Глоссарий. Дріс таырыбы Физика тарихы курсына кіріспе
 Скачать 1.58 Mb.
|
|
Дәріс тақырыбы: Энштейннің салыстырмалық теориясы Дәріс жоспары: 1. Эйнштейн салыстырмалылық теориясы. 2. Электродинамика және қозғалатын ортаның электрондық теориясы. Қозғалыстағы ортаның электродинамикасы және электрондық теориясы Максвелл дүниеден өтер алдында жердің эфирге қатысты айналуын тәжірибеде анықтау мүмкіндігін астроном Тоддқа арнаған хатында жазып кеткен болатын. Ол үшін керек құралдың сезгіштігі 10/8 болуы керек. Мұндай сезгіштік Максвеллдің ойынша мүмкін емес болды. Максвеллдің хаты 1880 жылы “Nature” ол қайтыс болған соң жарияланды. 1881 жылы американдық жас ғалым Альберт Майкельсон осындай сезгіштікті қабылдайтын құралмен тәжірибе жүргізді. Осылайша Майкельсон тәжірибесі пайда болды. Альберт Абрахам Майкельсон 1852 жылы 19 желтоқсанда Германияның меншігіндегі польшаның Стрельно қаласында дүниеге келген. Ата- анасы Америкаға көшкенде ол ә жасқа да толмаған еді. Олар Сан-Франциско ауданында тұрды. Орта мектепті Альберт 1869 жылы Сан-Францискода бітірді. Содан ол теңіз академиясына оқуға түсті. Сонда оқып жүріп ғылымға қызыға бастады. Ол физикадан, әсіресе оптика мен окустикадан алдынғы қатарда еді. Теңіздегі қызметі аяқталған соң Майкельсонды академияда физика және химиядан оқытушы етіп алып қалды. Осында Майкельсон Фуко маятнигінің айналу әдісі арқылы жарық жылдамдығын тәжірибеде алғаш рет өлшей бастады. 1879 жылы “Жарық жылдамдығын тәжірибеде анықтау” статьясы басылып шықты. Америкалық ғылымды жетілдіру Ассоциациясының президенті Ньюком Майкельсонның шеберлігіне тәнті болып,ұлттық ассоцияциядан тәжірибені жалғастыруға қаржы бөлуін сұрады. Ол қаржы бөлініп, екеуі тәжірибені жалғастырды. Алайда Майкельсон өзінің физикадан білімін жетілдіру мақсатында Еуропаға кетуді жөн көрді. Еуропаға кетпес бұрын оны Кейс жоғарғы мектебінің физикадан профессор етіп тағайындаған болатын. Мектеп Майкельсонға демалыс беріп, сол аралықта ол алғаш рет интерферометр моделін Берлинде тұрғызып, кейін Гельмгольц лабараториясында сынақтан өткізді. Алайда ол қаланың шуы құралдың сезгіштігін зерттеуге кесірін тигізіп, Майкельсон құралын Подсдамға алып кетті. Ол өзінің еңбегін 1881 жылы “жерге қатысты қозғалыс” статьясында жариялады. Америкаға оралған соң профессорлық қызметін бастады. Осы жерде ол көрші университетің химиядан профессоры Эдвард Морлимен біріге отырып тәжірибесін жалғастырды. Физоның нәтижесін өте жоғарғы дәлдікпен тәжірибеде 1851 жылы көрсетті. Осы тәжірибеден кейін Майкельсон Чикагодағы университетке ауысты, 1894 жылы осында Райерсонов физикалық лабороториясы ашылды. Өмірінің соңына дейін ол сонда жұмыс жасады. Майкельсон 1931 жылы 9 мамырда қайтыс болды. Өлерінің алдында ол бірнеше ай алдын Пасадендегі конференцияда Энштейнмен кездескен болатын. “Жердің қозғалуының жарықтың пайда болуына әсері ” статьясында Г.А. Лоренц Майкельсонның тәжірибесін жариялады. 1887 жылы француз тілінде басылып шықты. Осы статьядан соң Лоренц өзінің ортаның қозғалысының электродинамикағы және оптикадағы жұмыс жүйесін бастады. Ол Майкельсон мен Морли жасаған тәжірибенің қателігін анықтады. Бұл сол уақытқа дейін, тек 1890 жылы Герц тәжірибесінен басқа қалыптасып қалған теориялардың дұрыс еместігін дәлелдеді. 1895 жылы Лоренцтің “қозғалыстағы дененің оптикалық және электрлік тәжірибе теориясы” атты үлкен көлемдегі еңбегі шықты. Осылайша Лоренц электрондық теорияның негізін қалады. Генрих Антон Лоренц 1853 жылы 18 шілдеде голландық Арнхем деген шағын қалада дүниеге келген. Ол Лейден университетінде оқып, докторлық дәрежесін 1875 жылы алды. Сол жерде теориялық физиканың профессоры болды. 1823 жылы Гарлемдегі ғылыми институттың директоры болып тағайындалды. 1923 жылы 4 ақпанда қайтыс болды. 1900 жылы атақты француз математигі және астрономы Анри Пуанкаре Парижде өткен конференцияда Лоренц салыстырмалылық теориясына немқұрайлылығы үшін тіл тигізді, себебі Лоренц еңбегінде салыстырмалылық теория туралы ешқандай мәлімет жоқ болатын. Лоренц, Лармор, Пуаркере өздерінің теорияларын эфир концепциясына сүйене отырып, тек классикалық электродинамика бағытында қарастырды. Ал салыстырмалылық теориның негізін салушы Энштейн. 2.Эйнштейннің салыстырмалық теориясы Алберт Эйнштейн 1879ж 14 наурызда Ульме шағын саудагер Герман Эйнштейннің отбасында дүниеге келді. Алберт Орта білімді бітіре алмады.16жасында Цюртхтағы жоғарғы техникалық мектепте түсуге талпынды.Емтиханнан құлаған соң,ол орта мектепке түсті.1896 жылы мектепті бітіріп Цюрихтық жоғарғы политехникалық мектебінің педагогика мамандығына түсті.Бірақ Эйнштейн толық оқымады.Ол міндетті сабақтарды және эмтиханды жақсы көрмеді ол өзіне қызық істермен айналысуды қалады.Мектепті бітіру Эйнштейнге қиын күндер болды.1902ж әкесі қайтыс болды.Эйнштейнге табыс көзін іздеуді ойлады.Винтертура қаласында 1901ж бірнеше ай математикадан мұғалім болды.Осы жылы оның бірінші жұмысы,капилярдың пайда болу салдары атты еңбегі жарыққа шықты.Эйнштейннің бірінші жұмысы молекулалық физика және термодинамикаға арналды.Эйнштейн броундық қозғалыстың теориясын құрды. 1905ж жаңа молекуланың пішімі анықталуы туралы мақаласы пайда болады. 1906ж қаңтарда Эйнштейн жаңа молекулалық пішімін анықтау туралы докторлық дисертация қорғады.1907ж кванттық теориялық жылуөткізгіштігін құрды.1911ж сәуірде Эйнштейн Прагада теориялық физикалық профессормен келді.Келесі жылы ол тағыда Цюрихқа жоғарғы техникалық мектептің профессоры болып,кезінде оқыған жеріне келді.1914 ж сәуіріне дейін ол осында болды.Пруск академиясына мүше болып қабылдаған кейін ол Берлинге күшті.Сол жерде ол салыстырмалылық теорияның жалпы заңдылығын құрды. XXжылдар Эйнештейннің қақтысы басталды.Ұлтшылдар биікке көргеннен кейін Эйнштейн Пруск ғылыми академияс ындағы құрамынан шығып Германияға көшіп кетті.АҚШ тағы Пристон институтының ұсынысын қабылдап 1933ж сәуір айында бастап сол инст итуның мүшесі болды.1906ж Эйнштейн “Ауырлық центрінің қозғалысының сақтау және энергия инерциясы заңы “еңбегін баяндады. В 1905 г. в авторитетном научном журнале «Аппа1еп der Physik» была опубликована статья молодого ученого Альберта Эйнштейна, который работал в то время экспертом 3-го класса патентного бюро в Берне, в Швейцарии. Эта статья называлась «К электродинамике движущихся сред» В ней Эйнштейн последовательно разработал основы частной теории относительности и применил ее к важнейшим вопросам физики.Термин «теория относительности» ввел Планк в 1906 г. Во введении своей статьи Эйнштейн писал: «...неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли относительно «светоносной среды» ведут к предположению, что не только в механике, но и в электродинамике нет явлений, соответствующих понятию абсолютного покоя; более того, мы должны предположить, что для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы одинаковые электродинамические и оптические законы... Это предположение, которое мы в дальнейшем будем называть «принципом относительности», мы намерены превратить в предпосылку и, кроме того, сделать допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью, не зависящей от состояния движения излучающего тела... Теория Эйнштейна вызвала вначале «смятение умов» и скептическое отношение к ней некоторых физиков. Первое время Лоренц неодобрительно воспринимал теорию Эйнштейна, все еще не оставляя попыток спасти свои представления. Вскоре, однако, Лоренц признал правоту Эйнштейна, и в 1912 г. он писал: «Заслуга Эйнштейна состоит в том, что он первый высказал принцип относительности в виде всеобщего, строго и точно действующего закона». Иногда говорят, что вся теория относительности была фактически подготовлена еще до Эйнштейна, а ему оставалось только сделать заключительный обобщающий шаг. В действительности вся логическая система частной теории относительности (ЧТО) развивалась самим Эйнштейном. Ему не нужны были бесконечные «нагромождения гипотез». Как писал выдающийся немецкий физик Вольфганг Паули, «Основы новой теории были доведены до известного завершения Эйнштейном. Его работа 1905 г. была направлена в печать почти одновременно с сообщением Пуанкаре и написана без осведомленности о работе Лоренца 1904 г. Исследование Эйнштейна содержит не только все существенные результаты обоих названных работ, но также, прежде всего, изложение совершенно нового и глубокого понимания всей проблемы». Сам Эйнштейн разъяснял: «Частная теория относительности выросла из электродинамики и оптики. Она мало изменила положения этих теорий, но значительно упростила теоретические построения, т.е. вывод законов, и - что несравненно важнее - заметно уменьшила число не зависящих друг от друга гипотез, лежащих в основе теории. Теория относительности придала теории Максвелла Лоренца такую степень очевидности, что физики были бы полностью убеждены в ее справедливости даже в том случае, если бы эксперимент говорил бы в ее пользу не столь убедительно». 1905 жылы беделді "Аппа1еп der Physik" ғылыми журналында Жас ғалым Альберт Эйнштейннің мақаласы жарық көрді, ол сол кезде Швейцарияның Берн қаласында 3-ші дәрежелі патент бюросының сарапшысы болып жұмыс істеді. Онда Эйнштейн арнайы салыстырмалылық теориясының негіздерін дәйекті түрде дамытып, оны физиканың маңызды мәселелеріне қолданды. "Салыстырмалылық теориясы" терминін Планк 1906 жылы енгізген. Эйнштейн өзі оны «қатыстықтың жалпы теориясы» (Общая теория преемственности) деп атағанды жөн санады. Эйнштейн өз мақаласының кіріспесінде былай деп жазды:"..."Жарық ортасына" қатысты Жердің қозғалысын анықтаудың сәтсіз әрекеттері механикада ғана емес, электродинамикада да абсолютті тыныштық ұғымына сәйкес келетін құбылыстар жоқ деген болжамға әкеледі; сонымен қатар, механика теңдеулері бірдей болатын барлық координаталық жүйелер үшін бірдей электродинамикалық және оптикалық заңдар әділетті деп болжауымыз керек... Бұл болжамды біз одан әрі" салыстырмалылық принципі " деп атаймыз, біз оны үй-жайға айналдырғымыз келеді, сонымен қатар біріншісінде тек айқын қарама-қайшылықта болатын болжам жасауға ниеттіміз, атап айтқанда, қуыстағы Жарық әрдайым белгілі бір жылдамдықпен таралады сәуле шығаратын дененің қозғалыс күйіне тәуелсіз... Эйнштейннің теориясы алдымен" ақыл-ойдың шатасуы " мен кейбір физиктердің оған деген күмәнін тудырды. Алдымен Лоренц Эйнштейннің теориясын мақұлдамай қабылдады, әлі де өз идеяларын сақтап қалуға тырыспады. Көп ұзамай Лоренц Эйнштейннің дұрыстығын мойындады және 1912 жылы ол былай деп жазды: "Эйнштейннің еңбегі-ол салыстырмалылық принципін жалпыға бірдей, қатаң және нақты қолданыстағы заң түрінде бірінші болып білдірді". 1915 жылы 25 қарашада Альберт Эйнштейн Пруссия корольдік Ғылым академиясының отырысында "Die Feldgleichungen der Gravitation" (гравитациялық өріс теңдеуі) — бүкіләлемдік тартылыс заңының жаңа тұжырымы — бұл күнді жалпы салыстырмалылықтың (ОТО) туған күні деп атауға мүмкіндік беретін баяндама ұсынды. Эйнштейн он жылдан астам уақыт жұмыс істеді — 1907 жылдан 1917 жылға дейін. Эйнштейннің жаңа теориясы 1916 жылыдары толық мойындалды. Кейде олар салыстырмалылықтың барлық теориясы Эйнштейнге дейін дайындалған деп айтады және тек қорытынды жалпылама қадам жасауға тура келді. Шындығында, жеке салыстырмалылықтың (не) барлық логикалық жүйесін Эйнштейннің өзі жасаған. Оған шексіз "гипотезалар" қажет емес еді. Көрнекті неміс физигі Вольфганг Паули жазғандай, " Жаңа теорияның негізін Эйнштейн әйгілі қорытындыға келтірді. Оның 1905 жылғы жұмысы Пуанкаре хабарымен бір уақытта дерлік басып шығарылды және 1904 жылы Лоренцтің жұмысы туралы хабардар болмай жазылды. Эйнштейннің зерттеуі жоғарыда аталған екі жұмыстың барлық маңызды нәтижелерін ғана емес, сонымен бірге бүкіл мәселені толығымен жаңа және терең түсінуді ұсынады". Эйнштейннің өзі: "жеке салыстырмалылық электродинамика мен оптикадан туды. Ол осы теориялардың ережелерін аз өзгертті, бірақ теориялық құрылымдарды едәуір жеңілдетті, яғни.заңдардың тұжырымы, және, ең бастысы, теорияның негізін құрайтын бір - біріне тәуелді емес гипотезалардың санын едәуір азайтты. Салыстырмалылық теориясы Максвелл Лоренцтің теориясына физиктер оның әділдігіне толық сенімді болар еді, тіпті егер эксперимент оның пайдасына соншалықты сенімді болмаса да". XIX-XXғ физика ғылымының барлық саласы қарқынды дамып отырды, осы аралықта физикамен 3000 жуық ғалымдар айналысқан. №18 Дәріс Дәріс тақырыбы: Салыстырмалылық теориясының "парадокстары" Дәріс жоспары: 1. Салыстырмалылық теориясының дамуы 2. Салыстырмалылық теориясының "парадокстары" Салыстырмалық теорияның дамуы. Салыстырмалық теорияға орала отырып, осы теорияны негізін қалаған Эйнштейн өзінің теориясын дамытып, оның дамытып, одан әрі өмір сүруіне ықпал етті. 1907 жылы Эйнштейн өзінің «Салыстырмалық принцп және оның даму барысы» атты үлкен мақаласын жариялайды. Бұл жерде Эйнштейн Лоренцтің жұмысы мен Майкельсон-Морлидің тәжірибесін түсіндіреді. Бұл теорияның қалыптасып, даму барысын Эйнштейн өте мұқият бақылайды және бұл мақала Эйнштейннің алғашқы мақаласынан ерекшеленетінін көрсетеді. Эйнштейн уақыт түсінігін тұрақты жарық жылдамдығынан бастап, талдап тұжырымдаған. Сағатпен салыстырғанда жарық сәулесінің вакуумда таралу жылдамдығын осы сағаттың көмегімен өлшегенде универсал тұрақты с барлық жерде тең және бұл жүйе жылдамдықсыз координат болып табылады. Эйнштейн бұрынғы жарық жылдамдығы V деп қабылданған түсініктен бас тартады да, жалпылама қолданысқа с жарық жылдамдығы түсінігін енгізеді. «Тұрақты жарық жылдамдық принцпі» Лоренц теориясының тәжірибесі арқасында белгілі болып нақтыланады. Салыстырмалық теориясының постулаты 1895 жылы Лоренц тәжірибесіне негізделген Эйнштейннің жарық жылдамдығында айтылады және Физоның тәжірибесінде түсіндіріледі. Кейін Эйнштейн Лоренцтің түрлендіруімен аталмайтын координат және уақыт түрлендіруімен қортып шығарады. Бұл түрлендіруден масштабтың нәтижесін алып, уақыт пен жылдамдықтарды қосу формуласын сонымен қатар оптикалық бұрмалауды және Доплер принцпін қолданады. Салыстырмалық теорияның дерлік барлық кинематикасы 1905 жылы шыққан мақалада баяндалады. Электродинамика бөліміне оралсақ, Эйнштейн Максвелл-Лоренц теориясының электродинамика негізі өзінің салыстырмалық принцпіне ұқсас екенін көрсеткен. Ол «Электр және магнит өрісі өздігінене пайда болмайтынын айтып не болмаса таңдап алынған жүйе координатқа тәуелді болатынын және жақты кеңістікте электр және магнит өрісінің бар екенін» көрсеткен. Салыстырмалық теория электр және магнит өрісі жеке дара болғанда өзінің дәл қасиетін жоғалтады. Эйнштейн электромагниттік өрістің есептеу жүйесіне тәуелсіз болатын нақты обьектінің математикалық түсінігін таппаған. Эйнштейн түрлендіру компоненті қазіргі кезде электромагниттік өрістің басқа да қасиетін тапқан. Сосын Эйнштейн механика бөлімінде материалдық нүктеге көшеді. Мұнда ол Гамильтон функциясының релятивистік түсінігін және кинетикалық энергияның формуласын жазу арқылы динамикадағы канондық теңестіруді жазады. Келесі бөлім механика мен термодинамикалық жүйеге арналады. Мұнда Эйнштейн тағы да масса мен энергия байланысына қатысты жазады. Энергия жүйесі түсінігін табады. Эйнштейн есептеуінше сол кездегі белгілі радиоактивтіліктің түрленуін атаом элементінің нақты бес белгісімен анықталуы керек еді. «Әрине, ол мүмкін емес. Бірақ, радийге қарағанда радиоактивті сәуленің энергиясының түрленуі атом массасының үлкен бөлігінің негізгі радиоактивті процестердің ашылуы кедергі келтірді.» деп жазды. Бізге белгілі болғандай Эйнштейннің күткен нәтижесі ақталды. Ядро ыдыраған кезде энергия бөлініп шығады. Ал негізгі энергия жеңіл ядро синтезделгенде бөлінеді. Сонымен электрлік техникада жаңа сала - энергетикалық ресурс ретінде пайдаланатын үлкен атом энергиясы пайда болды. Одан кейін Эйнштейн 1907 жылы Планктың жұмысының мазмұнын ала отырып, релятивистік термодинамика негіздеріне иек артты. Ол Мозенгайляның жұмысы негізінде термодинамикалық сәуленің релятивистік температурасын анықтауға мүмкіндік береді. Эйнштейн басқа да зерттеулерінен алынған ең соңғы анықтаған мәліметтерін барлығын пайдаланып өзінің теориясының дамуын мұқият зерттейді. Жұмысының ең маңызды бөлігінің бірі – «Салыстырмалық және тартылыс күшінің принциптері». Мұнда Эйнштейн бір‑біріне қатысты үдеумен қозғалатын жүйенің салыстырмалық принцптерінің таралу мүмкіндігі туралы өзіне сұрақ қояды. Эйнштейн сәуленің таралуын және гравитациялық сағатқа әсерін тексереді. Ол сағаттың бір нүктеден гравитациялық потенциал -мен салыстырған әр түрлі болатынын табады. Гравитациялық электромагниттік процестерге әсерін зерттеп, Эйнштейн шешім шығарады; х осьі мен таралмаған жарықтың сәулесі таралмаған жарықтың сәулесі гравитациялық өрісте қисаяды; 1см-гі жарық жолындағы жарық сәулесі -ді құрағанда бағытын өзгертеді. Бірақ бұл салыстырмалық теорияның жалпы болшағы үшін нақты нәтижелер емес еді. Ол үшін математикалық аппараттарды пайдаланып, бұл теорияның негізін қалау үшін Эйнштейнге он жыл қажет болды. Салыстырмалық теорияның дамуы 1908 жылы жарық көрген Минковскийдің тұңғыш «Кеңістік пен уақыт» атты жұмысы үшін аз роль ойнаған жоқ. Герман Минковский 1864 жылы 22 маусымда Литва мемлекетінің Ковна қаласында туылған. Балалық шағы Германияда өткен. 1880 жылы гимназияны бітіреді. Ал жоғары білімді Берлиндегі Кегинсбергте алады. Сосын оқытушылық және ғылыми жұмыстардың барлық сатысынан өтеді. Сосын 1902 жылы Минковский Геттенген университетінде профессор болып қызмет атқарады. Ол неміс тәрбиешілері мен Кельне дәрігерлерінің 80-ші сьезінде өзінің ең атақты докладын оқып, төрт ай өткеннен кейін 1909 жылы 12 ақпанда профессор қызметімен қош айтысады. Минковский өмірінің соңғы жылдарында салыстырмалық постулаты пен электрон теориясының негіздері арасындағы қозғалысты қарастыратын электродинамикамен белсенді айналысты. Минковский жеткен жетістік Лоренц жеткен деңгейге қарағанда біраз ерекшеленеді, бірақ эксперименттік фактілермен келіседі. Минковскийдің электродинамикасы - төртөлшемді электродинамика. Минковский бойынша инварианттылыққа қатысты түрленетін төртөлшемді координаттың механикалық қозғалыс деңгейінің инварианттылығы болып есептеледі. Олар: кеңістіктің үш координаттары x,y,z минимал санға көбейтілген уақыт координаты. Дәл қазіргі уақытта салыстырмалық теорияның әлемдік көзқараспен таралып зерттелуі қазіргі физика үшін өте қажетті элемент болып отыр. Салыстырмалық теорияға қарсы келгендер де табылды. Сол кездің өзінде бұл теорияны мойындап, қабылдағысы келмегендер көп болды. Олар Ф.Ленард, И.Штарк. Бұл теорияны Д.Д.Томсонда керек етпеді. Сосын Н.П.Кастерин, А.К.Тимирязевтар өздерінің қалыптасып ескі эфир теорияларынан ажырағысы келмеді. Олар нақты нәтижені қабылдады: массаның жылдамдыққа тәуелділігі, масса мен энергияның байланысы және т.б, бірақ олар да Эйнштейн мен Минковский сияқты кеңістік пен уақыттың радикальді өзгерісінен алынған нәтижелер деп есептеді. Бірақ мұның барлығы да ғылым тарихында осы кезге дейін болып келген. Бұл теорияға қарсы келген ғалымдар ақырындап жоғала берді, ал ғылыми жастар жаңа принципті сол кездің өзінде қабылдаған болатын. Зоммерфельд 1920 жылы Энштейннің теориясына жақсы пікір айтып газетке макала жазады. Күн санап қолдаушылары арта түседі. С точки зрения обыденных представлений и «здравого смысла» многие следствия теории относительности выглядят как «парадоксы». 1. Прежде всего, кажется, что постулаты Эйнштейна противоречат друг другу. Это отмечал сам Эйнштейн: «принцип постоянства скорости света и принцип относительности противоречат один другому только до тех пор, пока сохраняется постулат абсолютного времени, т.е. абсолютный смысл одновременности. Если же допускается относительность времени, то оба принципа остаются совместимыми; именно в этом случае исходя из этих двух принципов следует теория, называемая «теорией относительности»». 2. Простейшим следствием преобразований Лоренца является лоренцево сокращение длин - эффект, который был введен Лоренцем. Поскольку поперечные размеры движущегося тела не изменяются, то в системе отсчета, относительно которой тело движется, его объем сокращается по такому же закону, как и продольный его размер. Вначале высказывалось мнение, что это сокращение является «кажущимся», т.е. связанным только с нашим выбором способа пространственно временных измерений. Однако Эйнштейн рассмотрел мысленный эксперимент и показал, что лоренцево сокращение - это реальный эффект. Оно «представляет собой принципиально наблюдаемое взаимное свойство двух движущихся относительно друг друга масштабов». 3. Из преобразований Лоренца вытекает также эффект замедления времени в системе отсчета, относительно которой часы движутся. Этот вывод подтвердили на опыте в 1940-1941 гг. американские физики Росси и Холл. Они исследовали μ-мезоны, метастабильные частицы с массой примерно в 200 раз большей массы электронов, входящие в состав космических лучей. Среднее время их .распада около 2 микросекунд, μ-мезоны порождаются на высотах около 10 км от поверхности Земли. Если бы они двигались даже со скоростью света, то за время своего существования они прошли бы расстояние не более 1 км. Однако они регистрируются на поверхности Земли. В собственной системе отсчета мезонов движущаяся относительно них толща земной атмосферы (около 10 км) сокращается примерно до 1 км. Это расстояние по «своим часам» мезоны проходят за 2,15·10-6с. Сейчас имеются и другие экспериментальные подтверждения замедления хода времени. Эффект замедления времени приводит к так называемому парадоксу близнецов.Длительные обсуждения его привели к пониманию того, что этот «парадокс» связан с тем, что при повороте системы для движения в обратном направлении система отсчетастановится неинерциальной. В этом случае формулы частной теории относительности оказываются неприменимыми. 4. Следствием преобразований Лоренца является также релятивистская теорема сложения скоростей. Скорость результирующего движения отличается от простой алгебраической суммы скоростей частицы и системы отсчета, при этом скорость света оказывается предельной. Если же скорость частицы мала по сравнению со скоростью света, то справедлив закон сложения скоростей Галилея. С теоретико-групповой точки зрения теоремы сложения скоростей представляют собой законы композиции группы Лоренца или группы Галилея. В общем, в нерелятивистском пределе формулы релятивистской теории переходят в формулы классической механики. Надо отметить, что в первой своей работе по теории относительности - «К электродинамике движущихся сред» - Эйнштейн не утверждал, что скорость света в пустоте предельна и что ее превышение невозможно. Этот вопрос он обсуждал позднее, в 1907 г. в связи с теоремой сложения скоростей. Эйнштейн пришел к выводу: «Этот результат показывает, что мы вынуждены считать возможным механизм передачи сигнала, при использовании которого достигаемое действие предшествует причине. Хотя этот результат с чисто логической точки зрения и не содержит, по-моему, в себе никаких противоречий, он все же настолько противоречит характеру всего нашего опыта, что невозможность V > с представляется в достаточной степени доказанной» Күнделікті идеялар мен "жалпы түсінік" тұрғысынан салыстырмалылықтың көптеген салдары "парадокстарға"ұқсайды. 1. Біріншіден, Эйнштейннің постулаттары бір-біріне қайшы келетін сияқты. Эйнштейннің өзі атап өткендей: "жарық жылдамдығының тұрақтылығы принципі мен салыстырмалылық принципі абсолютті уақыт постулаты сақталған кезде ғана бір-біріне қайшы келеді, яғни бір мезгілде абсолютті мағына. Егер уақыттың салыстырмалылығына жол берілсе, онда екі қағида да үйлесімді болып қалады; дәл осы жағдайда осы екі қағидаға сүйене отырып, "салыстырмалылық теориясы"деп аталатын теория пайда болады". 2. Лоренц түрлендірулерінің қарапайым салдары-ұзындықтардың лоренцтік қысқаруы-Лоренц енгізген әсер. Қозғалатын дененің көлденең өлшемдері өзгермейтіндіктен, дененің қозғалатын тірек бөлігінде оның көлемі бойлық өлшеммен бірдей заңға сәйкес азаяды. Бастапқыда бұл қысқарту "көрінетін", яғни кеңістіктік уақытты өлшеу әдісін таңдаумен байланысты деген пікір айтылды. Алайда Эйнштейн ой экспериментін қарастырып, Лоренцтің жиырылуы нақты нәтиже екенін көрсетті. Бұл"бір-біріне қатысты қозғалатын екі масштабтың түбегейлі байқалатын өзара қасиеті". 3. Лоренц түрлендірулерінен, сонымен қатар, сағат қозғалатын эталондық жүйеде уақыттың баяулау әсері пайда болады. Бұл тұжырым 1940-1941 жылдардағы тәжірибеде расталды. Олар М-мезондарды, ғарыштық сәулелерді құрайтын электрондардың массасынан шамамен 200 есе үлкен метастабильді бөлшектерді зерттеді. Олардың орташа уақыты .шамамен 2 микросекундтың ыдырауы, μ-мезондар жер бетінен шамамен 10 км биіктікте пайда болады. Егер олар тіпті жарық жылдамдығымен қозғалса, онда олар өмір сүру кезінде 1 км-ден аспайтын қашықтықты жүріп өтетін еді. Алайда олар жер бетінде тіркеледі. Мезондардың өзіндік тірек жүйесінде оларға қатысты қозғалатын Жер атмосферасының қалыңдығы (шамамен 10 км) шамамен 1 км-ге дейін азаяды. "олардың сағаттары" бойынша бұл қашықтық мезондар 2,15·10-6С-қа өтеді. Уақыттың баяулау әсері егіздердің парадоксына әкеледі.Оның ұзақ талқылауы бұл "парадокс" жүйенің кері бағытта қозғалуы кезінде кері санақ жүйесі инерциялық емес болады деген түсінікке әкелді. Бұл жағдайда жеке салыстырмалылық формулалары қолданылмайды. 4. Лоренц түрлендірулерінің салдары сонымен қатар жылдамдықты қосудың релятивистік теоремасы болып табылады. Алынған қозғалыс жылдамдығы бөлшектер мен тірек жылдамдығының қарапайым алгебралық қосындысынан ерекшеленеді, ал жарық жылдамдығы шекті болады. Егер бөлшектің жылдамдығы жарық жылдамдығымен салыстырғанда аз болса, онда Галилей жылдамдығының қосылу заңы дұрыс. Теориялық және топтық тұрғыдан алғанда, жылдамдықты қосу теоремалары Лоренц тобының немесе Галилей тобының құрамы туралы заңдар болып табылады. Жалпы, релятивистік емес шектерде релятивистік теорияның формулалары классикалық механика формулаларына ауысады. Айта кету керек, салыстырмалылық теориясындағы алғашқы жұмысында - "қозғалатын ортаның электродинамикасына" - Эйнштейн қуыстағы жарық жылдамдығы шектеулі және оның асып кетуі мүмкін емес деп айтқан жоқ. Ол бұл мәселені кейінірек, 1907 жылы жылдамдықты қосу теоремасына байланысты талқылады. Эйнштейн: "бұл нәтиже біз сигнал беру механизмін қарастыруға мәжбүр екенімізді көрсетеді, оны қолдану арқылы қол жеткізілген әрекет себептерден бұрын болады. Бұл нәтиже таза логикалық тұрғыдан болса да, менің ойымша, ешқандай қарама-қайшылықты қамтымаса да, ол біздің бүкіл тәжірибеміздің сипатына соншалықты қайшы келеді, сондықтан V > C мүмкін еместігі жеткілікті дәлелденген сияқты" Тақырыпты бекітуге арналған сұрақтар: 1.Альберт Абрахам Майкельсон және оның атақты тәжірибелері. 2.Генрих Антон Лоренц. 3. Ньютонның Кеңістік және уақыт тұжырымдамасына сын. 4.Альберт Эйештейн. 5.Салыстармалық теорияның дамуы. 6.Салыстырмалық теория және Герман Минковский. 7.Салыстырмалық теорияның қазіргі заманғы ғылыми физикадағы орны. №19 Дәріс |