Постулаты специальной теории относительности. В 1905 Г. Альберт Эйнштейн (1879—1955) выдвинул два постулата, которые, как оказалось впоследствии, смогли полностью объяснить кажущиеся противоречия опытов

В 1905 г. Альберт Эйнштейн (1879—1955) выдвинул два постулата, которые, как оказалось впоследствии, смогли полностью объяснить кажущиеся противоречия опытов по определению степени увлечения эфира. Эти постулаты легли в основу так называемой специ­альной теории относительности (СТО), объяснившей особенности дви­жения тел при скоростях, сравнимых со скоростью света.

Первый постулат СТО являлся естественным обобщением принципа относительности Галилея в механике и формулировал­ся следующим образом: никакими физическими экспериментами, в том числе и оптическими, нельзя установить факт равномерного и прямолинейного движения системы отсчета, находясь внутри этой системы. Этот постулат получил название принципа относительно­сти Эйнштейна. Первый постулат отрицал существование неко­торой выделенной системы отсчета и, следовательно, мирового эфира.

Второй постулат СТО полагал, что скорость света в вакууме оди­накова во всех системах отсчета. В формулировке Эйнштейна вто­рой постулат СТО выглядел следующим образом: скорость света по­стоянна во всех системах отсчета и не зависит от скорости источника или приемника света. Это означает, что для распространения элект­ромагнитных волн не нужно было предполагать существования ка­кой-либо среды. Электромагнитное поле распространялось в прост­ранстве со временем само по себе, не нуждаясь в какой-либо допол­нительной среде. Такая точка зрения еще больше укрепляет наши представления об электромагнитном поле как еще одном участнике реальных событий в окружающем нас мире наряду с веществом. Вместе с тем признание за полем подобной самостоятельности тре­бует существенного пересмотра наших представлений о свойствах пространства и времени, которые сложились при рассмотрении свойств движущихся тел.

Но что это значит? Как может влиять на свойства пространства и времени наличие или отсутствие электромагнитного поля?

Для ответа на эти вопросы необходимо вспомнить, что в ме­ханике свойства пространства и времени устанавливались исходя из анализа свойств перемещений материальных точек и изучения последовательности механических явлений в определенной сис­теме отсчета. При этом негласно считалось, что часы, установ­ленные в начале координат этой системы, задавали время в любой точке пространства. Это соглашение фактически предпола­гало бесконечно большую скорость распространения некоторо­го процесса, синхронизирующего часы в разных точках простран­ства.

После открытия электромагнитного поля стало ясно, что из-за конечной скорости его распространения требуется уточнить проце­дуру измерения времени в разных точках пространства путем опре­деления способа синхронизации часов, находящихся в различных местах выбранной системы отсчета. Указание метода синхронизации разных часов позволяет установить факт одновременности физичес­ких событий в разных точках пространства и последовательность их совершения во времени.

Чтобы синхронизовать часы в разных пространственных точ­ках, они должны быть связаны световым (электромагнитным) сигналом так, чтобы сигнал, испущенный из места расположения первых часов или испущенный просто первыми часами, распро­странялся до вторых часов и после их синхронизации возвращал­ся обратно к первым часам. То же относится и ко вторым часам. Предположим, что световому сигналу требуется τ секунд, чтобы пройти расстояние от первых часов до вторых и вернуться обрат­но. Тогда если промежутки времени между посылкой и приемом светового сигнала первыми и вторыми часами оказываются рав­ными τ/2, то часы считаются синхронизованными, а события в этих точках, связанные световым сигналом, — одновременными.

Удобно понятие одновре­менности и процедуру синхро­низации часов проиллюстриро­вать с помощью рисунка 91. Введем систему координат, по горизонтальной оси которой будем откладывать расстояние между часами, а по вертикаль­ной оси — время, измеряемое часами, расположенными в со­ответствующих точках вдоль оси ОХ, умноженное на ско­рость света с. Будем считать, что первые часы расположены в начале координат, а вторые имеют координату х. В момент

t = 0 по первым часам посыла­ется световой сигнал в точку, где находятся вторые часы, для их синхронизации. Так как скорость света равна с, то рас­пространение света в выбран­ной нами системе координат изобразится прямой линией, идущей под углом 45° к осям координат.

Схема синхронизации часов	Относительность одновре­менности

Очевидно, что свет достигнет вторых часов через время, равное х/с. Отразив­шись от вторых часов, свет через этот же промежуток времени вернется к первым часам, кото­рые будут показывать время т. Если τ = 2х/с то часы считаются синхронизованными, а события с координатами (τ/2, 0) и (τ/2, x) одновременными.

Из такого определения одновременности событий в разных про­странственных точках следует ее относительность для разных инерциальных систем отсчета, движущихся друг относительно друга. От­носительность одновременности событий является следствием посто­янства скорости света в разных системах отсчета и выбранного спо­соба синхронизации часов.

Рассмотрим две инерциальные системы отсчета, движущиеся относительно друг друга вдоль оси ОХ с постоянной скоростью v (рис.). Координаты в одной системе будем обозначать нештрихованными буквами XYZ, в другой — штрихованными X'Y'Z'. Предпо­ложим, что в момент совпадения начала координат обеих систем в этой точке происходит вспышка света. Наблюдатель в нештрихованной системе отсчета будет считать, что свет через некоторое время t по его часам дойдет до всех точек сферы, отстоящих на расстоянии r = ct от начала координат, и, следовательно, одновременными со­бытиями будут те, которые происходят в этот момент в точках, рас­положенных на поверхности этой сферы. Наблюдатель в штрихован­ной системе будет считать одновременными события, которые про­исходят во всех точках, лежащих на поверхности той сферы, до ко­торой свет дойдет за это же время в штрихованной системе отсчета. Из рисунка видно, что поверхности этих сфер не совпадают друг с другом, поэтому одновременными событиями в разных системах отсчета будут разные события.