Урок 2. ПОСТУЛАТЫ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

     В основе теории относительности лежат два постулата.

     Для объяснения отрицательных результатов опыта Майкельсона и других опытов, которые должны были обнаружить движение Земли относительно эфира, вводились различные гипотезы. С помощью этих гипотез пытались объяснить, почему не удается обнаружить преимущественную систему отсчета (считали, что такая система в действительности якобы имеется).

     Совсем по-иному подошел к проблеме Эйнштейн: не следует изобретать различные гипотезы для объяснения отрицательных результатов всех попыток обнаружить различие между инерциальными системами. Законом природы является полное равноправие всех инерциальных систем отсчета в отношении не только механических, но и электромагнитных процессов. Нет никакого различия между состоянием покоя и равномерного прямолинейного движения.

     Принцип относительности — главный постулат теории Эйнштейна. Его можно сформулировать так: все процессы природы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.

     Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы имеют одинаковую форму. Таким образом, принцип относительности классической механики обобщается на все процессы в природе, в том числе и на электромагнитные.

     Но теория относительности основывается не только на принципе относительности. Имеется еще второй постулат: скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала.

     Скорость света занимает, таким образом, особое положение. Более того, как вытекает из постулатов теории относительности, скорость света в вакууме является максимально возможной скоростью передачи взаимодействий в природе.

     Для того чтобы решиться сформулировать постулаты теории относительности, нужна была большая научная смелость, так как они противоречили классическим представлениям о пространстве и времени.

     В самом деле, допустим, что в момент времени, когда начала координат инерциальных систем отсчета К и К₁, движущихся друг относительно друга со скоростью , совпадают, в начале координат происходит кратковременная вспышка света. За время t системы сместятся друг относительно друга на расстояние ut, а сферическая волновая поверхность будет иметь радиус ct (рис. 39). Системы К и K₁ равноправны, и скорость света одинакова в той и другой системе. Следовательно, с точки зрения наблюдателя, связанного с системой отсчета К, центр сферы будет находиться в точке О, а с точки зрения наблюдателя, связанного с системой отсчета К₁ - он будет находиться в точке О₁. Но ведь не может одна и та же сферическая поверхность иметь центры в О и О₁. Это явное противоречие вытекает из рассуждений, основанных на постулатах теории относительности.

Рис. 39

     Противоречие здесь действительно есть. Но не внутри самой теории относительности. Имеется лишь противоречие с классическими представлениями о пространстве и времени, которые при больших скоростях движения уже несправедливы.

Оба постулата теории относительности надо запомнить. Не забывайте также определение инерциальной системы отсчета: это такая система, относительно которой свободные (т.е. ни с чем не взаимодействующие) тела движутся с постоянной скоростью.

?  1. Какие утверждения лежат в основе теории относительности? 2. В чем отличие первого постулата теории относительности от принципа относительности в механике?