Основные законы классической механики были сформулированы еще во времена Исаака Ньютона. Это было в 17 веке, и они долгое время оставались неотъемлемой частью физики как науки и предмета изучения. Законы Ньютона устанавливали главные понятия и принципы классической механики. Они объясняли природу всех видимых физических явлений и несколько веков считались непогрешимыми, входящими в единую систему знаний.
Рисунок 1. Релятивистский закон сложения скоростей. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Так было вплоть до конца 19 века, когда начали формироваться новые знания об окружающей действительности, взаимодействии сверхмалых частиц. Подобные факты никак не укладывались в уже сложившуюся систему законов, рамки необходимо было расширять, однако привычными методами этого сделать не удалось. В качестве альтернативного представления о существующих и документально подтвержденных физических процессах начала развиваться новая наука в рамках уже существующей. Она получила название квантовой механики.
С помощью нее ученые и экспериментаторы смогли объяснить многие электродинамические процессы, а также сформировать новые представления о свойствах пространства и времени. В это время зародилась теория относительности, которая до сих пор является одной из самых точных формулировок, определяющих существование и развитие физического пространства, материи.
Зарождение релятивистской механики
Ограниченность многих классических догм и правил максимально точно смог доказать релятивистский закон сложения скоростей. Ньютоновские законы остались нетронутыми в той части, где они касаются конкретных примеров и решения задач, однако они не в полной мере могут доказать многие процессы и явления на разных уровнях восприятия и изучения бытия. Главным образом основные принципы законов Ньютона направлены на небольшие скорости.
Одним из ярких примеров может послужить легкая задача, где необходимо вычислить относительную скорость двух объектов. Тогда верно применение метода сложения скоростей двух объектов друг относительно друга. Но если рассматривать физические процессы на атомном уровне, то становится понятно, что классическая механика тут вовсе не будет применима. В мире высоких скоростей существуют фотоны и нейтрино. Эти элементарные частицы способны перемещаться с другой интенсивностью и существуют в окружающем мире по другим правилам. Здесь активно применяется релятивистская механика, а точнее релятивистский закон сложения скоростей. Ранее представленный пример абсолютно не может применяться в качестве способа расчета. Ученые отсылают нас к специальной теории относительности. Она гласит, что любой объект во Вселенной не может двигаться быстрее скорости света. Эти объекты лишь могут приблизиться к параметрам скорости света, но не превысят их.
Релятивистский закон сложения скоростей
Рисунок 2. Пример релятивистского закона сложения скоростей. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
На представленной выше таблице отражен релятивистский закон сложения скоростей. Предполагается, что при наличии двух систем отсчета, скорость неопределенного объекта относительно которых $V_1$ и $V_2$, необходимо использовать для верных расчетов указанную формулу независимо от значения определенных величин. В тех случаях, когда величины скорости объектов намного меньше скорости света, знаменатель в правой части равенства практически равен 1. Тогда формула релятивистского закона сложения скоростей может иметь вид обычной, где $V_2 = V_1 + V$. В тех случаях, когда $V_1 = C$, где $C$ – это скорость света, при любом значении $V$ и $V_2$ не превышает эту величину. Таким образом, итог также окажется равным $C$ В физике величина $C$ характеризуется, как фундаментальная константа при расчетах, и она примерно равна 300 000 000 метров в секунду. Эта величина не может изменяться.
Принципы специальной теории относительности
Рисунок 3. Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Основы специальной теории относительности, на которых вырастает вся релятивистская механика, начали зарождаться в конце 19 и начале 20 веков. Их основоположниками стали:
- Альберт Эйнштейн;
- Анри Пуанкаре;
- Хендрик Антон Лоренц.
Сама релятивистская теория была представлена научному сообществу еще в 1905 году. Эта работа известного физика Эйнштейна была посвящена подробному описанию событий, которые происходят в разных системах отсчета. В ней рассматривалось поведение электромагнитных полей, волн, частиц, объектов во время их движения. Он сравнивал показатели со скоростью света как с фундаментальным параметром, величиной. Согласно такому представлению становилось понятно, как происходит подобное взаимодействие на сверхвысоких скоростях, однако в те времена подобные теории не поддавались фактическому изучению и лабораторному подтверждению, поэтому квантовая механика долгое время оставалась за рамками основных представлений в науке.
Знаменитый физик остановился на описании поведения иных параметров. Он сравнивал их с размером физических тел и их масс в определенных условиях. Так зарождались принципиально новые представления о существовании материи, пространства-времени. Эйнштейн ввел понятие равноправия разных инерциальных систем отсчета. Он представлял сходства процессов, которые протекали в них.
Согласно другому основному правилу релятивистской механики существует принципиально иной вариант сложения скоростей. Закон сложения скоростей предполагает:
- представление окружающего пространства в виде пустоты, в которой взаимодействует все остальное;
- время в пространстве определяется в виде хронологии неких событий и процессов.
Физики того времени впервые стали использовать термин четвертого измерения, а время и пространство соединили воедино.
Закон сложения скоростей в релятивистской трактовке смог подтвердить Хендрик Антон Лоренц. Его преобразования в изучении данного раздела физики сформулировали основные математические формулы.
Его математические соотношения занимают главное место в теории относительности. Они служат для преобразования координат и времени, где основную роль играет четвертое измерение, называемое пространством-временем. Затем теорию относительности сопоставил с собственными расчетами Анри Пуанкаре. Он позаимствовал у своего коллеги Лоренца некоторые идеи и доказал при помощи ряда формул невозможность преодоления сверхсветовых скоростей. С их помощью можно познать и на математическом уровне доказать возможность замедления времени и другие пока теоретические знания о процессах, происходящих на скоростях близких к скорости света.
