Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Принцип відносності



План:


Введення

Симетрія в фізики
Перетворення Інваріантність Закон
збереження
трансляції часу Консервативність ... Енергії
Ізотропія часу Ізотропія часу ... Ентропії
трансляції простору Однорідність ... Імпульсу
Обертання Ізотропності
простору
... Моменту
імпульсу
Група Лоренца Відносність
Лоренц-інваріантність
... Інтервалу

Принцип відносності - фундаментальний фізичний принцип, згідно з яким всі фізичні процеси в інерціальних системах відліку протікають однаково, незалежно від того, нерухома чи система або вона знаходиться в стані рівномірного і прямолінійного руху.

Звідси випливає, що всі закони природи однакові в усіх інерціальних системах відліку. [1]

Розрізняють принцип відносності Ейнштейна (який наведено вище) і принцип відносності Галілея, який стверджує те ж саме, але не для всіх законів природи, а тільки для законів класичної механіки, маючи на увазі застосовність перетворень Галілея, залишаючи відкритим питання про застосування принципу відносності до оптиці і електродинаміки.

У сучасній літературі принцип відносності в його застосуванні до інерціальним систем відліку (найчастіше при відсутності гравітації або при нехтуванні нею) зазвичай виступає термінологічно як Лоренц-ковариантности (або Лоренц-інваріантність).


1. Історія

Батьком принципу відносності вважається Галілео Галілей, який звернув увагу на те, що перебуваючи в замкнутій системі фізичної, неможливо визначити, спочиває ця система чи рівномірно рухається. За часів Галілея люди мали справу в основному з чисто механічними явищами. У своїй книзі "Діалоги про дві системи світу" Галілей сформулював принцип відносності наступним чином:

Для предметів, захоплених рівномірним рухом, це останнє як би не існує і проявляє свою дію тільки на речах, які не беруть в ньому участі.

Ідеї ​​Галілея знайшли розвиток у механіці Ньютона. У своїх "Математичних засадах натуральної філософії" (том I, слідство V) Ньютон так сформулював принцип відносності:

Відносні рухи один по відношенню до одного тіл, укладених в будь-якому просторі, однакові, спочиває чи це простір, або рухається рівномірно і прямолінійно без обертання.

Однак з розвитком електродинаміки виявилося, що закони електромагнетизму і закони механіки (зокрема, механічна формулювання принципу відносності) погано узгоджуються один з одним, так як рівняння механіки у відомому тоді вигляді не змінювалися після перетворень Галілея, а рівняння Максвелла при застосуванні цих перетворень до них самих або до їх рішенням - міняли свій вигляд і, головне, давали інші прогнози (наприклад, змінену швидкість світла). Ці суперечності привели до відкриття перетворень Лоренца, які робили застосовним принцип відносності до електродинаміки (зберігаючи інваріантної швидкість світла), і до постулированию їх застосовності також до механіці, що потім було використано для виправлення механіки з їх урахуванням, що виразилося, зокрема, в створеній Ейнштейном Спеціальної теорії відносності. Після цього узагальнений принцип відносності (припускає можливість застосування і до механіки, і до електродинаміки, а також до можливих нових теорій, що припускає також перетворення Лоренца для переходу між інерційних системами відліку) став називатися "принципом відносності Ейнштейна", а його механічна формулювання - "принципом відносності Галілея".

Принцип відносності, що включає явно все електродинамічні й оптичні явища, був, мабуть, вперше введений Анрі Пуанкаре починаючи з 1889 (коли їм вперше висловлено припущення про принципову ненаблюдаемости руху щодо ефіру) до робіт 1895, 1900, 1902, коли принцип відносності був сформульований детально, практично в сучасному вигляді, в тому числі введено його сучасну назву і отримані багато принципові результати, повторені пізніше іншими авторами, такі як наприклад детальний аналіз відносності одночасності, практично повторений в роботі Ейнштейна 1905. Пуанкаре також, за визнанням Лоренца, був людиною, що надихнув введення принципу відносності як точного (а не наближеного) принципу в роботі Лоренца 1904, а згодом зробили необхідні виправлення до деяких формули цієї роботи, в яких у Лоренца виявилися помилки.

У цієї принципової статті Х. А. Лоренца ( 1904), що містила висновок перетворень Лоренца [2] та інші революційні фізичні результати у досить завершеною формі (за винятком згаданих технічних помилок, не виходили з методу, виправлених Пуанкаре), він, зокрема, писав: "Стан речей було б задовільним, якби можна було за допомогою певних основних припущень показати, що багато електромагнітні явища строго, тобто без будь-якого зневаги членами вищих порядків, не залежать від руху системи. ... На швидкість накладається тільки те обмеження, що вона повинна бути менше швидкості світла " [3]. Потім, у роботі 1904 Пуанкаре додатково поглибив результати Лоренца, донісши значення принципу відносності до досить широких кіл фізиків і математиків. Подальший розвиток практичного використання принципу відносності для побудови нової фізичної теорії було в 1905 у статті А. Пуанкаре "Про динаміку електрона" ( 1905), який називав його в цій роботі "постулатом відносності Лоренца", і в практично одночасною статті А. Ейнштейна "До електродинаміки рухомих тіл" [4].

Х. А. Лоренц писав у 1912 : "Заслуга Ейнштейна полягає в тому, що він перший висловив принцип відносності у вигляді загального строго і точно чинного закону" [5]. Це його твердження, можливо, означає, що в у Ейнштейна принцип був виражений "з найбільшою різкістю", і Лоренц хотів віддати йому в цьому належне, тим більше що Пуанкаре після 1904 приписував цей принцип самому Лоренцу, очевидно, заради визнання важливості робіт останнього взагалі та роботи 1904 року в частковості, а Лоренц не хотів прийняти такої честі, вважаючи, що його власне розуміння принципу відносності (а може бути, навіть і його прийняття) було недостатнім, на відміну від ейнштейнівського. Лоренц виділив таким чином заслуги Ейнштейна, а не Пуанкаре, мабуть, через те, що Пуанкаре "не йшов до кінця", продовжуючи визнавати можливість і ймовірну продуктивність використання ефіру як абсолютної системи відліку. [6] Можливо також, Лоренц просто вказував на відміну заперечує ефір підходу Ейнштейна, що грунтується цілком лише на принципі відносності, від підходу Пуанкаре, який продовжував розділяти і сам Лоренц і який базувався не тільки на принципі відносності, взятому в Як Необговорювані постулату, а й на інших аргументах, хоча результати того й іншого підходу збігалися, а в майбутньому Пуанкаре вважав можливість виявлення порушень принципу відносності малоймовірною (хоча абсурдною саму таку можливість не вважав). Лоренц підкреслює, що саме Ейнштейн перевів принцип відносності з рангу гіпотези в ранг фундаментального закону природи.

У згаданих та подальших роботах перерахованих авторів, а також і інших, серед яких слід виділити Планка і Маньківського, застосування принципу відносності дозволило повністю переформулювати механіку швидко рухомих тіл і тіл, що володіють великою енергією ( релятивістська механіка), і фізика в цілому отримала сильний поштовх до свого розвитку, значення якого важко переоцінити. Згодом в цілому до цього напрямку в розвитку фізики (побудованому на принципі відносності щодо рівномірно прямолінійно рухомих систем відліку) застосовується назва спеціальна теорія відносності.

Очевидно, принцип відносності і виросла з нього ідея геометризації простору-часу зіграли важливу роль при поширенні на неінерціальні системи відліку (враховуючи принцип еквівалентності), тобто у створенні нової теорії гравітації - загальної теорії відносності Ейнштейна. Інша теоретична фізика також відчула вплив принципу відносності не лише безпосередньо, але і в сенсі підвищеної уваги до симетрій.

Можна помітити, що навіть якщо коли-небудь виявиться, що принцип відносності не виконується точно, його величезна конструктивна роль у науці свого часу (що триває щонайменше до сих пір) настільки велика, що її навіть важко з чимось порівняти. Опора на принцип відносності (а потім також ще й на деякі його розширення) дозволила відкрити, сформулювати і продуктивно розробити таку кількість першорядних теоретичних результатів, практично не мислимих без його застосування, у всякому разі, якщо говорити про реальний шляху розвитку фізики, що його можна назвати основою, на якій побудована фізика.


2. Примітки

  1. Це слідування сильнішою формулювання з первісної більш слабкою не обов'язково прямо стосується модельних уявлень підкоряються (слабкому) принципу відносності явищ (наприклад, модель ефіру допускає пророкування тільки повністю підкоряються принципу відносності явищ, в той же час допускаючи і запис фундаментальних рівнянь в різному вигляді для різних систем відліку, причому мотивовано з точки зору самої моделі); в разі, якщо принцип відносності коли-небудь виявиться насправді лише наближено виконуються, це твердження може виявитися ще більш змістовним, а слабка формулювання в цілому більш кращою. Однак поки принцип відносності виконується точно (а наскільки відомо, це так), ми маємо право використовувати його сильну формулювання, що вимагає однаковості самих законів - тобто рівнянь - у всіх інерціальних системах відліку, і навіть вважати її кращою хоча б через її зручності; у всякому разі, вона в цій ситуації виявляється очевидно вірною.
  2. Термін "перетворення Лоренца" був введений Пуанкаре.
  3. Принцип відносності. Збірник праць класиків релятивізму. М., 1935. С.19
  4. Ейнштейн стверджував, і немає серйозних причин сумніватися в цьому, що він не був знайомий з роботами Лоренца і Пуанкаре 1904 року, і в цьому відношенні його роботи 1905 року були незалежними (велика, і детальна робота Пуанкаре 1905 року "Про динаміку електрона" з величезним кількістю витягнутих з принципу відносності теоретичних наслідків була послана до друку вже після відсилання до друку першої роботи Ейнштейна, але до її виходу у пресі; короткий мемуар Пуанкаре 1905 року, намічає програму, реалізовану у великій роботі, а також викладає деякі дуже істотні результати, був опубліковано менше, ніж за місяць до опублікування першої роботи Ейнштейна).
  5. Принцип відносності. М., 1935. С.23
  6. Пуанкаре Анрі. Про науку. Изд. 2-е. - М.: Наука, 1990, стор 647.

3. Література


3.1. Оригінальні джерела та історичні огляди в російській перекладі

  • http://ivanik3.narod.ru/linksPrincipOtnositelnosty.html - ivanik3.narod.ru/linksPrincipOtnositelnosty.html Принцип відносності. Збірник праць класиків релятивізму. Під редакцією В. К. Фредерікса і Д. Д. Іваненко. ОНТИ. Ленінград 1935 р. (pdf, рос.).
  • http://www.krelib.com/sborniki__obzory/4413 - www.krelib.com/sborniki__obzory/4413 Принцип відносності. Збірник робіт з спеціальної теорії відносності. М., Атомиздат, 1973. 332 із. (Djvu, рос.)

3.2. Оригінальні джерела

[Ein05c]
Albert Einstein: Zur Elektrodynamik bewegter Krper, Annalen der Physik 17 (1905), 891-921. Received June 30, published September 26, 1905. Reprinted with comments in [Sta89], p. 276-306 English translation, with footnotes not present in the 1905 paper, available on the net - www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/
[Ein05d]
Albert Einstein: Ist die Trgheit eines Krpers von seinem Energiegehalt abhngig?, Annalen der Physik 18 (1905), 639-641, Reprinted with comments in [Sta89], Document 24 English translation available on the net - www.fourmilab.ch / etexts / einstein/E_mc2 /
[Lor99]
Lorentz, HA (1899) "Simplified Theory of Electrical and Optical Phenomena in Moving Systems", Proc. Acad. Science Amsterdam, I, 427-43.
[Lor04]
Lorentz, HA (1904) "Electromagnetic Phenomena in a System Moving with Any Velocity Less Than That of Light", Proc. Acad. Science Amsterdam, IV, 669-78.
[Poi89]
Poincar, H. (1889) Thorie mathmatique de la lumire, Carr & C. Naud, Paris. Partly reprinted in [Poi02], Ch. 12.
[Poi97]
Poincar, H. (1897) "The Relativity of Space" - www.marxists.org / reference / subject / philosophy / works / fr / poincare.htm, article in English translation
[Poi00]
Poincar, Henri (1900), " La thorie de Lorentz et le principe de raction - www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1900.pdf ", Archives nerlandaises des sciences exactes et naturelles Т. 5: 252-278 , < http://www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1900.pdf - www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1900.pdf> . Reprinted in Poincar, Oeuvres, tome IX, pp. 464-488. See Also The English Translation - www.physicsinsights.org/poincare-1900.pdf
[Poi02]
Poincar, Henri (1902), Science and hypothesis - www.archive.org/details/scienceandhypoth00poinuoft, London and Newcastle-on-Cyne (1905): The Walter Scott publishing Co. , < http://www.archive.org/details/scienceandhypoth00poinuoft - www.archive.org/details/scienceandhypoth00poinuoft>
[Poi04]
Poincar, Henri (1904), "L'tat actuel et l'avenir de la physique mathmatique", Bulletin des sciences mathmatiques Т. 28 (2): 302-324 English translation in Poincar, Henri (1904), " The present and the future of mathematical physics - www.ams.org/bull/2000-37-01/S0273-0979-99-00801-0/home.html ", Bull . Amer. Math. Soc. (2000) Т. 37: 25-38 , < http://www.ams.org/bull/2000-37-01/S0273-0979-99-00801-0/home.html - www.ams.org/bull/2000-37-01/S0273- 0979-99-00801-0/home.html> Reprinted in "The value of science" (1905a), Ch. 7-9.de la Science "]
[Poi05]
Poincar, Henri (1905), " Sur la dynamique de l'lectron - www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905-1.pdf ", Comptes Rendus Т. 140: 1504-1508 , < http://www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905-1.pdf - www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905-1.pdf> Reprinted in Poincar, Oeuvres, tome IX, S. 489-493. See Also The English Translation BY Logunov (pp. 241-253) - arxiv.org/abs/gr-qc/0210005.
[Poi06a]
Poincar, Henri (1906), " Sur la dynamique de l'lectron - www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905.pdf ", Rendiconti del Circolo matematico di Palermo Т. 21: 129-176 , < http://www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905.pdf - www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905.pdf> Reprinted in Poincar, Oeuvres, tome IX, pages 494-550. See Also The Partial English Translation - www.univ-nancy2.fr/poincare/bhp/.
[Poi08]
Poincar, Henri (1908), Science and Method - www.archive.org/details/sciencemethod00poinuoft, London: Nelson & Sons , < http://www.archive.org/details/sciencemethod00poinuoft - www.archive.org/details/sciencemethod00poinuoft>
[Poi13]
Poincar, Henri (1913), Last Essays - www.archive.org/details/mathematicsandsc001861mbp, New York: Dover Publication (1963) , < http://www.archive.org/details/mathematicsandsc001861mbp - www.archive.org/details/mathematicsandsc001861mbp>



Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Теорія відносності
Теорія відносності
Загальна теорія відносності
Подія (теорія відносності)
Історія теорії відносності
Інтервал (теорія відносності)
Спеціальна теорія відносності
Золотий вік теорії відносності
Пророцтва загальної теорії відносності
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru