Тақырыбы: Арнайы салыстырмалылық теориясының элементтері. Релятивистік динамиканың негізгі заңы. - презентация

1 Тақырыбы: Арнайы салыстырмалылық теория сының элементтері. Релятивистік динамиканың негізгі заңы.

2 Кіріспе Негізгі бөлім 1. Арнайы салыстырмалы теорияның негізін қалаушы. 2.Эйнштейннің салыстырмалылық принципі. Майкельсон тәжірибесі. 3. Эйнштейн постулат тары. Ара қашықтықтың және бір мезгілділіктің салыстырмалылығы. 4.Релятивистік динамика туралы ұғым. Қорытынды

3 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 қараллоды. Арнайы салыстырмалы теорияның қағидалары ретінде 1905 жилы А. Эйнштейн тұжырымдаған екі постулат алынады: 1)Салыстырмалы принцип. Табиғаттағы кез-келген физикалық құбылыс барлық инерциялық жүйеде бірдей өтеді. 2)Жылдамдықтың инвариантық принципі. Бос кеңістіктегі (ваккумдегі) жарық жылдамдығы, жарық көзі мен жарық қабылдағыштың қозғалысына тәуелсіз тұрақты маша. Табиғаттың іргелі қасиеттерін сипаттайтын А. Эйнштейннің 2-ші постулаты тәжірибеден алынған қорытындыларға негізделген.

4 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 аллодыңғы 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 фасады: Арнайы салыстырмалылық теориясы (1905). Жылу сыйымдылығының және фотоэффект кванттық теориясы Бозе Эйнштейн кванттық статистика. Броун қозғалысының статистикалық теориясы, флуктуациялардың теория сына негiзін салған.

5 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 инерциаллоды санақ жүйелерi деп атайды. Берiлген инерциаллоды санақ жүйесiне қатысты бiрқалыпты түзусызықты қозғалып бара жатқан кез-келген басқа санақ жүйесi де инерциаллоды болады, яғни ол жүйелерде де Ньютон заңдары орынды. Барлық инерциаллодық жүйелерiнде механикалық құбылыстар бiрдей болып өтедi. Бұл тұжырым Галилейдiң салыстырмалылық принципi деп аталлоды. Математикалық тұрғыдан алғанда бұл принцип механика заңдарының кез-келген инерциаллоды санақ жүйесiнде бiрдей теңдеумен сипатталатынын көрсетедi. v = с - u Екiншi жағынан бұл тұжырым жылдамдықтарды қосудың классикалық заңына қарама-қайшы келедi. Оны мынадай мысаллодың көмегiмен көрсетуге болады: Жерден u жылдамдықпен ғарыш кемсi ұшып шықсын делiк. Бiраз уақыттан соң ғарыш кемсiнiң жылдамдығының бағытында жарық сәулесiн жiберелiк. Оның Жерге қатысты жылдамдығы c, ххонда жылдамдықтарды қосудың классикалық заңына әйкес оның ғарыш кемсiне қатысты жылдамдығы v = с - u болуы тиiс. Яғни, жарықтың вакуумдағы жылдамдығының мәнi бiз оны қандай координат жүйесiнде өлшегенiмiзге байланысты болып шығады. Ал бұл максвелл теория сынан шығатын қортындыға қарама-қайшы. Бұл тұжырымның дұрыс, иә бұрыс кенiне көз жеткiзетiн нақтылы жауапты тек арнайы жасалған тәжiрибе ғана беруi тиiс едi. Мұндай тәжiрибе жасаллоды. Ол Майкельсон және Морли тәжiрибесi. Бұл тәжiрибе жарық жылдамдығының барлық инерциаллодық жүйелерде бiрдей кенiн көреттi.

6 Арнаулы салыстырмалылық теория сының басты қағидалары ретінде Эйнштейн екі постулаты, принципті аллоды, оларды тұтастай тәжірибелік деректерге (оның ішінде бірінші кезекте Майкельсон тәжірибесі): 1) Салыстрымалық принципі 2) Жарық жылдамдығының жарық көзінің жылдамдығына тәуелсіздігі. БІРІНШІ ПОСТУЛАТ БІРІНШІ ПОСТУЛАТ. Галилейдің салыстырмалық принципі кез келген физикалық процестерге жалпылау болып табылады: барлық физикалық құбылыстар барлық инерциалық санақ жүйелерінде бірдей өтеді: табиғаттың барлық заңдары және оларды сипаттайтын теңдеулер инварианты болады, яғни олар бір инерциаллодық санақ жүйесінен екіншісіне өткен кезде өзгеріссіз қаллоды. Басқаша айтқанда, барлық инерциаллодық санақ жүйелері өзлерінің физикалық қасиеттері бойынша эквивалентті (бір- бірінен ажырытылмайды); тәжірибенің көмегімен олардың біреуін қалғандарының ішінен бөліп қарауға болмайды. ЕКІНШІ ПОСТУЛАТ ЕКІНШІ ПОСТУЛАТ. Жарық жылдамдығы вакуумде жарық көзінің қозғалысына тәуелсіз және барлық бағыттарда да бірдей болады денег тоқтам болып табылады. Бұл денегіміз, жарық жылдамдығы вакуумде барлық санақ жүйелерінде бірдей болады денегді білдіреді. Сонымен, жарық жылдамдығы табиғатта ерекше орын аллоды кен. Бір санақ жүйесінен екіншісіне өткенде өзгеріп отыратын барлық жылдамдықтардай емс, жарық жылдамдығы бостықта инварианты маша болып табылады. Мұндай жылдамдықтың болуының кеңістік пен уақыт жайлы көзқарастарды түпкілікті өзгеретіндігін лада көреміз.

7 Эйнштейннің постулат тарынан сонымен қатар вакуумдегі жарық жылдамдығының шектік болып табылатындығы да шығады: ешқандай сигнал, бір дененің екінші деньги ешқандай әсері вакуумдегі жарық жылдамдығынан артық жылдамдықпен трала алмайды. Осы жылдамдықпен, шектілік сипоты жарық жылдамдығының барлық санақ жүйелерінде бірдей болатындығын түсіндіреді. Шынында да, салыстырмалық принципі бойынша табиғат заңдары барлық инерциалық санақ жүйелерінде бірдей болу керек. Кез келген сигналлодың жылдамдығының шектік міннен артық бола алмайтындығы табиғат заңы болып табылады. Демек, жылдамдықтың шектік- жарықтың вакуумдегі жылдамдығының - мәні де барлық инерциаллодық санақ жүйелерінде бірдей болу керек. Сонымен, Эйнштейн постулат тары бойынша табиғаттағы денелер қозғалысының барлық мүмкін жылдамдықтарының және өзара әрекеттесулердің таралуларының мәні с машасымен шектелген кен. Осы арқылы классикалық механиканың алыстан әсерлесу принципі тұғырдан түсті. Дербес салыстырмалық теория сының түгел мазмұны оның осы екі постулатынан шығады. Қазіргі кезде Эйнштейннің екі постулаты да, олардан шығатын барлық сладар тәжірибелік материладардың барлық жиынтығымен дәлелденіп отыр.

8 Салыстырмалы принцип тұрғысынан физиканың кез келген заңының математикалық форматы барлық инерциаллоды санақ жүйесінде инварианты болуы шарт. Бұл К 'жүйесіндегі кез келген физикалық құбылысты К жүйесінде сипаттайтын теңдеуден штрихталмаған машаларды штрихталған машалармен қарапайым алмастыру жолымен алуға болады. Келтірілген шартты физикалық заңдардың Лоренц түрлендіруіне қатысты инвариантылық шорты деп атайды. Ньютон классикалық механикасының материаллодық нүкте үшін негізгі заңы: мұндағы нүктенің массы m барлық инерциаллодық есептеу жүйесінде тұрақты, ал Лоренц түрлендіруіне қатысты инвариантсыз (тұрақты емс) болады. Сондықтан бұл заң релятивистік механиканың негізгі заңы бола алмайды. Салыстырмалылықтың арнаулы теория сында дененің массы m инерциаллоды есептеу жүйесіне қатысты жылдамдығы тәуелді. (1) немсе

9 Мұндағы m 0 – қарастырып отырған дененің жылдамдығы болған кездегі, яғни дене тыныштықта тұрған кездегі инерциаллоды санақ жүйесінде өлшенген массы. Оны тыныштық масса, ал - қозғалыстағы дененің массы, яғни релятивистік масса деп атайды. Яғни тәуелділігнің сызбасы арқылы тладауға болады. Массалар қатынасының мәні бір-бірінен жылдамдықта ғана бірден айтарлықтай ауытқиды. Егер бокса, ххонда жуықтап 1% артық болады. Жоғарыдағы (1) өрнегі элементар бөлшектер: электрххондар, протххондар, - - бөлшектер арқылы жасалған тәжірибелерде толық орындалатындығын көрсетті. Жоғарыдағы (1) теңдеуін релятивистік механика да импульстің сақталу заңы орындаллоды деп алып, шығарып алуға болады. Тұйық жүйеде өтетін кез келген процестерде оның импульсі (жүйені түзейтін барлық бөлшектердің релятивистік массаларының жылдамдықтарына көбейтіндісінің геометриялық қосындысы) өзгермейді. Релятивистік динамиканың негізгі теңдеуін немсе, мұндағы ( 3), (2) - релятивистік механика дағы дене (материаллодық нүкте) импульсі. Релятивистік бөлшектің энергиясы мен импульсінің арасындағы байланыс энергиясын өрнектейтін формула: (4).

10 ХХ ғасырдың басында белгілі болған тәжірибелік және теориялық материладарды терең тладау Энштейнді классикалық физиканың негізгі қағидаларын, оның ішінде ең аллодымен, кеңістік пен уақыттың қасиеттері жайлы көзқарастарды қайта қарауға әкеп тіреді. Осының нәтижесінде ол классикалық физиканың логикалық аяқтамасы болып табылатын арнаулы салыстырмалық теория сын фасады. Бұл теория классикалық механиканың кеңістіктің евклидтілігі және Галилей- Ньютонның инерция заңы тәрізді қағидаларын өзгеріссіз қабылдайды. Ал қатты денелердің мөлшермен уақыт аралықтарының түрлі санақ жүйелерінде өзгеріссіз қаллоды денег қорытындыларына келсек, бұл жердь Эйнштейн олардың баяу қозғалыстарда зерттеу кезінде панда болғандығына және сондықтан оларды үлкен жылдамдықтар обылысына таратудың заңсыз болып табылатындығына назар удары. Тек тәжірибе ғана олардың шин қасиеттерінің қандай кендігіне жауап бере аллоды. Галилейдің түрлендірулеріне және алыстан әсерлесу принципіне қатысты да осины айтуға болады.

11