Специальная теория относительности стала фундаментальной основой по установлению и формированию свойств четвертого измерения. Оно получило название пространства-времени. В это же время начали продвигаться теоретические представления о релятивистской механике. Позже все принципы нового раздела физики получили свои научные подтверждения и до сих пор являются основными принципами изучения физического мира, движения и взаимодействия частиц, представления материи.
Специальная теория относительности
Рисунок 1. Релятивистский импульс. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Временные и пространственные координаты определенного события в различных инерциальных системах отсчета учитываются при помощи преобразований Лоренца, который поставил под сомнение некоторые постулаты классической механики, которые были сформулированы еще во времена Исаака Ньютона. Согласно специальной теория относительности, представленной в 1905 году Альбертом Эйнштейном, устанавливались закономерности в относительности одновременности событий.
Наиболее важными следствиями специальной теории относительности считаются:
- сокращение длины;
- замедление времени;
- относительности одновременности.
Сегодня все эти явления смогли пройти проверку экспериментальным методом и многократно подтверждены. Ранее ньютоновская классическая механика ссылалась на методы изучения Галилея, где имелись в виду взаимодействия на небольших скоростях видимыми объектами. Позже, когда были сформированы представления об атомной физике, появилось ряд направлений. Их называют квантовой механикой, где основное место отведено релятивистской механике частиц. Преобразования Лоренца предполагали расчет взаимодействия частиц на сверхбольших скоростях, сопоставимых со скоростью света. Релятивистские эффекты на малых скоростях становятся несущественными, и их действие сводится к нулю.
Рисунок 2. Специальная теория относительности. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Основными постулатами специальной теории относительности стали:
- законы механики имеют общий вид для всех инерциальных систем отсчета;
- неопределенное силовое воздействие не может привести к разгону любой частицы к скорости, которая превышала бы распространение света.
При начале изучения релятивистской механики необходимо понимать, что полностью остается в действии только первый закон Ньютона. Остальные предусматривают достаточно серьезные корректировки в части рассмотрения квантовой механики. Третий закон и вовсе при релятивистском подходе не будет действовать и поэтому от него необходимо отказаться. Это говорит о том, что при всестороннем изучении взаимодействия тел на расстоянии необходимо учитывать конечную скорость распространения такого взаимодействия.
Согласно ньютоновскому методу по третьему закону происходит мгновенная передача взаимодействий. Это некорректно, поскольку контактные взаимодействия предусматривают наличие и равенство сил действия и противодействия. Релятивистский импульс, представляемый в виде того самого непосредственного взаимодействия на малых расстояниях сохраняется.
Релятивистский импульс
Релятивистский импульс задается нескольким производными, одной из которых является инвариантная масса объекта, а другой преобразование Лоренца.
Ньютон в классической физике считал, что время и пространство существуют сами по себе без наблюдателя извне, а скорость распространения света может изменяться в зависимости от системы отсчета. Установлено, что световая скорость по специальной теории относительности выступает в роли инвариантной составляющей. При этом формула движения тела по теории не может иметь основу в системе отсчета.
Релятивистский и ньютоновский импульсы в классической механике примерно равны. Это может сочетаться с относительностью Галилея. Он утверждал, что во всех инерциальных системах отсчета законы движения частиц будут одинаковые. Тогда же были выдвинуты предположения о различной световой скорости. Позже все эти постулаты были практически полностью разрушены. Многочисленные исследования и наблюдения показали совсем другие результаты.
Эйнштейн же представлял свою теорию относительности на основе иных законов и предположений. Он считал, что все законы в физике должны имеет инвариантный характер. Это означало, что в сохранении нуждалось свойство. Оно обязано было оставаться в неизменном виде и не иметь под собой основания по перемене условий измерения. При этом второй закон Ньютона не считается инвариантным по отношению к преобразованию Лоренца, однако введение понятия модифицированного импульса смогли подчинить этот закон специальной теории относительности.
При существенном различии скоростей, когда она ниже световой, импульс в релятивистской механике будет равен импульсу по классической механике. По иному обстоит дело, когда скорость приближается к околосветовой. Тогда релятивистский импульс приобретает свойства бесконечности, а ньютоновский импульс продолжает увеличиваться с линейной скоростью.
Закон сохранения импульса-энергии
Рисунок 3. Закон сохранения импульса и энергии. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
По принципам специальной теории относительности закон сохранения импульса должен выполняться во всех инерциальных системах отсчета. В замкнутой системе законы сохранения импульса и энергии релятивистской механики всегда выполняются одновременно. При сохранении векторной величины можно говорить о сохранении проекций вектора. Четырехмерные векторы преобразуют пространственные и временные координаты определенного события. В этом случае они становятся основными математическими объектами в релятивистской механике.
Энергия покоя частицы устанавливается, когда определенная частица находится в состоянии покоя в некоторой системе отсчета. При этом она все равно обладает энергией, которая зависит от массы изучаемой частицы. Это предположение было подтверждено теорией относительности, когда любая частица обладает определенными показателями энергии. Это явление принято называть энергией покоя.
