Постулаты Эйнштейна

Все законы физики описывают, как протекают те или иные физичес­кие явления. В механике изучается механическое движение, а всякое дви­жение можно описать с помощью пространственно-временных характерис­тик, так как любой объект имеет определенное положение, которое при движении изменяется со временем.

Основным принципом классической механики является принцип отно­сительности Галилея, согласно которому все инерциальные системы отсче­та равноправны по отношению к механическим явлениям. Благодаря это­му равноправию формулировки законов механики во всех инерциальных системах отсчета одинаковы.

Созданная Эйнштейном теория относительности представляет собой физическую тео­рию пространства и времени. Все физические явления происходят в про­странстве и времени, поэтому неудивительно, что внесение новых воззрений на пространственные и временные измерения затронуло всю физику.

Появление теории относительности было связано с развитием электро­динамики. После того как Дж. Максвеллом во второй половине XIX в. были сформулированы основные законы электродинамики, встал вопрос о применимости механического принципа относительности к электромагнит­ным и оптическим явлениям. А для этого нужно было выяснить, изме­няются ли основные законы электродинамики при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой или, как и законы Ньютона, ос­таются неизменными (инвариантными).

Опытным путем было установлено, что основные уравнения электродинамики не являются инвариантными относительно преобразований Галилея. Согласно этим уравнениям скорость распространения электромагнитных волн в вакууме одинакова по всем направлениям и равна c = 3 · 10⁸ м/с. Но, с другой стороны, в соответствии с классическим законом преобразования скорости, вытекающим из преобразований Галилея, скорость света может быть равна с только в одной инерциальной системе отсчета. Таким образом, между электродинамикой и классической механикой имеют место определенные противоречия. Эксперимент свидетельствует об универсальном характере принципа относительности, а преобразования Галилея удовлетворяют этому принципу в отношении законов механики и не удовлетворяют в отношении законов электродинамики и оптики. Единственно правильный выход из глубокого кризиса был найден Эйнштейном в 1905 г. ценой отказа от классических представлений о пространстве и времени и от основанных на них преобразований Галилея.

В основе теории относительности Эйнштейна лежат два твердо установленных экспериментально принципа или постулата: принцип относительности Эйнштейна и принцип постоянства скорости света.

Принцип относительностиЭйнштейна является распространением механического принципа Галилея на все без исключения физические явления. Согласно этому принципу все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, т.е. равноправие всех инерциальных систем распространяется на все явления, всю физику.

Принцип постоянства скорости света утверждает, что скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от движения источников и приемников света.

Из сформулированных выше постулатов вытекает ряд важных выводов, касающихся свойств пространства и времени. В классической физике время является абсолютным: для всех систем отсчета вводится одно и то же время. Это значит, что если два события происходят одновременно для какого-нибудь наблюдателя, то они являются одновременными и для любого другого: понятие одновременности является также абсолютным, не зависящим от системы отсчета. Однако последнее утверждение находится в противоречии с принципом постоянства скорости света. Поэтому постулаты теории относительности потребовали внесения изменений в основные физические понятия, относящиеся к пространству и времени.