Механика - теория - относительность
Cтраница 3
Однако нужно иметь в виду, что последующее изложение не может дать полного и отчетливого представления не только об истории развития идей теории относительности, но и о той огромной роли, которую эти идеи сыграли в развитии всей физики. Создать такое правильное и отчетливое представление настоящий очерк не в состоянии прежде всего потому, что он охватывает лишь вопросы механики теории относительности, между тем идеи теории относительности возникли и развивались главным образом в связи с проблемами электродинамики и оптики. [31]
Исключение из механики задач о движении электрически заряженных частиц приводит к тому, что из механики выпадают все вопросы о движениях со скоростями, не малыми по сравнению со скоростью света; между тем именно с такими движениями приходится сталкиваться при рассмотрении многих вопросов в других разделах физики. Вместе с тем исключение из механики задач о движении со скоростями, сравнимыми со скоростью света, лишает конкретного содержания механику теории относительности. Включив же в механику движения электрически заряженных частиц, мы устраняем не только ничем не оправданное ограничение рамок механики, но и указанные методические трудности, которые порождаются этим совершенно искусственным ограничением. [32]
Таким образом, если в исходной системе координат мы не встречаемся со скоростями, ббльшими скорости света, то ни в какой другой системе координат, которая движется по отношению к первой со скоростью, не превосходящей скорости света, мы также не встречаемся со скоростями, ббльшими, чем скорость света. Как будет видно из динамики теории относительности, ии одному телу не может быть сообщена скорость, ббльшая скорости света, и следовательно, скорость света в механике теории относительности играет роль предельной скорости. Поэтому тот факт, что формулы теории относительности теряют смысл при скоростях, ббльших скорости света, отнюдь не является ограничением области применимости теории относительности. [33]
Все положения динамики получают из ее аксиом, используя законы логики и вводя удобные для применения понятия. В основу классической механики положены аксиомы Ньютона, которые были даны в его труде Математические начала натуральной философии, опубликованные впервые в 1687 г. Классическую механику часто называют механикой Ньютона в отличие, например, от механики теории относительности. [34]
Теория относительности возникла в 1905 г. Обычное представление о том, что она опрокинула старую классическую физику и, в частности, классическую ньютоновскую механику, совершенно неправильно. В действительности Эйнштейн лишь завершил дело Ньютона. Механика теории относительности является по существу механикой макроскопической. [35]
 |
Система о, движущаяся относительно г. [36] |
Так как скорость света равна приблизительно 300 000 хм / сек, то классическая механика применима ко всем обычным телам, движущимся с практически достижимыми скоростями. Однако весьма точные наблюдения над некоторыми небесными объектами ( планета Меркурий, скорость которой при движении по орбите вокруг Солнца достигает 100 км [ сек) позволяют заметить отклонения от следствий из классической механики. Эти отклонения объясняются механикой теории относительности. Весьма резко проявляются отклонения от классической механики при наблюдении отдельных атомов, электронов и других элементарных частиц. [37]
Цвия относительности Эйнштейна предсказала, а опыт подтверди это предсказание, что механика Ньютона не может быть применима к движениям частиц, скорости которых близки к скорости - света в вакууме. На основе теории относительности была создана новая механика, применимая не только к медленным, но и к сколь угодно быстрым движениям. Она называется релятивистской механикой, или механикой теории относительности. Согласно механике Ньютона скорость, до которой можно ускорить тело из состояния покоя, в принципе ничем не ограничена. По релятивистской механике значение скорости ускоряемого тела не может перейти через определенный предел, равный скорости света в вакууме с. В этом смысле скорость света с является предельной. Скорость тела не может ее достигнуть, но в принципе может подойти к ней сколь угодно близко. В современных ускорителях можно получать протоны, скорости которых лишь на несколько десятых или сотых процента меньше скорости света. Можно получать электроны, скорости которых меньше скорости света на несколько метров или десятков метров в секунду. В космических лучах регистрировались протоны, скорость которых меньше скорости света всего на величину порядка 10 - 8 см / с. К движениям таких быстрых частиц нерелятивистская механика Ньютона совершенно не применима. Ускорители рассчитываются на основе релятивистской механики Эйнштейна, и то обстоятельство, что они работают в согласии с расчетами, является одним из наиболее убедительных и прямых экспериментальных доказательств правильности релятивистской механики. [38]
Приступая к формулировке закона движения механики теории относительности, мы должны руководствоваться следующими двумя соображениями. Во-вторых, для медленных движений он должен совпадать со вторым законом Ньютона. Эти соображения дают указания о том, какой вид должен иметь закон движения в механике теории относительности. Прежде чем проверять ту или иную форму закона движения на опыте, следует проверить, удовлетворяет ли он двум указанным требованиям, так как если закон этим требованиям ие удовлетворяет, то можно заранее сказать, что он ие верен, и проверка его непосредственным опытом становится ненужной. [39]
Экспериментальные и теоретические работы, связанные с теорией Максвелла и теорией электрона, привели к возникновению новой механики, одним из основных положений которой является утверждение о зависимости массы от скорости. Это положение не является постулатом, оно вытекает из теории относительности, излагать которую мы здесь не будем, и подтверждается опытом. В настоящее время, когда приборы для получения частиц высоких скоростей являются широко распространенными, механика теории относительности, релятивистская механика, является таким же средством технических расчетов, как и классическая механика малых скоростей. [40]
Закон движения механики теории относительности (22.67) внешне имеет такой же вид, как и второй закон Ньютона в классической механике. Интересно отметить, что именно в таком виде, а не в виде (22.54), он был сформулирован самим Ньютоном. Однако, способ измерения одной из величин, входящих в этот закон, именно массы, принятый в механике теории относительности, отличается от способа измерения массы в классической механике. Поэтому по существу закон движения механики теории относительности представляет собой новый закон, принципиально отличный от второго закона Ньютона. [41]
Закон движения механики теории относительности (22.67) внешне имеет такой же вид, как и второй закон Ньютона в классической механике. Интересно отметить, что именно в таком виде, а не в виде (22.54), он был сформулирован самим Ньютоном. Однако, способ измерения одной из величин, входящих в этот закон, именно массы, принятый в механике теории относительности, отличается от способа измерения массы в классической механике. Поэтому по существу закон движения механики теории относительности представляет собой новый закон, принципиально отличный от второго закона Ньютона. [42]
С точки зрения приведенных рассуждений равенства ( 3) § 15 и ( За) настоящего параграфа вполне эквивалентны одно другому, так как второе из них было непосредственно выведено из первого; оба они выражают точное содержание второго закона Ньютона. Однако указанная эквивалентность имеет место при предположении, что масса тела т есть величина постоянная, не зависящая от его скорости. Это справедливо, пока скорости тел малы по сравнению со скоростью света. Движения при таких скоростях подчиняются механике теории относительности. [43]
Страницы: 1 2 3