Реферат: Новая интерпретация теории относительности - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Новая интерпретация теории относительности

Банк рефератов / Математика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 225 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

НОВАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ В статье рассматриваются специальная и общая теории относительности с новой точки зрения . Сущность указанных теорий раскрывается с помощью метода моделирования . Это дает возможность не только понять действительный смысл преобразований Лоренца , но и по новому переосмыслить традиционный геометрический подход в теории гравитации . В ортодоксальной интерпретации СТО и ОТО на первый план выходят понятия пространства и времени вообще , что не позволяет выявить материальные корни этих теорий и фактически затушевывает их суть . Ньютоновскую физику роднит с СТО и ОТО то обстоятельство , что все они исходят из представления о мире , как о пространственно-временном вместилище в сего сущего , независимом от материи . В рамках этих теорий мир , или пространство-время , может рассматриваться и в отсутствие материи . В настоящее время ясно , что это фундаментальное предположение выглядит недостаточно обоснованным . Целью настоящей статьи к а к раз и является попытка предложить другую структуру теоретической физики и указать то место на пути развития этой науки , начиная с которой она могла бы отклониться от выбранного ею магистрального пути . 1. ВВЕДЕНИЕ На первый взгляд , в специальной и общей теориях относительности рассматривается и описывается пространство и время вообще физическое , биологическое , социальное и т . п . , а не определенные пространственно-временные характеристики определенных физических событий . Но как , например , не существует ч еловека вообще , а существуют конкретные люди , так не существует и времени вообще , но есть конкретные временные процессы . Поэтому возникает вопрос : насколько оправдан в теории относительности указанный общий подход к понятиям пространство и время и как в действительности связаны пространственно-временные характеристики конкретных явлений , описываемых СТО и ОТО , с пространственно-временными параметрами других явлений ? Для начала в качестве примера рассмотрим второй закон Ньютона (1) Несмотря на универсальность данного закона , здесь время означает не любое время , а время , связанное с определенными механическими процессами . Аналогичным образом обстоит дело и с другими формулами , где речь идет не об абстрактном вре мени вообще , а о времени , как характеристике определенных физических процессов . Не составляют исключения и формулы , получаемые из преобразований Лоренца . В СТО две инерциальные системы отсчета (ИСО ), соотносящиеся друг с другом , изолированны , т . е . физич ески не связаны между собой . Однако формулы свидетельствуют : в движущейся ИСО все временные интервалы растягиваются , а пространственные длины укорачиваются . О том , что происходит в движущейся ИСО , позволяют судить математические преобразования . Но в сл у чае преобразований Галилея две ИСО соотносятся непосредственно , а в случае преобразований Лоренца такое соотнесение происходит с помощью материального посредника светового сигнала . То есть в первом случае имеет место двучленное отношение , а во втором трех ч ленное . Между тем имеется универсальная закономерность , которую можно сформулировать так : отношение (результат сопоставления ) двух систем не тождественно отношению трех и более систем . Именно этот факт и порождает те необычные пространственно-временные о тношения между двумя ИСО , которые возникают в СТО . Для пояснения сказанного рассмотрим следующий пример . Глаз меньше Солнца и на каком бы расстоянии ни находился наблюдатель , объективное двучленное отношение между глазом и Солнцем (отношение их размеров ) остается именно таким . Но вот наблюдатель подносит к глазу ладонь и заслоняет Солнце . Тем самым в отношения включается третий элемент . Ясно , что двучленные отношения не тождественны трехчленным . Это можно выразить и математически , не упуская из виду конкр е тный характер данных отношений . В противном случае неверное истолкование математических соотношений приведет к выводу , что ладонь по мере приближения к глазу становится больше Солнца . Обратимся теперь к известной релятивистской формуле (2) Какую реальную физическую нагрузку несут ее символы ? относится к условно покоящейся ИСО ; и - к движущейся ИСО . А к какой из этих двух систем относится скорость света c ? Ни к какой ! Процесс рас пространения электромагнитных колебаний это самостоятельный элемент объективного трехчленного отношения . Подчеркнем , что формулы , получаемые из преобразований Лоренца , описывают конкретный физический процесс поведение света в различных ИСО . В преобразован иях Лоренца описывается световой сигнал , единый для двух ИСО . И условия , заданные этими преобразованиями , предполагают совместное , триединое рассмотрение движения света относительно как покоящейся , так и движущейся систем отсчета . В рамках преобразований Л оренца это - вопрос коренной , центральный , потому что события , описываемые в системах координат , соотносящихся со световым лучом , оказываются вторичными по отношению к главному событию движению света , представляя собой , по существу , проекцию светового луч а на ту или иную систему координат , в результате чего и появляется возможность проводить соответствующие измерения и вычисления . В трехэлементном соотношении (3) сокращается не длина вообще , а длина фиксации пробега светового луча . С самим светом , как и с обеими системами отсчета , ничего не происходит , но реальная проекция конкретного физического процесса на дв е ИСО будет разной . С другой стороны , увеличившийся временной интервал в (2) означает , что в движущейся ИСО свету потребуется больше времени , чтобы покрыть расстояние , одинаковое с зафиксированным отрезком в покоящейся ИСО . При сравнении же результатов измерения оказывается , что временной интервал в движущейся ИСО как бы растягивается ( [1], с . 90-123). Распрос транено мнение , что эффекты сокращения длин и замедления временных процессов характерны только для скоростей , близких к скорости света . Однако это далеко не так . Приведем в качестве примера летящий высоко в небе самолет . Его видимые размеры кажутся уменьш е нными , а скорость движения (временной процесс ) замедленной . Для пассажиров самолета те же явления на земной поверхности (например , движущиеся автомобили ) выглядят аналогичным образом . То есть между наблюдателем на земной поверхности и наблюдателем в самол е те существует равноправие , симметрия явлений . Но , в отличие от СТО , в этом примере параметром является не относительная скорость , а взаимное расстояние . Тем не менее структура формул для укороченных длин и растянутых временных интервалов аналогична формул а м , получаемым в СТО . Этот наглядный пример в какой-то степени подтверждает вышесказанное . Не будь этой наглядности , то , изучая подобные формулы , можно было бы и в самом деле решить , что наш самолет укоротился , а время на нем замедлилось . В следующем пар аграфе изложенные выше рассуждения мы подтвердим и подробно раскроем с помощью простой и наглядной ( аналоговой ) модели СТО ( [2], с . 28-39). 2. МОДЕЛЬ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ Рассмотрим систему , состоящую из двух наблюдателей и двух стержней ( фиг . 1) . Здесь АВ и A`B ` -стержни длиной , которые можно назвать единичными масштабами . В точках Д и Д ` рас положены наблюдатели . R постоянное расстояние , R1 - переменное расстояние . Таким образом , каждый из наблюдателей жестко связан с соответствующим стержнем (системой отсчета ). Из фиг . 1 легко получить следующие соотношения , справедливые относительно обоих на блюдателей (4) (5) Соотношения (4) характеризуют кажущееся уменьшение длины одного стержня по отношению к другому стержню в зависимости от расстояния R1 . Соотношение (5) характеризует неизменность протяженностей обоих стержней при изменении расстояния R1 , то есть представляент собой инвариант преобразований . Отметим , что в (4) уменьшен ие длины не есть результат действия неких внутренних молекулярных сил в стержнях . Систему наблюдатель в Д стер жень АВ назовем системой отсчета K; систему наблюдатель в Д ` - стержень A`B ` назовем системой отсчета K ` . В каждой из указанных систем отсчета наблюдатели могут производить отсчет угловых размеров стержней по отн ошению друг к другу . Для наблюдателя в Д система отсчета К (стержень АВ ) является собственной системой отсчета . Соответственно , для наблюдатенля в Д ` собственной системой отсчета будет система К ` (стержень A`B ` ). Однако , если наблюдатели не могут покин уть точки Д и Д ` (например , если R - большая величина ), то априори они не смогут установить соотношения (4) и (5). Но пусть в точках A, B, A`, B` имеются зеркала . Тогда с помощью световых сигналов каждый из наблюдателей обнаружит , что выполняется следующе е соотношение (6) где - постоянная величина с размерностью длины , характеризующая то обстоятельство , что стержни параллельны друг другу . Из (6) видно , что . Таким образом , наблюдатели в конце концов придут к следующим соотношениям , полученным из опыта (4`) (5`) Пусть теперь наблюдатель в Д рассматривает в собственной системе отсчета К реальный временной процесс движение светового сигнала из точки А в точку В и далее в точку С . Так как , где c - скорость света ; - время движения сигнала из A в B , то (7) Далее , , где - время движения сигнала из точки A в точку C и (8) Подставляя (7) и (8) в (4 ` ) и (5 ` ) и учитывая , что величины можно взаимно не сокращать , а почленно умножить на подкоренное выражение , наблюдатель в Д получит соотношения (4`` ) (5`` ) где - величина с размерностью скорости , - величина с размерностью длины , - инвариантная величина , характеризующая неизменную протяженность стержней и выраженная через пространственно-временные характеристики светового сигнала Что конкретно означают соотношения (4 `` ) и (5 `` ) ? представляет собой расстояние , которое пробегает световой сигнал за время по отношению к системе K` и является проекцией светового луча на эту систему ; - время , за которое световой сигнал достигает точку C. Однако для наблюдателя в Д точки B` и C тождественны (совпадают ). Поэтому наблюдатель в Д придет к в ыводу , что то же самое расстояние световой сигнал в системе K` пробежит за большее время (время как бы растянулось ). Для наблюдателя в Д скорость светового сигнала по отношению к стержню A`B` равна , то есть меньше c и поэтому сигнал затрачивает большее время для достижения точки B ` . Наблюдатель в Д ` получит те же соотношения (4 `` ) и (5 `` ), так как он вполне может считать , что световой сигнал испущен не из A в B , а из точки A ` в точку B ` . Отметим , что численные значения скорости света в обеих системах отсчета будут равны только в случае , если сигнал излучается из точки , лежащей в центре между A и A` на прямой ДД `. Но если наблюдатели изолированны друг от друга , то для ни х этот факт не имеет значения . Величина скорости света c для каждого из них будет предельной , а по отношению к другой системе отсчета она всегда будет иметь вид (9) Видно , что в модели СТО выполняются два положения : 1. Предельный характер скорости света в каждой из систем отсчета ; 2. Равноправие (симметрия ) двух систем отсчета . Из (9) видно также , что скорос ть v не может быть больше скорости света c , так как в этом случае мы получим мнимую величину скорости c` . В модели СТО соотношения (4 `` ) и (5 `` ) описывают не пространство и время вообще , а только конкретные пространственно-временные характеристики светового сигнала по отношению к той или иной системе отсчета . Так как по своей логической структуре соотношения (4 `` ) и (5 `` ) аналогичны соотношениям , получаемым в СТО , то этот факт представляется исключительно важным . Аналогичным образом обстоит дел о и с преобразованиями Лоренца , где речь идет не об абстрактном времени вообще , а времени , как характеристике движения светового сигнала по отношению к той или иной системе отсчета . Между тем общепризнанно , что в теории относительности описывается простра н ство и время вообще , то есть все пространственно - временные процессы : физические , биологические , социальные и т . п . В противном случае из-за неравного протекания указанных процессов был бы несправедлив принцип относительности и можно было бы вычислить а б солютную скорость системы отсчета наблюдателя . С нашей точки зрения существует два возможных пути для согласования СТО с физической действительностью . Первый путь - признать , что СТО описывает только пространственно-временные характеристики световых сигна лов , не имеющих никакого отношения к пространственно-временным характеристикам других явлений (физических , химических , биологических , социальных ), то есть утверждается , что СТО не описывает пространство и время "вообще ", а только конкретное физическое явл е ние - движение светового сигнала по отношению к той или иной системе отсчета ( [1]) . Такой прямолинейный подход приводит к выводу , что СТО не может являться универсальной теорией пространства-времени и эта теория не может служить основой современной физи к и , так как она описывает только одно единственное конкретное явление - движение светового сигнала . . Мы придерживаемся второго подхода , который заключается в том , что действительно в СТО пространство - время определяется только движением световых (или ему подобных ) сигналов , но здесь явление движения светового сигнала является основой , базой для всех пространственно-временных отношений , в т . ч . физических , биологических , социальных и прочих . Принцип относительности непосредственно связан с указанным обсто я тельством . Только в этом случае можно говорить о пространстве и времени "вообще " , основываясь на одном конкретном пространственно-временном материальном процессе . Второй путь представляется более предпочтительным , так как соединяет между собой не подлежа щий сомнению философский принцип материальности и разработанную Эйнштейном и подтвержденную всем последующим опытом теорию относительности . Эйнштейн по данному вопросу высказался лишь однажды . Он писал : Теорию относительности часто критиковали за то , что она неоправданно приписывает центральную теоретическую роль явлению распространения света , основывая понятие времени на его законах (подчеркнуто мной А . К . ). Положение дел , однако , примерно таково . Чтобы придать понятию времени физический смысл , нужны ка кие-то процессы , которые дали бы возможность установить связь между различными точками пространства . Вопрос о том , какого рода процессы выбираются при таком определении времени , несуществен . Для теории выгодно , конечно , выбирать только те процессы , относи т ельно которых мы знаем что-то определенное . Распространение света в пустоте благодаря исследованиям Максвелла и Лоренца подходит для этой цели в гораздо большей степени , чем любой другой процесс , который мог бы стать объектом рассмотрения ([3] , с . 24). С нашей точки зрения , такая позиция Эйнштейна представляется неудовлетворительной . Если бы выбирались другие процессы , то в преобразованиях , аналогичных преобразованиям Лоренца , отсутствовала бы константа c скорость света . Но это недопустимо в силу предельн ого характера скорости света . Следовательно , основой пространственно-временных отношений в СТО является именно движение со скоростью света и центральная теоретическая роль явления распространения света совсем не случайна . Световой сигнал строит пространст венно-временные отношения между телами или структурными элементами тел , создает метрику . Ясно , что такое пространство-время может быть только относительным . С этой точки зрения замедление распада нестабильных элементарных частиц связано с их структурным с троением и увеличением времени обмена сигналами распада между структурными элементами частицы , так как скорость таких сигналов между этими элементами , с точки зрения покоящегося наблюдателя , равна и зависит от скорости v . В системе же отсчета движущейся частицы эта скорость равна скорости света c ( в единицах времени и длины этой системы отсчета ). Именно поэто му можно говорить , что каждая система отсчета обладает своим собственным временем . На фиг . 1 можно явно показать величину скорости v . Так как , что является уравнением окружности , то мы получаем фиг . 1б . Из фиг . 1б видно , что при мы имеем что является переходом от преобразований Лоренца к преобразованиям Галилея . При v > c наша модель теряет смысл . В модели можно определить и так называемое пространство событий . Очевидно , что им является полуплоскость над прямой ДД ` , где каждая точка может быть охарактеризована временем и местом . Рассмотрим , как в модели интепретируется проблема одновременности двух событий . Пусть из точки М (фиг . 1а ), лежащей посредине между А и В , в систе ме K в точки A и B испущены световые сигналы . В собственной системе отсчета K наблюдатель в Д обнаружит , что эти сигналы придут в точки A и B одновременно . Однако с точки зрения наблюдателя в Д ` , эти сигналы в точки A` и B` придут неодновременно . Таким о бразом , понятие одновременности становится относительным в зависимости от того , по отношению к какой системе отсчета рассматривается этот процесс . Далее , согласно СТО , чтобы измерить длину движущегося стержня относительно неподвижной системы отсчета , необ ходимо определить координаты конца и начала стержня в этой системе отсчета , но обязательно одновременно . Это требование одновременности ведет к тому , что длина стержня при измерении его в системе отсчета , относительно которой он движется , оказывается мень ш е , чем при измерении его в системе отсчета , где он покоится . То есть Каким образом эта ситуация отображается в модели СТО ? Если из точки М (фиг . 1), расположенной посредине стержня AB , в точки A и B послать световые сигналы , то наблюдатель в Д обнаружит , что по его часам эти сигналы при дут в точки A и B одновременно . По отношению же к стержню A`B` световые сигналы придут одновременно в точки A` и B``.. Но расстояние A`B`` и есть длина , численно равная , согласно фиг . 1, величине Таким образом , по от ношению стержню A`B` модель СТО адекватно отображает сокращение первоначальной длины , имеющее место и в реаль ной ситуации . Причем , как и в СТО , в модели СТО (фиг . 1) указанное сокращение также связано с понятием одновременности . В СТО физическая скорость света определяется из выражения . Как эта ситуация отображается в модели ? В этом случае для наблюдателя в Д длина стержня AB равна нулю , т . е . собственной системы отсчета больше не существует . Остается только световой сигнал . Движение светового сигнала соотносить не с чем . Модель СТО показывает , что световой сигнал системой отсчета являться не может . Для светового сигнала не существует собственной системы отсчета . Если часами считать сам свет , то эти часы не идут , они с тоят . Почему это происходит ? В свое время Ньютон задался целью искуственно выделить некоторую основную всеобщую систему референции , к которой можно было бы отнести все наблюдаемые величины . В соответствии с этим замыслом Ньютон и построил систему абсолют ного пространства-времени . Современная физика отказалась от ньютоновской системы референции и избрала новую скорость света . Именно к ней теперь относятся все наблюдаемые величины . Но , как можно видеть из модели СТО , световой сигнал не может в качестве сис т емы отсчета , системы референции избирать самого себя . Отсчет временного процесса (движение луча света ) может происходить только по отношению к стержню AB , но не по отношению к самому себе . В модели СТО можно отобразить ситуацию , когда одна из систем отсч ета движется равномерно-ускоренно (фиг . 2) В этом случае величина c ` (на фиг . 2 справа ) будет иметь вид где - равномерное ускорение , x -текущая координата . Величина же скорости света c` (на фиг . 2 слева ) по прежнему имеет вид . Как видно из фиг . 2, симметрия двух систем отсчета (их равноправие ) уже теряется . Из фиг . 2 также видно , что переход системы отсчета K` из состояния равномерного и прямолинейного движения в состояние ускор ения изменяет внутренние отношения в ускоренной системе отсчета K` из-за изменения величины скорости света c` , в то время как в СТО (фиг . 1) скорость света c` изменялась из-за перемены внешних отношений между двумя системами отсчета K и K` . В общем же сл учае в неравномерно-ускоренных системах отсчета или в гравитационных полях величина скорости света обобщаетс я и принимает вид или , развернуто где , - метрические коэффициенты или гравитационные потенциалы , a Отсюда величина инвариантного интервала равна (10) что является первой ступенью для построения общей теории относительности . Однако в (10) величина есть скорость света в ускоренной системе отсчета K` с точки зрения условно-неподвижного наблюдателя . Она и определяет собой скорость всех временных процессов в K` . В равномерно-ускоренной системе отсчета имеем или в соответствии с фиг . 2. Таким образом , наша модель вполне адекватно отображает пространственно-временные отношения в СТО и , изучая ее , мы можем глубже понять сущность этой теории . Подведем предварительные итоги : 1. Псевдоевклидовое пространство-вр емя является следствием пространственно-временных отношений между структурными элементами физической материи и связывающих их полей . Утверждение о том , что электродинамика Максвелла-Лоренца выявляет псевдоевклидов характер пространства-времени , неверно по сути . Поля , распространяющиеся со скоростью света , не выявляют псевдоевклидовую геометрию , якобы существующую до этого , а организуют , формируют ее . Метрика пространства-времени не дана заранее , а создается безмассовыми полями посредством установления прос т ранственно-временных отношений между массивными материальными объектами . 2. Инвариантная величина есть исти нная неизменяемая протяженность движущегося тела потому она и инвариантна . Описывается же она через пространственно-временные характеристики светового сигнала . И только благодаря неуничтожимому движению светового сигнала пространство и время объединяются в единое пространственно-временное многообразие . 3. Величина или является скоростью света в движущейся равномерно и прямолинейно или , соответственно , ускоренно системах отсчета с точки зрения условно-неподвижного наб людателя по отношению к истинной протяженности движущегося стержня , равной . Отсюда . Скорость c` и определяет скорость всех временных процессов в этих системах отсчета . Таким образом , согласно изложенной выше интерпре тации , в СТО нет ничего , кроме описания пространственно-временных свойств безмассовых полей в различных ИСО . Этот вывод , примененный к общей теории относительности , не затрагивая математической структуры ОТО , кардинальным образом изменяет ее интерпретацию, позволяя переосмыслить традиционный геометрический подход в теории гравитации ( [2], c. 28-39). 3. К ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ В современной физике понятие кривизны пространства-времени до сих пор овеществляется . Но является ли кривизна чем-то субстан циональным , наподобие пространственной протяженности и временной длительности - неотъемлемых атрибутов материальных вещей , событий , процессов ?Нет , понятие кривизны отображает совершенно конкретные в каждом отдельном случае пространственно-временные матем а тические отношения . А отношения по природе своей не имеют иного субстрата , кроме того , которым обладают носители данных отношений . Нет и не может быть отношений самих по себе , в виде некоторой субстанции , существующей помимо или наряду со своими носителя м и . Поэтому искать абстрактное отношение кривизны в "чистом виде " - вблизи звезд или в межгалактическом пространстве - такое же бесполезное занятие , как и попытка отыскать отношение собственности на фасадах домов , на полках магазинов и т . п . Или , например, производственные отношения - на руках и лицах рабочих и интеллигенции . Геометрические отношения , как и любые другие , сами по себе не имеют какой-либо иной объективной реальнности , помимо той , какую дают им носители данных отношений . Поэтому бессмысленными выглядят тезисы типа следующего : "в мире нет ничего , кроме искривленного пространства-времени ". Не составляет особого напряжения ума для уяснения того простого и очевидного факта , что кривизна не является атрибутивно-субстратной хараектеристикой пространс т ва-времени , а представляет собой результат определенного отношения геометрических величин , причем не просто двучленного , а сложного и многоступенчатого математического отношения . Отношения в отрыве от своих носителей не поддаются чувственному восприятию . Это одна из основных причин отсутствия наглядности , что характерно для многих современных теорий , которые не являются наглядными вовсе не потому , что выражают какую-то особую реальность , неизвестную науке прошлого , а лишь потому , что отображают определенн ы е отношения и различные системы таких отношений . Ясно , что кривизна , представляющая собой результат определенного вида геометрических отношений , не является некой сущностью материального мира . Понятие искривленного пространства-времени - всего лишь отраже н ие определенной совокупности пространственно-временных отношений , объективно существующих в материальной действительности . Ниже мы покажем что и в общей теории относительности материальным носителем пространственно-временных отношений являются безмассовые кванты энергии . И они же являются материальной основой для понятия "кривизна пространства-времен и " Уравнения геодезической следуют из соотношения и уравнения Эйлера-Лагранжа ([4], с . 212) (11) Непосредственной пров еркой можно убедиться , что результат записывается в виде где S - длина дуги , определенная равенством Если рассматривать S как параметр , то S `= 1 , S``=0 и это уравнение приобретает вид (11`) в соответствии с геометрической идеологией ОТО . Однако с новой точки зрения величина c` в (11) есть скорость света в ускоренной си стеме отсчета . Тогда движение пробного тела по геодезической обусловлено не геометрией пространства-времени , как чем то первичным , а изменением скорости света c` между структурными элементами пробного тела под влиянием гравитационного поля . Чтобы показать это , рассмотрим мысленный эксперимент . В рамках данного мысленного эксперимента есть возможность выявить существенное и отбросить второстепенное с помощью построения модели , элементы которой могут быть подвергнуты математической обработке . В этом отношен и и всегда желательно построить относительно простую модель сложного явления . Пусть в системе отсчета K` расположен невесомый цилиндр высотой h (фиг . 3) Обозначим верхнюю крышку цилиндра через S2 , нижнюю через S1 . Пусть эта система отсчета K` вместе с жестко закрепленным к ней невесомым цилиндром движется равномерно-ускоренно в направлении положительных значени й Z с ускорением . Пусть из S2 в S1 испущен квант света фотон с энергией E и мы рассматриваем этот процесс в н екоторой системе K , которая не обладает ускорением . Положим , что в тот момент , когда энергия излучения E переносится из S2 в S1 , система K` обладает относительно системы K скоростью , равной нулю . Световой квант достигнет S1 спустя время (в первом приближении ), где c -скорость света . В этот момент S1 обладает относительно системы K скоростью . Поэтому , согласно СТО , достигающее S1 излучение имеет не энергию E , а большую энергию E1 , которая в первом приближении связан а с E соотношением (12) где Импульс , передаваемый излучением стенке S1 , найдем из соотношения (13) Пусть световой квант с такой же энергией E излучается из S1 в сторону S2 . Тогда энергия излучения , достигающая стенки S2 и передаваемый импульс будут иметь следующий вид (14) (15) Если в системе K` мы одновременно излучим два кванта света одинаковой энергии один в сторону S1 и второй в сторону S2 , то импульсы отдачи , как будет показано , взаимно скомпенсируются и основную роль будут играть импульсы (13) и (15). Тогда имеем Так как , то или где - инертная масса Таким образом , невесомый цилиндр , в котором находится излучение , в результате ускорения ведет себя так , как будто он обладает инертной массой , причем импульс этой инертной массы , как легко видеть из фиг . 3, направлен в сторону , противоположную вектору ускорения . Пусть цилиндр движется относительно системы K равномерно и прямолинейно со скоростью v . В этом случае импульсы отдачи не скомпенсируются . Действительно , если фотон , испущенный из S2 , имел в инерциальной системе K импульс , то импульс отдачи будет . Преобразуем его в систему K` по известной формуле преобразования импульса . С точностью порядка получим Аналог ично для импульса отдачи стенки S1 получим Здесь знак минус возникает из-за того , что скорость v направлена противоположно импульсу отдачи . Таким образом , суммарный импульс отдачи в системе K ` равен по абсолютной величине и точно компенсирует суммарный импульс фотонов , так что полный импульс системы равен нулю . Следовательно , раскомпенсации импульсов фотонов при равномерном и прямолинейном движении не происходит . Что же произойдет , если цилиндр ускоряется ? Пусть фотоны из S 1 и S2 испущены в момент , когда система K` имеет относительно системы K скорость , равную нулю . В этот момент времени импульсы отдачи и преобразуются в систему K` со значениями , равными и так как v=0 , и точно компенсируют друг друга . В то же время импульсы самих фотонов , достигнув противоположных стенок изменятся , согласно формулам (13) и (15), в результате изменения скорости цилиндра от 0 до v. Внешне это проявится как наличие инертной массы . Эту ситуацию можно рассмотреть и в любой другой момент времени , связав с ускоренной системой отсчета мгновенно сопутствующую систему отсчета . Эйнштейн указал простой физический пример , позволяющий легко понять , почему масса и энергия связ аны друг с другом соотношением . Он рассмотрел для этого покоящийся относительно лаборатории ящик массы . Пусть этот ящик заполнен электромагнитным излучением , находящимся в термодинамическом равновесии с его стенками . Обозначим энергию этого излучения через . Известно , что электромагнитное излучение оказывает давление на сте нки содержащего его ящика , подобно давлению , вызываемому газом . Пока ящик покоится или движется равномерно , полная сила , приложенная к каждой его стенке , уравновешивается силой , приложенной к противоположной стенке . Если же ящик подвергается ускорению , то благодаря этому ускорению отражающееся от задней стенки ящика излучение будет приобретать дополнительный имп ульс , тогда как излучение , отражающееся от его передней стенки , будет терять часть своего импульса . Если произвести подробный подсчет происходящего при этом изменения давления на стенки движущегося ящика , то окажется , что полная сила , действующая на ящик со стороны излучения , равна Эта сила направлена против ускорения . Поэтому уравнение движения всей системы бу дет иметь вид где - внешняя сила . Это уравнение можно переписать : По этому наличие энергии излучения соответствует появлению добавочной "эффективной массы " в том смысле , что эта масса приводит к такому же возрастанию инертности тела (его сопротивления ускорению ), как и обычная масса , чт о и представляет собой одно из характерных проявлений того физического свойства , которое называют "массой " ([5], с . 118-119). Из этого примера , приведенного Д . Бомом в своей книге , видно , что если равно нулю (т . е . ящик невесом ), мы приходим к нашему невесомому цилиндру на фиг . 3. Наш подход отличается от вышеуказанного тем , что мы трактуем любую инертную массу (в том числе и массу ящика ) через посредство безмассовых квантов энергии (в так называемой модели геона ), о ч ем будет сказано ниже . Таким образом , массивную частицу можно представить как невесомый сосуд , в котором происходит обмен безмассовыми переносчиками взаимодействия . При ускорении такого сосуда суммарный импульс , передаваемый сосуду , становится не равным н улю , что проявляется в форме инертности сосуда . Модель инертной массы очевидным образом показывает , что инерция материальных тел есть их внутреннее свойство и принцип Маха к весомым материальным телам неприменим . Подобный цилиндр будет обладать инерцией и в отсутствие горизонта удаленных масс . Это согласуется с тем фактом , что ОТО никак не связана с принципом Маха . Из модели массы следует , что пробные тела инертны относительно движущихся безмассовых квантов энергии . Скорость света и является той абсолютной системой референции , тем горизонтом , по отношению к которой возникает инертность материальных тел . Многие физики справедливо рассматривают принцип Маха как псевдопроблему . Дирак считал этот принцип физически непонятным и , следовательно , стоящим вне всяко го подлинного физического знания и потому он не может находиться в арсенале серьезного , ответственного ученого . Между тем этому принципу (во многом благодаря авторитету Эйнштейна ) посвящена огромная литература . Отметим , что модель массы на фиг . 3 характер изует так называемую электромагнитную массу . Но сам по себе факт существования массы именно в форме электромагнитной массы , очевидно , не имеет никакого значения . Он указывает только на первичный характер безмассовой формы материи по отношению к ее массивн о й форме . Поэтому данный частный случай , характеризующий электромагнитную массу , справедлив и для любой другой массы . С этой точки зрения наша модель массы является универсальной моделью . Обсудим вопрос о том , может ли наш цилиндр двигаться быстрее скорост и света ? Если говорить образно , то это было бы аналогично случаю , когда барон Мюнхаузен сам себя вытащил из болота за волосы . Более наглядным является другой физический образ . Пусть парусник движется под действием ветра , дующего с определенной постоянной скоростью . Тогда , чем меньше сопротивление воды , тем больше скорость парусника приближается к скорости ветра , но превзойти скорость ветра скорость парусника никогда не сможет . Аналогичным образом и в случае с нашим невесомым цилиндром такое сопротивление д вижению оказывают внутренние фотоны , движущиеся навстречу движению цилиндра (что проявляется , как было показано , в форме инертности цилиндра ). Чем больше таких фотонов , тем больше инертность цилиндра (то есть тем больше его так называемая "масса "). Чем ме н ьше фотонов , тем меньше инертность цилиндра и , в случае отсутствия внутренних фотонов , движущихся навстречу цилиндру , инертность цилиндра становится равной нулю . Фактически это означает , что у нашего цилиндра больше нет отражающих стенок , то есть фотоны р а спространяются свободно вне цилиндра в одном направлении со скоростью света . Двигаться же быстрее самих себя фотоны , естественно , не могут , как невозможно поднять самого себя за волосы . Таким образом , наличие в природе предельной скорости , равной скорости света , непосредственно указывает на то , что основой массивных тел являются безмассовые кванты энергии . Увеличение же релятивистской " массы " цилиндра с возрастанием скорости его движения является следствием того , что меняется не "масса ", а сила взаимодейс твия между цилиндром и полем , которое разгоняет этот цилиндр . Чем ближе скорость цилиндра к скорости поля ускорителя (равной скорости света ), тем меньше сила , действующая на цилиндр . Поэтому и возникает физический эффект : разогнать цилиндр быстрее света н е возможно . В случае с нашим парусником "сила давления ветра на парус зависит от относительной скорости между воздушным потоком и парусом . Чем быстрее будет двигаться лодка , тем меньше будет давление ветра на парус . Лодка не сможет плыть быстрее ветра , и эт о происходит не за счет изменения массы лодки , а вследствие изменения сил взаимодействия между потоком ветра и парусом . Такое изменение сил взаимодействия в относительном движении тел и физических полей встречается в природе повсеместно ". ([6], с . 212) Дал ее . Пусть невесомый цилиндр (фиг . 3) не ускоряется , а расположен на подставке и находится в слабом статическом поле Земли . Пусть в S1 потенциал поля приравнен к нулю , а на высоте h он равен Ф . Учитывая принцип эквивалентности , можно записать . Пусть теперь из S2 в S1 испущен квант света с энергией Е . Тогда энергия и импульс фотона изменяется согласно соотношениям и С другой стороны , испуская квант света с энергией E от S1 к S2 , получим и В итоге разность передаваемых импульсов равна Где , и нап равлена в сторону уменьшения Ф , то есть на фиг . 3 вниз . Таким образом (16) И сила , действующая на подставк у , имеет вид (16` ) Так как для света в слабом поле , то или , в более общем случае что следует и из теории тяготения Ньютона . Пусть подставка убрана . Тогда , в силу закона сохранения импульса , левая часть соотношения (16) равна нулю . Тогда равно нулю и - изменение потенциала поля . Невесомый цилиндр , находящийся в гравитационном поле , движется так , что потенциал поля в цилиндре постоянен . В формализме ОТО это отражается в том , что потенциалы при ковариантном дифференцировании ведут себя как константы , но только при ускоренном движении цилиндра (движении по геодезической ), каковым и является падение . Отсюда ясно , что свободное движение невесомого цилиндра (движение по геодезической ) связано с постоянным перераспределением импульсов безмассовых квантов энергии по отно шению к стенкам сосуда в гравитационном поле , а не искривлением пространства-времени . Искривление пространства-времени понятие вторичное , вытекающее из абстрактных формул . Первичным же является реальное изменение величины скорости света c` между структурны ми элементами пробной частицы , движущейся в гравитационном поле . В самом деле , P1 и P2 можно записать следующим образом где - скорость света в ускоренной системе отсчета K` с точки зрения условно-неподвижного наблюд ателя . Отсюда Убрав подставку , мы вынуждаем цилиндр сместиться под действием разности импульсов фотонов , в результате чего он оказывается в области гравитационного поля с большей разностью потенциалов , чем в предыдущий момент времени . Это вновь порождает уже большую разность импульсов и процесс повторяется . Именно таким образом невесомый цилиндр ускоряется в гравитационном поле . Действительно , рассмотрим гравитирующую массу M и два положения нашего цилиндра в поле этой массы вдоль прямой R (фиг . 4) Из фиг . 4 видно , что разность потен циалов равна где k - гравитационная постоянная Ньютона , - высота ци линдра Аналогично для разности потенциалов получим Так как R1R2
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Бои за выполненение Минских соглашений вступили в решающую фазу.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по математике "Новая интерпретация теории относительности", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru