Пространство Минковского.
Концепции современного естествознания
В апреле 1921 г. корреспондент газеты «Нью-Йорк Таймс» спросил Эйнштейна о сути его теории относительности. Последовал ответ: «Суть такова: раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы и пространство, и время». Мировая линия" — линия, на которой лежат все… Читать ещё >
Пространство Минковского. Концепции современного естествознания (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Выводы СТО существенно меняют представления о взаимосвязи прошлого, настоящего и будущего. На рис. 8.4 для случая одной пространственной (х) и одной временной (?) координаты любая точка — некоторое событие. Начальное событие — точка О. Для наблюдателя, находящегося там же, где происходит это событие, О будет событием «здесь-и-тенерь».
Прошлое события О — множество событий, которые могли быть причиной изменений в О, поскольку причина всегда предшествует следствию. Будущее события О — множество событий, на которые может повлиять О. Настоящее — множество событий, которые не могут в принципе взаимодействовать с О, поскольку причины только возникают в настоящем, а для того, чтобы воздействовать на О, им требуется время, которое еще не наступило, — оно будет в будущем. Поэтому зона настоящего как бы сосуществует с О. В определении прошлого, настоящего и будущего важную роль играет скорость причинного воздействия, которая в классической физике Ньютона может быть сколь угодно велика — вплоть до бесконечности.
Ось х, отделяющая зону прошлого от зоны будущего, есть область настоящего. Любое событие ниже оси х может послужить причиной изменений в О. К примеру, чтобы событие А могло воздействовать на О, из А в Одолжен распространиться некоторый сигнал и преодолеть расстояние Л С за время АВ, т. е. иметь скорость АС/АВ. При увеличении числителя этой дроби (роста расстояний) и уменьшении знаменателя (сокращения времени прохождения сигнала) возникают огромные скорости, допускаемые классической механикой. Поэтому все события ниже оси X — прошлые по отношению к О. Аналогичны рассуждения для будущих событий, например D.
Рис. 8.4. Прошлое, настоящее и будущее в теории Ньютона и Эйнштейна:
а — классическая механика (Ньютон); б — специальная теория относительности (Эйнштейн).
«Мировая линия» — линия, на которой лежат все события некоторого непрерывного процесса. Так, процесс распространения воздействия из, А в О изображается мировой линией АО. Чем ближе мировая линия к оси X (чем меньше угол АОВ)у тем больше скорость рассматриваемого процесса. В классической физике возможны мировые линии, сколь угодно близкие к оси X.
Иная картина возникает в СТО. Ни одно воздействие не может распространяться с большей скоростью, чем скорость света. Поэтому область настоящего выходит за пределы оси X и занимает более обширную зону (см. рис. 8.4). В основе структуры пространства-времени СТО лежит «световой конус», образуемый на рисунке линиями АА1 и ВВ[. Эти мировые линии соответствуют процессу распространения светового сигнала влево и вправо по оси X. Все, что лежит вне светового конуса (незаштрихованная часть на рис. 8.4), не может взаимодействовать с О, поскольку нельзя превысить скорость света.
Так, чтобы О смогло воздействовать на событие М, воздействие должно пройти расстояние ON за время MN, при этом время MN существенно меньше времени NP. Но световой луч проходит расстояние ON именно за время NP, и никакой реальный физический процесс не может осуществиться за меньшее время. Таким образом, незаштрихованная зона представляет собой как бы область настоящего, поскольку через нее не проходит ни одна мировая линия реального физического объекта.
В нижней части светового конуса ВЮА] расположены события, которые в принципе могут воздействовать на О, это — зона прошлого. Верхняя часть светового конуса — зона будущего. Все реальные мировые линии, проходящие через точку О, лежат внутри мирового конуса, который представляет собой, по образному выражению британского астрофизика А. Эддингтона (1882—1944), как бы «ствол Вселенной»1. Рассмотренная картина мира изложена в 1908 г. немецким математиком Г. Минковским (1864—1909) и стала общепризнанной. Поэтому пространственно-временное многообразие СТО называют «миром (пространством) Минковского».
С позиций здравого смысла понятно, что время длится, а пространство простирается в трех измерениях. В теории относительности вводится представление о единой четырехмерной пространственно-временной протяженности S, которая измеряется особыми пространственно-временными интервалами между событиями:
где с — скорость света, t — время, x, y, z — координаты пространства.
В четырехмерном пространстве Минковского к обычным трем координатам пространства добавляется четвертая, равная ct, где с — скорость света, t — время события.
В апреле 1921 г. корреспондент газеты «Нью-Йорк Таймс» спросил Эйнштейна о сути его теории относительности. Последовал ответ: «Суть такова: раньше считали, что если каким-нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы и пространство, и время»[1][2].
Таким образом, у Эйнштейна пространство и время перестают быть абсолютными субстанциями и становятся относительными свойствами (.характеристиками) движущихся тел, именно поэтому они и могут исчезнуть вместе с исчезновением движущихся тел.