Развитие представлений о прстранстве

Развитие представлений о прстранстве и времени. ПО. СТО. ОПО 1/22/2018 1

Античность • Стихийность и противоречивость. 1/22/2018 2

Новое время • Первая глобальная научная революция • Развитие механики • Описывалось движение тел одновременно во времени и пространстве • И Ньютон «Математические начала натуральной философии ввел понятия абсолютного пространства и времени 1/22/2018 3

Абсолютное пространство • Универсальное вместилище себя и всего существующего в мире • Безотносительно к чему бы то нибыло внешнему • Всегда одинаково и неподвижно • «черный ящик» в который можно поместить или убрать все материальные тела 1/22/2018 4

1/22/2018 5

1/22/2018 6

Относительное пространство • Мера или какая-либо ограниченная подвижная чпсть, которая определяется нашими чувствами по положению ее относительно некоторых тел и в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное 1/22/2018 7

Абсолютное время • Универсальная длительность любых процессов во вселенной • Само по себе протекает равномерно • «гигантская река» течет сама по себе независимо от наличия материальных тел 1/22/2018 8

Относительное время • Или точная или изменчивая, постигаемая чувствами внешняя мера продолжительности • В обыденной жизни употребляется вместо истинного математического времени • Мин. Ч. год 1/22/2018 9

С т. з. этой концепции • Абсолютные пространство, время и материя – три независимые друг от друга сущности • Лейбниц соперник Н – реляционная концепция П. В. И М – неразрывно связаны. Но до 19 в непризнаны • 19 в Максвелл – теория электромагнитного поля – ошибочность взглядов Н. 1/22/2018 10

20 в. Э. ТО • Пространство и время как атрибуты материи • Свойства матер. тел, существующие только вместе друг с другом и с движущейся материей 1/22/2018 11

Принцип о. Галилея • Господствовал в механике – равноправность всех инерциальных систем отсчета. • См. у Вани • Электродинамика- концепция эфира или ненаблюдаемой среды, заполнявшей все мировое пространство и являющейся абсолютной системой координат. • Т. о в электродинамике выделялась одна система координат, имеющая предпочтение перед всеми остальными. • Очевидны противоречия 1/22/2018 12

Преобразования Лоренца • Пытался разрешить противоречия • Вывел математическое уравнение для вычисления реальных сокращений движущихся тел и промежутков времени между событиями, происходящими на этих телах, в зависимости от скорости движения 1/22/2018 13

1905 г А. Энштейн • Журнал «Анналы физики статья тогда еще неизвестного АЭ» «К электродинамике движущихся тел» • Изложены основы СТО • Изучая влияние скорости движения тел на электромагнитные явления пришел к ВЫВОДУ • Существование абсолютных времени и прстранства невозможно, т. к. протиаоречит ПО Галилея 1/22/2018 14

Э-н • Считал, что ПО Галилея – квинтэссенция классической механики должен быть сохранен 1/22/2018 15

2 постулата СТО • 1 - расширенный принцип относительности- принци относительности Галилея является всеобщим и действует не только в механике, но и в электрродинамике • 2 – принцип постоянства скорости света в вакууме 300 000 км/сек во всех ИСО. Если и существует максю скорость, то она одинакова во всех ИСО (из электродинамики) 1/22/2018 16

Скорость света • Самая большая из всех скоростей в природе, предельная скорость физических взаимодействий, одна из немногих фундаментальнвх физических констант нашего мира • С нескладывается с др. скоростями • Абсолютна, всегда одна и таже • Говоря о С не нужно указывать систему осчета • Скорости др тел меньше С. Кроме того эти скорости складывабтся с др. скор. И поэтому относительны, их величина зависит от т. з. 1/22/2018 17

Одновременность Э. • Суть теории отн. • События одновременные для одного наблюдателя неодновременны для другого • Пример световой сигнал из одной точки в др и возвр. Обратно. Т. к. свет обладает конечной скоростью , то сигналы в разных точках покажут разные результаты • След. Одновременнсть понятие относительное 1/22/2018 18

Релятивистские эффекты • Это изменение пространственно-временных характеристик тел заметные на больших скоростях • Относительны не только скорости и траектории тел, но и пространственно- временные характеристики тел: линейные размеры, масса, время протекания проц. • Эти свойства зависят от скорости движения тел 1/22/2018 19

3 рел-х эфф-та • 1 сокращение линейных размеров тела в направлении его движения • Пример чем ближе скорость объекта, движущегося относительно неподвижного наблюдателя, к скор света, тем меньше его размеры для наблюд 1/22/2018 20

2 • Увеличение массы быстродвиж тел • Масса движ тела с т. з. неподвижного наблюд больше массы покоя того же тела • Чем ближе скор к С тем больше возрастает его масса • Никакое тело, обладающее массой, отличной от 0 нельзя разогнать до С 1/22/2018 21

Отсюда следует • Е = мс2 – масса тела есть мера содержащейся в нем энергии 1/22/2018 22

3 • Замедление времени в быстродвиж телах • В быстро перемещающемся объекте время течет медленне, чем для неподв. Наблюдателя • Причем эффект замедления времени сказался бы не только начасах, но и на всех процессах, протекающих внутри объекта, в т. ч. И на биолог ритмах людей • Парадокс близнецов один на Земле др. в космос. • С т. з. земного наблюдателя космонавт старился бы медленнее 1/22/2018 23

вывод • СТО утверждает, что пространство и время нельзя рассм. Изолированно др. от др. • 1907 г математик Г. Минковский: для любых материальных тел три пространственных и одна временная размерность тесно связаны межде собой. • Все события во Вселенной происходят в 4 -х мерном пространстве 1/22/2018 24

Ото 1906 -1916 • 3 постулата • 1 – расширенный ПО – инвариантность законов природы в любых системах отсчета (ИСО и не ИСО с замедлен или ускор) • Нельзя приписывать абсолютный характе не только скор, но и ускор, которое имеет конкретный смысл только к фактору его определяющему 1/22/2018 25

2 и 3 постулаты • 2 -Принцип постоянства скорости света – остается неизменным • -3 – принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс (известен из класс. Мех) • Кинематические эффекты, возникающие под действием гравитационных сил, эквивалентны эффектам, возникающим под действием ускорения. • Пример если ускорение объекта 2 а, то его экипаж чувствует себя в удвоенном поле тяжести Земли 1/22/2018 26

Вывод из ото • Изменение геометрических (пространственных) и временных характеристик тел происходит не только при движении с большими скоростями, но и как доказано СТО и под действием гравитациооных полей 1/22/2018 27

Этот вывод связал ОТО с геометрией • Э. использовао геометрию Б. Римана, которая верна для поверхности сфера • Отсюда следовал вывод о кривизне пространства – времени • Пример: тонкий лист резины – модель пространства. На нем большие и маленькие шарики – модели звезд и планет. • Шарик прогибает лист резины тем больше, чем больше его масса • Т. о демонстрация зависимости кривизны простраства -времени от массы тела, подтверждение правоту Римана 1/22/2018 28

вывод • Искревление пространства под действием поля тяготения • Замедление времени в сильных гравит полях. • Даже тяготение Солнца (по косм меркам небольшая звезды) замедляет время вблизи себя • Поэтому прохождение радиосигнала рядом с С. дольше, чем такого же, вне зоны влияния С 1/22/2018 29

Эксп. Подтв. • Красное смещение – гравитационное замедление времени • Оно значительно вблизи нейтронных звезд, а у гравитационного радиуса черной дыры время для наблюдателя просто замирает • Существование черных дыр (если С сжалось бы в радиусе до 3 -х км , а так 700 000 км, превр-сь бы в Ч. Д. объекты превосх С по массе в 3 раза в конце своей эволюции Ч. Д 1/22/2018 30

пространство • Изотропное – отсутствие выделенных направлений, независимость свойств тел, движущихся по инерции от направления движения • Однородность – одинаковость свойств по всем направлениям • Анизотропия ( в определенных направлениях тела расщепляются лучше, чем в других) • неоднородность 1/22/2018 31

Т. о. • Результат обобщения механики Ньютона и электродинамики Максвелла 1/22/2018 32

• Эмми Нетер • Родилась в 1882 г. в Германии в г. Эрлангер в семье видного математика Макса Нетер. • В 1907 г. защитила докторскую диссертацию. Научные работы Эмми дали ей репутацию первоклассного математика. Начиная с 1920 г. она фактически создаёт так называемую общую, абстрактную алгебру. • Труды Эмми Нетер, относящиеся к алгебре, способствовали созданию нового направления алгебры (общая теория колец, полей, идеалов); именем Нетер называется фундаментальная теорема теоретической физики, связывающая законы сохранения с симметриями системы. • Работы по абстрактной алгебре принесли Нетер мировую известность и славу. Идеи и научные взгляды её оказали большое влияние на развитие многих отраслей науки, на многих учёных-математиков. • Эмми придерживалась передовых социально-политических взглядов того периода, за что испытывала притеснение и имела небольшой заработок. После прихода в Германии власти фашистов она была вынуждена переехать в Америку в 1933 г. , где и умерла в 1935 г. • 1/22/2018 33

1/22/2018 34

1/22/2018 35

1/22/2018 36