Теория относительности

Общая теория относительности Эйнштейна
Биография Альберта Эйнштейна
(1879-1955)
Выдающийся физик, создатель теории относительности, один из создателей квантовой теории и статистической физики.
Родился в Германии, в городе Ульме. С 14 лет вместе с семьей жил в Швейцарии, где в 1900 г. окончил Цюрихский политехникум. В 1902-1909 гг. служил экспертом патентного бюро в Берне. В эти годы Эйнштейн создал специальную теорию относительности, выполнил исследования по статистической физике, броуновскому движению, теории излучения и др. Работы Эйнштейна получили известность, и в 1909 г. он был избран профессором Цюрихского университета, а затем
· Немецкого университета в Праге. В 1914 г. Эйнштейн был приглашен преподавать в Берлинский университет. В период своей жизни в Берлине он завершил создание общей теории относительности, развил квантовую теорию излучения. За открытие законов фотоэффекта и работы в области теоретической физики Эйнштейн получил в 1921 г. Нобелевскую премию. В 1933 г. после прихода к власти в Германии фашистов Эйнштейн эмигрировал в США, в Принстон, где он до конца жизни работал в Институте высших исследований.
В 1905 г. была опубликована специальная теория относительности
· механика и электродинамика тел, движущихся со скоростями, близкими к скорости света.
Тогда же Эйнштейн открыл закон взаимосвязи массы и энергии (Е=mc2), который лежит в основе всей ядерной энергетики.
Ученый внес большой вклад в развитие квантовой теории. В его теории фотоэффекта свет рассматривается как поток квантов (фотонов). Существование фотонов было подтверждено в 1923 г. в экспериментах американского физика А. Комптона. Эйнштейн установил основной закон фотохимии (закон Эйнштейна), по которому каждый поглощенный квант света вызывает одну элементарную фотохимическую реакцию. В 1916 г. он теоретически предсказал явление индуцированного (вынужденного) излучения атомов, лежащее в основе квантовой электроники.
Вершиной научного творчества Эйнштейна стала общая теория относительности, завершенная им к 1916 г. Идеи Эйнштейна изменили господствовавшие в физике со времен Ньютона механистические взгляды на пространство, время и тяготение и привели к новой материалистической картине мира.
Ученый работал и над созданием единой теории поля, объединяющей гравитационные и электромагнитные взаимодействия. Научные труды Эйнштейна сыграли большую роль в развитии современной физики – квантовой электродинамики, атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц, космологии, астрофизики.
А. Эйнштейн был членом многих академий мира и научных обществ. В 1926 г. его избрали почетным членом Академии наук СССР.
Относительность одновременности событий
В механике Ньютона одновременность двух событий абсолютна и не зависит от системы отсчёта. Это значит, что если два события происходят в системе K в моменты времени t и t1, а в системе K
· соответственно в моменты времени t
· и t
·1 , то поскольку t=t
·, промежуток времени между двумя событиями одинаков в обеих системах отсчёта
EMBED Equation.2
В отличие от классической механики, в специальной теории относительности одновременность двух событий, происходящих в разных точках пространства, относительна: события, одновременные в одной инерциальной системе отсчёта, не одновременны в других инерциальных системах, движущихся относительно первой. На рисунке (см. ниже) расположена схема эксперимента, который это иллюстрирует. Система отсчета K связана с Землёй, система K
·
· с вагоном, движущимся относительно Земли прямолинейно и равномерно со скоростью v. На Земле и в вагоне отмечены точки А, М, В и соответственно А
·, M
· и В
·, причем АМ=МВ и А
·M
·=M
·B
·. В момент, когда указанные точки совпадают, в точках А и В происходят события
· ударяют две молнии. В системе К сигналы от обоих вспышек придут в точку М одновременно, так как АМ=МВ, и скорость света одинакова во всех направлениях. В системе К
·, связанной с вагоном, сигнал из точки В
· придет в точку M
· раньше, чем из точки А
·, ибо скорость света одинакова во всех направлениях, но М
· движется навстречу сигналу пущенному из точки B
· и удаляется от сигнала, пущенного из точки А
·. Значит, события в точках А
· и B
· не одновременны: события в точке B
· произошло раньше, чем в точке A
·. Если бы вагон двигался в обратном направлении, то получился бы обратный результат.
EMBED Photoshop.Image.3
Понятие одновременности пространственно разделенных событий относительно. Из постулатов теории относительности и существования конечной скорости распространения сигналов следует, что в разных инерциальных системах отсчёта время протекает по-разному.
Преобразования Лоренца
В соответствии с двумя постулатами специальной теории относительности между координатами и временем в двух инерциальных системах К и К’ существуют отношения, которые называются преобразованиями Лоренца.
В простейшем случае, когда система К
· движется относительно системы К со скоростью v так, как показано на рисунке (см ниже), преобразования Лоренца для координат и времени имеют следующий вид:
EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 .

Из преобразований Лоренца вытекает тесная связь между пространственными и временными координатами в теории относительности; не только пространственные координаты зависят от времени (как в кинематике), но и время в обеих системах отсчёта зависит от пространственных координат, а также от скорости EMBED Equation.2 движения системы отсчёта K
·.
Формулы преобразований Лоренца переходят в формулы кинематики при v/c<<1. В этом случае
EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 , EMBED Equation.2 ,
EMBED Equation.