Презентация на тему: Парадоксы теории относительности

ПРЕЗЕНТАЦИЯ ОТКРЫТОГО ЛЕКЦИОННОГО ЗАНЯТИЯ «Парадоксы теории относительности»Учитель: Пекарская Ольга Анатольевна

Одной из теорий, которые всебольше усложняютжизнь многим физикам, сталаСпециальная Теория Относительности А. Эйнштейнас ее релятивистскими эффектами ивозникающими в связи с ними парадоксами.

Эта теория не только не прояснилавопрос о действительных физических и геометрических свойствах пространства,но, кажется, только еще больше его запутала, создав некоего мутанта под названием"Четырехмерное Пространство-Время".Однако, при внимательном рассмотрениив ней обнаруживаются явные противоречия, на которые принято закрывать глаза.Считается чуть ли не «дурным тоном» говорить о парадоксах СТО.

Парадокс БлизнецовНо с точки зрения A, это B вместе с Землей движетсяотносительно A, и это время B должно замедляться,т.е. B оказывается моложе A.Данный парадокс объясняется тем, что система отсчетакосмонавта A не является инерциальной – он испытываетускорения, что естественно делает ситуацию несимметричной.Парадокс связан с формулой так как A движется в ИСО с околосветовой скоростью,его время относительно B замедляется, и по возвращениина Землю близнец A оказывается моложе близнеца B.T – интервал времени в движущейся системе отсчета, Тₒ - в неподвижной.

Парадокс БлизнецовПусть космонавты-близнецы A и B отправляются снеподвижной космической станции C одновременно содинаковыми скоростями в противоположных направлениях,пролетают одинаковое расстояние и возвращаютсяна C. Кто из них окажется моложе?Дабы избежать упреков в том, что системы отсчета космонавтов не являются находящихся на одинаковом расстоянии от C, не тормозят и не разворачиваются, а пошлют друг другу радиосообщение, в котором укажут свой возраст. Разумеется, на преодоление расстояния от одного корабля до другого радиосигналу потребуется некоторое время , и каждый космонавт получит сообщение от другого гораздо позже, чем отправит свое. Но в полученном A сообщении будет указан возраст B такой же, каким был возраст A, когда он отправлял свое сообщение, а в полученном B сообщении будет указан возраст A такой же, каким был возраст B в момент отправки его сообщения. Т.е. в обоих сообщениях будет указан одинаковый возраст.

Поезд ЭйнштейнаПредставим, что некий поезд проходит мимо вокзала с постоянной скоростью V На поезде, в его середине, находится импульсныйизлучатель света O’, а в начале и конце – приемникиизлучения A и B, при этом AO’= O’B.В момент, когда O’ поравнялся со стоящим на перроневокзала наблюдателем O, излучатель испускает импульссвета. В поезде, вследствие равенства расстояний AO’ ии O’B, приемники A и B примут световые сигналы одновременно.

Поезд ЭйнштейнаНесколько иначе дело обстоит с точки зрения наблюдателяO на перроне. В его системе отсчета свет такжераспространяется во всех направлениях со скоростью c.Но пока свет доходил до приемников на поезде, хвост поездапереместился к наблюдателю, а голова поезда – от наблюдателя,так что интервалы времени распространения света до A и Bвовсе не одинаковы:до В – меньше, а до А – больше

Поезд ЭйнштейнаДанный мысленный эксперимент показывает, что время на задней стене A вагона идет быстрее, чем на перроне, т.к. свет от источника до приемника A проходит меньшее расстояние, соответственно, за меньшее время. Интересно, как это согласуется с релятивистским эффектом замедления времени?Пусть приемниками излучения на поезде являются часы. В поезде часы синхронизированы, и в момент принятия сигнала часы A и часы B показывают время t0. Для наблюдателя с перрона приход световых сигналов к приемникам-часам – события неодновременные. Но, наблюдая сначала освещенные часы  A, через некоторое время – освещенные часы  B, он замечает, что и те и другие показывают время t0. Следовательно, по наблюдениям с перрона, на стене A вагона время t0 наступило раньше, а на стене B – позже. Т.е. на стене A время идет ускоренно, а на стене B – замедленно. Интересно, как практически может существовать физическое тело, в каждой точке которого время течет по-разному, или все точки которого находятся в разном времени – каждая в своем?

Инвариантность времени.Вообще, утверждение, что в движущейся ИСОчасы рассинхронизируются, означает именно то,что все точки движущейся целой структуры,основанной на причинно-следственныхзакономерностях, находятся в разном времени. Инвариантность времени следует изинвариантности скорости света – следствиепосле причины наступает не раньше и непозже, а ровно через столько времени,сколько требуется фундаментальному сигналудля прохождения расстояния от причины до следствия.

Лоренцевское Сокращение ДлиныПусть есть две инерциальные системыотсчета – S' и S. В системе S' жесткийстержень длиной Dx' покоится вдоль осиx и нужно определить его длину в системеS, относительно которой стержень движетсясо скоростью v. Чтобы измерить длину стержняв любой инерциальной системе, относительнокоторой стержень движется вдоль продольнойоси, нужно одновременно наблюдать его концы.Это – ключевое положение, непониманиекоторого и приводит иногда к парадоксам.

Лоренцевское Сокращение ДлиныВсе парадоксы сокращения длины связаны,конечно, с симметрией эффекта: еслинаблюдатель в S видит сокращение длины,то и наблюдатель в S' должен видеть то же самое.Из «парадоксов» СТО можно сделать важныйвывод: какой бы результат ни получился путемкорректных рассуждений в некоторой инерциальнойсистеме отсчета, он является верным в любой другой инерциальной системе отсчета. При правильном использовании, СТОне допускает никаких «парадоксов».

Специальная теория относительностиА.Эйнштейна значимость СТО в том, что она позволяети рассчитывать параметры при скоростях,близких к скорости света, и , с другой стороны,объясняет переход к классическим законам.