Теория:
Теория электромагнетизма говорит о том, что свет — это электромагнитная волна, которая может распространяться и в вакууме. Опытным путём было установлено, что скорость света в вакууме \(c=3\cdot 10^8\) м/с. Одновременно с этим в опытах никогда не наблюдалось движения тел, скорость которого превосходит скорость света. С другой стороны, вне зависимости от того, с какой скоростью двигался источник света, никогда не наблюдалось, чтобы свет в вакууме распространяется со скоростью, меньшей \(c\). Таким образом, скорость света конечна и равна \(c\) в любой системе отсчёта.
Есть ещё несколько экспериментов, которые невозможно объяснить в рамках классической теории. Так, время жизни движущейся элементарной частицы оказывается намного больше времени жизни такой же покоящейся частицы. А в экспериментах по ускорению частиц было замечено, что формула для кинетической энергии частицы (\(E_k=mv^2/2\)) при скоростях порядка скорости света не выполняется.
Для устранения этих парадоксов в \(1905\) году А. Эйнштейном была создана специальная теория относительности (СТО). В \(1916\) году было сделано обобщение СТО — общая теория относительности, в рамках которой можно рассматривать и гравитационные взаимодействия. Специальная теория относительности также называется релятивистской теорией. Специальная теория относительности базируется на двух постулатах Эйнштейна.
Есть ещё несколько экспериментов, которые невозможно объяснить в рамках классической теории. Так, время жизни движущейся элементарной частицы оказывается намного больше времени жизни такой же покоящейся частицы. А в экспериментах по ускорению частиц было замечено, что формула для кинетической энергии частицы (\(E_k=mv^2/2\)) при скоростях порядка скорости света не выполняется.
Для устранения этих парадоксов в \(1905\) году А. Эйнштейном была создана специальная теория относительности (СТО). В \(1916\) году было сделано обобщение СТО — общая теория относительности, в рамках которой можно рассматривать и гравитационные взаимодействия. Специальная теория относительности также называется релятивистской теорией. Специальная теория относительности базируется на двух постулатах Эйнштейна.
1. Любой физический процесс протекает одинаково вне зависимости от выбора инерциальной системы отсчёта (ИСО); все законы природы не изменяются при переходе между ИСО.
2. Модуль скорости света (предельной скорости распространения любых взаимодействий) в вакууме всегда постоянен: в любой ИСО, при любой скорости источника и приёмника света.
Заметим, что в рамках классической механики в преобразованиях Галилея время во всех системах отсчёта течёт одинаково. Преобразования Галилея, связывающие параметры «время — координаты» в одной системе отсчёта, движущейся прямолинейно относительно другой вдоль оси \(X\) со скоростью \(v=const\) (рис. \(1\)), имеют вид:
\(\boxed{t'=t,\; x'=x-vt,\; y'=y,\; z'=z}\). (\(1\))
\(\boxed{t'=t,\; x'=x-vt,\; y'=y,\; z'=z}\). (\(1\))
Рис. \(1\). Изображение систем отсчёта
Если продифференцировать систему уравнений (\(1\)), то получим закон сложения скоростей в классической механике:
\(\boxed{\vec{u}'=\vec{u}- \vec{v}}\) или \(\boxed{\vec{u}=\vec{u}'+ \vec{v}}\), (\(2\))
а также связь ускорений:
\(\boxed{\vec{a}'=\vec{a}}\). (\(3\))
Из формулы (\(3\)) следует, что в нерелятивистской теории все инерциальные системы отсчёта равноправны.
\(\boxed{\vec{u}'=\vec{u}- \vec{v}}\) или \(\boxed{\vec{u}=\vec{u}'+ \vec{v}}\), (\(2\))
а также связь ускорений:
\(\boxed{\vec{a}'=\vec{a}}\). (\(3\))
Из формулы (\(3\)) следует, что в нерелятивистской теории все инерциальные системы отсчёта равноправны.
Источники:
Рис. 1. Изображение систем отсчёта. © ЯКласс.