Теория относительности

      Разделение на пространство и  время не  имеет  смысла.  Пространство  и

время  в  специальной  теории  относительности  трактуется  с  точки  зрения

реляционной концепции. Однако когда Эйнштейн попытался  расширить  концепцию относительности  на класс явлений, происходящих в  неинерциальных  системах отсчёта, это привело  к  созданию   новой   теории  гравитации,  к  развитию релятивистской космологии и т.д.

     Создание  СТО было качественно новым шагом  в развитии физического познания. От классической механики СТО отличается тем, что в физическое описание релятивистских явлений органически входит наблюдатель  со средствами наблюдения. Описание физических процессов в СТО существенно  связано с выбором системы  координат. Физическая теория описывает  не физический процесс сам по себе, а результат взаимодействия физического  процесса со средствами исследования.

     2.Общая  теория относительности

     Общую Теорию Относительности (ОТО) Эйнштейн опубликовал в 1916 году, над которой  работал в течение 10 лет. ОТО обобщила СТО на ускоренные, т.е. неинерциальные системы. Основные принципы ОТО сводятся к следующему:

• ограничение применимости принципа постоянства скорости света областями, где гравитационными силами можно пренебречь; (там, где гравитация велика, скорость света замедляется);
• распространение принципа относительности на все движущиеся системы (а не только на инерциальные).

     В общей теории относительности (ОТО), или теории тяготения он также исходит из экспериментального факта эквивалентности масс инерционных и гравитационных, или эквивалентности инерционных и гравитационных полей.

В общей  теории относительности были раскрыты новые стороны зависимости пространственно-временных отношений от материальных процессов. Эта теория подвела физические основания под неевклидовы геометрии и связала кривизну пространства, и отступление его метрики от евклидовой с действием гравитационных полей, создаваемых массами тел. Общая теория относительности исходит из принципа эквивалентности инерционной и гравитационной масс, количественное равенство которых давно было установлено в классической физике. Кинематические эффекты, возникающие под действием гравитационных сил, эквивалентны эффектам, возникающим под действием ускорения. Так, если ракета взлетает с ускорением 2g то экипаж ракеты будет чувствовать себя так, как будто он находится в удвоенном поле тяжести Земли. Эйнштейн усмотрел в этом равенстве исходный пункт, на базе которого можно объяснить загадку гравитации. Эйнштейн сформулировал принцип эквивалентности: "физически невозможно отличить действие однородного гравитационного поля и поля, порождённого равноускоренным движением". Принцип эквивалентности помог сформулировать основные принципы, на которых базируется новая теория: гипотезы о геометрической природе гравитации, о взаимосвязи геометрии пространства-времени и материи. Именно на основе принципа эквивалентности масс был обобщен принцип относительности, утверждающий в общей теории относительности инвариантность законов природы в любых системах отсчета. Как можно представить себе искривление пространства, о котором говорит общая теория относительности? Представим себе очень тонкий лист резины, и будем считать, что это - модель пространства. Расположим на этом листе большие и маленькие шарики - модели звезд. Эти шарики будут прогибать лист резины тем больше, чем больше масса шарика. Это наглядно демонстрирует зависимость кривизны пространства от массы тела и показывает также, что привычная нам евклидова геометрия в данном случае не действует (работают геометрии Лобачевского и Римана). Теория относительности установила не только искривление пространства под действием полей тяготения, но и замедление хода времени в сильных гравитационных полях. Даже тяготение Солнца - достаточно небольшой звезды по космическим мерка - влияет на темп протекания времени, замедляя его вблизи себя. Поэтому если мы пошлем радиосигнал в какую-то точку, путь к которой проходит рядом с Солнцем, путешествие радиосигнала займет в таком случае больше времени, чем тогда, когда на пути этого сигнала - при таком же вблизи Солнца составляет около 0,0002 с.

Одной из причин создания общей теории относительности было желание Эйнштейна избавить физику от необходимости введения инерциальной системы отсчёта. Создание новой теории началось с пересмотра концепции пространства и времени в полевой доктрине Фарадея - Максвелла и специальной теории относительности. Эйнштейн акцентировал внимание на одном важном пункте, который остался незатронутым. Речь идет о следующем положении специальной теории относительности: "...двум выбранным материальным точкам покоящегося тела всегда соответствует некоторый отрезок определённой длины, независимо как от положения и ориентации тела, так и от времени. Двум отмеченным показаниям стрелки часов, покоящихся относительно некоторой системы координат, всегда соответствует интервал времени определённой величины, независимо от места и времени". Специальная теория относительности не затрагивала проблему воздействия материи на структуру пространства-времени, а в общей теории Эйнштейн непосредственно обратился к органической взаимосвязи материи, движения, пространства и времени.   
 В работе "Относительность и проблема пространства" Эйнштейн специально рассматривает вопрос о специфике понятия пространства в общей теории относительности. Согласно этой теории пространство не существует отдельно, как нечто противоположное "тому, что заполняет пространство" и что зависит от координат. "Пустое пространство, т.е. пространство без поля не существует. Пространство-время существует не само по себе, а только как структурное свойство поля". Теория относительности показала единство пространства и времени, выражающееся в совместном изменении их характеристик в зависимости от концентрации масс и их движения. Время и пространство перестали рассматриваться независимо друг от друга, и возникло представление о пространственно-временном четырехмерном континууме.

Для общей  теории относительности до сих пор  актуальной является проблема перехода от теоретических к физическим наблюдаемым  величинам. Теория предсказала и  объяснила три общелелятивистских эффекта: были предсказаны и вычислены  конкретные значения смещения перегелия Меркурия, было предсказано и обнаружено отклонение световых лучей звёзд при их прохождении вблизи Солнца, был предсказан и обнаружен эффект красного гравитационного смещения частоты спектральных линий.

    В СТО законы формулируются для  инерциальных систем, движущихся с  постоянной скоростью. В ОТО рассматриваются  любые системы отсчета, в том  числе и движущиеся с ускорением. Таким образом, ОТО обобщила СТО  также на ускоренные системы. Главное  приложение ОТО нашла в изучении движения ускоренных тел в гравитационных полях. Иногда ОТО называют теорией тяготения, или гравитации, поэтому она нашла наибольшее применение в вопросах космогонии.

    Из  ОТО был получен ряд важных выводов:

    1) свойства пространства-времени зависят  от движущейся материи, в частности  от массы тел. вблизи, тел, обладающих  значительной массой, пространство-время  искривляется, так что в гравитационном  поле распределенных масс пространство становится неевклидовым, а ход времени вблизи тел замедляется;

    2) луч света должен искривляться  в поле тяготения; 

    3) частота света в результате  действия поля тяготения должна  изменяться. В результате этого  эффекта линии солнечного света,  под действием гравитационного поля Солнца должны смещаться в сторону красного спектра по сравнению со спектрами соответствующих земных источников. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Заключение.

    В заключение стоит отметить, что создание Эйнштейном Теории Относительности было первым шагом в построении современной концепции естествознания. Ее роль состояла не только в уточнении и обобщении классических формул: было показано, что знания об окружающем мире не носят абсолютного характера и могут претерпевать существенные уточнения и изменения в ходе развития науки. Описывающая реально наблюдаемые явления природы теория может базироваться на утверждениях и идеях, не всегда согласующихся с общепринятым мнением и «здравым смыслом», являющимся обобщением повседневного опыта.

    Итак, специальная теория относительности  основывается на постулатах постоянства  скорости света и одинаковости законов  природы во всех физических системах, а основные результаты, к которым  она приходит таковы: относительность  свойств пространства-времени; относительность  массы и энергии; эквивалентность  тяжелой и инертной масс.

    Наиболее  значительным результатом общей  теории относительности с философской  точки зрения является установление зависимости пространственно-временных  свойств окружающего мира от расположения и движения тяготеющих масс. Именно благодаря воздействию тел с  большими массами происходит искривление  путей движения световых лучей. Следовательно, гравитационное поле, создаваемое такими телами, определяет в конечном итоге  пространственно-временные свойства мира. В специальной теории относительности  абстрагируются от действия гравитационных полей и поэтому ее выводы оказываются  применимыми лишь для небольших  участков пространства – времени. Кардинальное отличие общей теории относительности  от предшествующих ей фундаментальных  физических теорий в отказе от ряда старых понятий и формулировке новых. Стоит сказать, что общая теория относительности произвела настоящий переворот в космологии. На ее основе появились различные модели Вселенной.

     Теория  относительности показала единство пространства и времени, выражающееся в совместном изменении их характеристик  в зависимости от концентрации масс и их движения. Время и пространство перестали рассматриваться независимо друг от друга и возникло представление о пространственно-временном четырехмерном континууме. Направленность времени, связанная с эволюцией систем, в физических картинах мира следует из второго начала термодинамики. Направленность времени, определяющая принцип причинности, отличает временные координаты от пространственных, причем для одновременных событий нет симметрии между «правым» и «левым». В современной картине мира в основу положены необратимые процессы, и поэтому возможно единообразное описание живого и неживого миров.

Можно сделать вывод об основных результатах  к которым приходит теория

относительности:

- относительность  свойств пространства-времени;

- относительность  массы и энергии;

- эквивалентность  тяжелой и инертной масс. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованной литературы. 

1. Концепции современного естествознания: Учебное  пособие для студентов вузов / В.П.Бондарев. - М.: Альфа-М, 2005. - 464 с.
2. Концепции современного естествознания: Структурный курс основ естествознания / Д.И.Грядовой. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. – 239 с.
3. Концепции современного естествознания / Под ред. С.С.Самыгина. - Рн/Д: Феникс, 2008. – 448 с.
4. Эйнштейн А. Эволюция физики / А.Эйнштейн. - Изд. 2-е, исп. - М.: Тайдекс Ко, 2003. – 423с.