ФІЗИКА. Вчимося розв'язувати задачі. "СУЧАСНА ФІЗИКА". Компенсаційний курс

Наслідки з постулатів СТВ різко суперечать багатьом принциповим положенням класичної механіки. Це насамперед стосується простору і часу. Класична фізика виходить з уявлень про абсолютність простору і часу. Але постулати СТВ свідчать про відносність простору і відносність часу.

З механіки відомо, що положення тіла в просторі відносне – його можна визначити тільки відносно обраної системи відліку. Але сам простір у класичній фізиці розглядався як абсолютний, тобто як єдиний для усього Всесвіту й однаковий за властивостями у всіх системах відліку. З цієї концепції випливає очевидний висновок: хоча координати будь-якої точки в двох системах відліку XOY і X’O’Y’ (рис.18.1) різні (\(X\ne{X}^{\prime}\), \(Y\ne{Y}^{\prime}\)) відстань l між двома точками А і В однакова. Інакше кажучи, взаємне положення точок і розміри тіл у класичній фізиці вважається абсолютними.

Точно так само і час вважався абсолютним. У різних часових поясах Землі поточні моменти часу виражаються різними числами, але одночасність двох подій, або проміжок часу, що розділяє дві події, вважаються абсолютними, тобто не залежними від вибору системи відліку.

Уявлення класичної фізики відповідають нашому життєвому досвіду і здаються самоочевидними. Але вони несумісні з постулатами СТВ, з яких випливає, що поняття відстані між точками (довжини тіла) і проміжку часу між подіями (тривалості процесу) – відносні. Це виявляється в ефектах скорочення довжин і уповільнення часу:

де \(l_{0}\) – власна довжина, тобто довжина нерухомого відносно спостерігача тіла, під яким розуміють стержень, зорієнтований уздовж осей X, X¢ системи відліку, l – лабораторна довжина, тобто довжина того ж тіла під час його руху зі швидкістю v, напрямленою по довжині тіла, c – гранична швидкість, яка дорівнює швидкості світла у вакуумі (\(c=3\cdot{10}^{8}\) м/с), \(\beta=v/c\).

Поперечні відносно напрямку руху розміри тіл не змінюються.

Проміжки часу теж відрізняються в різних системах відліку:

де \(\Delta{t}_{0}\) – власний проміжок часу, тобто проміжок часу між двома подіями, що відбуваються в деякій фіксованій точці А, який виміряний годинником, розташованим у тій же точці; \(\Delta{t}\) – лабораторний проміжок часу, тобто проміжок часу між цими подіями, визначений у системі відліку, відносно якої точка А рухається зі швидкістю v.

З формули (18.2) видно, що завжди \(\Delta{t}\ge\Delta{t}_{0}\), тобто проміжок часу (тривалість процесу) у нерухомій для спостерігача фізичній системі завжди менший, ніж для спостерігача, відносно якого система рухається. Іншими словами, темп часу різний у різних системах відліку. Наприклад, для космонавтів у міжзоряній ракеті час тече повільніше, ніж для земних спостерігачів. Тому говорять про уповільнення часу в системах відліку, що рухаються.

Усе сказане означає відносність простору і часу, тобто, що

Формули (18.1) і (18.2) втрачають фізичний зміст при \(v\ge{c}\). Це є формальним вираженням існування в природі граничної швидкості c.

При \(v/c\to{0}\) ці формули дають "класичні" співвідношення l = l₀ і \(\Delta{t}=\Delta{t}_{0}\). Це стосується і всіх інших співвідношень механіки СТВ. У дійсності такий "перехід до класичної механіки" відбувається при дуже великих швидкостях. Наприклад, навіть при v = 30000 км/с довжини тіла, що рухається і нерухомого тіла ще майже не відрізняються: l = 0,995l₀. Тому при швидкостях руху, з якими має справу класична механіка, ефекти СТВ не проявляються.