Постулаты специальной теории относительности (СТО)

Тема 15 - Основы теории относительности

Постулаты специальной теории относительности (СТО)

Классическая механика к концу 19 века позволила теоретически описать основные механические явления, процессы, эксперименты. Были сформулированы основные представления о пространстве, времени и движении, объяснены важнейшие физические явления.

Однако временное совпадение теории с экспериментом не означает ее абсолютную правильность. Наиболее существенное расхождение классической теории с экспериментом впервые было зафиксировано в 1881 г. в опыте Альберта Майкельсона. Как показал этот опыт, движение Земли вокруг Солнца не влияет на скорость распространения света. Сам факт независимости скорости света от выбора системы отсчета оказался в противоречии с классическим законом сложения скоростей.

Согласно этому закону скорость света, распространяющегося вдоль направления движения Земли вокруг Солнца V₁ = c + V (c – скорость света, излучаемого источником = 300 000 км/с, V = 30 км/с – скорость движения Земли вокруг Солнца). Скорость света, распространяющегося в противоположном направлении V₂ = c – V. V₁ ≠ V₂, т.е. скорость света зависит от выбора системы отсчета, что противоположно опыту Майкельсона.

Независимость скорости света от выбора системы отсчета была подтверждена наблюдениями за двойными звездами, вращающимися вокруг общего центра. Равными оказались скорости распространения света и от диаметрально противоположных точек Солнца. Одна из этих точек из-за вращения Солнца вокруг своей оси приближается к наблюдателю, другая – удаляется от него.

Расхождение теории с экспериментом приводит либо к совершенствованию существующей теории, либо к созданию принципиально новой теории.

Альберт Эйнштейн в 1905 г. создал теорию, которую назвали специальной (частной) теорией относительности. Из нее следовал новый закон сложения скоростей, не противоречащий факту постоянства скорости света. В основу этой теории Эйнштейн положил два постулата, являющиеся обобщением опытных фактов.

1. Принцип относительности Эйнштейна: любые физические явления при одинаковых условиях протекают одинаково в различных инерциальных системах отсчета.

2. Принцип постоянства скорости света: величина скорости света в вакууме не зависит от скорости движения источника и наблюдателя.

Физический смысл принципа постоянства скорости света заключается в том, что в природе существует предельная скорость распространения любых взаимодействий. Эта скорость равна скорости света в вакууме. Величина скорости света в вакууме абсолютна. Она не зависит ни от скорости движения источника света, ни от выбора системы отсчета, в которой выполняются измерения скорости света.