Спеціальна, або приватна теорія відносності – це теорія структури простору-часу. Вперше була представлена в 1905 Альбертом Ейнштейном в роботі «До електродинаміки рухомих тіл». Теорія описує рух, закони механіки, а також просторово-часові відносини, що визначають їх, при швидкостях руху, близьких до швидкості світла. Класична механіка Ньютона у межах спеціальної теорії відносності є наближенням малих швидкостей.
Загальна теорія відносності
Загальна теорія відносності – теорія гравітації, розроблена Ейнштейном у 1905-1917 роках. Є подальшим розвитком спеціальної теорії відносності. У загальній теорії відносності постулюється, що гравітаційні ефекти обумовлені не силовою взаємодією тіл і полів, а деформацією самого простору-часу, в якому вони знаходяться. Ця деформація пов'язана, зокрема, із присутністю маси-енергії.
Посилання
- Загальна теорія відносності – просторово-часовий континуум (рус.) – просто про складне.
- Спеціальна теорія відносності - просто про складне.
Wikimedia Foundation. 2010 .
Дивитись що таке "Релятивістська фізика" в інших словниках:
Фізика та реальність- «ФІЗИКА ТА РЕАЛЬНІСТЬ» збірка статей А. Ейнштейна, написаних у різні періоди його творчого життя. Рос. видання М., 1965. У книзі знайшли відображення основні епістемологічні та методологічні погляди великого фізика. Серед них… … Енциклопедія епістемології та філософії науки
- (РТГ) теорія гравітації, що ґрунтується на поданні гравітаційного поля як симетричного тензорного фізичного поля валентності 2 у просторі Мінковського. Розробляється академіком РАН А. А. Логуновим із групою… … Вікіпедія
- (грец. τὰ φυσικά – наука про природу, від φύσις – природа) – комплекс наук. дисциплін, що вивчають загальні властивості структури, взаємодії та руху матерії. Відповідно до цих завдань совр. Ф. вельми умовно можна поділити на три великі... Філософська енциклопедія
Фізика гіперядер розділ фізики на стику ядерної фізики та фізики елементарних частинок, в якому предметом дослідження виступають ядроподібні системи, що містять крім протонів та нейтронів інші елементарні частки гіперони. Також… … Вікіпедія
Розділ фізики, що вивчає динаміку частинок у прискорювачах, а також численні технічні завдання, пов'язані із спорудженням та експлуатацією прискорювачів частинок. Фізика прискорювачів включає питання, пов'язані з отриманням і накопиченням частинок … Вікіпедія
ФІЗИКА. 1. Предмет і структура фізики Ф. наука, вивчає найпростіші разом із тим наиб. загальні властивості і закони руху навколишніх об'єктів матеріального світу. Внаслідок цієї спільності немає явищ природи, які мають фіз. властивостей … Фізична енциклопедія
Релятивістська механіка - розділ фізики, що розглядає закони механіки (закони руху тіл і частинок) при швидкостях, порівнянних зі швидкістю світла. При швидкостях значно менших за швидкість світла переходить у класичну (ньютонівську)… … Вікіпедія
Розділ фізики, присвячений вивченню ядерних процесів, в яких частинки, що складають ядерну матерію, рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла с. Р. я. ф. сформувалася в 1970 72 у зв'язку з експериментами на пучках релятивістських ядер, ... Фізична енциклопедія
I. Предмет і структура фізики Ф. - наука, що вивчає найпростіші і водночас найбільш загальні закономірності явищ природи, властивості та будову матерії та закони її руху. Тому поняття Ф. і все закони лежать в основі всього ... Велика Радянська Енциклопедія
Приклади різноманітних фізичних явищ Фізика (від ін. грец. φύσις … Вікіпедія
Книги
- Фізика сильноточних релятивістських електронних пучків, А. А. Рухадзе, Л. С. Богданкевич, С. Є. Росинський, В. Г. Рухлін. Систематично викладаються основи фізики імпульсних сильноточних електронних пучків та їх взаємодії із плазмою. Докладно розглянуті різні рівноважні конфігурації, формування та...
Спеціальна теорія відносності(СТО) розглядає взаємозв'язок фізичних процесів тільки в інерційнихсистемах відліку (ЗІ), тобто в ЗІ, які рухаються відносно один одного рівномірно прямолінійно.
Загальна теорія відносності(ОТО) розглядає взаємозв'язок фізичних процесів у неінерційнихСО, тобто СО, які прискорено рухаються відносно один одного.
Простір
характеризує взаємне розташування тіл;
простір однорідний, має три виміри;
всі напрями у просторі рівноправні.
Час
характеризує послідовність подій;
час має один вимір;
час однорідний та ізотропний.
Постулати теорії відносності:
1. У всіх інерційних ЗІ всі фізичні явища відбуваються однаково.
Тобто. всі інерційні СО рівноправні. Жодні досліди в будь-якій галузі фізики не дозволяють виділити абсолютну інерційну СО.
2. Швидкість світла у вакуумі однакова у всіх інерційних ЗІ та не залежить від швидкості джерела світла та спостерігача (тобто швидкість світла у вакуумі інваріантна).
Швидкість поширення світла у вакуумі є максимально можливоюшвидкістю поширення або передачі будь-якої взаємодії:
з = 299792,5 км/с.
Відносність одночасності
Подія– це будь-яке явище, що відбувається у цій точці простору у певний час.
Задати подію означає встановити точку в чотиривимірному просторі «координати – час», тобто. коли та де подія відбувається.
У класичній механіціНьютон час однаково в будь-якій інерційній СО, тобто має абсолютне значення і не залежить від вибору СО.
У релятивістській механіці час залежить від вибору СО.
Події, що відбуваються одночасно в одній СО, можуть не бути одночасними в іншій СО, що рухається щодо першої.
Щодо двох годин, одна з яких розташована на носі, а інша на кормі корабля, подія (спалах) відбувається не одночасно. Годинник А і Б синхронізовано і знаходиться на однаковій відстані від джерела світла, розташованого між ними. Світло поширюється з однаковою швидкістю в усіх напрямках, але годинник фіксує спалах у різні моменти часу.
Нехай один спостерігач знаходиться всередині корабля (внутрішній спостерігач) у системі відліку К', а другий поза кораблем (зовнішній спостерігач) у системі відліку К.
Система відліку К' пов'язана з кораблемі рухається зі швидкістю v
відносно нерухомий системи відліку До, яка пов'язана із зовнішнім спостерігачем.
Якщо посередині корабля, що рухається з деякою швидкістю v щодо зовнішнього спостерігача, спалахне джерело світла, то для внутрішнього спостерігача світло досягає корми та носа корабля одночасно. Тобто. у системі відліку К' ці дві події відбуваються одночасно.
Для зовнішнього спостерігача корми «наближатиметься» до джерела світла, а ніс корабля — віддалятися, і світло досягне корми раніше, ніж носа корабля. Тобто. в системі відліку До цих двох подій відбуваються одночасно.
Релятивістський закон складання швидкостей
Класичний закон складання швидкостей у релятивістській механіці застосовувати не можна (це суперечить другому постулату СТО), тому в СТО застосовують релятивістський закон складання швидкостей.
Очевидно, що при швидкостях, які набагато менші за швидкість світла, релятивістський закон складання швидкостей набуває вигляду класичного закону складання швидкостей.
Наслідки постулатів теорії відносності
1. Проміжки часу збільшуються, час сповільнюється.
Уповільнення часу експериментально показано при радіоактивному розпаді ядер: радіоактивний розпад прискорених ядер уповільнений порівняно з радіоактивним розпадом таких же ядер, що покоїться.
2. Розміри тіл зменшуються у напрямку руху.
З формули видно, що найбільшу довжину тіло має в нерухомій ЗІ. Зміна довжини тіла під час руху називається лоренцове скорочення довжини .
Як пов'язані маса та енергія
У літературі знамениту формулу Ейнштейна пишуть у 4-х випадках, що свідчить про не дуже її глибоке розуміння.
Оригінальна формула з'явилася в невеликій нотатці Ейнштейна в 1905 році:
Ця формула має глибоке фізичне значення. Вона говорить про те, що маса тіла, яке перебуває у стані спокою як ціле, визначає вміст енергії у ньому, незалежно від природи цієї енергії.
Наприклад, внутрішня кінетична енергія хаотичного руху частинок, у тому числі складається тіло, входить у енергію спокою тіла, на відміну кінетичної енергії поступального руху. Тобто нагріваючи тіло, ми збільшуємо його масу.
Також слід звернути увагу на те, що формула читається праворуч налівобудь-яка маса визначає енергію тіла. Але не всяка енергія може бути поставлена у відповідність до якоїсь маси.
Також із формули випливає, що
зміна енергії тіла прямо пропорційна зміні його маси:
У випадку, коли тіло починає рухатися, енергія спокою переходить у повну енергію в СО, яка поступово поступається як ціле з певною швидкістю v .
Релятивістська механіка - це механіка, в яку перетворюється механіка Ньютона, якщо тіло рухається зі швидкістю, близькою до швидкості світла. На таких високих швидкостях з речами починають відбуватися просто чарівні і зовсім несподівані речі, такі як, наприклад, релятивістське скорочення довжини або уповільнення часу.
Але як саме класична механіка стає релятивістською? Про все по порядку у нашій новій статті.
Почнемо з самого початку...
Принцип відносності Галілея
Принцип відносності Галілея (1564-1642) свідчить:
В інерційних системах відліку всі процеси протікають однаково, якщо система нерухома або рухається рівномірно та прямолінійно.
У цьому випадку йдеться виключно про механічні процеси. Що це означає? Це означає, що якщо ми, наприклад, будемо плисти на поромі, що рівномірно і прямолінійно рухається через туман, ми не зможемо визначити, рухається пором або спочиває. Іншими словами, якщо провести експеримент у двох однакових замкнутих лабораторіях, одна з яких рівномірно та прямолінійно рухається щодо іншої, результат експерименту буде однаковим.
Перетворення Галілея
Перетворення Галілея в класичній механіці – це перетворення координат та швидкості під час переходу від однієї інерційної системи відліку до іншої. Не наводитимемо тут усіх обчислень і висновків, а просто запишемо формулу для перетворення швидкості. Згідно з цією формулою швидкість тіла щодо нерухомої системи відліку дорівнює векторній сумі швидкості тіла в системі відліку, що рухається, і швидкості системи відліку, що рухається, відносно нерухомої.
Наведений нами вище принцип відносності Галілея є окремим випадком принципу відносності Ейнштейна.
Принцип відносності Ейнштейна та постулати СТО
На початку ХХ століття після більш ніж двохсотлітнього панування класичної механіки постало питання поширенні принципу відносності на немеханічні явища. Причиною виникнення такого питання став закономірний розвиток фізики, зокрема оптики та електродинаміки. Результати численних експериментів підтверджували справедливість формулювання принципу відносності Галілея для всіх фізичних явищ, то в ряді випадків вказували на помилковість перетворень Галілея.
Наприклад, перевірка формули складання швидкостей показала її хибність при швидкостях, близьких до швидкості світла. Понад те, досвід Физо в 1881 року показав, що швидкість світла залежить від швидкості руху джерела та спостерігача, тобто. у будь-якій системі відліку залишається постійною. Цей результат експерименту не укладався в рамки класичної механіки.
Вирішення цієї та інших проблем знайшов Альберт Ейнштейн. Щоб теорія зійшлася з практикою, Ейнштейну довелося відмовитися від кількох, здавалося б, очевидних істин класичної механіки. А саме – припустити, що відстані та проміжки часу у різних системах відліку не незмінні . Нижче наведемо основні постулати Спеціальної Теорії Відносності (СТО) Ейнштейна:
Перший постулат:у всіх інерційних системах відліку всі фізичні явища протікають однаково. При переході від однієї системи до іншої всі закони природи та явища, що їх описують, інваріантні, тобто ніякими дослідами не можна віддати перевагу одній із систем, бо вони інваріантні.
Другий постулат : з Корість світла у вакуумі однакова у всіх напрямках і залежить від джерела і спостерігача, тобто. не змінюється під час переходу від однієї інерційної системи до іншої.
Швидкість світла – гранична швидкість. Жодний сигнал або дія не можуть поширюватися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла.
Перетворення координат і часу під час переходу від нерухомої системи відліку до системи, що рухається зі швидкістю світла, називаються перетвореннями Лоренца. Наприклад, нехай одна система спочиває, а друга рухається вздовж осі абсцис.
Як бачимо, час також змінюється поряд з координатами, тобто виступає як би в ролі четвертої координати. Перетворення Лоренца показують, що у СТО простір і час нероздільні на відміну класичної механіки.
Пам'ятаєте парадокс двох близнюків, один із яких чекав на землі, а другий летів на космічному кораблі з дуже великою швидкістю? Після того як брат-космонавт повернувся на землю, він застав свого брата старим, хоча сам був практично так само молодий, як у момент початку подорожі. Типовий приклад того, як змінюється час, залежно від системи відліку.
При швидкостях багато менших швидкості світла перетворення Лоренца перетворюються на перетворення Галілея. Навіть за швидкості сучасних реактивних літаків і ракет відхилення від законів класичної механіки настільки малі, що практично неможливо виміряти.
Механіка, яка враховує перетворення Лоренца, і називається релятивістською.
У межах релятивістської механіки змінюються формулювання деяких фізичних величин. Наприклад, імпульс тіла в релятивістській механіці відповідно до перетворення Лоренца може бути записаний так:
Відповідно, другий закон Ньютона в релятивістській механіці матиме вигляд:
А повна релятивістська енергія тіла у релятивістській механіці дорівнює
Якщо тіло спочиває і швидкість дорівнює нулю, дана формула перетворюється на знамениту
Ця формула, яку, здається, знають усі, показує, що маса є мірою повної енергії тіла, і навіть ілюструє важливу можливість переходу енергії речовини в енергію випромінювання.
Дорогі друзі, на цій урочистій ноті ми закінчимо наш сьогоднішній огляд релятивістської механіки. Ми розглянули принцип відносності Галілея та Ейнштейна, а також деякі основні формули релятивістської механіки. Найстійкішим і дочитаним статтю до кінця нагадуємо – у світі немає «нерішучих» завдань та проблем, які неможливо вирішити. Панікувати та переживати через незакінчену курсову немає жодного сенсу. Просто згадайте про масштаби Всесвіту, зітхніть на повні груди і доручіть виконання справжнім професіоналам своєї справи –
Вживаний у фізиці для явищ, обумовлених рухом зі швидкостями, близькими до швидкості світла, чи сильними полями тяжіння. Такі явища описуються відносності теорією.
Сучасна енциклопедія. 2000 .
Синоніми:Дивитись що таке "РЕЛЯТИВІСТСЬКИЙ" в інших словниках:
Релятивістичний Словник російських синонімів. релятивістський дод., кіл у синонімів: 1 релятивістичний (1) Словник синон … Словник синонімів
РЕЛЯТИВІСТСЬКЕ, релятивістське, релятивістське (філос., наук.). дод. до релятивіст. Тлумачний словник Ушакова. Д.М. Ушаків. 1935 1940 … Тлумачний словник Ушакова
РЕЛЯТИВІЗМ, а, м. У філософії: методологічна позиція, прихильники до рій, абсолютизуючи відносність і умовність всіх наших знань, вважають за неможливе об'єктивне пізнання дійсності. Тлумачний словник Ожегова. С.І. Ожегов, Н.Ю. Тлумачний словник Ожегова
Дод. 1. соотн. із сут. релятивізм, релятивіст, пов'язаний з ними 2. Релятивізм, що характеризується, пов'язаний з теорією відносності А. Ейнштейна. Тлумачний словник Єфремової. Т. Ф. Єфремова. 2000 … Сучасний тлумачний словник Єфремової
Релятивістська, релятивістська, релятивістська, релятивістська, релятивістська, релятивістська, релятивістська, релятивістська, релятивістська, релятивістська, релятивістська, релятивістська,…
- (Лат. relativus відносний) фіз. термін, що відноситься до явищ, що розглядаються на основі спец. (Приватної) теорії відносності (теорії руху тіл зі швидкостями, близькими до швидкості світла) або на основі загальної теорії відносності (теорії … Словник іноземних слів російської мови
релятивістська- релятив істський … Російський орфографічний словник
релятивістська - … Орфографічний словник російської мови
Ая, о. 1. до Релятивізм та Релятивіст. Рі чі погляди, переконання. Ра теорія пізнання. 2. Фіз. Що відноситься до явищ, що розглядаються на основі теорії відносності. Рая частка. Рава швидкість (близька до швидкості світла). Енциклопедичний словник
релятивістська- ая, ое. 1) до релятивізм та релятивіст. Рі чі погляди, переконання. Ра теорія пізнання. 2) фіз. Що відноситься до явищ, що розглядаються на основі теорії відносності. Рая частка. Рава швидкість (близька до швидкості світла). Словник багатьох виразів
Книги
- Структура простору-часу, Р. Пенроуз. Ім'я автора добре знайоме фізикам-теоретикам та космологам. Саме Пенроузу належить доказ важливої теореми про неминучість виникнення фізичної сингулярності простору-часу.
Фізика та редукціонізм. Фізика та наочність. Теорія відносності.
Фізика та редукціонізм
У цій темі ми дамо як би миттєву фотографію сучасної будови світу. Допоможе нам одна з найбільш давніх та фундаментальних наук – фізика. Фізика - головна з природничих наук, оскільки в буквальному перекладі з грецької слово "фюзіс" означає "природа". Отже, фізика – наука про природу. Фізика завжди вважалася зразком наукового знання. В якому сенсі? Не в тому, що вона дає найважливіше і справжнє знання, а в тому, що відкриває істини, справедливі для всього Всесвіту, про співвідношення кількох основних змінних. Її універсальність обернено пропорційна кількості змінних, які вона вводить у свої формули.
Як атоми і кварки - цеглинки світобудови, так закони фізики - цеглинки пізнання. «Цегликами» пізнання закони фізики є не тільки тому, що в них використовуються деякі основні та універсальні змінні та постійні, що діють у всьому Всесвіті, але також і тому, що в науці діє принцип редукціонізму, який проголошує, що все більш складні закони розвитку складніших рівнів реальності мають бути зведені до законів простіших рівнів.
Скажімо, закони відтворення життя генетики розкриваються на молекулярному рівні як закони взаємодії молекул ДНК і РНК. Узгодженням законів різних галузей матеріального світу займаються спеціальні прикордонні науки, такі, як молекулярна біологія, біофізика, біохімія, геофізика, геохімія і т. д. Дуже часто нові науки утворюються якраз на стиках древніх дисциплін.
Щодо сфери застосування принципу редукціонізму в методології науки ведуться запеклі суперечки, але саме пояснення як таке завжди передбачає відомості пояснюється на нижчий понятійний рівень. У цьому вся сенсі наука просто підтверджує свою раціональність.
Фізики стверджують, що жодне тіло у Всесвіті не може не підкорятися закону всесвітнього тяжіння, а якщо його поведінка суперечить цьому закону, значить втручаються інші закономірності. Літак не падає на землю завдяки своїй конструкції та двигуну. Космічний корабель долає земне тяжіння за рахунок реактивного палива тощо. Ні літак, ні космічний корабель не заперечують закон всесвітнього тяжіння, а використовують фактори, які нейтралізують його дію.
Можна заперечувати закони філософії, релігію, містичні чудеса і це визнається нормальним. Але з підозрою дивляться на людину, яка заперечує закони науки, скажімо, закон всесвітнього тяжіння. У цьому сенсі можна сказати, що закони фізики лежать на підставі наукового розуміння дійсності.
Фізика та наочність
Дві обставини заважають зрозуміти сучасну фізику. По-перше, застосування найскладнішого математичного апарату, який треба попередньо вивчити. А. Ейнштейн зробив вдалу спробу подолати цю проблему, написавши підручник, у якому немає жодної формули. Але є інша обставина, яка виявляється непереборною – неможливість створити наочну модель сучасних фізичних уявлень: викривлений простір; частинку, що одночасно є хвилею і т. д. Вихід із ситуації простий - не треба і намагатися це зробити.
Прогрес фізики (і науки загалом) пов'язані з поступовим відмовою від безпосередньої наочності. Начебто такий висновок повинен суперечити тому, що сучасна наука і фізика перш за все ґрунтується на експерименті, тобто емпіричному досвіді, який проходить при контрольованих людиною умовах і може бути відтворений у будь-який час будь-яку кількість разів. Але вся справа в тому, що деякі сторони реальності непомітні для поверхневого спостереження і наочність може ввести в оману. Механіка Аристотеля лежала на принципі: «Тіло, що рухається, зупиняється, якщо сила, що його штовхає, припиняє свою дію». Він виявився відповідним реальності тому, що не помічалося, що причиною зупинки тіла є тертя. Для того, щоб зробити правильний висновок, був потрібний експеримент, який був не реальним експериментом, неможливим у даному випадку, а ідеальним експериментом.
Такий експеримент провів великий італійський учений Галілео Галілей, автор «Діалогу про дві найголовніші системи світу, птолемеєву та коперникову» (1632 р.). Для того, щоб даний уявний експеримент став можливим знадобилося уявлення про ідеально гладке тіло і ідеально гладку поверхню, що виключає тертя. Експеримент Галілея, що дозволив зробити висновок, що якщо ніщо не впливатиме на рух тіла, воно зможе продовжуватися нескінченно довго, став основою класичної механіки Ньютона (згадаймо три закони руху зі шкільної програми фізики). У 1686 році Ісаак Ньютон надав Лондонському королівському суспільству свої «Математичні засади натуральної філософії», в яких сформулював основні закони руху, закон всесвітнього тяжіння, поняття маси, інерції, прискорення. Так завдяки уявним експериментам стала можливою нова механістична картина світу.
Можливо на знамениті уявні експерименти Галілея спонукало створення геліоцентричної системи світу видатним польським вченим Миколою Коперником (1473-1543), яке стало ще одним прикладом відмови від безпосередньої наочності. Головний працю Коперника «Про навернення небесних світів» підбив підсумок його спостереженням та роздумів над цими питаннями протягом понад 30 років. Данський астроном Тихо Браге (1546-1601) заради порятунку наочності висунув у 1588 році гіпотезу, згідно з якою навколо Сонця обертаються всі планети за винятком Землі, остання нерухома і навколо неї звертаються Сонце з планетами і Місяць. І тільки Йоганн Кеплер (1571-1630), встановивши три закони планетарних рухів, що носять його ім'я (перші два - в 1609, третій-в 1618 р.) остаточно підтвердив справедливість вчення Коперника.
Отже, прогрес науки Нового часу визначили ідеалізовані уявлення, що поривають із безпосередньою реальністю. Проте, фізика XX століття змушує нас відмовитися як від безпосередньої наочності, а й від наочності як такої. Це перешкоджає уявленню фізичної реальності, але дозволяє краще усвідомити справедливість слів Ейнштейна, що «фізичні поняття є вільні твори людського розуму і не однозначно визначені зовнішнім світом» (Ейнштейн А., Інфельд Л. Еволюція фізики. - С. 30). «У нашому прагненні зрозуміти реальність ми частково подібні до людини, яка хоче зрозуміти механізм закритого годинника. Він бачить циферблат і стрілки, що рухаються, навіть чує цокання, але не має засобів відкрити їх корпус. Якщо він дотепний, він може намалювати собі якусь картину механізму, яка відповідала б усьому, що він спостерігає, але він ніколи не може бути цілком упевнений у тому, що його картина єдина, яка могла б пояснити його спостереження» (Там само. - З 30).
Відмова від наочності наукових уявлень є неминучою платою за перехід до дослідження глибших рівнів реальності, які не відповідають еволюційно виробленим механізмам людського сприйняття.
Теорія відносності
Ще в класичній механіці був відомий принцип відносності Галілея: «Якщо закони механіки справедливі в одній системі координат, то вони справедливі і в будь-якій іншій системі, що рухається прямолінійно і рівномірно щодо першої» (Ейнштейн А., Інфельд Л. Еволюція фізики. 130). Такі системи називаються інерціальними, оскільки рух у них підпорядковується закону інерції, який проголошує: «Будь-яке тіло зберігає стан спокою або рівномірного прямолінійного руху, якщо тільки воно не змушене змінити його під впливом рушійних сил» (Там само. - С. 126).
На початку XX століття з'ясувалося, що принцип відносності справедливий також в оптиці та електродинаміці, тобто в інших розділах фізики. Принцип відносності розширив своє значення і тепер звучав так: будь-який процес протікає однаково в ізольованій матеріальній системі, і в такій системі, що перебуває в стані рівномірного прямолінійного руху. Або: закони фізики мають однакову форму у всіх інерційних системах відліку.
Після того, як фізики відмовилися від уявлення про існування ефіру як загального середовища, впало й уявлення про еталонну систему відліку. Усі системи відліку було визнано рівнозначними, і принцип відносності став універсальним. Відносність в теорії відносності означає, що всі системи відліку однакові і немає якоїсь однієї, що має переваги перед іншими (щодо якої ефір був би нерухомий).
Перехід від однієї інерційної системи до іншої здійснювався відповідно до перетворення Лоренца. Проте експериментальні дані про сталості швидкості світла призвели до феномена, дозволу якого знадобилося запровадження нових уявлень.
Пояснити сказане допоможе наступний приклад. Припустимо, що ми пливемо на кораблі, що рухається прямолінійно та рівномірно щодо берега. Всі закони руху залишаються такими ж, як на березі. Загальна швидкість руху визначатиметься сумою руху на кораблі та руху самого корабля. При швидкостях, далеких від швидкості світла, це призводить до відхилення від законів класичної механіки. Але якщо наш корабель досягне швидкості, близької до швидкості світла, то сума швидкості руху корабля і на кораблі може перевищити швидкість світла, чого насправді не може бути, оскільки відповідно до експерименту Майкельсона - Морлі «швидкість світла завжди однакова у всіх системах координат, незалежно від того, чи рухається випромінюючий джерело чи ні, і незалежно від того, як він рухається» (Ейнштейн А., Інфельд Л. Цит. соч.- С. 140).
Намагаючись подолати труднощі, що виникли, в 1904 році X. Лоренц запропонував вважати, що рухомі тіла скорочуються в напрямку свого руху (причому коефіцієнт скорочення залежить від швидкості тіла) і що в різних системах відліку вимірюються здається проміжки часу. Але наступного року А. Ейнштейн витлумачив здавалося б час у перетвореннях Лоренца як справжнє.
Як і Галілей, Ейнштейн використав уявний експеримент, який отримав назву «поїзд Ейнштейна». «Уявимо собі спостерігача, що їде в поїзді і вимірює швидкість світла, що випромінюється ліхтарями на узбіччі дороги, тобто рухається зі швидкістю С в системі відліку, щодо якої поїзд рухається зі швидкістю V. мав би приписати світла, що розповсюджується у напрямку руху поїзда, швидкість С - V.» (Пригожий І., Стенгерс І. Порядок з хаосу. - С. 87). Проте швидкість світла постає як універсальна стала природи.
Розглядаючи це протиріччя, Ейнштейн запропонував відмовитися від уявлення про абсолютність та незмінність властивостей простору та часу. Цей висновок суперечить здоровому глузду і тому, що Кант називав умовами споглядання, оскільки ми не можемо уявити жодного простору, крім тривимірного, і жодного часу, крім одновимірного. Але наука зовсім не обов'язково повинна слідувати здоровому глузду та незмінним формам чуттєвості. Головний критерій для неї – відповідність теорії та експерименту. Теорія Ейнштейна задовольняла цьому критерію і було прийнято. Свого часу і уявлення про те, що Земля кругла і рухається навколо Сонця теж здавалися суперечливими здоровому глузду та спостереженню, але саме вони виявилися справедливими.
Простір і час традиційно розглядалися у філософії та науці як основні форми існування матерії, відповідальні за розташування окремих елементів матерії один щодо одного і за закономірну координацію явищ, що змінюють один одного. Характеристиками простору вважалися однорідність- однаковість властивостей у всіх напрямках, та ізотропність- незалежність властивостей від спрямування. Час також вважався однорідним, тобто будь-який процес у принципі повторимо через деякий проміжок часу. З цими властивостями пов'язана симетрія світу, що має значення для його пізнання. Простір розглядалося як тривимірне, а час як одновимірне і що йде в одному напрямку - від минулого до майбутнього. Час необоротний, але у всіх фізичних законах від зміни знаку часу на протилежний нічого не змінюється і отже фізично майбутнє не відрізняється від минулого.
У історії науки відомі дві концепції простору: простір незмінне як вмістище матерії (погляд Ньютона) і простір, властивості якого пов'язані з властивостями тіл, що у ньому (погляд Лейбніца). Відповідно до теорії відносності будь-яке тіло визначає геометрію простору.
Зі спеціальної теорії відносності випливає, що довжина тіла (взагалі відстань між двома матеріальними точками) і тривалість (а також ритм) процесів, що відбуваються в ньому, є не абсолютними, а відносними величинами. При наближенні до швидкості світла всі процеси в системі уповільнюються, поздовжні (вздовж руху) розміри тіла скорочуються і події, одночасні для одного спостерігача, виявляються різночасними для іншого, що рухається щодо нього. «Стержень скоротиться до нуля, якщо його швидкість досягне швидкості світла... годинник зовсім зупинився б, якби вони могли рухатися зі швидкістю світла» (Ейнштейн А., Інфельд Л. Цит. соч.- С. 158).
Експериментально підтверджено, що частка (наприклад, нуклон) може проявляти себе по відношенню до частки, що повільно рухається щодо неї, як сферична, а по відношенню до налітає на неї з дуже великою швидкістю частинці - як сплющений у напрямку руху диск. Відповідно, час життя зарядженого пі-мезона, що повільно рухається, становить приблизно 10~ 8 сек, а швидко рухається (з навколосвітньою швидкістю) - у багато разів більше. Отже, простір і час-загальні форми координації матеріальних явищ, а чи не самостійно існуючі незалежно від матерії початку буття.
Знайдене Ейнштейном об'єднання принципу відносності Галілея з відносністю одночасності отримало назву принципу відносності Ейнштейна. Поняття відносності стало одним із основних у сучасному природознавстві.
У спеціальній теорії відносності властивості простору та часу розглядаються без урахування гравітаційних полів, які не є інерційними. Загальна теорія відносності поширює закони природи попри всі, зокрема не-инерциальные системи. Загальна теорія відносності пов'язала тяжіння з електромагнетизмом та механікою. Вона замінила ньютонів механістичний закон всесвітнього тяжіння на польовий закон тяжіння. «Схематично ми можемо сказати: перехід від ньютонового закону тяжіння в загальній відносності до певної міри аналогічний переходу від теорії електричних рідин і закону Кулона до теорії Максвелла» (Ейнштейн А., Інфельд Л. Цит. соч.- С. 196). І тут фізика перейшла від речової до польової теорії.
Три століття фізика була механістичною і мала справу лише з речовиною. Але «рівняння Максвелла описують структуру електромагнітного поля. Ареною цих законів є весь простір, а не тільки точки, в яких знаходиться речовина або заряди, як це має місце для механічних законів »(Там же. - С. 120). Уявлення про поле перемогло механіцизм.
Рівняння Максвелла «не пов'язують, як це має місце у законах Ньютона, дві широко розділені події, вони не пов'язують події тут із умовами там. Поле тут і тепер залежить від поля в безпосередньому сусідстві в момент, що тільки-но протік» (Там же. - С. 120). Це суттєво новий момент польової картини світу. Електромагнітні хвилі поширюються зі швидкістю світла у просторі та аналогічним чином діє гравітаційне поле.
Маси, що створюють поле тяжіння, за загальною теорією відносності, викривляють простір і змінюють час. Чим сильніше поле, тим повільніше тече час у порівнянні з часом поза полем. Тяжіння залежить не тільки від розподілу мас у просторі, а й від їхнього руху, від тиску та натягувань, наявних у тілах, від електромагнітного та всіх інших фізичних полів. Зміни гравітаційного поля розподіляються у вакуумі зі швидкістю світла. Теоретично Ейнштейна матерія впливає властивості простору і часу.
При переході до космічних масштабів геометрія простору перестає бути евклідовою та змінюється від однієї області до іншої залежно від густини мас у цих областях та їх руху. У масштабах метагалактики геометрія простору змінюється згодом через розширення метагалактики. При швидкостях, що наближаються до швидкості світла, при сильному полі простір входить у сингулярне стан, т. е. стискається в крапку. Через це стиск мегасвіт приходить у взаємодію з мікросвітом і багато в чому виявляється аналогічним йому. Класична механіка залишається справедливою як граничний випадок при швидкостях, набагато менших за швидкість світла, і масах, набагато менших мас у мегасвіті.
Теорія відносності показала єдність простору та часу, що виражається у спільній зміні їх характеристик залежно від концентрації мас та їх руху. Час і простір перестали розглядатися незалежно один від одного і виникло уявлення про просторово-часовий чотиривимірний континуум.
Теорія відносності пов'язала також масу та енергію співвідношенням Е = МС 2 де С - швидкість світла. У теорії відносності «два закони - закон збереження маси та збереження енергії - втратили свою незалежну один від одного справедливість і виявилися об'єднаними в єдиний закон, який можна назвати законом збереження енергії або маси» (Гейзенберг В. Фізика та філософія. Частина і ціле.- М., 1989. - С. 69). Явище анігіляції, у якому частка і античастка взаємно знищують одне одного, та інші явища фізики мікросвіту підтверджують цей висновок.
Отже, теорія відносності ґрунтується на постулатах сталості швидкості світла та однаковості законів природи у всіх фізичних системах, а основні результати, до яких вона приходить такі: відносність властивостей простору-часу; відносність маси та енергії; еквівалентність важкої та інертної мас (наслідок зазначеного ще Галілеєм, що всі тіла, незалежно від їх складу та маси падають у поле тяжіння з одним і тим самим прискоренням).
До XX століття були відкриті закони функціонування речовини (Ньютон) та поля (Максвелл). У XX столітті неодноразово робилися спроби створити єдину теорію поля, в якій поєдналися б речові та польові уявлення, які, однак, виявилися безуспішними.
У 1967 році було висунуто гіпотезу про наявність тахіонів-часток, які рухаються зі швидкістю, більшою швидкістю світла. Якщо ця гіпотеза колись підтвердиться, то можливо, що з дуже незатишного для звичайної людини світу відносності, в якому постійна лише швидкість світла, ми знову повернемось у звичний світ, в якому абсолютний простір нагадує надійний будинок зі стінами та дахом. Але поки що це лише мрії, про реальну здійсненність яких можна буде говорити напевно лише у ІІІ тисячолітті.
У висновку даного розділу наведемо слова з книги Гейзенберга «Частина і ціле» про те, що означає розуміння як таке. «Розуміти» - це, мабуть, означає опанувати уявленнями, концепціями, за допомогою яких ми можемо розглядати безліч різних явищ у їхньому цілісному зв'язку, іншими словами, «охопити» їх. Наша думка заспокоюється, коли ми дізнаємося, що якась конкретна ситуація, що здається заплутаною, є лише приватним наслідком чогось більш загального, що піддається тим простішому формулюванню. Зведення строкатого різноманіття явищ до загального і простого першопринципу або, як сказали б греки, «багато» до «єдиного», і є саме те, що ми називаємо «розумінням». Здатність чисельно передбачити подію часто є наслідком розуміння, володіння правильними поняттями, але вона безпосередньо не тотожна розумінню »(Гейзенберг В. Фізика та філософія. Частина і ціле. - М., 1989. - С. 165).
