Постулаты Эйнштейна

Специальная теория относительности позволила объяснить опыты Майкельсона, но для этого пришлось пересмотреть представления классической механики о пространстве и времени. Из перечисленных выше основных положений классической механики в СТО были сохранены евклидовость пространства и закон инерции. Остальные представления возникли при изучении медленных движений, поэтому их нельзя обобщать на движения со скоростями, близкими к скорости света. В основе СТО лежат два постулата или принципа Эйнштейна: принцип относительности и принцип постоянства скорости света в вакууме.

Принцип относительности Эйнштейна. Все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета и никакими опытами (механическими, оптическими, электромагнитными), выполненными внутри инерциальной системы, нельзя установить: покоится данная система отсчета или движется равномерно и прямолинейно. Уравнения, выражающие законы природы, инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой (т.е. по отношению к преобразованию координат и времени при переходе от одной ИСО к другой). Согласно принципу относительности, все инерциальные системы отсчета эквивалентны друг другу, нет предпочтительной системы отсчета. Все физические явления во всех инерциальных системах отсчета протекают одинаковым образом, а уравнения, их описывающие, одинаковы по форме. Принцип относительности Эйнштейна является обобщением принципа относительности Галилея на все физические явления.

Принцип постоянства скорости света. Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от скорости движения источника или приемника света.

Постоянство скорости света во всех ИСО приводит к выводу об относительном характере «одновременности» событий в различных ИСО и, как следствие, к необходимости отказа от одного из основных положений ньютоновской механики – концепции абсолютного времени. Проделаем мысленно следующий эксперимент. Пусть в системе отсчета, связанной с неподвижной железнодорожной платформой (К – система отсчета), перемещается с постоянной скоростью вагон электрички (К′ - система отсчета), имеющий две двери, управляемые световыми сигналами от лампочки, расположенной посередине между дверьми. В некоторый момент времени вспыхивает лампочка. Тогда для наблюдателя, находящегося в вагоне, двери откроются одновременно, так как свет распространяется во все стороны с одной и той же скоростью, а расстояния от лампочки до дверей одинаковы. Наблюдатель, находящийся на платформе, увидит, что задняя дверь откроется раньше, чем передняя. Для наблюдателя, находящегося в К – системе отсчета, свет также распространяется во все стороны с одной и той же скоростью, но задняя дверь вагона приближается к волновому фронту, а передняя – удаляется от него. Таким образом, одновременные события в системе К′ оказываются неодновременными в системе К. Это означает, что ход времени различен в различных ИСО, т.е. время нельзя рассматривать независимо от системы отсчета, с которой связана система пространственных координат.

Принцип относительности в сочетании с принципом постоянства скорости света приводят к отказу от абсолютности времени. Время по-разному течет в различных системах отсчета. В СТО пространство и время тесно связаны друг с другом, образуя 4-х мерное пространство-время.

Скорость света занимает особое положение в природе. В отличие от других скоростей, изменяющихся при переходе от одной ИСО к другой, она является инвариантной величиной. Наличие такой скорости существенно меняют наши представления о пространстве и времени. Из постулата Эйнштейна следует, что скорость света в пустоте является предельной: никакой сигнал, никакое воздействие одного тела на другое не могут распространяться со скоростью, большей скорости света в пустоте. Существование предельной скорости предполагает ограничение движения частиц величиной, равной скорости света в вакууме. Иначе эти частицы могли бы передавать сигналы со скоростью, большей, чем скорость света в вакууме. Таким образом, согласно постулатам Эйнштейна, значения всех возможных скоростей движения тел в природе и распространения взаимодействий ограничены скоростью света в вакууме. Этим отвергается принцип дальнодействия.