Приглашаем посетить сайт

Достоевский (dostoevskiy-lit.ru)

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

В начало энциклопедии

По первой букве
A-Z А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Содержание:

Введение

Группа Пуанкаре

Группа Лоренца

Аберрация света и видимая форма предметовв частной О. т.

Пространство скоростей

Векторы и тензоры в пространстве Минковского498 Спинорные представления группы Лоренца

Структура пространства Мнаковского

Релятивистская механика

Экспериментальные основания частной О. <т.

О. т. - теория, описывающая универс. пространственно-временныесвойства физ. процессов. Поскольку эти свойства справедливы для всех известныхв физике процессов и взаимодействий, об О. т. говорят просто как о физ. <теории пространства-времени.

Введение

Возникновение О. т. связано с неудаченобнаружить движение Земли относительно эфира.X. А. Лоренц (Н. A.Lorentz) и А. Пуанкаре (Н. Poincare) в 1904 - 05 смогли объяснить невозможностьобнаружения этого движения, оставаясь в рамках представления о выделенностисистемы координат, в к-рой эфир покоится. Совр. точка зрения, основаннаяна принципе относительности Эйнштейна, была сформулирована А. Эйнштейном(A. Einstein) в 1905; при этом было исключено понятие механич. эфира. Большойвклад в развитие матем. аппарата теории внёс в 1908 - 10 Г. Минковский(Н. Minkowski), к-рому принадлежит и интерпретация О. т. как геометриичетырёхмерного пространства-времени [1 - 4].

После появления теории тяготения Эйнштейна, <построение к-рой было начато Эйнштейном в 1907 и завершено X. Д. Гильбертом(Н. О. Hilbert) и Эйнштейном в 1915 (первое обобщающее изложение теориибыло дано Эйнштейном в 1916), и её эксперим. подтверждения стало ясно, <что свойства пространства-времени в данной области зависят от действующихв ней гравитац. полей (см. Тяготение). В О. т. рассматривается частныйслучай - свойства пространства-времени в областях, где полями тяготенияможно с желаемой точностью пренебречь; отсюда термин - частная, или специальная, <О. т. (последний термин возник в результате неудачного букв. перевода нем. <слова speziell - частный). Осн. понятие О. т. - событие, под к-рым понимаетсянечто происходящее в данный момент времени в данной точке пространства(напр., вспышка света или совпадение стрелки прибора с делением шкалы).Реальные события имеют конечную протяжённость в пространстве и времени, <поэтому понятие события в О. т. является идеализацией. Опыт показывает, <что применимость этой идеализации очень высока, вплоть до расстояний ~10-16 см и времён ~10-26 с.

Предполагается, что потенц. совокупностьсобытий образует четырёхмерный континуум. Каждое событие может быть охарактеризованотройкой действит. чисел, определяющей его пространств. положение, и ещёодним действит. числом, определяющим момент времени, в к-рый это событиепроисходит. Предполагается, что пространство-время непрерывно, т. е. любойтакой четвёрке чисел в нек-рой области числового пространства может бытьпоставлено в соответствие нек-рое событие и близким событиям отвечают близкиечетвёрки чисел.

Области пространства-времени, где справедливачастная О. т., характеризуются тем, что в них могут быть введены локально инерциальные системы отсчёта (и. с. о.), в к-рых свободные от внеш. <воздействий точечные тела и импульсы света движутся прямолинейно и равномерно. <В реальной Вселенной гравитац. поля глобально не устранимы и присутствуютвсюду. При наличии таких полей условия, требуемые для введения и. с. о.,не выполняются, в частности ни точечные тела, ни импульсы света не движутсяпрямолинейно. Однако в тех областях, где эти поля однородны, можно, в силу эквивалентности принципа, ввести падающие свободно и без вращениясистемы отсчёта, в к-рых эти поля исчезают. Такие системы отсчёта и являютсяинерциальными. Любая система отсчёта, движущаяся равномерно и без вращенияотносительно данной и. с. о., также является инерциальной. В и. с. о. справедливаевклидова геометрия для пространства. Утверждение о равномерности движенияпредполагает определённый выбор синхронизации часов в разных точках и. <с. о. (см. ниже).

Пример и. с. о. - система отсчёта, связаннаяс искусств. спутником Земли, стабилизированным относительно вращения спомощью гироскопа. В такой системе отсчёта не действуют ни гравитац. полеЗемли, ни поля Солнца и Галактики в той степени, в какой эти поля однородныв масштабе спутника. Если рассматривать систему отсчёта, связанную с Землёй, <то она уже не будет инерциальной как из-за вращения Земли, так и из-запоявления в ней собств. гравитац. поля Земли. Однако на расстояниях, большихпо сравнению с размерами области, где гравитац. поле Земли велико, но малыхпо сравнению с расстоянием до Солнца, систему отсчёта, связанную с Землёй, <можно считать инерциальной, т. к. Земля свободно падает в гравитац. полеСолнца.

Практически вопрос о том, можно ли даннуюсистему отсчёта считать инерциальной, зависит от характера производимогоопыта и требуемой точности. Так, при выполнении большинства оптич. опытовсистема, связанная с Землёй, может считаться инерциальной даже на поверхностиЗемли; то же относится к экспериментам в физике элементарных частиц. Сдр. стороны, камень, брошенный вблизи Земли, не движется прямолинейно иравномерно, и для него эта система отсчёта не инерциальна. Характернымпараметром, определяющим возможность введения и. с. о., является отношение Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯгде Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ - изменениегравитац. потенциала в рассматриваемой области. Напр., при измерении Доплераэффекта Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ в области измерения должно быть мало по сравнению с величиной v/c, где v - скорость источника, с - скорость света.

В области, где справедлива частная О. <т., можно ввести и неиперц. системы отсчёта, в к-рых свойства пространства-временинужно описывать с помощью аппарата общей теории относительности. В этомслучае условие применимости частной О. т. имеет вид Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ= 0, где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- тензор Римана ( кривизны тензор), или более точно Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,где l1, l2 - характерные для данногоопыта длины. При условии Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ= 0 всегда можно ввести совокупность и. с. о. Если условие Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯпри линейном законе изменения Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯхарактеризует неинерциальность, к-рая может быть устранена переходом вдр. систему отсчёта, то мера отклонения Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯот нуля определяет, насколько пространство-время в данной области искривленонеустранимым образом.

Обычно под частной О. т. подразумеваютописание явлений с помощью и. с. о. После того как и. с. о. выбрана, необходимозадать метод определения в ней времён и координат событий. Т. к. в инерц. <системах в частной О. т. справедлива евклидова геометрия, то для определениякоординат событий можно пользоваться декартовыми координатами х12, х3, или х, у,z, где х, у, zизмеряются стандартным жёстким масштабом в ортогональнойдекартовой системе координат. Три координаты х, у, z объединяютсяв трёхмерный вектор r (или х). Время t в данной точке r измеряют любым механизмом, совершающим периодич. движение, т. <е. периодически возвращающимся в данную конфигурацию. Тогда число периодови есть время t. Предполагается, что часы во всех точках пространстваи во всех и. с. о. одинаковы. В совр. метрологии осн. единицы для измерениядлины и времени выбираются с помощью оптич. явлений (число световых волнстандартного излучателя и число атомных колебаний стандартного атома длязаданных переходов).

Для полного задания системы отсчёта необходимоопределить метод сравнения времён событий, происходящих в разных местах. <Опыт показывает, что в и. с. о. пространство изотропно; никаким опытомнельзя выделить физически предпочтительное направление. Естественно выбратьтакую синхронизацию часов, находящихся в разных точках A, В, чтобы не нарушалась эта изотропия. Стандартное определение в частнойО. т. таково. Пусть в момент t1 из точки . в точку В посылается сигнал (световой импульс, акустич. импульсв среде, находящейся в данной и. с. о., выстрел и т. д.). После прибытиясигнала в В идентичный сигнал посылается из В в А,где принимается в момент времени t2. Тогда, по определению, <время прибытия сигнала в В есть t = (tl +t2)/2; иначе говоря, предполагается, что времена распространениясигнала из А в В и из В в А одинаковы. Двасобытия считаются одновременными (синхронными) в данной и. с. о., есливремена t для них совпадают. Приведённые определения задают в даннойи. с. о. L пространственно-временную координату х, у, z,t. Хотя в действительности область, охватываемая данной и. с. о. L,конечна, удобно допустить идеализиров. ситуацию и предполагать, что всеперечисл. переменные меняются от -Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯдо +Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ.

Теоретически можно допустить Вселенную, <в к-рой массы и поля тяготения занимают малую область, а в осп. пространстведействует частная О. т., однако в реальной Вселенной эта возможность нереализована.

Группа Пуанкаре

В области применимости частной О. т. пространство-времяобладает высокой степенью симметрии: все физ. явления инвариантны относительнособств. преобразований Пуанкаре, оставляющих инвариантной метрику пространства-времени Минковского. Последняя определяется квадратом интервала s2,к-рый для двух событий с координатами х 1, yl,zl, t1 и х 2, y2,z2, t2 имеет вид:

s2 = c2(t1- t2)2 - (x1 - x2)2- (y1 - y2)2 - (z1- s2)2. (1)

Пространство-время с такой метрикой наз. Минковского пространством-временем.

Обычно используется сокращённая запись:вводятся четырёхмерный вектор х с компонентами Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ= 0, 1, 2, 3): x0 = ct, х 1= х,x2 = y, x3 = z, метрический тензор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯк-рый диагоналей и имеет компоненты Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ[или Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ= diag (1, - 1, - 1, - 1)], и эйнштейновское правило суммирования, согласнок-рому по совпадающим верхнему и нижнему индексам всегда предполагаетсясуммирование (по греч. индексам суммирование проводится от 0 до 3). В такойзаписи

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Если рассматриваются преобразования Пуанкаре, <при к-рых любое событие А с координатами x, y, z,t переходит в событие В с координатами Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯто такие преобразования наз. активными.

Собств. преобразования Пуанкаре определяютсякак линейные преобразования вида

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

непрерывно связанные с тождественным (единичным)преобразованием. Здесь Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- матрица размерности 4 x 4,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- произвольный 4-вектор. Из инвариантности s2 относительнопреобразований (3) следует

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

и Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯИз условия непрерывной связи с единичным преобразованием Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ=Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- Кронекера символ Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ=diag (1, 1, 1, 1)], следует, что

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Инвариантность законов физики относительнопреобразований Пуанкаре означает, что если возможна последовательностьсобытий Е:Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ...,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ..., где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- 4-координаты n -го события, то возможна и последовательность Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ...,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ..., где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ связаныпреобразованием (3). Др. словами, законы физики таковы: если последовательность Е допустима и описывает нек-рый физ. процесс, то это же справедливои для последовательности Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯПодчеркнём, что координаты Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯизмеряютсяв одной и той же системе отсчёта; последовательности Е и Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- это две разные последовательности событий, связанные активными преобразованиями, <но в то же время по своей внутр. структуре они неразличимы. Это, в частности, <означает, что если два события Е п, Еk совпадают, <то совпадают и события Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯСитуацияаналогична ситуации в геометрии Евклида, где группа активных преобразованийпространства переводит тело из одного положения в другое, не изменяя еговнутр. структуры.

Подвергнем теперь преобразованию Пуанкаресаму систему L, к-рая перейдёт в систему L' с такими же, <как в L, часами и масштабами. Т. к. измерение есть нек-рое событие, <соответствующее фиксации совпадений отсчёта часов и делений на линейкахс нек-рым событием в L, то условие сохранения совпадений означает, <что 4-координаты Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯсобытия Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯв L' и 4-координаты Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯсобытия Е i в L совпадают:Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Если ввести преобразование, связывающеекоординаты события Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯв L' и координаты того же события в L -Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ (такие преобразования наз. пассивными), то оно будет иметь вид

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где свойства Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ такиеже, как и для активного преобразования.

Преобразования Пуанкаре ( Р )образуют группу. Как известно, условия того, что нек-рая совокупность элементовобразует группу, следующие, а) Для любых двух элементов Р1 и Р2 определено произведение P1P2.В случае преобразований Пуанкаре (активных) произведение определяется какрезультат последоват. выполнения преобразования Р2 изатем Р1. Из условия Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ= 1 следует разрешимость (3) относительно Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯб) Операция умножения ассоциативна: Р1( Р2 Р3)= ( Р1 Р2) Р3. Для преобразованийПуанкаре ассоциативность очевидна, т. к. если Р3 переводитобъект А в B, Р2 - В в С и P1 - С в D, то, по определению, ( Р2 Р3 )переводит А в С и Р 1 - С в D; соответственно Р1( Р2 Р3) - А в D. Аналогично ( Р1 Р2) - В в D и ( Р 1 Р 23 такжепереводит А в D. в) Существует единица группы I такая, <что IP=PI=Р. Это выполняется, если Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ = 0.г) Для любого Р существует обратное преобразование Р-1 такое, что РР-1 = Р -1 Р = I. Последнееочевидно, т. к. вследствие того, что Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ= 1, соотношение (3) может быть разрешено относительно Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Группа Пуанкаре содержит в качестве подгруппыгруппу сдвигов во времени и в пространстве. Физически это означает, чтов любой и. с. о. опыт, проведённый в др. время или в др. месте, даёт тотже результат (если установка изолирована от внеш. воздействий). Из группыПуанкаре можно выделить подгруппу трёхмерных вращений и сдвигов:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где лат. буквами (i, k =1,2,3) обозначены пространств. индексы. Инвариантность относительно преобразований(7) означает, что в любой и. с. о. пространство однородно и изотропно.

Преобразования (3) содержат также преобразования, <наз. бустами. При таких преобразованиях покоящаяся в L точка ( х'=const) переходит в точку, движущуюся со скоростью v, а точка, <движущаяся в L со скоростью v', переходит в точку, движущуюсясо скоростью v", соответствующей релятивистскому закону сложенияскоростей (см. ниже). В отличие от подгруппы (7), бусты подгруппы не образуют. <Группа Пуанкаре содержит 10 независимых параметров. Коэф.Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯили Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ с учётомусловия (4) содержит шесть независимых параметров, а четыре сдвига произвольны.

Инвариантность s2 относительнопреобразований группы Пуанкаре означает, в частности, инвариантность ур-ния s2 = 0. В свою очередь это означает инвариантность скоростисвета относительно всех преобразований, перечисленных выше (в действительности, <согласно частной О. т., со скоростью света движется любая безмассовая частица).В частности, скорость света не изменяется при движении источника. (Событием Е может служить испускание света движущимся источником.) Этот фактявляется одной из основных черт О. т.

Возможность реализации в L и L' последовательностей событий с одинаковыми координатами относительноэтих и. с. о. наз. принципом относительности Эйнштейна. Он означает, чтозаконы природы должны иметь одинаковый вид во всех и. с. о. Для наблюдателейв L и L' соответственно процессы Е и Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯвыглядят совершенно одинаково, это наиб. наглядно отражает утверждениео тождественности их внутр. структуры. Если не требовать выполнения условиянепрерывного перехода от матриц Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯк единичной I, то наряду с перечисленными выше преобразованиями, <приводящими к принципу относительности Эйнштейна, появятся также дискретные, <или несобственные, преобразования tФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- t (обращение времени )и rФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- r (пространственная инверсия). Инвариантность относительно этихпреобразований в природе нарушается слабым взаимодействием. Не соединяетсянепрерывно с I также преобразование Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯИнвариантность относительно такого преобразования имеет место, если дополнитьего заменой всех частиц на античастицы. Это является общим следствиемквантовой теории поля ( теорема-СРТ).

Группа Лоренца

Группой Лоренца (в математике её наз. собственнойгруппой Лоренца) наз. подгруппа группы Пуанкаре, образуемая преобразованиями(в случае пассивных преобразований) вида

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

по-прежнему сохраняющая s2 и с матрицей Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯнепрерывно связанной с единичной матрицей I. Т. к. пространствоМинковского, образуемое точками Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯоднородно, то выделение начала координат в (8) не является ограничением. <Общий случай выбора преобразования (8) соответствует переходу к системеотсчёта, движущейся с пост. скоростью v и с осями, повёрнутыми произвольнымобразом. Очевидно, что он может быть сведён к след. последовательностипреобразований: 1) такому повороту исходной системы осей, чтобы ось х 1= х совпадала с направлением v; 2) переходу к системеотсчёта с осями х'. y', z', параллельными осям x, у, z системы L, движущейся со скоростью v;3) произвольному повороту осей x, y, z. Число параметровпреобразования равно при этом 6; это совпадает с тем, что матрица Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯудовлетворяет условию Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯматрица 4 x 4, detФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ=1). Преобразования к параллельным осям, движущимся с произвольной скоростьюо, являющиеся пассивным аналогом бустов, не образуют подгруппы Лоренца, <но преобразования относительно фиксиров. направления движения образуют. <Выберем в качестве направления движения ось x1. В этомслучае координаты х2, x3 не преобразуются:(x2)' = x2, (x3)'= х 3. Выберем в (1) в качестве точки 1 начало координат. <Тогда условие инвариантности интервала будет иметь вид

s2 = (x0)2- (x1)2 - (x2)2- (x З)2 = (s')2

и s2 инвариантен относительно(8). В случае движения по оси х 1 условие инвариантностисводится к требованию инвариантности выражения ( х 0)2- (х 1)2 с очевидным решением:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ=v/c, и соответственно обратным преобразованием:Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Множитель Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯимеет стандартное обозначение Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ(Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ1). С точкизрения инвариантности s2,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯможет быть произвольным параметром, -1 < b< 1. При Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ= 1 возникает сингулярность, а затем преобразование становится мнимым, <что является одним из выражений недопустимости в частной О. т. скоростей, <больших скорости света.

Полагая в (10) ( х 1)'=0 (начало координат), имеем х 1- (v/c)x0=0, т. е. (т. к. х 0 = ct) v есть скорость движения L' относительно L.

Из ф-л (9) и (10) вытекают два осн. классич. <следствия частной О. т. При измерении в L длины стержня l, покоящегося в L', естественно считать его длиной в L разностькоординат концов, измеренных в одно и то же время в L. Тогда (пользуясьобозначениями х, у, z для координат) имеем для точек А, В стержня

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

или

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ (по определению) - длина покоящегося в L стержня, наз. его собственнойдлиной. Т. о., движущийся вдоль своей длины отрезок сокращается в Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯраз;это сокращение наз. сокращением Лоренца - Фитцджеральда. Соответственново столько же раз сокращаются все продольные (вдоль движения) размеры движущегосятела. Подчеркнём, что речь идёт именно об определённой процедуре измеренийи вопрос о видимой форме тела в частной О. т. нуждается в отд. рассмотрении. <Для равномерных прямолинейных движений эффект сокращения относителен; наблюдательв L' измерит при аналогичной ситуации сокращение масштаба в L. Однако это несправедливо для непрямолинейного движения. Представимсебе очень большое число стержней, уложенных кольцом внутри обода длины Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯТогда при l0Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯR. число стержней, к-рые могут быть уложены по ободу, равно Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯЕсли же стержни быстро скользят вдоль обода, то сокращение Лоренца - Фитцджеральдаприведёт к тому, что окажется возможным уложить Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯстержней. Т. о., сокращение Лоренца - Фитцджеральда есть нек-рое объективноесвойство геометрии пространства-времени Минковского (т. е. свойство пространства Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,описываемое группой Пуанкаре).

Рассматривая часы, помещённые в L' в начале координат, получаем

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

т. е. движущиеся часы с точки зрения наблюдателяв L отстают. Так же как и для длин, эффект симметричен: для наблюдателяв L' отстают часы в L. Симметрия связана с характером постановкиопыта; одни движущиеся часы сравниваются с покоящейся синхронизиров. цепочкойчасов в др. системе отсчёта. В случае, если часы движутся по замкнутойтраектории, эффект становится абсолютным. Если часы движутся в течениевремени Т из А в В, апотом обратно из . в А с той же скоростью, то с той точностью, с к-рой можно пренебречьвременем поворота и действием ускорения (а это всегда возможно, если . достаточно велико по сравнению с временем поворота), по часам наблюдателяв А пройдёт 2 Т единиц времени, а по двигавшимся часам Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ Этот эффект, часто называемый парадоксом близнецов, абсолютен. В действительностиникакого парадокса нет, поскольку система отсчёта, связанная с часами, <перестаёт быть инерциальной во время поворота.

Из инвариантности интервала следует, чтов общем случае движущиеся часы, проходящие за время dt расстояние dl, покажут величину интервала Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯпоскольку в сопровождающей их системе отсчёта они покоятся. Отсюда следует

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где dl - пройденный отрезок, или

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Соответственно время, измеренное часами, <движущимися по нек-рой траектории АВ, равно след. интегралу по траектории, <по к-рой движутся часы В:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Этот же результат ложно записать в виде

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где интеграл берётся по траектории часов. <Из (15) видно, что движущиеся часы всегда отстают от неподвижных. Так жекак и в рассмотренном выше частном случае, справедливость (15) требует, <чтобы ускорения были достаточно малы и не оказывали действия на ход часов. <Из (9) следует закон сложения скоростей. Для частного случая, когда телодвижется в L' параллельно оси х со скоростью V', имеемдля скорости тела в L

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где v - скорость L' относительно L. Если рассматривать ф-лу (16) как активное преобразование, тоона описывает буст точки, имевшей первоначально скорость V'. Изэтой ф-лы сразу видна независимость скорости света от движения источника:при V' = с получаем V= с. Из неё также следует ф-лаФренеля частичного увлечения света источником. Если свет распространяетсяв среде с показателем преломления п, движущейся со скоростью v,то V' = с/п и для скорости света в лаб. системе L имеем

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Аберрация света и видимая форма предметовв частной О. т.

Пусть система L' (с осями, параллельнымиосям системы L) движется параллельно оси х системы L соскоростью v и пусть в L' движется импульс света под углом Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯк оси х'. Без ограничения общности можно считать, что импульс движетсяв плоскости х'у' и в момент t' =0находится в точке х = у' =0. Из преобразований Лоренца получаем Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯМоменту времени t' соответствует в L время

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

и за это время импульс в L пройдётпуть l = ct. Отсюда для угла луча (соответствующего рассматриваемомуимпульсу света) с осью х и L получаем

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Т. о., движущийся наблюдатель видит объектв др. направлении, чем неподвижный наблюдатель.

Если объект наблюдается под малым телеснымуглом, то изображение предмета, видимое движущимся наблюдателем, сохраняетсвою форму, но оказывается повёрнутым; если наблюдатель в L видитпокоящийся в L' предмет под углом Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯто изображение, к-рое он получит на мгновенной фотографии, будет соответствоватьизображению в L' на снимке под углом Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ (в L' изображение, очевидно, не зависит от момента снимка). Действительно, <пусть импульсы света 1' и 2' в L' дают изображение в L' вмомент t'. Пусть S1 и S2- их положения в момент t в L. В системе L' имсоответствует разное время Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯКвадрат интервала между S1 и S2 равен

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где l' - трёхмерное расстояние между S1 и S2, равное Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯr' - расстояние между лучами 1' и 2'. Т. о., s2= -(r'}2. В системе L t1 = t2,фронт волны перпендикулярен к направлению лучей 1 и 2 и s2= - r2, где r - расстояние между лучами в L. Т. к. s - инвариант, то r2 = (r')2,что и доказывает сделанное выше утверждение. Более подробно вопрос о видимыхизображениях рассмотрен В. Вайскопфом (V. Weisskopf) и В. Риндлером (W.Rindler) в 1977. Это явление не противоречит, разумеется, сокращению масштабов, <описанному в предыдущем разделе, т. к. там речь шла о мгновенных измерениях, <здесь же решающую роль играет запаздывание импульсов, идущих от разныхточек тела.

Пространство скоростей

Пространством скоростей в частной О. т. <называется пространство, каждой точке к-рого соответствует частица, движущаясяс данной скоростью v, а квадрат расстояния Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯдля двух бесконечно близких точек Р, Q равен квадрату ихотносит. скорости, измеренной по часам в Р и Q. Первое утверждениепредполагает введение нек-рой системы отсчёта и в этом смысле координатно-зависимо, <второе имеет абс. смысл. Удобно ввести след. параметризацию. Для коллинеарныхскоростей, как следует из преобразований Лоренца, справедлив закон сложенияскоростей (здесь и ниже будем полагать с= 1, что приводит к существ. <упрощению ф-л):

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где vi - скорость точки1 относительно начала отсчёта 0, v2 - скорость точки2 относительно точки 1 и r02 - скорость точки 2 относительно0. Эта ф-ла была получена выше для движения частицы по оси х, но, <очевидно, справедлива всегда, если движение происходит по одной прямой. <Введём параметр Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯтакой, что Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯТогда (18) принимает вид

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

т. е., в отличие от скорости, параметр Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯаддитивен:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

При Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯоткуда следует, что если в пространстве скоростей ввести в качестве радиальнойкоординаты параметр Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯто для двух точек, движущихся в одном направлении, квадрат расстояния впространстве скоростей равен

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Для точек Р и Q, движущихсяс равными по модулю скоростями, образующими угол Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,расстояние между ними, если они движутся из одной точки, растёт как Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯво времени покоящейся системы отсчёта. Т. к. dt связано с собств. <временем Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯдля Р, Q соотношением Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯто Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Очевидно, что относит. скорость не зависитот нач. условия (совпадения Р и Q).

В бесконечно малой окрестности точки . пространства скоростей действует закон параллелограмма скоростей Ньютона. <Поэтому Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи, следовательно, в случае движения в заданной плоскости

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Как известно, такая метрика есть метрикаплоскости Лобачевского. Это - двумерное пространство с постоянной гауссовойкривизной К = -1.

Аналогично, трёхмерному случаю соответствуеттрёхмерное пространство Лобачевского. В пространстве Лобачевского, какво всяком пространстве с заданной метрикой, можно ввести параллельный перенос. Геодезические линии, образуемые параллельным переносом, по определению, <есть прямые в этом пространстве. Т. к. в любой его точке в малой окрестностидействует ньютонов закон сложения скоростей, то в этой окрестности параллельныйперенос означает сохранение направления скорости, а если переносится какой-тодр. вектор, то он должен сохранять угол с направлением скорости. В частности, <параллельному переносу из О в А ( В )координатных осейсоответствует чисто лоренцево преобразование (без вращения) к системе отсчёта, <движущейся со скоростью v1(v2) (рис.1). Параллельный перенос вдоль геодезической АВ даёт чисто лоренцевопреобразование от А к В. При этом из-за кривизны пространствасистема, полученная последовательностью переходов ОА, АВ, повёрнута(на угол Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ )относительно системы, полученной переходом ОБ. Это отражает тотфакт, что чисто лоренцевы преобразования не образуют группы. Аналогичноможно убедиться, что они не коммутируют между собой.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Рис. 1. Система у'х' полученаиз ух параллельным переносом по АВ.

Неевклидовость пространства скоростей непосредственноответственна за явление, наз. томасовской прецессией [Л. Томас (L. Thomas),1926]. Если физически реализованный вектор - ось гироскопа или спин частицы- связан с системой, движущейся ускоренно, а рассматриваемый вектор неиспытывает воздействия к.-л. сил, то он переносится параллельно вдоль годографаскорости, и т. к. пространство имеет кривизну, он прецессирует. Для вычисленияэтой прецессии удобно ввести сопутствующую систему координат, получающуюсяпараллельным переносом из О в Р. При движении из Р в Р' вектор переносится параллельно и по отношению к сопутствующимосям оказывается повёрнутым на угол Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ= KSOPP', где К = -1, SOPP' - площадь ОРР', что даёт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

В случае движения по окружности, когда Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ=const, для угл. скорости томасовской прецессии имеем

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- угл. частота. В нерелятивистском пределе Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯЭто выражение используется при расчёте тонкой структуры в атомной физике.

С помощью аппарата четырёхмерных векторов, <описанного в след. разделе, легко получить для относит. скорости v12 точек, движущихся со скоростями v1 и v2,образующими угол Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯф-лу

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

или

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Ф-ла (24) является аналогом ф-лы косинусовсферич. тригонометрии для пространства Лобачевского.

Векторы и тензоры в пространстве Минковского

Для построения инвариантных и ковариантныхвыражений в частной О. т. используется тензорный аппарат в пространствеМинковского. Простейшей величиной, следующей за скаляром, является контравариантныйчетырёхмерный вектор. Таковым является, в частности, 4-вектор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯс компонентами х0 = t, x1 = x, x2= у, х 3= z. Закон преобразования для него заданф-лами (8). Произвольный 4-вектор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,преобразующийся по ф-лам (8), наз. контравариантным. Квадрат его длины Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯявляется инвариантной величиной.

Матрицы Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ связанысоотношением

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Наряду с контравариантными компонентамивектора Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯможно ввести ковариантные (часто говорят просто о ковариантных векторах)Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯДля любых 4-векторов А, В можно определить скалярное произведение

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

инвариантное относительно преобразованийЛоренца. Произвольный тензор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯранга п + m с п контравариантными и m ковариантнымииндексами определяется законом преобразования:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Из определения Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯследует, что он является инвариантным [переходящим сам в себя при преобразовании(27)] тензором второго ранга (то же относится к Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ).

Из свойств преобразований Лоренца следует, <что ранг тензора Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯможет быть понижен на 2:Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯсвёртыванием (суммированием) по произвольной паре верхних и нижних индексов.

Примерами 4-векторов являются 4-импульссистемы Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ4-потенциал эл.-магн. поля Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи др. Четырёхмерные векторы классифицируются по их поведению относительнонесобств. преобразований Лоренца: полярные векторы меняют знак пространственныхкомпонент, а временная компонента не изменяется; аксиальные векторы ведутсебя противоположным образом. Аналогичная классификация применяется и поотношению к величинам, инвариантным относительно преобразований Лоренца:они делятся на скаляры и псевдоскаляры.

Примером тензоров может служить тензорэнергии-импульса Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи тензор эл.-магн. поля Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ.Тензоры второго ранга Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯмогут быть симметричными и антисимметричными, для к-рых соответственно Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯТензор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯявляется примером тензора первого типа,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- второго.

Рассматривая кинематику точки, движущейсяпо произвольной траектории под действием внеш. сил, удобно ввести в качествепараметра точки Р величину Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯгде интеграл берётся по траектории частицы от произвольной точки А,тогда Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯВ том случае первая производная по s даёт вектор четырёхмерной скорости

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Т. к.Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯто

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯi = 1,2,3,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Учитывая, что Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи деля это выражение

на ds2, получаем

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Т. о., квадрат длины Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯравен 1. Инвариантное ускорение определяется как

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Из (31) следует, что

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

т. е. четырёхмерное ускорение ортогональнок 4-скорости.

Операции дифференцирования и интегрированияв частной О. т. могут быть представлены в ковариантном виде. Взятие частнойпроизводной по Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯповышает ранг тензора на единицу с появлением ковариантного индекса Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ (простейший пример - вектор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯгде Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- скаляр).

В четырёхмерном мире Минковского возможныодномерные многообразия - линии, двумерные - поверхности, трёхмерные -гиперповерхности и четырёхмерные - объёмы. По всем ним могут производитьсяоперации интегрирования. Инвариантная форма интеграла по линии может иметьвид Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯили Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Элементом двумерной поверхности являетсятензор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ-Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ соответственноинвариантный интеграл возникает при интегрировании с антисимметричным тензором. <Элемент гиперповерхности, построенный на 4-векторах dx(1), dx(2), dx(3 )(где числа в скобках нумеруют 4-векторы), имеет вид детерминанта

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

и является тензором третьего ранга. В этомслучае удобно ввести полностью антисимметричный тензор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯтакой, что Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ= 1, а при каждой перестановке индексов знак меняется. Этот тензор инвариантенпри собственных преобразованиях Лоренца (но меняет знак при замене tФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- t или rФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- r). С его помощью объёму гиперповерхности можно поставить в соответствиевектор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯДля случая, когда гиперповерхность - пространственная область с t =0, у Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯотлична от нуля только компонента ds0, а если dx(1),dx(2), dx(3 )направлены по осям х, у,z, то

ds0 =dxdydz = dxldx2dx3,

т. е. ds0 равна элементутрёхмерного объёма. Элемент четырёхмерного объёма может быть представленв виде Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯлибо Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ= dx0 dx1 dx2 dx3, т. <е. он является четырёхмерным скаляром. Так же как в трёхмерном пространстве, <в четырёхмерном пространстве существуют теоремы Гаусса и Стокса, напр.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Спинорные представления группы Лоренца

Из 4-вектора х 0, х1, х 2, х 3 можно составить эрмитову матрицу

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Детерминант этой матрицы представляет собойинтервал (x0)2 - (х 1)2-( х 2)2- ( х 3)2. Еслиумножить М справа на произвольную унимодуляриую матрицу (матрицус детерминантом единица) К, а слева на эрмитово сопряжённую . матрицу К + ( М' = K+ МК), то очевидно, что этопреобразование сохраняет как эрмитовость, так и детерминант матрицы М. Действительно, ( М')+ = (К + МК)+= К + МК = М',det М' = det К+det Мdet К = detМ.

Т. о., если записать матрицу М' ввиде

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

то получим s2 = (s')2,т. е. преобразование, принадлежащее группе Лоренца. Очевидно, что так построенныепреобразования образуют группу. Можно показать, что каждому собств. преобразованиюЛоренца соответствуют две и только две матрицы К, отличающиеся лишьзнаком. Возможность найти для каждого преобразования Лоренца подходящуюматрицу К следует, по существу, из того, что унимодулярная матрицазависит от стольких же параметров, что и группа Лоренца, а неоднозначностьв знаке матрицы К очевидна. Если ввести двух-компонентную величину Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯпреобразующуюсяпри преобразованиях Лоренца с помощью матрицы К, то получится новыйвид представления группы Лоренца - спинорный. Он возникает естественнопри построении Дирака уравнения, описывающего частицы со спином 1/2 в квантовой теории поля.

Структура пространства Минковского

Из ф-л (9) и (10) следует, что в частнойО. т. время события не является абс. величиной: события, происходящие вразных точках, будут иметь разные времена в различных и. с. о., даже еслиони были одновременны в исходной системе отсчёта. Если |x А- x В|>|t А - t В|,(33) то временной порядок событий А, В может меняться припереходе от системы L к системе L'. В этом нет логич. противоречия, <если скорость света является предельной для распространения сигналов ивзаимодействии, т. к. тогда при выполнении условия (33) события А и В не могут быть причинно связаны. Напротив, если | х А- х В|Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ|tA- tB|, возможна причинная связь между А и В, нов этом случае порядок событий не меняется. (Однако если бы существоваличастицы, движущиеся со скоростью, большей скорости света, - т. н. тахионы, то порядок причинно связанных событий мог бы быть разным в разных системахотсчёта. Это приводило бы к серьёзным затруднениям с причинностью, т. к. <наблюдатель в L' мог бы "уничтожить" событие А, к-рое в . порождает событие В, и причинная связь нарушилась бы. Попыткипереинтерпретпровать теорию тахионов так, чтобы она стала непротиворечивой, <не привели к успеху.)

Невозможность движения сигналов со скоростью, <большей скорости света, не означает, что в частной О. т. вообще невозможныдвижения со сверхсветовой скоростью. Такие движения могут быть реализованы, <напр., как движение "зайчика" от прожектора, но в этом случае взаимодействиеи причинная связь между разными точками траектории "зайчика" отсутствуют.

Инвариантная запись (33), справедливаяв любой системе отсчёта, имеет вид Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯТакие интервалы наз. пространственноподобными. В подходящей системе отсчётасоответствующий им 4-вектор АВ может быть представлен в виде (0,r). Условие Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯопределяет времениподобные интервалы; соответствующий вектор может бытьпредставлен в виде (t,0), и время t - это время, отсчитанноечасами, движущимися по прямой АВ. Ур-ние s2 = 0 соответствуетпрямой, являющейся траекторией светового луча или любой безмассовой частицы. <Относительно любой точки О трёхмерное многообразие, наз. световымконусом или световой гиперповерхностью, на к-рой лежат все световыелучи, проходящие через О, разбивает пространство на две области:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Если принять О за начало отсчёта, <то в силу того, что собств. преобразования Лоренца не меняют направлениявремени внутри светового конуса и на нём самом (34а), световой конус изаключённый внутри него объём можно разбить на части, соответствующие .t <0, наз. верхней и нижней полами. Часть t>0,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ, соответствует событиям, на к-рые О может оказать причинное воздействие, <или точкам, в к-рые может прийти сигнал из О; это абс. будущее для О. Соответственно, события, относящиеся к нижней поле, - совокупностьвсех событий, к-рые О может увидеть, или тех, к-рые могут оказатьна неё причинное действие. Т. о., эта пола - абс. прошлое для О. Всетраектории тел и лучей, приходящих в О, должны принадлежать нижнейполе t< 0,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯСоответственно, все лучи света и траектории тел, выходящих из О,принадлежат верхней поле и образуют абс. будущее для О.

Совокупность точек, связанных с О векторами(0, х, у, z) в системе отсчёта L, где точкипо оси времени имеют вид (t,0), т. е. в системе, где ось временипроходит через О, очевидно, соответствует гиперповерхности, ортогональнойк оси времени в метрике Минковского. Она состоит из событий, одновременныхс О и образующих трёхмерное евклидово пространство. Такое пространствоможно построить для любой точки на осп времени. Телам, покоящимся в этомпространстве, отвечают прямые мировые линии, параллельные оси времени.

Траектории любого тела, движущегося прямолинейнои равномерно в системе L и проходящего через О при t=0, можио принять за временную ось системы отсчёта L', связаннойс L преобразованием Лоренца. Единичный вектор et, направленный по оси времени, всегда удовлетворяет инвариантному условию

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Для оси t он имеет вид (1, 0, 0,0), а произвольный вектор, направленный по этой оси, есть tet= (t,0, 0, 0). Для оси t' единичный вектор е't равен Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯскомпонентами Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯсоответственно, произвольный вектор, направленный по t', имеет вид t'u = (t'Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,t'Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ). Совокупность всех векторов, ортогональных оси t' в заданнойточке, образует пространство системы L', и события, лежащие в нём. <одновременны в L'. Если в данной точке t' в этом пространствепостроить оси х', y', z', то они образуют полный набор координатв L'. Ось х' можно поместить в плоскость tt' (рис.2), тогда единичный вектор, направленный по x', будет иметь вид е' х (Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ0,0); в метрике Минковского он ортогонален е' х.

Отсюда сразу вытекают эффекты измененияинтервалов времени и пространства при переходе от L к L'. Промежутоквремени Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯt' в L' имеет временную компоненту в L, равную временнойкомпоненте вектора Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯt'е't,что даёт Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯили Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Соответственно, чисто пространственныйотрезок АВ длины l0 в L описывает в миреМинковского полосу, показанную на рис. 3; точки пересечения её границ сосью х' одновременны с точки зрения L' и, следовательно, <определяют длину l отрезка АВ вдвижущейся сиcтеме. <Но l0 - это компонента вектора Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯпооси x, т. е.Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯили Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Релятивистская механика

Для всех известных в частной О. т. классич. <полей и частиц ур-ния движения могут быть получены из условия равенстванулю вариации действия:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Величина S являетсячетырёхмернымскаляром и может быть представлена в виде

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где L - плотность ф-ции Лагранжа(лагранжиан). Для свободной материальной точки массы m

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Условие экстремума даёт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Величина Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯназ. 4-импульсом частицы.

Релятивистская инвариантность требуетинвариантности действия для замкнутой системы относительно группы Пуанкаре. <Инвариантность относительно подгруппы сдвигов приводит, в силу теоремыНётер, к четырём законам сохранения:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

конкретный вид тензора Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯопределяется видом L. Легко показать, что Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯвсегдаможет быть приведён к симметричному виду. Из (40) следует существованиечетырёх сохраняющихся величин:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где интеграл берётся по трёхмерной гиперповерхности. <Величины Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯобразуют 4-импульс; компонента Р° - энергия системы, Р i(i=1, 2, 3) - компоненты её импульса. При интегрировании в (41) можновзять любую гиперплоскость или даже искривлённую пространственноподобнуюгиперповерхность, делящую мир Минковского на две части. Выбирая в качествегиперповерхности гиперплоскость х0= const, получаем

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

и Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Вектор Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯвремениподобен, поэтому всегда можно систему отсчёта, в к-рой определеноинтегрирование в (42), выбрать так, что Р i =0. Эту системуназывают системой покоя для рассматриваемого тела. В ней, по определению,4-скорость тела равна (1,0). Введём массу тела, определив её в системепокоя как

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Отсюда следует, что в системе покоя

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

В силу релятивистской инвариантности этосправедливо в любой системе отсчёта, если массу считать скаляром. Переходяв систему отсчёта, движущуюся со скоростью v, получаем

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

т. е.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Это соотношение справедливо и для безмассовыхчастиц, для к-рых v - единичный вектор. Случай m =0получаютпредельным переходом. В системе единиц с с Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ1 ф-лы (45), (46) принимают вид:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Многие авторы, пытаясь сохранить ньютоновосоотношение между импульсом и энергией ( Р = mv), наз. величину Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯполной массой, релятивистской массой или просто массой и обозначают её т(v), т r или m, а обычную массу, к-раяв этой статье обозначается т, наз. массой покоя (обозначают m0).Т. о. в их обозначениях т = т r = m (v) =Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯВведение m(v), однако, излишне, т. к. приводит к необходимости говоритьо двух законах сохранения: энергии и полной массы, тогда как второй изних есть просто закон сохранения энергии, поделённой на с 2. Кроме того, ф-лы (47) неприменимы к безмассовым частицам.

Для материальной точки состояние движенияоднозначно определяется вектором Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,и 4-импульс (введённый описанным выше способом) равен Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯЕсли п первоначально изолированных друг от друга тел (систем) вступаютв нек-рой области пространства-времени во взаимодействие, после чего возникают п' новых тел, то, поскольку до взаимодействия полный 4-импульс Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯа после взаимодействия Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯгде Pin и Pout обозначают начальные(входящие) и конечные (выходящие) частицы, и поскольку полный импульс сохраняетсявсегда,

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

В частности, для энергии имеем

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где r и f нумеруют входящиеи выходящие частицы.

В отличие от энергии сумма масс не сохраняется, <но полная масса замкнутой системы, разумеется, сохраняется в любом процессе. <Напр., в физике элементарных частиц хорошо известен процесс распада Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯНач. сумма масс есть просто Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯа конечная равна нулю. Если обозначить Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ4-пмпульс Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,a k1, k2 -4-импульсы Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,то Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯВ системе центра инерции двух Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ:Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ, k1 = (Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,k),k2 = (Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,- k), |k|=Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,окончательно Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯИз (48) следует, что если покоящемуся телу сообщают энергию Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯто его масса возрастает на ту же величину,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ (предполагается, <что сообщаемый телу импульс равен нулю), н, наоборот, если тело теряетэнергию Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯоставаясь в покое, то его масса уменьшается на Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

В нсрелятивистском пределе энергия Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯв (49) может быть записана в виде m + mv2/2 изакон сохранения энергии принимает вид

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Напр., в распаде урана его масса покоябольше сумм масс покоя осколков; разность масс выделяется в виде их кинетич. <энергий.

Из (39) следует, что для любого тела

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Использование 4-импульса существенно упрощаетрешение задач с релятивистской кинематикой. Так, при распаде частицы смассой т0 на частицы с массами т1, т2 получаем Р 0 = Р1 + Р 2 или Р0 - Р1 = Р2(52) Возводя в квадрат (52), получаем Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

В системе покоя частицы с массой т 0 имеем (P0P1) =Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯоткуда Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи аналогично для Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Для системы, находящейся во внеш. поле,4-импульс не сохраняется. Для точечной частицы массы т закон егоизменения можно представить в виде

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- четырёхмерная внеш. сила. В электродинамике Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ (сила Лоренца) и ур-ние движения для частицы в поле имеет вид

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

( е - электрич. заряд частицы).

Экспериментальные основания частнойО. т.

Первоначальной эксперим. основой частнойО. т. был ряд оптич. экспериментов, установивших отсутствие эффектов, связанныхс движением Земли относительно гипотетич. эфира в порядках v/c и(v/с)2 (последнее - в опыте Майкельсона - Морли в 1887;см. Майкельсона опыт). Именно основываясь на этих опытах, А. Пуанкарев 1895 высказал гипотезу, что постулат относительности точен во всех порядкахпо v/c. К 1905, когда Лоренц, Пуанкаре и Эйнштейн дали свои формулировкичастной О. т., отсутствие эффектов в порядке v/c нашло дополнит. <подтверждение в ряде опытов, но отсутствие эффектов в порядке (v/c)2 подтверждалось только опытом Майкельсона - Морли.

Постулат независимости скорости светаот движения источника подтверждения на опыте не имел; он был выдвинут Эйнштейномкак следствие справедливости электродинамики Лоренца в системе эфира ипринципа относительности, исходя из к-рого этот постулат переносится налюбые и. с. о.

Опыты Майкельсона - Морли неоднократноповторялись в 20-е гг. и неизменно давали отрицат. результат. С появлениеммазеров возникла возможность проверки отсутствия эффектов в порядке v/c в распространении света [Седерхольм (Y. P. Cederholm) и др., 1964].Достигнутая точность порядка 10-3.

Независимость скорости света от движенияисточника неоднократно проверялась, наиб. точно - в работе Т. Альвегера(Т. Alvager) с сотрудниками (1964). В этом опыте измерялась скорость фотоновот распада p0 -мезоновс энергией ок. 1 ГэВ, т. е. движущихся со скоростью, практически равной с. При этом скорость движущихся вперёд Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ -квантовсовпадала со скоростью света с точностью порядка 10-4.

В 1986 проверялась ф-ла релятивистскогоэффекта Доплера:

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ

Достигнутая точность для совпадения отношения Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯс теоретически предсказанной величиной [ф-ла (55)] составляет 1,00004(27),т. е. ~ 3 х 10-4. В принципе точность опыта может быть доведенадо 10-7.

Ставились опыты по проверке отд. следствийчастной О. т. Так, эффект замедления времени был проверен С. Росси (S.Rossi) с сотрудниками (1942) [III, 3] вплоть до Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ~10.Полученный результат, включая зависимость времени жизни от Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,согласуется с предсказаниями О. т.

В ядерной физике проверялось соотношениемежду дефектом массы и выделяющейся в реакции энергией. В особо прецизионныхопытах Н. Смит (N. Smith, 1939) [III, 1] показал, что выделяющаяся энергиясоответствует дефекту массы с точностью ~0,01.

В совр. технике широко применяются такиеустройства, как электронно-лучевые трубки, электронные микроскопы и др.,в к-рых достигаются Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ1. Для расчёта таких устройств применяются ф-лы релятивистской механики, <и в этом смысле частная О. т. является такой же основой инженерных расчётов, <как механика Ньютона - основой для расчётов кораблей, самолётов, мо

стов и др. "нерелятивистских" сооружений. <Наибольшие Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯдостигаютсяв совр. ускорителях заряж. частиц: для протонов Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ~ 103, для электронов Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ~ 105. При этом наглядно демонстрируется тот факт, что скоростьсвета является предельной для всех частиц: после того как Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯстановится больше 10, энергия частиц растёт, а скорость не изменяется, <становясь практически равной скорости света.

Одним из наиб. ярких релятивистских эффектов, <наблюдаемых на электронных циклич. ускорителях больших энергий (синхротронах),является релятивистский рост частоты синхротронного излучения; релятивистскиеэффекты приводят к тому, что частота синхротронного излучения имеет резкиймаксимум при Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ, где Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ- угл. частота движения электронов. Этот эффект хорошо наблюдается. Релятивистскоезамедление времени лежит в основе технологии получения вторичных пучковнестабильных частиц:Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ,Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯи др. Напр., в состоянии покоя Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯФизическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ -гипероны живут соответственно 0,8 х 10-10 с и 1,5 х 10-10 с, но уже при Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ~10 они, двигаясь со скоростью v= с, имеют длины распада 24 сми 45 см, что делает возможным формирование Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ -пучков. <Ещё сильнее проявляется замедление времени в пучках Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ -мезонов, <где достигается Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ~103 и выше.

Точность релятивистской кинематики можнооценить по точности в определении масс нестабильных частиц (~ 10-4- 10-5.) Здесь производится проверка кинематики на самосогласованность, <поэтому приведённая ошибка в определении масс может рассматриваться какоценка точности релятивистской кинематики.

Геометрия Минковского лежит в основе совр. <теорий взаимодействия элементарных частиц - квантовой электродинамики (КЭД), квантовой хромодинамики и теории электрослабого взаимодействия, объединяющей КЭД и теорию слабого взаимодействия. Из перечисленныхтеорий лучше всего на опыте проверена КЭД, относительно к-рой из прямыхопытов известно, что она справедлива вплоть до расстоянии 10-16 см и соответственно времён ~10-26 с. Вплоть до таких расстоянийи времён действует, т. о., геометрия Минковского.

Лит.:1.Труды классиков:1) Принцип относительности, Г. Лоренц, А. Пуанкаре, А. Эйнштейн, Г. <Минковский. Сб. работ, М. - Л., 1935; 2) Лоренц Г. А., Старые и новые проблемыфизики. [Сб. пер.], М., 1970; 3) Пуанкаре А., Избр. труды, т. 3, М., 1974;4) Эйнштейн А., Собр. научных трудов, т. 1 - 2, М., 1965 - 66. II. Монографии:1) Борн М., Эйнштейновская теория относительности, пер. с англ., 2 изд.,М., 1972; 2) Вавилов С. И., Экспериментальные основания теории относительности, <М. - Л., 1928; 3) Вайскопф В., Физика в двадцатом столетии, пер. с англ.,М., 1977; 4) Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теория поля, 7 изд., М., 1988;5) Логунов А. А., Основы теории относительности, М., 1982;

6) Rindler W., Essential relativity, 2ed., N. Y., 1977; 7) Паули В., Теория относительности, пер. с нем., 2 изд.,М., 1983; III. Периодические издания: 1) Srаith N. М., The energiesreleased in the reactions Li (p,a)He4 and Liu(d,a) He4 and masses of the light atoms, "Phys. Rev.",1939, v. 56, p. 548; 2) Rоssi В. и др., Farther measurements of the mesotronlifetime, "Phys. Rev.", 1942, v. 61, p. 675; 3) Review of particle properties.Particle data group, "Rev. Mod. Phys.", 1984, v. 56, N° 2, pt 2; 4) A1vagеrТ. и др., Test of a second postulate of special relativity in the GeV region,"Phys. Lett.", 1964, v. 12, p. 260; 5) Сedаrhо1m ,J. P. и др., New experimentaltest of special relativity, "Phys. Rev. Lett.", 1958, v. 1, p. 342; 6)Мас Arthur D. W. и др., Test of a special-relativistic Doppler formulaat p = 0,84, "Phys. Rev. Lett.", 1986, v. 56, p. 282.

И. Ю. Кобзарев.

В начало энциклопедии