Сведения из теории относительности

Кинематика — часть теоретической механики, в которой изуча­ются движения материальных тел без учета их масс и действующих на них сил.

Когда в механике говорят о движении тела, то подразумевают под этим изменение с течением времени его положения в пространстве по отношению к другим телам. Обычно с телом, по отношению к которому изучают движение, связывают какую-нибудь систему координат, которую вместе с выбранным способом измерения времени называют систе­мой отсчета. Если координаты всех точек тела в выбранной системе отсчета остаются все время неизменными, то тело находится в покое. Ес­ли рассматривается движение тела по отношению к условно неподвижной системе отсчета, то движение называют абсолютным; движение тела по отношению к подвижной системе отсчета называют относитель­ны м. В мире все находится в непрерывном движении, поэтому все дви­жения являются относительными, однако условно можно представить себе и абсолютное движение, например движение по отношению к Земле.

Итак, движение тел совершается в пространстве с течением времени. Пространство и время, как и движение, согласно учению диалектического материализма, суть формы существования материи.

Классическая механика полагает, что пространство и время имеют абсолютный, независимый друг от друга характер и что их свойства не зависят от распределения и движения материи.

К началу XX в. значительно расширились познания людей о свойст­вах материи, в результате чего возникли новые представления о формах существования материи, а в 1905—1916 гг. Альбертом Эйнштейном (1879—1955) была создана теория относительности.

Теория относительности — это современная физическая теория про­странства и времени; с ней тесно связаны такие понятия, как движение, масса, энергия и др. В основу теории относительности положен принцип постоянства скорости света, согласно которому скорость света в вакууме постоянна и не зависит от скорости источника света. Теория относитель­ности, к настоящему времени подтвержденная громадным количеством опытных фактов и применяющаяся на практике, устанавливает, что про­странство и время связаны между собой в единую пространственно-временную форму существования материи, имеющую абсолютный харак­тер, не зависящую от системы отсчета; пространство и время в отдельно­сти являются понятиями относительными, зависящими от системы отсче­та, например от скорости ее движения.

Таким образом, в теории относительности понятия длины тела и промежутка времени являются понятиями относительными, зависящими от скорости движения тела. Эти зависимости выражаются формулами

где с — скорость света в вакууме (300000 км/с); v — скорость движения тела; l₀— продольный размер покоящегося тела; t₀ — промежуток време­ни в покое; l — продольный размер движущегося тела; t — промежуток времени при движении по земным часам.

Итак, у движущегося тела продольные размеры сокращаются, а про­межутки времени между двумя событиями удлиняются, т. е. происходит замедление времени.

Из теории относительности следует, что на Земле и на космической ракете время течет по-разному, т. е. ход любых часов и протекание лю­бых биологических процессов на ракете происходит медленнее, чем на Земле.

В 1958 г. немецкий физик Мёссбауэр открыл способ изготовления «ядерных часов», отмеряющих время с погрешностью 10^-12 с. В 1964 г. профессор А. Тулинов (МГУ) открыл новое физическое явление, назван­ное «эффект теней». Если до этого открытия экспериментаторы умели измерять время с погрешностью от 10^-12 до 10^-13 с, то с помощью эффекта теней можно измерять время с погрешностью до 10^-18 с. Опыты показали, что при быстром движении ход ядерных часов несколько замедляется.

Несмотря на возникновение теории относительности, классическая механика не потеряла своего значения, так как при скоростях движения, далеких от скорости света, результаты, даваемые классической механи­кой, очень мало отличаются от результатов механики теории относитель­ности и вполне пригодны для практики. Классическая механика является частным (предельным) случаем механики теории относительности.