Теория относительности Альберта Эйнштейна

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Поволжский  государственный технологический  университет

 

 

 

 

Кафедра философии

 

 

 

 

Реферат на тему:

Теория  относительности Альберта Эйнштейна

 

 

 

 

 

Выполнил  студент группы ЭКиП-31

Шурков  Н.Г.

Научный руководитель

доц. к.ф.н. Киселев Н.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

Йошкар-Ола

2012

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 5

• Теория относительности А. Эйнштейна 5
• Причины возникновения теории относительности Эйнштейна 8
• Материя, пространство, время 11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 16

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Из общей  теории относительности Альберта Эйнштейна  вытекает знаменитое соотношение - E = mc2, т.е. соотношение, связывающее массу  тела и его энергию. Не вдаваясь глубоко  в физику, можно выделить, интересные философские понятия как материя, время и пространство.  «В мире нет ничего, кроме движущейся материи, и движущаяся материя не может  двигаться иначе, как в пространстве и во времени», - на этом строится диалектический материализм. Пространство и время, здесь выступают в качестве фундаментальных  форм существования материи. 

Пространство  и время в античной философии  можно найти в учениях почти  всех античных мыслителей.  Атомизм  Демокрита и система Аристотеля — две наиболее полные античные доктрины о пространстве и времени.   Демокрит сказал, что всё природное многообразие состоит из мельчайших частичек материи (атомов), которые двигаются, сталкиваются и сочетаются в пустом пространстве. Атомы (бытие) и пустота (небытие) являются первоначалами мира. Они не возникают и не уничтожаются, их вечность проистекает из отсутствия начала у времени. Атомы в сочетании с пустотой образуют всё содержание реального мира. У Демокрита сложились представления о природе времени и движения.   Аристотель показывает, что время немыслимо, не существует без движения, но оно не есть и само движение.  А в учении Гераклита центральное место занимает идея всеобщего изменения — в одну реку нельзя войти дважды. Это означает, человеку на данный момент не подвластно время и, совершив ошибку, будет очень сложно исправить, что-либо в содеянном, ведь для приостановления времени нужно достичь скорости света, а для изменения нужно превысить эту скорость, что даже теоретически невозможно. 

Интерес к  проблеме пространства и времени  естественен и закономерен. Это  касается всей человеческой деятельности. Представление о пространстве времени  подавляет наше воображение. Недаром  попытки философов античности, средневековья  и современных ученых, владеющих  знанием наук и опытом их истории, понять сущность времени — пространства не дали однозначных ответов на поставленные вопросы. Более двух с половиной  тысяч лет назад было положено начало осмыслению времени и пространства, тем не менее, и интерес к проблеме и споры философов, физиков и  представителей других наук вокруг определения  природы пространства и времени  нисколько не снижаются.

Целью данной  работы является выявление проблем  связанных с понятиями  материя, пространство и время.

Для достижения поставленной цели определим следующие  задачи:

• Рассмотреть историческое развитие термодинамики;
• Просмотреть теорию относительности А. Эйнштейна;
• Раскрыть причины возникновения теории относительности Эйнштейна;
• Раскрыть смысл таких понятий как материя, пространство и время. 
  

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Теория относительности  А. Эйнштейна

Самым фундаментальным  открытием XX в., оказавшим огромное влияние на всю картину мира, стало  создание теории относительности.

В 1905 г. молодой  и никому не известный физик-теоретик Альберт Эйнштейн (1879-1955) опубликовал  в специальном физическом журнале  статью под неброским заголовком "К электродинамике движущихся тел". В этой статье была изложена так называемая частная теория относительности.

По существу, это было новое представление  о пространстве и времени, и соответственно ему была разработана новая механика. Старая, классическая физика вполне соответствовала  практике, имевшей дело с макротелами, движущимися с не очень-то большими скоростями. И только исследования электромагнитных волн, полей и связанных  с ними других видов материи заставили  по-новому взглянуть на законы классической механики.

Опыты Майкельсона  и теоретические работы Лоренца  послужили базой для нового видения  мира физических явлений. Это касается в первую очередь пространства и  времени, фундаментальных понятий, определяющих построение всей картины  мира. Эйнштейн показал, что введенные  Ньютоном абстракции абсолютного пространства и абсолютного времени должны быть оставлены и заменены другими. Прежде всего, нужно отметить, что  характеристики пространства и времени  будут по-разному выступать в  системах неподвижных и движущихся относительно друг друга.

Так, если измерить на Земле ракету и установить, что  ее длина составляет, к примеру, 40 метров, а затем с Земли определить размер той же ракеты, но движущейся с большой скоростью относительно Земли, то окажется, что результат  будет меньше 40 метров. А если измерить время, текущее на Земле и на ракете, то окажется, что показания часов  будут разными. На движущейся с большой скоростью ракете время, по отношению к земному, будет протекать медленнее, и тем медленнее, чем выше скорость ракеты, чем больше она будет приближаться к скорости света. Отсюда следуют некоторые отношения, которые с нашей обычной практической точки зрения являются парадоксальными.

Таков так  называемый парадокс близнецов. Представим себе братьев-близнецов, один из которых  становится космонавтом и отправляется в длительное космическое путешествие, другой остается на Земле. Проходит время. Космический корабль возвращается. И между братьями происходит примерно такая беседа: "Здравствуй, - говорит  остававшийся на Земле, - рад тебя видеть, но почему ты почти совсем не изменился, почему ты такой молодой, ведь с того момента, когда ты улетал, прошло тридцать лет". "Здравствуй, - отвечает космонавт, - и я рад тебя видеть, но почему ты так постарел, ведь я летал всего пять лет". Итак, по земным часам прошло тридцать лет, а по часам космонавтов только пять. Значит, время не течет одинаково во всей Вселенной, его изменения зависят от взаимодействия движущихся систем. Это один из главных выводов теории относительности.

Это совершенно неожиданный для здравого смысла вывод. Получается, что ракета, которая  имела на старте некоторую фиксированную  длину, при движении со скоростью, близкой  к скорости света, должна стать короче. Вместе с тем в этой же ракете замедлились бы и ход часов, и  пульс космонавта, и его мозговые ритмы, обмен веществ в клетках его тела, то есть время в такой ракете протекало бы медленнее, чем время у наблюдателя, оставшегося на месте старта. Это, конечно, противоречит нашим обыденным представлениям, которые формировались в опыте относительно малых скоростей и поэтому недостаточны для понимания процессов, которые развертываются с около световыми скоростями.

Теория относительности  обнаружила еще одну существенную сторону  пространственно-временных отношений  материального мира. Она выявила  глубокую связь между пространством  и временем, показав, что в природе  существует единое пространство-время, а отдельно пространство и отдельно время выступают как его своеобразные проекции, на которые оно по-разному  расщепляется в зависимости от характера  движения тел.

Абстрагирующая  способность человеческого мышления разделяет пространство и время, полагая их отдельно друг от друга. Но для описания и понимания мира необходима их совместность, что легко установить, анализируя даже ситуации повседневной жизни. В самом деле, чтобы описать какое-либо событие, недостаточно определить только место, где оно происходило, важно еще указать время, когда оно происходило.

До создания теории относительности считалось, что объективность пространственно-временного описания гарантируется только тогда, когда при переходе от одной системы  отсчета к другой сохраняются  отдельно пространственные и отдельно временные интервалы. Теория относительности  обобщила это положение. В зависимости от характера движения систем отсчета друг относительно друга происходят различные расщепления единого пространства-времени на отдельно пространственный и отдельно временной интервалы, но происходят таким образом, что изменение одного как бы компенсирует изменение другого. Если, например, сократился пространственный интервал, то настолько же увеличился временной, и наоборот.

Получается, что расщепление на пространство и время, которое происходит по-разному  при различных скоростях движения, осуществляется так, что пространственно-временной  интервал, то есть совместное пространство-время (расстояние между двумя близлежащими точками пространства и времени), всегда сохраняется, или, выражаясь  научным языком, остается инвариантом. Объективность пространственно-временного события не зависит от того, из какой  системы отсчета и с какой  скоростью двигаясь наблюдатель его характеризует. Пространственные и временные свойства объектов порознь оказываются изменчивыми при изменении скорости движения объектов, но пространственно-временные интервалы остаются инвариантными. Тем самым специальная теория относительности раскрыла внутреннюю связь между собой пространства и времени как форм бытия материи. С другой стороны, поскольку само изменение пространственных и временных интервалов зависит от характера движения тела, то выяснилось, что пространство и время определяются состояниями движущейся материи. Они таковы, какова движущаяся материя.

Таким образом, философские выводы из специальной  теории относительности свидетельствуют  в пользу реляционного рассмотрения пространства и времени: хотя пространство и время объективны, их свойства зависят от характера движения материи, связаны с движущейся материей.

Идеи специальной  теории относительности получили дальнейшее развитие и конкретизацию в общей  теории относительности, которая была создана Эйнштейном в 1916 году. В этой теории было показано, что геометрия  пространства-времени определяется характером поля тяготения, которое, в  свою очередь, определено взаимным расположением  тяготеющих масс. Вблизи больших тяготеющих масс происходит искривление пространства (его отклонение от евклидовой метрики) и замедление хода времени. Если мы зададим геометрию пространства-времени, то тем самым автоматически задается характер поля тяготения, и наоборот: если задан определенный характер поля тяготения, расположения тяготеющих масс относительно друг друга, то автоматически  задается характер пространства-времени. Здесь пространство, время, материя  и движение оказываются органично  сплавленными между собой.

Особенность созданной Эйнштейном теории относительности  в том, что в ней исследуется  движение объектов со скоростью, приближающейся к скорости света (300 000 км в секунду).

В специальной теории относительности утверждается, что с приближением скорости движения объекта к скорости движения света "временные интервалы замедляются, а длина объекта сокращается".

Общая теория относительности утверждает, что  вблизи больших полей тяготения  время замедляется, а пространство искривляется. В сильном поле тяготения  кратчайшим расстоянием между точками  будет уже не прямая, а геофизическая  кривая, соответствующая кривизне гравитационных силовых линий. В таком пространстве сумма углов треугольника будет  больше или меньше 180°, что описывается  неевклидовыми геометриями Н. Лобачевского и Б. Римана. Искривление светового  луча в поле тяготения Солнца было проверено английскими учеными  уже в 1919 г. во время солнечного затмения.

Если в  специальной теории относительности  связь пространства и времени  с материальными факторами выражалась лишь в зависимости от их движения при абстрагировании от влияния  гравитации, то в общей теории относительности  раскрывалась их детерминированность  структурой, характером материальных объектов (вещество и электромагнитное поле). Выяснилось, что гравитация влияет на электромагнитное излучение. В гравитации была найдена связующая нить между  космическими объектами, основа упорядоченности  в Космосе, сделан общий вывод  о структуре мира как сферическом  образовании.

Теорию Эйнштейна  нельзя рассматривать как опровержение теории Ньютона. Между ними существует преемственность. Принципы классической механики сохраняют свое значение и  в релятивистской механике в пределах малых скоростей. Поэтому некоторые  исследователи (например, Луи де Бройль) утверждают, что теория относительности  в определенном смысле может рассматриваться  как венец именно классической физики.

Причины возникновения  теории относительности Эйнштейна

Как же возникла частная (специальная) теория относительности  Эйнштейна, сузившая исследование глобального  явления до ограниченной, частной  относительности, до относительности  некоторых базовых понятий, до частного принципа относительности? Почему она  вообще возникла и упала на благодатную  почву общественного восприятия?

Нельзя не заметить объективные причины появления  работ по теории относительности. Они  обусловлены "разогретым, революционным" политическим состоянием общества и  стихийно, динамично развивающимся  естествознанием второй половины XIX - начала XX веков. В то время наука, во многих своих сферах, систематично отвергала один за другим многие стереотипы - общепринятые тогда эталоны представлений, что наложило отпечаток на методологический нигилизм теории относительности в целом.