Розділ III. ФІЛОСОФСЬКІ ПРОБЛЕМИ ТА ПАРАДИГМИ сучасного природознавства І ТЕХНІКИ

ПРОСТІР, ЧАС і теорії відносності

Теорію відносності (ТО) (спеціальну (СТО) і загальну (ЗТВ)) іноді називають "теорією простору і часу". Для цього можна привести ряд підстав: 1) хід Ейнштейна, що полягає в тому, що він став працювати з метричними властивостями простору і часу; 2) проголошення зв'язку простору і часу в чотиривимірному різноманітті Минківка; 3) зведення сил гравітації в ОТО до кривизни цього чотиривимірного різноманіття; 4) внесок ТО у започаткований Лейбніцем суперечку з ньютонівської концепцією абсолютного простору і часу - найбільш глибокого онтологічного питання про їх природу. Розглянемо ці пункти.

Хід Ейнштейна. Теорія відносності як теорія метрики простору і часу

Розглянемо ТО, виходячи зі структури підстав розділу фізики, запропонованої в гл. 9.

Перше, на що хотілося б звернути увагу, - це на те, що СТО і ОТО є відповіддю на проблему протистояння між старими і новими розділами фізики, а не на виникнення нових експериментальних даних. Так, СТО - це зняття суперечності між ньютонівської механікою і максвеллівською електродинамікою. Все починається з проблеми поширення принципу відносності для інерційних систем відліку (І.С.О.) на нову електродинаміку. Вирішення цієї проблеми, з математичної точки зору, вимагало переходу від перетворень Галілея до перетворень Лоренца. Але далі виникало питання про фізичній основі виникали з цих перетворень скорочення довжин і уповільнення часу. Лоренц спробував списати ці ефекти на вплив ефіру па рухомі тіла (експериментально це не можна було б виявити навіть в принципі). Ейнштейн запропонував інший механізм, пов'язаний з процедурами виміру: він переніс властивості, якими раніше наділяли "твердий метр" (незмінність при перенесенні з однієї інерціальної системи відліку в іншу), на швидкість світла, тобто змінив головний еталон. Неважко показати, що наділення "твердого метра" властивістю інваріантності по відношенню до перенесення з однієї І.С.О. в іншу веде до перетворень Галілея, а якщо наділити цими властивостями швидкість світла, то отримаємо перетворення Лоренца [1].[1]

Оскільки мова йде про процедури вимірювання, то ці ефекти мають місце в будь-якому розділі фізики, де є довжини (розміри) та інтервали часу, тобто практично у всіх розділах фізики. Тому для них з'являються поряд зі старим нерелятівістского нові релятивістські формулювання (винятком є електродинаміка, яка існує тільки в релятивістському вигляді). Тобто СТО не створить нових первинних ідеальних об'єктів - ПІО (див. Гл. 9), а лише модифікує їх поведінку (робить їх релятивістськими). До цього треба додати також деякі модифікації рівнянь руху, щоб зробити їх Лоренц-інваріантними при дотриманні принципу відповідності (див. Підпараграфів 9.7.4), що вимагає, щоб при прагненні (v / c) до нуля нові рівняння руху перетворювалися на старі. З оновленого рівняння руху слід знаменита формула Е = тс 2. Але все-таки головним і принципово новим в СТО була зміна еталона в процедурах вимірювання. У результаті в СТО метрики простору (довжини) і часу (інтервали і одночасність) стають залежними від руху.

Якщо СТО виникає як результат зняття суперечності між ньютонівської механікою і максвеллівською електродинамікою, то ОТО - це зняття суперечності між ньютонівської теорією тяжіння і нової СТО, бо ньютоновский принцип дальнодії фактично стверджував нескінченну швидкість поширення гравітаційної взаємодії (впливу), а СТО стверджувала, що ніщо фізичне не може поширюватися зі швидкістю вище швидкості світла. Запропоноване Ейнштейном в ОТО рішення знову стосувалося метрики.

Цей хід Ейнштейна породжує два питання щодо сутності простору і часу: 1) чи зводиться гравітація до кривизни; 2) з кривизною чого ми маємо справу: 3-мірного простору і 1-мірного часу або 4-мірного просторово-часового різноманіття?

  • [1] Лоренцеве скорочення довжин і уповільнення часу легко виводяться з порівняння ходу світлових годин, у вигляді двох дзеркал, розташованих перпендикулярно руху І.С.О. і променя світла, що бігає між ними замість маятника в "Рухається" і "нерухомою" І.С.О. [25, с. 12-15)). Уповільнення часу випливає з того, що шлях, прохідний променем у "нерухомою" І.С.О., буде довшим, ніж в "Рухається", аналогічним чином можна показати відносність одночасності і наступне з неї скорочення довжин (довжина метра переноситься з однієї і .с.о. в іншу за допомогою одночасних зарубок, але оскільки одночасне в "Рухається" І.С.О. буде неодночасним в "нерухомою" І.С.О., то поправка дасть скорочення довжини, що відповідає Лоренцеве скороченню).
 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >