Арнайы салыстырмалылық теориясының элементтері. Жоспар: Кіріспе Негізгі бөлім

1. Арнайы салыстырмалы теорияның негізін қалаушы –А. Эйнштейн.Бұл теорияның негізіне, Ньютонның классикалық механикасындағы  сияқты, кеңістік пен уақыттың біртектілігі алынған.  Сондықтан арнайы салыстырмалық теория кеңістік пен уақыттың физикалық теориясы ретінде қаралды. Арнайы салыстырмалы теорияның қағидалары ретінде 1905 жылы А. Эйнштейн тұжырымдаған екі  постулат алынады:                                                                                            

  1. Салыстырмалы принцип. Табиғаттағы кез-келген физикалық құбылыс барлық инерциялық жүйеде бірдей өтеді.                                     

2. Жылдамдықтың инварианттық принципі. Бос кеңістіктегі (ваккумдегі)  жарық жылдамдығы жарық көзі мен жарық қабылдағыштың қозғалысына тәуелсіз тұрақты шама.                       Табиғаттың іргелі қасиеттерін сипаттайтын А. Эйнштейннің 2-ші постулаты тәжірибеден алынған қорытындыларға негізделген. Эйнштейн Альберт (14 наурыз 1879, Германия, Ульм қаласы – 18 сәуір 1955, АҚШ, Нью-Джерси штаты, Принстон) –физик-теоретик, қазіргі физиканың негізін салушылардың бірі.           

 Альберт Эйнштейн — теориялық физиканың негіз қалаушылардың бірі, 1921 жылғы Нобель сыйлығының иегері, атақты ойшыл және қоғам қайраткері, әлемнің алдыңғы қатарлы 20-ға жуық университеттерінің құрметті профессоры, КСРО Ғылым Академиясының шетелдік құрметті мүшесі.Эйнштейннің басты еңбегі — ”Салыстырмалылық теориясы”. Бұдан бөлек 300-ден астам ғылыми еңбектердің, тарих, ғылымдар философиясы және публицистика саласындағы 150-дей кітап, мақалалардың авторы ретінде де танымал. Ол бiрнеше түбегейлi физикалық теорияларды жасады:

Арнайы салыстырмалылық теориясы (1905).

Жылу сыйымдылығының және фотоэффектінің кванттық теориясы

Бозе Эйнштейн кванттық статистика.

Броун қозғалысының статистикалық теориясы, флуктуациялардың теориясына негiзін салған.

2. Кез-келген дененiң қозғалысы жөнiнде оны басқа денелермен салыстыра отырып ғана айтуға болады. Әдетте бұл басқа денелермен қандай да бiр санақ жүйесiн байланыстырады да, қозғалысты осы санақ жүйесiне қатысты қарастырады. Механикадағы Ньютонның заңдары орынды болатын санақ жүйелерiн инерциалды санақ жүйелерi деп атайды. Берiлген инерциалды санақ жүйесiне қатысты бiрқалыпты түзусызықты қозғалып бара жатқан кез-келген басқа санақ жүйесi де инерциалды болады, яғни ол жүйелерде де Ньютон заңдары орынды. Барлық инерциалдық жүйелерiнде механикалық құбылыстар бiрдей болып өтедi. Бұл тұжырым Галилейдiң салыстырмалылық принципi деп аталады. Математикалық тұрғыдан алғанда бұл принцип механика заңдарының кез-келген инерциалды санақ жүйесiнде бiрдей теңдеумен сипатталатынын көрсетедi.

Екiншi жағынан бұл тұжырым жылдамдықтарды қосудың классикалық заңына қарама-қайшы келедi. Оны мынадай мысалдың көмегiмен көрсетуге болады: Жерден u жылдамдықпен ғарыш кемесi ұшып шықсын делiк. Бiраз уақыттан соң ғарыш кемесiнiң жылдамдығының бағытында жарық сәулесiн жiберелiк. Оның Жерге қатысты жылдамдығы c, онда жылдамдықтарды қосудың классикалық заңына әйкес оның ғарыш кемесiне қатысты жылдамдығы v = с - u болуы тиiс. Яғни, жарықтың вакуумдағы жылдамдығының мәнi бiз оны қандай координат жүйесiнде өлшегенiмiзге байланысты болып шығады. Ал бұл максвелл теориясынан шығатын қортындыға қарама-қайшы.

 Бұл тұжырымның дұрыс, иә бұрыс екенiне көз жеткiзетiн нақтылы жауапты тек арнайы жасалған тәжiрибе ғана беруi тиiс едi. Мұндай тәжiрибе жасалды. Ол Майкельсон және Морли тәжiрибесi. Бұл тәжiрибе жарық жылдамдығының барлық инерциалдық жүйелерде бiрдей екенiн көрсеттi.

3. Арнаулы салыстырмалылық теориясының басты қағидалары ретінде Эйнштейн екі постулаты, принципті алды, оларды тұтастай тәжірибелік деректерге (оның ішінде бірінші кезекте Майкельсон тәжірибесі):

1) салыстрымалық принципі

2) жарық жылдамдығының жарық көзінің жылдамдығына тәуелсіздігі.

БІРІНШІ ПОСТУЛАТ.Галилейдің салыстырмалық принципі кез келген физикалық процестерге жалпылау болып табылады: барлық физикалық құбылыстар ьарлық инерциалық санақ жүйелерінде бірдей өтеді: табиғаттың барлық заңдары және оларды сипаттайтын теңдеулер инвариантты болады, яғни олар бір инерциалдық санақ жүйесінен екіншісіне өткен кезде өзгеріссіз қалады. Басқаша айтқанда, барлық инерциалдық санақ жүйелері өзлерінің физикалық қасиеттері бойынша эквивалентті (бір- бірінен ажырытылмайды); тәжірибенің көмегімен олардың біреуін қалғандарының ішінен бөліп қарауға болмайды.

ЕКІНШІ ПОСТУЛАТ.Жарық жылдамдығы вакуумде жарық көзінің қозғалысына тәуелсіз және барлық бағыттарда да бірдей болады деген тоқтам болып табылады. Бұл дегеніміз, жарық жылдамдығы вакуумде барлық санақ жүйелерінде бірдей болады дегенді білдіреді. Сонымен, жарық жылдамдығы табиғатта ерекше орын алады екен. Бір санақ жүйесінен екіншісіне өткенде өзгеріп отыратын барлық жылдамдықтардай емес , жарық жылдамдығы бостықта инвариантты шама болып табылады. Мұндай жылдамдықтың болуының кеңістік пен уақыт жайлы көзқарастарды түпкілікті өзгеретіндігін алда көреміз.

    Эйнштейннің постулаттарынан сонымен қатар вакуумдегі жарық жылдамдығының шектік болып табылатындығы да шығады: ешқандай сигнал бір дененің екінші денеге ешқандай әсері вакуумдегі жарық жылдамдығынан артық жылдамдықпен тарала алмайды. Осы жылдамдықпен, шектілік сипаты жарық жылдамдығының барлық санақ жүйелерінде бірдей болатындығын түсіндіреді. Шынында да, салыстырмалық принципі бойынша табиғат заңдары  барлық инерциалық санақ жүйелерінде бірдей болу керек. Кез келген сигналдың жылдамдығының шектік міннен артық бола алмайтындығы табиғат заңы болып табылады. Демек, жылдамдықтың шектік- жарықтың вакуумдегі жылдамдығының - мәні де барлық инерциалдық санақ жүйелерінде бірдей болу керек. Сонымен, Эйнштейн постулаттары бойынша табиғаттағы денелер қозғалысының барлық мүмкін жылдамдықтарының және өзара әрекеттесулердің таралуларының мәні с шамасымен шектелген екен. Осы арқылы классикалық механиканың алыстан әсерлесу принципі тұғырдан түсті.  Дербес салыстырмалық теориясының түгел мазмұны оның осы екі постулатынан шығады. қазіргі кезде Эйнштейннің екі постулаты да, олардан шығатын барлық салдар тәжірибелік материалдардың барлық жиынтығымен дәлелденіп отыр.  

Қортынды. Эйнштейн кеңістіктік–уақыттық бейнелеудің өзі ашқан, салыстырмалықтың арнайы теориясы үшін маңыздылығын бірден байқады. Содан бері табиғаттың заңдары төрт өлшемдік тұрғыда жазылады.

Біздің Әлем – төрт өлшемді.Кеңістік пен уақытты тәуелсіз физикалық мәндер ретінде қарауға болмайды, керісінше олар өзара тығыз сипатта байланысқан.