«Общие положения теории относительности Эйнштейна». Заказ 648773. Общие положения теории относительности Эйнштейна

• Название: Общие положения теории относительности Эйнштейна
• Анкор: «Общие положения теории относительности Эйнштейна
• Дата: 11.12.2021
• Размер: 51.85 Kb.
• Имя файла: Заказ 648773.docx
• Тип: Реферат; #300241

«Общие положения теории относительности Эйнштейна»

Содержание

Введение 2

1. Причины возникновения теорий относительности А. Эйнштейна 5

2. Теория относительности А. Эйнштейна 7

Заключение 12

Список используемой литературы 14

Введение

Актуальность темы. Конец XIX – начало XX вв. – период, ставший новым фундаментальным началом в области физики. Основанием для становления и развития современной физики послужила теория относительности Альберта Эйнштейна. Теория относительности совершила переворот в сознании, полностью поменяв представления людей о картине мира, путём переосмысления традиционных представлений о природе материального мира.

Теория относительности - общепринятая официальной наукой теория о том, как устроен мир (на макроуровне), объединяющая механику, электродинамику и гравитацию. Содержанием теории относительности является физическая теория пространства и времени, учитывающая существующую между ними взаимосвязь геометрического характера.

Название же «принцип относительности» или «постулат относительности», возникло как отрицание представления об абсолютной неподвижной системе отсчета, связанной с неподвижным эфиром, вводившимся для объяснения оптических и электродинамических явлений. Принцип относительности - фундаментальный физический закон, согласно которому любой процесс протекает одинаково в изолированной материальной системе, находящейся в состоянии покоя, и в такой же системе в состоянии равномерного прямолинейного движения. Состояния движения или покоя определяются по отношению к произвольно выбранной инерциальной системе отсчета. Принцип относительности лежит в основе специальной теории относительности Эйнштейна. Внедрена теория в научные круги Альбертом Эйнштейном. Основоположниками данной теории также считаются Г.А. Лоренци А. Пуанкаре.

Основным отличием представлений о пространстве и времени теории относительности от представлений ньютоновской физики является ограниченная взаимосвязь пространства и времени. Эта взаимосвязь раскрывается в формулах преобразования координат и времени при переходе от одной системе отсчета к другой (преобразования Лоренца).

Вообще каждое физическое явление протекает в пространстве и времени и не может быть изображено в нашем сознании иначе, как в пространстве и во времени. Пространство и время суть формы существования материи. Никакой материи не существует вне пространства и времени. Конкретным изображением пространства и времени является система отсчета, т.е. координатно-временное многообразие чисел составляющие воображаемую сетку и временную последовательность всех возможных пространственных и временных точек. Одно и то же пространство и время могут изображаться различными координатно-временными сетками (системами отсчета). Существует фактически две различных теории относительности, известных в физике, одна из них называется специальной (частной) теорией относительности, другая - общей теорией относительности. Альберт Эйнштейн предложил первую из них в 1905 г., вторую - в 1916 г. Принимая во внимание, что специальная теория относительности связана, в первую очередь, с электрическими и магнитными явлениями и с их распространением в пространстве и времени, общая теория относительности была разработана, прежде всего, чтобы иметь дело с тяготением. Обе теории сосредотачиваются на новых подходах к пространству и времени, подходах, которые отличаются глубоко от тех, которые используются в каждодневной жизни; но релятивистские понятия пространства и времени неразрывно вплетаются в любую современную интерпретацию физических явлений в пределах от атома до вселенной в целом.

Заявление Эйнштейна о желании решить проблему гравитации столкнулось с критикой и осуждением, распространённым мнением, что это невозможно. В итоге общая теория относительности дала объяснение гравитации, показала закономерности, благодаря которым происходит процесс падения, вращения и искажения времени.

Цель исследования – изучить общие положения теории относительности Эйнштейна.

Объектом нашего исследования является теория относительности Эйнштейна, предметом – теория относительности в философском аспекте.

В рамках данной работы мы рассмотрим философию теории относительности с помощью теоретических научных методов, способствующих систематизации и обобщения информации.

Методология философской науки включает в себя: диалектические принципы объективности, закономерности историзма, взаимосвязи, развития; интегральный и междисциплинарный подходы; совмещение исторического и логического подходов; принципы сравнительного анализа, системности, конкретности, общенаучные методы, синергетический метод.

В рамках данной работы были использованы следующие общенаучные методы: анализ, синтез, сравнение, обобщение.

Структура работы. Данная работа состоит из введения, основной части, заключения и списка использованной литературы.

1. Причины возникновения теорий относительности А. Эйнштейна

Представление о времени и пространстве, существовавшие вплоть до XIX веке, основывалось на принципах классической механики, в виду всеобщего распространения принципа относительности Галилея, исходя из которого время не зависит от пространства, а пространство от времени.

Данные категории понимались как нечто установленное и независимое друг от друга, и все открытия, формировавшиеся в физике, укладывались в рамки данных категорий. Такая концепция пространства и времени существовала до появления законов электродинамики, сформулированные Максвеллом.

Согласно электродинамике Максвелла, скорость распространения электромагнитных волн в вакууме не зависит от скоростей движения как источника этих волн, так и наблюдателя, и равно скорости света. Исходя из этого, уравнения Максвелла не инвариативны преобразованиям Галилея и находятся в противоречии с законами классической механики.

В 1904 году Лоренц открыл преобразования, при которых уравнения Максвелла оставались неизменными при переходе к новым условиям. Согласно данным преобразованиям, время в различных системах отчета было различным, когда в преобразованиях Галилея время воспринималось как константа. Пожалуй, самым важным открытием (преобразованием) стало то, что пространство и время перестали восприниматься как независимые друг от друга категории, поскольку при образовании координат участвовало время, а при преобразовании времени участвовали координаты.

Исходя из этого, возникло два пути решения: отнести систему уравнений Максвелла к ошибочным суждениям или принять тот факт, что классическая механика с преобразованиями Лоренца и принципом относительности Галилея является приближенной и не в состоянии описать всех физических явлений.

На данной стадии возникли расхождения между классической механикой и электродинамикой, между классическим принципом относительности и положением об универсальной постоянной. В поисках истины многие учёные пытались дать объяснения происходящим процессам, формулируя иные определения законов электродинамики. Вышеперечисленные факторы оказали влияние на появление теории относительности.

Для формирования единой системы, учитывающей законы классической механики и электродинамики, существовало два пути:

1 преобразовать уравнения Максвелла для решения противоречий с преобразованиями Галилея;

2 реформировать классическую механику, в частности заменить преобразования Галилея на новые, обеспечивающие соизмеримость законов механики и электродинамики.

Альберт Эйнштейн выбрал второй вариант развития событий, открыв специальную теорию относительности (СТО), объяснявшую, как интерпретировать процесс движения между различными системами отчета и утвердившую новые взгляды на природу материи. Эйнштейн доказал, что движение объектов, движущихся с постоянной скоростью, стоит рассматривать относительно друг друга, а не применять один из объектов в качестве абсолютной системы отсчёта.

Использование СТО правомерно, если речь идёт о прямолинейном и равномерном движении. Специальная теория относительности представляет частный случай общей теории относительности (ОТО). ОТО объясняет остальные процессы движения материальных тел, например, с ускорением [4, С. 96]. Другими словами, в попытках решить проблему гравитации А. Эйнштейн создал специальную теорию относительности, учитывающую только объекты, которые движутся с постоянной скоростью по прямой. Однако, Эйнштейн стремился создать теорию, которая бы имела более широкое применение, так появилась общая теория относительности.

Труды Альберта Эйнштейна оказали огромное значение, как на становление физики, так и на формирование философской картины мира, поскольку понятия материи, пространства и времени являются базисными философскими категориями.

2. Теория относительности А. Эйнштейна

Теория относительности Эйнштейна сформирована на двух основных принципах, показанных на рис. 1.



Рисунок 1 – Принципы теории А. Эйнштейна

Как мы упоминали ранее, теория относительности полностью изменила традиционные представления о природе материального мира, в частности взгляд на такие атрибуты материи как движение, пространство и время.

Раньше пространство и время понимались изолированно от движения материальных тел, а движение считалось абсолютным, независимым от системы отчета. С появлением специальной теории относительности были сформированы определенные постулаты:

- любое движение может описываться только по отношению к другим телам, которые могут приниматься за системы отсчета, связанные с определенной системой координат;

- пространство и время тесно взаимосвязаны друг с другом, ибо только совместно они определяют положение движущегося тела. Время в теории относительности выступает как четвертая координата для описания движения, хотя и отличная от пространственных координат;

- специальная теория относительности показала, что однородность формы законов механики для всех инерциальных систем отсчета применяется и для законов электродинамики, однако для этого вместо преобразований Галилея используются преобразования Лоренца;

- при обобщении принципа относительности и распространении его на электромагнитные процессы утверждается постоянство скорости света, которое никак не учитывается в механике [7, С. 58].

У общей теории относительности данного ограничения нет, как и требования рассматривать только инерциальные системы отсчета. Делая обобщение, формируется фундаментальный вывод: все системы отсчета являются равноценными для описания законов природы.

В теории относительности Эйнштейна постулируется важный вывод об однородности пространства и времени: к трём пространственным измерениям добавляется временное, образуя четырёхмерное – пространственно-временной континуум.

Построение механизма развития исхода из существующих положений естественных наук позволяет определить «взаимодействие» движущей силой развития природы.

Интерпретация пространства и времени в теории Эйнштейна нашла подтверждение в диалектическом материализме, в котором пространство и время трактуются как формы бытия материи, означающие неразрывную связь с ней. «С позиций научного материализма, который основывается на данных частных наук, пространство и время – не самостоятельные независимые от материи реальности, а внутренние формы ее бытия» [2, С. 128].

Идеалисты также пытались применить теорию относительности для аргументации своих идей.

Американский философ и физик Филипп Франк утверждал, что физика ХХ века, включая теорию относительности и квантовую механику, остановила движение философской мысли к материализму, основанное на превосходстве механической картины мира в прошлом веке. Учёный отмечал, что «в теории относительности закон сохранения материи больше не имеет силы, материя может превращаться в нематериальные сущности, в энергию» [5, С. 201].

На наш взгляд, возникновение теории относительности – это закономерный итог накопления человечеством физических знаний. Теория относительности стала новой ступенью формирования физической науки на основе благоприятных аспектов предыдущих теорий.

Стоит отметить, что, несмотря на отрицание механики Ньютона, в своих трудах А. Эйнштейн полностью не исключил её, а отвёл специальное место в системе физического знания, поскольку теоретические выводы механики могут быть применимы для определенных событий.

Подобным образом использовались и другие теории, которые легли в основу теории относительности.

Эйнштейн понимал преемственность физических теорий, он писал: «специальная теория относительности представляет собой результат приспособления основ физики к электродинамике Максвелла-Лоренца. Из прежней физики она заимствует предположение о справедливости евклидовой геометрии для законов пространственного расположения абсолютно твердых тел, инерциальную систему и закон инерции. Закон равноценности всех инерциальных систем с точки зрения формулирования законов природы специальная теория относительности принимает справедливым для всей физики (специальный принцип относительности). Из электродинамики Максвелла-Лоренца эта теория заимствует закон постоянства скорости света в вакууме (принцип постоянства скорости света)» [6, С. 122].

Эйнштейн также осознавал, что специальная теория относительности не является совершенным открытием, объясняющим все процессы мироздания и поэтому не в праве «претендовать на неограниченную применимость; ее результаты применимы лишь до тех пор, пока можно не учитывать влияние гравитационного поля на физические явления» (например, световые) [6, С. 133-134].

Специальная теория относительности представляла собой физическую теорию, действенную в рамках гравитационного поля. Закономерным развитием специальной теории стала общая теория относительности, она разорвала «гравитационные путы» став на голову выше специальной теории. Тем не менее, общая теория относительности не оспаривала специальную теорию, как пытались продемонстрировать оппоненты Эйнштейна, сам он комментировал это следующим образом: «Для бесконечно малой области координаты всегда можно выбрать таким образом, что гравитационное поле будет отсутствовать в ней. Тогда можно считать, что в такой бесконечно малой области выполняется специальная теория относительности. Тем самым общая теория относительности связывается со специальной теорией относительности, и результаты последней переносятся на первую» [6, С. 223].

Таким образом, теория относительности совершила огромный прорыв в понимании окружающей действительности и процессов мироздания. Теория относительности интегрировала обособленно существовавшие понятия материи, времени и пространства, сформулировала ряд научных гипотез, нашедших в дальнейшем своё подтверждение, дала ответы на вопросы, которые до этого оставались нерешёнными столетиями. Одной из таких гипотез являлось предположение об искривлении световых лучей у поверхности Солнца.

Теория относительности Эйнштейна расширила понимание действительности как в области физики, так и в области философского знания, дав сильный стимул и новые теоретические инструменты для дальнейшего развития. Вместе с этим перед учеными возник ряд новых вопросов: что стоит за явлением сингулярности, что происходит со звездами-гигантами, когда они «умирают», что есть на самом деле гравитационный коллапс, как зарождалась Вселенная? – дать ответы на эти и многие другие вопросы представляется возможным, лишь поднявшись вверх на ещё одну ступень по безграничной лестнице познания Вселенной.

Подводя итог, мы пришли к выводам, что философская основа теории относительности заключается в:

- в гносеологических (познавательных) принципах наблюдаемости и простоты;

- в онтологической идее единства мышления и бытия: идея единства знания и объективного мира, реализующаяся в процессе обобщения законов природы, перехода от частных законов к более общим;

- в методологическом гипотезо-дедуктивном принципе: формулировка гипотез, в том числе в математической форме, и выведение проверяемых опытным путём следствий.

Система отсчета в физике формирует представление физической реальной лаборатории, оборудованной линейками и часами, обладающая способностью измерять временные и пространственные свойства тел. В классической физике предполагалось, что если системы отсчета инерциальны, то есть тела или покоятся, или движутся прямолинейно и равномерно относительно друг друга, то пространственные расстояния и временные отрезки (длительность между двумя событиями) остаются без изменения.

Теория относительности оспорила эти представления, доказала их локальное применение. Согласно теории относительности, когда скорости движения малы по отношению к скорости света, можно считать приблизительно, что размеры тел и движение времени сохраняются неизменными, но если речь идет о движениях со скоростями, близкими к скорости света, то изменение пространственных и временных интервалов является заметным. При повышении относительной скорости движения системы отсчета пространственные интервалы сокращаются, а временные увеличиваются.

Теория относительности А. Эйнштейна также сформулировала качественно новое представление о материи. Она стала пониматься в качестве объективной реальности, существующей независимо от человека.

Материя перестала восприниматься как торжественная совокупности человеческих ощущений, что позволило побороть созерцательность классической философии [1, С. 44]. Своеобразие восприятия материи состоит в том, что материальными считаются не только сами предметы, но также их признаки, свойства и отношения этих предметов.

В заключение стоит отметить, что в современном мире появляется всё больше вопросов в попытках изучения всеобъемлющего устройства Вселенной, что обуславливает понимание ее уникальности и скрытых колоссальных возможностей. На наш взгляд, очевиден тот факт, что современная физика требует новой философии и реконструкции самых фундаментальных категорий, а величайшую задачу понимания мироздания возможно решить лишь на основе интегративного подхода, включающего междисциплинарный симбиоз и синтез естественнонаучных и гуманитарных знаний.

Заключение

Теория относительности А. Эйнштейна - физическая теория, рассматривающая пространственно-временные свойства физических процессов. Так как закономерности, устанавливаемые теорией относительности, - общие для всех физических процессов, то обычно о них говорят просто как о свойствах пространства-времени.

Эти свойства зависят от полей тяготения в данной области пространства-времени.

Теория, описывающая свойства пространства-времени в приближении, когда полями тяготения можно пренебречь, называется специальной или частной теорией относительности, или просто теорией относительности.

Свойства пространства-времени при наличии полей тяготения исследуются в общей теории относительности, называемой также теорией тяготения Эйнштейна.

Физические явления, описываемые теорией относительности, называются релятивистскими и проявляются при скоростях v движения тел, близких к скорости света в вакууме.

В основе теории относительности лежат два положения: принцип относительности, означающий равноправие всех инерциальных систем отсчета, и постоянство скорости света в вакууме, ее независимость от скорости движения источника света.

Эти два постулата определяют формулы перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой - преобразования Лоренца, для которых характерно, что при таких переходах изменяются не только пространственные координаты, но и моменты времени (относительность времени). Из преобразований Лоренца получаются основные эффекты специальной теории относительности: существование предельной скорости передачи любых взаимодействий - максимальной скорости, до которой можно ускорить тело, совпадающей со скоростью света в вакууме; относительность одновременности (события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, в общем случае не одновременны в другой); замедление течения времени в быстро движущемся теле и сокращение продольных - в направлении движения - размеров тел и др. Все эти закономерности теории относительности надежно подтверждены на опыте.

Теория относительности выявила ограниченность представлений классической физики об «абсолютных» пространстве и времени, неправомерность их обособления от движущейся материи; она дает более точное, по сравнению с классической механикой, отображение объективных процессов реальной действительности.

Ряд выводов общей теории относительности качественно отличаются от выводов ньютоновской теории тяготения. Важнейшие среди них связаны с возникновением черных дыр, сингулярностей пространства-времени, существованием гравитационных волн (гравитационного излучения).

Представления о пространстве и времени составляют основу физического миропонимания, что уже само по себе определяет значение теории относительности. Особенно велика ее роль в физике ядра и элементарных частиц, в том числе и для расчетов гигантских установок, которые предназначены для потоков очень быстрых частиц, необходимых для экспериментов, позволяющих продвинуться в изучении строения материи.

Список используемой литературы

1. Каменев А.С. Теория относительности А. Эйнштейна и некоторые философские проблемы времени. // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия: Философские науки. №2(14). – М: Московский городской педагогический университет. 2015. С. 42-59. [Электронный ресурс]. URL:https://elibrary.ru/item.asp?id=23732130& (Дата обращения: 30.10.2020).

2. Орлов В. В. Основы философии. Часть первая. Общая философия. Вып. 1: Учебное пособие. 3-е изд., перераб. и доп. Пермский университет. – Пермь. 2001. – 247 с. (Дата обращения: 30.10.2020).

3. Поспелова О.В., Янковская Е.А. Философия и методология науки // Учебное пособие для аспирантов. – Архангельск: 2012. – 117 с. URL: https://narfu.ru/university/library/books/0857.pdf (Дата обращения: 30.10.2020).

4. Родичев В. И., Аспекты единой теории относительности // Эйнштейн и философские проблемы физики ХХ века, М.1979. – 556 с.

5. Франк Ф. Философия науки. Связь между наукой и философией. Перевод с английского Н. В. Воробьева М.: Издательство иностранной литературы, 1960. – 544 с.

6. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в четырёх томах // Под редакцией И. Е. Тамма, Я. А. Смородинского, Б. Г. Кузнецова. – М.: Наука, 1967. – 423 с.

7. Эйнштейн А. Эволюция физики / А. Энштейн, Л. Инфельд. – М.: Издательство Академии наук СССР, 1965. – с. 273. [Электронный ресурс]. URL: https://www.libfox.ru/349091-albert-eynshteyn-evolyutsiya-fiziki.html.(Дата обращения: 30.10.2020).