Пространство и время в свете теорий относительности А.Энштейна

Тема: Пространство и время в свете теорий относительности А.Энштейна

Раздел: Бесплатные рефераты по концепции современного естествознания

Тип: Контрольная работа | Размер: 12.05K | Скачано: 281 | Добавлен 17.02.14 в 18:35 | Рейтинг: 0 | Еще Контрольные работы

Вуз: не указан

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1.Пространство и время в специальной теории относительности А.Энштейна 4

2.Пространство и время в общей теории относительности А.Энштейна 6

3. Физический смысл идей А.Энштейна 8

Заключение 9

Список литературы 10

 

ВВЕДЕНИЕ

В конце XIX начале XX веков был сделан ряд крупнейших открытий, с которых началась революция в физике. Она привела к пересмотру практически всех классических теорий в физике. Возможно, одной из самых крупных по значимости и сыгравших наиболее важную роль в становлении современной физики наряду с квантовой теорией была теория относительности А.Эйнштейна.

Создание теории относительности позволило пересмотреть традиционные взгляды и представления о материальном мире. Такой пересмотр существовавших взглядов был необходим, так как в физике накопилось много проблем, которые не могли быть решены с помощью существовавших теорий.

Цель данной контрольной работы – рассмотреть пространство и время в свете теорий относительности А.Энштейна.

Для достижения цели контрольной работы необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть сущность специальной теории относительности;

2. Изложить сущность общей теории относительности;

3. Раскрыть физический смысл идей А.Энштейна.

 

Пространство и время в свете теорий относительности А.Энштейна

1. Пространство и время  в специальной теории относительности 

Специальная теория относительности, созданная в 1905г. А. Эйнштейном, стала результатом обобщения и синтеза классической механики Галилея - Ньютона и электродинамики Максвелла - Лоренца. «Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения, близких к скорости света, но без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к классической механике, которая, таким образом, оказывается ее частным случаем».

В соответствии со специальной теорией относительности, которая объединяет пространство и время в единый четырехмерный пространственно-временной континуум, пространственно - временные свойства тел зависят от скорости их движения. Пространственные размеры сокращаются в направлении движения при приближении скорости тел к скорости света в вакууме (300 000 км/с), временные процессы замедляются в быстродвижущихся системах, масса тела увеличивается[9].

Создатель теории относительности сформулировал обобщенный принцип относительности, который теперь распространяется и на электромагнитные явления, в том числе и на движение света. Этот принцип гласит, что никакими физическими опытами (механическими, электромагнитными и др.), производимыми внутри данной системы отчета, нельзя установить различие между состояниями покоя и равномерного прямолинейного движения. Классическое сложение скоростей неприменимо для распространения электромагнитных волн, света. Для всех физических процессов скорость света обладает свойством бесконечной скорости. Для того чтобы сообщить телу скорость, равную скорости света, требуется бесконечное количество энергии, и именно поэтому физически невозможно, чтобы какое-нибудь тело достигло этой скорости.

Этот результат был подтвержден измерениями, которые проводились над электронами. Кинетическая энергия точечной массы растет быстрее, нежели квадрат ее скорости, и становится бесконечной для скорости, равной скорости света.

Скорость света является предельной скоростью распространения материальных воздействий. Она не может складываться ни с какой скоростью и для всех инерциальных систем оказывается постоянной. Все движущиеся тела на Земле по отношению к скорости света имеют скорость, равную нулю.

С самого начала Эйнштейн выдвинул несколько удивительных предположений. Он утверждал, что, если скорость объекта приближается к скорости света, его размеры уменьшаются, а масса, наоборот, увеличивается. Никакое тело нельзя разогнать до скорости равной или большей скорости света.

Другой его вывод был еще удивительней, и, казалось, противоречил здравому смыслу. Представьте, что из двоих близнецов один остался на Земле, а другой путешествовал по космосу со скоростью, близкой к скорости света. С момента старта на Земле прошло 70 лет. Согласно теории Эйнштейна, на борту корабля время течет медленнее, и там прошло, например, только десять лет. Получается, что тот из близнецов, кто оставался на Земле, стал на шестьдесят лет старше второго. Этот эффект называют «парадоксом близнецов». Звучит просто невероятно, но лабораторные эксперименты подтвердили, что замедление времени при скоростях, близких к скорости света, действительно существует.

Из этих двух принципов – постоянства скорости света и расширенного принципа относительности Галилея – математически следуют все положения специальной теории относительности. Если скорость света постоянна для всех инерциальных систем, а они все равноправны, то физические величины длины тела, промежутка времени, массы для разных систем отсчета будут различными. Так, длина тела в движущейся системе будет наименьшей по отношению к покоящейся[8].

Специальная теория относительности получила многочисленные подтверждения на опыте и является, безусловно, верной теорией в своей области применимости.

 

2. Пространство и время  в общей теории относительности        

Великим событием стала публикация Эйнштейном в 1915 году своей Общей Теории Относительности. В этой теории пространство-время приняло форму четырехмерного континуума. Геометрия этого континуума искривлена, а степень искривления моделирует гравитационные поля в самом континууме. Пространство-время перестало быть инертным. Оно действует на материю, и материя действует на него.

Общая теория относительности – строилась путём построения обобщённого пространства - времени и перехода от теоретической структуры исходной теории - специальной теории относительности - к теоретической структуре новой, обобщённой теории с последующей её эмпирической интерпретацией.

 Основные принципы общей теории относительности 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)[2].

      Можно полагать, что при написании своей работы Энштейн, по – видимому, был вдохновлен двумя достаточно простыми фактами. Во – первых, универсальностью гравитации, что было продемонстрировано еще Галилеем в своих известных экспериментах на наклонной Пизанской башне. Гравитация универсальна, поскольку все тела с башни падали одинаково, если на них действовала только гравитационная сила. Во – вторых, гравитация всегда проявляет себя как притяжение. Это ее свойство сильно отличает ее, например, от электростатической силы, описываемой таким же по форме законом, что и закон всемирного тяготения и проявляющей себя в зависимости от вида взаимодействующих зарядов и как притяжение и как отталкивание. В результате, в то время как электростатическая сила может быть экранирована и достаточно легко создать области, в которых она действовать не будет, гравитация экранирована не может быть принципиально. Таким образом, гравитация является вездесущей и действует на все дела одинаковым образом.

Коренным отличием специальной теории относительности от предшествующих теорий является признание пространства и времени в качестве внутренних элементов движения материи, структура которых зависит от природы самого движения, является его функцией. В подходе Эйнштейна пространству и времени придаются новые свойства: относительность длины и временного промежутка, равноправность пространства и времени. Если космический корабль разгоняется до скорости, близкой к скорости света, то часы на нем замедляются. Чем быстрее движется корабль, тем медленнее идут часы.

Отличия ее от ньютоновской теории тяготения проявляются при изучении космических объектов с огромной массой, например планет или звезд. Эксперименты подтвердили искривление лучей света, проходящих вблизи тел с большой массой. В принципе возможно столь сильное гравитационное поле, что свет не сможет выйти за его пределы. Это явление получило название «черной дыры». «Черные дыры», по-видимому, обнаружены в составе некоторых звездных систем.

Ньютон утверждал, что орбиты планет вокруг Солнца фиксированы. Теория Эйнштейна предсказывает медленный дополнительный поворот орбит планет, связанный с наличием гравитационного поля Солнца. Предсказание подтвердилось экспериментально. Это было поистине эпохальное открытие. В закон всемирного тяготения сэра Исаака Ньютона были внесены поправки.

Привлекательность общей теории относительности заключена в том, что она, использую изящную математику, преобразовала эти концептуально простые идеи в конкретные уравнения, чтобы сделать удивительные предсказания о природе физической действительности. 

 

3. Физический смысл идей А.Энштейна

 Первая  работа А.Эйнштейна в области статистической физики появилась в 1902. В ней Энштейн, не зная о трудах Дж. У. Гиббса, развивает свой вариант статистической физики, определяя вероятность состояния как среднее по времени. Такой взгляд на исходные положения статистической физики приводит Э. к разработке теории броуновского движения (опубл. в 1905), которая легла в основу теории флуктуаций.

В 1924 г., познакомившись со статьей Ш. Бозе по статистике световых квантов  и оценив её значение, Энштейн опубликовал  статью Бозе со своими примечаниями, в  которых указал на непосредственное обобщение теории Бозе на идеальный  газ. Вслед за этим появилась работа по квантовой теории идеального газа; так возникла Бозе — Эйнштейна  статистика [5].

Идеи Энштейна имеют огромное методологическое значение. Они изменили господствовавшие в физике со времен Ньютона механические взгляды на пространство и время и привели к новой, материалистической картине мира, основанной на глубокой, органические связи этих понятий с материей и ее движением, одним из проявлений этой связи оказалось тяготение. Эти идеи стали основной частью современной теории динамической, непрерывно расширяющейся Вселенной, позволяющей объяснить необычайно широкий круг наблюдаемых явлений.

Величие сделанного Энштейном в науке трудно пересказать. Сейчас нет практически ни одной ветви современной физики, где так или иначе не присутствовали бы пожалуй, еще важнее уверенность, которую своими трудами вселял в ученых Энштейн, что природа познаваема и ее законы красивы. Стремление к этой красоте и составляло смысл жизни великого ученого.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Значение пространства и времени для современного научного познания неоценимо важно. Без этих двух понятий не может обходиться не одна из наук, так как они являются «фундаментом» для построения теорий, гипотез, вычислений.

Не случайно с давних времён люди задавались вопросом пространственно-временных характеристик. При описании различных явлений используют систему отсчета, берут так же определённое время исчисление. Как говорил Эйнштейн: «Необходимо было составить себе ясное представление о том, что означает  в физике пространственные  координаты и время некоторого события».

Практическое значение исследований пространства и  времени может в будущем привести к неожиданным открытиям,  которые могут изменить представления людей о жизни во Вселенной. И как следствие мы узнаем что-нибудь новое о её происхождение. Современная точка зрения о свойствах пространства времени помогает во многих областях научной деятельности.

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.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агафонов К.П. Единство физической картины мира.– М., 2007.
2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. – М., 2006.
3. Еремеева А.И. Астрономическая картина мира и ее творцы. – М.: Наука, 1984.
4. Лавриненко В.Н Концепции современного естествознания. – М.:ЮНИТИ – ДАНА, 2001.
5. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. – М., 2008.
6. Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. – М.: Наука, 1985.
7. Концепции современного естествознания. Под ред. Лавриенко В.Н. и Ратникова В.П. М., 2006 г.
8. М.К. Гусейханов, О.Р. Раджабов Концепция современного естествознания М., 2007 г.
9. Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. М., 1985.
10. Ахундов М. Пространство и время в физическом познании.М., 1982.
11. Марков К.К. Пространство и время в географии М., 1986.
12. Ахунов М. Д. Концепции пространства и времени. Истоки, эволюция, перспективы. М., 1982.

---

Понравилось? Нажмите на кнопочку ниже. Вам не сложно, а нам приятно).

---

Чтобы скачать бесплатно Контрольные работы на максимальной скорости, зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Важно! Все представленные Контрольные работы для бесплатного скачивания предназначены для составления плана или основы собственных научных трудов.

---

Друзья! У вас есть уникальная возможность помочь таким же студентам как и вы! Если наш сайт помог вам найти нужную работу, то вы, безусловно, понимаете как добавленная вами работа может облегчить труд другим.

Добавить работу

---

Если Контрольная работа, по Вашему мнению, плохого качества, или эту работу Вы уже встречали, сообщите об этом нам.

---

Добавление отзыва к работе

Добавить отзыв могут только зарегистрированные пользователи.

---

Похожие работы

• Изучение понятий «время» и «пространство»
• Пространство и время
• Пространство и время
• Пространство и время в свете теории относительности А. Эйнштейна
• Пространство и время в свете теорий относительности А. Эйнштейна
• Пространство и время