отсчета обычно и считают инерциальной. Важно, что закон инерции (первый закон Ньютона) гарантирует существование инерциальной системы отсчета в указанном смысле для любой предложенной задачи механики.

Нередко система отсчета, связанная с каким-либо конкретным телом проявляет себя как инерциальная для одной задачи, и в то же время оказывается неинерциальной для другой,

В классической механике пространство и время абсолютны - одинаковы во всех системах отсчета вообще.

В специальной теории относительности предполагается, что в одной отдельно взятой ИСО метрические свойства пространства и времени такие как в классической механике. Именно, пространство отдельно взятой ИСО евклидово (теорема Пифагора), трехмерное, однородное, изотропное, непрерывное, односвязное. Время одномерное, однородное, непрерывное, однонаправленное. Все эти качества являются следствием многовековой практики человечества.