Презентация по теме: "Специальная теория относительности"

Специальная теория относительности

Во всем виноват Эйнштейн. В 1905 году он заявил, что абсолютного покоя нет, и с тех пор его действительно нет.

Стивен Ликок

СТО

• раздел физики, изучающий движения тел с высокими скоростями в ИСО.

100 км/с ≤ v ≤ с

(элементарные частицы ,свет, галлактики)

• новое учение о пространстве и времени.

Классическая механика

Δ l = Δ l

Δ t = Δ t

Δ m = Δ m

• Время абсолютно
• Длина абсолютна
• Масса инвариантна

в электродинамике: справедлив ли?

Принцип относительности Галилея

• Во всех ИСО законы физики имеют один и тот же вид.
• Механические явления протекают одинаково во всех ИСО.

Противоречия между электродинамикой и механикой Ньютона:

По законам электродинамики

По закону сложения скоростей

Выход из противоречий

• Принцип относительности.

Х. Лоренц

• Уравнения Максвелла.

Г. Герц

• Классическая механика.

А. Энштейн

1881г Майкельсон, Морли.

Орбитальное движение Земли

не сказывается на ходе оптических процессов

эфир

Теория относительности (А. Эйнштейн)

Постулаты теории относительности

Основные понятия

• ИСО – система отсчета, относительно которой свободное тело движется равномерно прямолинейно или покоится.
• Событие – любое физическое явление, происходящее в определенной точке пространства относительно любой инерциальной системы отсчета

Основные понятия

• Постулаты – исходные положения, принимаемые без доказательства , но обоснованными опытами.
• Собственная ИСО – система отсчета, относительно которой тело покоится.
• Время движения, измеренное в собственной ИСО, называется собственным временем.

Основные понятия

• Инвариант – величина, которая не зависит от выбора ИСО.

Постулаты теории относительности

1905 г. А. Эйнштейн

«К оптике движущихся тел»

1. Постулат

Все процессы природы протекают одинаково во всех ИСО.

Постулаты теории относительности

• Физические законы одинаковы во всех ИСО
• Невозможно обнаружить равномерное прямолинейное движение с помощью физических опытов внутри ИСО.
• Все ИСО равноправны

Подтверждение 1 постулата

• «Представьте себе, — поясняет Эйнштейн, — двух физиков. У обоих есть вся мыслимая физическая аппаратура, у каждого из них — своя лаборатория. Предположим, что лаборатория одного из них находится где-то в открытом поле, а лаборатория другого — в железнодорожном вагоне, который движется с постоянной скоростью в определенном направлении.

Подтверждение 1 постулата

• Принцип относительности гласит: если оба эти физика изучают с помощью всех своих приборов законы природы — один в лаборатории, находящейся в состоянии покоя, а другой в лаборатории, размещенной в железнодорожном вагоне, то при условии, что поезд не испытывает сотрясений и идет равномерно, ими будут обнаружены одни и те же законы природы ».

Постулаты теории относительности

2. Постулат

Скорость света в вакууме одинакова во всех ИСО и не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала.

• За время t системы отсчета сместятся относительно друг друга на расстояние vt
• 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 — в точке О1. Но центры в точках О и Ох. Это противоречие вытекает из рассуждений, основанных на постулатах СТО

Подтверждение 2 постулата

• Мысль о том, что свет остановить нельзя, впервые осенила Эйнштейна за 10 лет до опубликования своей первой работы по теории относительности. Впоследствии независимость скорости света от движения источника неоднократно проверялась на опыте.

Подтверждение 2 постулата

• В 1956 г. советские ученые А. М. Бонч-Бруевич и В. А. Молчанов, измерив скорости света от правого и левого краев Солнца (один из которых из-за осевого вращения Солнца приближается к нам со скоростью 2,3 км/с, а другой — с такой же скоростью удаляется), обнаружили, что в обоих случаях скорости света совпадают.

Подтверждение 2 постулата

• Наиболее точная проверка постоянства скорости света была осуществлена Т. Альвегером с сотрудниками в 1964 г.
• В этом опыте измерялась скорость светового излучения, возникающего при распаде быстродвижущихся элементарных частиц ( π °-мезонов).
• Скорость этих частиц, как показали измерения, не влияла на скорость света, которая по-прежнему была равной с.

• космонавт хочет узнать, одинаково ли идут часы А и Б.
• С помощью источника, неподвижного относительно корабля и расположенного в его середине, производит вспышку света. Свет одновременно достигает часов А и Б.
• Если показания часов в этот момент одинаковы, то часы идут синхронно.

половины длины корабля. Часы В на корме приближаются к месту вспышки, путь светового сигнала меньше половины длины корабля. " width="640"

• В системе отсчета К, относительно которой корабль движется.
• Часы А удаляются от места, где произошла вспышка. Чтобы достигнуть часов А, свет должен преодолеть расстояние половины длины корабля.
• Часы В на корме приближаются к месту вспышки, путь светового сигнала меньше половины длины корабля.

• Два любых события к точках А и В, одновременные в системе отсчета К 1 , неодновременны в системе К.
• Одновременность пространственно разделенных событий относительна.

Революция в науке

• Осенью 1919 г. весь мир облетела весть о том, что астрономические данные подтвердили новую и совершенно «фантастическую» теорию пространства, времени и тяготения — теорию относительности Альберта Эйнштейна. 8 ноября лондонская газета «Таймс» опубликовала статью под названием «Революция в науке. Эйнштейн против Ньютона. Мнения выдающихся физиков».

Революция в науке

• Через 10 дней та же газета призвала своих читателей не оскорбляться тем, что только 12 человек во всем мире способны понять теорию «внезапно прославившегося доктора Эйнштейна». В течение целого месяца со страниц газет не сходили заголовки «Революция в науке», «Отказ от взглядов Ньютона», «Триумф теории Эйнштейна», «Тяжелые времена для ученых», «Не понимаю Эйнштейна»...

Революция в науке

• 7 декабря в передовой статье «Нью-Йорк Таймс» утверждалось даже, что «богохульства в адрес пространства и времени привели некоторых астрономов в ужас, и в течение по крайней мере нескольких дней им казалось, что рушатся основы человеческого знания».

Революция в науке

• Наконец, 14 декабря берлинский еженедельник поместил на первой полосе фотографию Эйнштейна с подписью: «Альберт Эйнштейн — новый гигант мировой истории; его исследования, приведшие к полному перевороту в наших представлениях о природе, можно сравнить с открытиями Коперника, Кеплера и Ньютона».

Революция в науке

• Бремя великой славы легло на плечи Эйнштейна. В его берлинскую квартиру на Габерландштрассе, 5, начали приходить потоки писем, писем на разных языках и со всего света. Доходили даже такие письма, на конвертах которых стояло лишь два слова: «Европа, Эйнштейну».
• Из многих городов разных стран Эйнштейн получает приглашения прочитать лекции по новой теории. Эйнштейн посещает Голландию, Чехословакию, Австрию, Америку, Францию, Индию, Китай, Японию, Палестину, Испанию... В Аризоне индейцы присвоили Эйнштейну имя Вождь Великой Относительности.

Революция в науке

• В свое время Лагранж назвал Ньютона счастливейшим из гениев, так как «только однажды дано человеку открыть систему мира». Лагранж ошибся. Картина мира, созданная Ньютоном, просуществовав двести с лишним лет, уступила место вселенной Эйнштейна...

Об Эйнштейне

• Впервые Альберт Эйнштейн стал задумываться над вопросами, которые впоследствии легли в основу теории относительности, в 1895 г. Ему в то время исполнилось 16 лет, и он, недоучившись одного года, сбежал из ненавистной ему своей муштрой и зубрежкой гимназии к своим родителям в Италию.

Об Эйнштейне

• В октябре того же года Альберт отправился в Цюрих поступать в политехникум. И хотя он был способным учеником и на «отлично» сдал физику и математику, поступить в политехникум ему тогда не удалось.
• Директор этого учебного заведения, плененный математической эрудицией Эйнштейна, посоветовал Альберту сначала все-таки закончить среднюю школу и, получив аттестат зрелости, снова приходить поступать. Эйнштейн так и сделал.

Об Эйнштейне

Оценки из его аттестата зрелости (при высшем балле, равном 6):

• немецкий язык — 5,
• итальянский — 5,
• история — 6,
• география — 4,
• алгебра — 6,
• геометрия — 6,
• начертательная геометрия — 6,
• физика — 6,
• химия — 5,
• естественная история — 5,
• рисование — 4,
• черчение — 4.

Об Эйнштейне

• Завершив четырехлетний курс обучения в политехникуме, Эйнштейн стал школьным учителем физики. Один из его учеников так описал его: «Роста около 175 см, широкоплечий, немного сутулый, кожа чуть смуглая, чувственный рот, черные усы, нос с небольшой горбинкой, блестящие карие глаза, приятный голос, правильный французский с легким акцентом».

Об Эйнштейне

• Через несколько месяцев Эйнштейн уволился из школы и в 1902 г. устроился работать техническим экспертом третьего класса в Федеральном патентном бюро в Берне. На протяжении всего этого времени Эйнштейн не переставал заниматься наукой и в 1905 г. опубликовал статьи, которые впоследствии принесли ему Нобелевскую премию по физике.

Альберт Эйнштейн и Чарли Чаплин

Альберт Эйнштейн любил фильмы Чарли Чаплина и относился с большой симпатией к созданному им герою. Однажды он написал в письме к Чаплину: «Ваш фильм «Золотая лихорадка» понятен всем в мире, и вы непременно станете великим человеком. Эйнштейн.»

На это Чаплин ответил: «Я восхищаюсь Вами еще больше. Вашу теорию относительности никто в мире не понимает, а Вы все-таки стали великим человеком. Чаплин».

Эйнштейн писал:

• « Когда я спрашиваю себя, чем можно объяснить то, что именно я открыл теорию относительности, я думаю, что все дело заключается в следующем: нормальный взрослый человек не ставит перед собой проблему осмысления пространства и времени. Все, что, по его мнению, можно думать об этом, он пережил уже в детстве. Я же, напротив, развивался настолько медленно, что начал думать о пространстве и времени и изумляться этому, когда уже был взрослым человеком. Естественно, что я смог поникнуть в эту проблему глубже, чем обычный ребенок.

"Я довольствуюсь тем, что с изумлением строю догадки об этих тайнах и смиренно пытаюсь мысленно создать далеко не полную картину совершенной структуры всего сущего." А. Эйнштейн.