Пространство и время в теории относительности
Теория относительности отвергает представления классической физики об абсолютности и взаимной независимости пространства и времени.
Пространство и время оказываются связанными движением, следовательно, модель реального физического мира имеет четырехмерную пространственно-временную структуру. Эта структура называется пространственно-временным континуумом, т. е. непрерывным множеством точек, или миром Минковского (немецкий физик, предложивший в 1908 г. такую трактовку пространственно-временных отношений в теории относительности). В реальном физическом мире простейшее физическое отношение между телами не определяется pacстоянием, а простейшее отношение между событиями — промежутком времени между ними. Расстояния и промежутки времени есть разные стороны единого физического отношения, называемого пространственно-временным интервалом. При этом первичным фактом становится событие - местонахождение тела в пространстве в определенный момент времени. Всякое событие в мире Минковского представляется точкой, определяемой тремя координатами к временем (точнее, произведением ct). Для наглядности учтем только две пространственные координаты (ху) (рис. 3.2). Пусть в момент времени t = 0) в начале координат (х = 0, у = 0) возник световой импульс. Пусть он зафиксирован в момент τ в некоторой точке ху Тогда
Равенство (3.11) задает в условном пространстве (см. рис. 3.2) коническую поверхность, выделяя гак называемый световой конус. События-точки данного пространства при t > 0 относятся к будущему, при t < 0 - к прошлому (по отношению к событию 0). Тело, покоящееся, например в точках х = 0, у = 0. изображается в мире Минковского не точкой, а отрезком прямой, лежащим на оси ct. Этот и подобные ему отрезки называются мировыми линиями. Образующие конуса представляют собой мировые линии светового сигнала.
Рис. 3.2.
Поскольку скорость света - предельная скорость передачи любых взаимодействий, два события могут быть причинно связаны между собой только в случае, если свет за промежуток времени между этими событиями проходит расстояние, большее или равное расстоянию между этими событиями. Это означает, что мировые линии любых физических тел, проходящие через событие 0, могут лежать только внутри или на световом конусе; например, событие 0 может быть причиной события А, т. е. событие А может быть следствием события 0. Любое событие, лежащее вне светового конуса (например, В) не может быть следствием события 0. Поэтому область вне светового конуса называется абсолютно удаленной по отношению к событию 0.
Пусть некоторое событие имеет координаты х, у, сτ, а событие 0: х = у = сt = 0. Тогда величина называется интервалом между событиями (очевидно, для любых событий, лежащих на поверхности светового конуса, интервал обращается в нуль). Используя преобразования Лоренца, можно показать, что т. е. при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую интервал между событиями не изменяется.
Ньютоновы пространство и время можно рассматривать как частный случай пространственно-временного континуума, если принять, что скорость света равна бесконечности. При этом с световой конус (см. рис. 3.2) уплощается так, что область - абсолютно удаленного исчезает. Области абсолютного будущего и абсолютного прошлого разделяются мгновенным абсолютным настоящим, что находится в полном соответствии с абсолютным временем Ньютона.
Дата добавления: 2017-11-21; просмотров: 848;