Основные идеи, понятия и принципы специальной теории относительности.

Эмпирические методы научного познания.

Наблюдение - целенаправленное, организованное восприятие предметов и явлений. Научные наблюдения проводятся для сбора фактов, укрепляющих или опровергающих ту или иную гипотезу и являющихся основой для определенных теоретических обобщений.). Путем наблюдения формируется совокупность эмпирических (первичных) данных – фактов. Наблюдение должно быть целенаправленным и планомерным

Эксперимент - способ исследования, отличающийся от наблюдения активным характером. Это наблюдение в специальных контролируемых условиях. Эксперимент позволяет, во-первых, изолировать исследуемый объект от влияния побочных несущественных для него явлений. Во-вторых, в ходе эксперимента многократно воспроизводится ход процесса. В третьих, эксперимент позволяет планомерно изменять само протекание изучаемого процесса и состояния объекта изучения.

Существует несколько видов эксперимента: 1) лабораторный, 2) естественный, 3) исследовательский, 4) проверочный, 5) воспроизводящий, 6) изолирующий, 7) количественный, 8) физический, 9) химический и т.д

Измерение - это материальный процесс сравнения какой-либо величины с эталоном, единицей измерения. Число, выражающее отношение измеряемой величины к эталону, называется числовым значением этой величины.

В современной науке учитывается принцип относительности свойств объекта к средствам наблюдения, эксперимента и измерения. Так, например, если изучать свойства света, изучая его прохождение через решетку, он будет проявлять свои волновые свойства. Если же эксперимент и измерения будут направлены на изучение фотоэффекта, будет проявляться корпускулярная природа света (как потока частиц - фотонов).

Основные идеи, понятия и принципы специальной теории относительности.

Понятия пространства и времени играют важнейшую роль в человеческом мышлении отношение к пространству и времени. Отношение к пространству в Древней Греции было тесно связано с представлением о структуре материи. Так атомисты придерживались мнения о пустоте, а континуалисты имели противоположенное мнение. Не меньше внимания древнегреческие философы уделяли и времени, считая, что оно немыслимо, и не существует вне движения, но оно и есть само по себе движение. Позже ньютоном была создана концепция абсолютного пространства и абсолютного времени. Важнейшим принципом ньютоновской механики был принцип относительности Галилея и галилеевские преобразования, но вскоре выяснилась их ограниченность. Это выразилось в появлении концепций абсолютно неподвижного эфира. В соответствие с этой концепцией, средой, в которой распространяется свет, служит абсолютно неподвижный эфир. Следовательно, абсолютно неподвижной должна быть и система отсчета, связанная с этим эфиром. Но тогда скорость света, в какой либо системе отсчета, движущейся относительно эфира, должна зависеть от того, в каком направлении распространяется свет. Но эксперименты опровергли это утверждение и показали, что скорость света одинакова во всех направления. Это противоречие привело к тому, что пришлось вернуться к принципу относительности. Правда теперь это была специальная теория относительности Эйнштейна. Специальная теория относительности.(СТО) Исходные положения.

Если измерить расстояние между 2-я частицами, то в соответствии. с законом всемирного. тягяготения. Ньютона мгновенно изменится и сила взаимод. между ними. Объединение принципа относительности с фактом конечности распространения взаимодействий наз. принципом относительности А. Эйнштейна. Основой с.т.о., разработанной в 1905г. явл. след. утверждение: скорость распр. взаимод. одиннакова во всех инерц. с.о. и равно скоросто распр. света в пустоте. Принцип относительности Эйнштейна фундаментально меняет основные физические понятия. Интервал В привычном трёхмерном пространстве мерой близости двух то-чек является расстояние между ними. Эта формула задает метрику пр-ва, т.е. опр. его геометр. св-ва. С.т.о. содержит ещё и коорд. времени. Событие опред. местом, где оно произошло и временем, когда оно произошло. Это аналогично расстоянию в обычном трёхмерном пространстве, но аналогия неполная — перед квадратами разностей координат записан знак "минус". Пространство, определённое таким образом, называется псевдоевллидовым (или пространством Минковского). Интервал не зависит от выбранной инерциальной системы отсчёта, что аналогично расстоянию в евклидовом пространстве.. Эквивалентность массы и энергии. Наиболее известным результатом специальной теории относительности является формула, устанавливающая эквивалентность массы и энергии. Из этой формулы видно, что макроскопическое тело (например, гирю) невозможно разогнать до скорости, приближающейся к скорости света, так как при этом её масса стремилась бы к бесконечности. Однако существуют частицы, у которых масса покоя равна нулю и они движутся со скоро-стью света (фотон).

Основные идеи, понятия и принципы общей теории относительности. Взаимодействие частиц друг с другом можно описать с помощью понятия силового поля. Частица создаёт во-круг себя поле, на всякую другую частицу, находящуюся в этом по-ле, действует сила. В классической механике поле является лишь некоторым способом описания взаимодействия; физическая сущ-ность не меняется — частицы взаимно влияют на расстоянии друг от друга. Это — дальнодействие. В теории относительности благодаря конечности скорости распространения взаимодействий положение существенно иное. Сила, действующая в данный момент на одну частицу со стороны другой, не определяется расположением частиц в данный момент. Изменение положения одной частицы отражается на другой лишь спустя некоторый промежуток времени. Это значит, что поле само по себе становится физической реальностью. Уже нельзя говорить о непосредственном взаимодействии частей, нахо-дящихся на расстоянии друг от друга. В каждый момент времени взаимодействие происходит лишь между соседними точками про-странства. Это — близкодействие. Речь идёт о взаимодейст-вии частицы с полем и о последующем взаимодействии поля с дру-гой частицей.

Основным для построения общей теории относительности явля-ется выявление глубокой связи между тяготением и геометрией пространства-времени. Если однородное и постоянное поле тяготения влияет на все физические процессы совершенно также, как равномерное ускорение системы отсчёта, то и произвольное поле тяготения можно связать с геометрией и кинематикой. В пределах достаточно малой области пространства и в течение достаточно короткого интервала времени любое поле тяготения можно считать однородным и постоянным. Поэтому в любой малой пространственно-врененной области поле тяготения можно "исключить" выбором ускоренной системы отсчёта.

Сфера в обычном трёхмерном пространстве является двумерным пространством с положительной кривизной, характеризующейся од-ним числом — радиусом сферы. Кривизна в пространстве-времени характеризуется деся-тью числами — компонентами метрического тензора. Векторов тоже недостаточно. Четырёхмерное пр-время в общем случае является кривым, а его метрика определяется физическими процессами и не является неизменной. Пространство и время — не только единое целое, как в с.т.о., но единая динамическая величина: когда движется тело или действует сила, это изменяет кривизну пр-времени, а кривизна влияет на то, как движется тело или действует сила. Иными словами, пространство я время не только влияют на всё, что происходит в природе, но и сами изменяются под влиянием всего происходящего.

Уравнение о.т.о. связывает два тензора — метрический тензор, описывающий кривизну пр-времени, и тензор напряжений, описывающий распределение мате-рин в терминах плотности материи-энергии, давления, напряжений. С позиции теории Эйнштейна не сила гравитации вынуждает на-шу планету двигаться по орбите, она движется по линии, которая в кривом пространстве соответствует прямой в обычном пространст-ве. Масса Солнца так искривляет пр-время, что Земля движется по прямой в четырёхмерном пространстве, которой в трёхмерном пространстве соответствует замкнутая линия.

Общая теория относительности открывает возможность ре-шать проблемы, связанныв со свойствами и структурой мира в космических масштабах.