Философское значение теории относительности

Подчеркнем, что  формулы, получаемые из преобразований Лоренца, описывают определенные события (конкретный физический процесс) – поведение света в различных ИСО. Обычно не придают должного значения тому факту, что в преобразованиях Лоренца описывается световой сигнал, единый для двух ИСО. И условия, заданные этими преобразованиями, предполагают совместное, триединое рассмотрение движения света относительно как покоящейся, так и движущейся систем отсчета. В рамках преобразований Лоренца это - вопрос коренной, центральный, потому что события, описываемые в системах координат, соотносящихся со световым лучом, оказываются вторичными по отношению к главному событию – движению света, представляя собой, по существу, проекцию светового луча на ту или иную систему координат, в результате чего и появляется возможность проводить соответствующие измерения и вычисления.

Если рассмотреть  конкретное трехэлементное соотношение, а именно движение светового луча параллельно с движением поезда, то окажется, что один и тот же световой луч пробегает разное расстояние в движущейся и неподвижной системах отсчета: в движущееся системе отсчета длина пробега будет короче или "сокращается".

 

 

 

В трехэлементном соотношении

l ' = l ₀ (1 - v ² / c ² ) ^{1 / 2} ………………………(3)

сокращается не длина “вообще”, а длина фиксации, то есть измеренная с помощью конкретного физического явления: поведения света в одной из соотнесенных друг с другом инерциальных систем.

С самим светом, как и с обеими системами отсчета, ничего не произойдет: длина поезда и зафиксированного отрезка полотна  дороги какой была, такой и останется. Но реальная проекция конкретного физического процесса на инерциальные системы будет разной.

Далее. Что же в таком случае означает увеличившийся  временной интервал D t' в (2) в движущейся системе. Единственное: в движущейся системе отсчета свету потребуется больше времени, чтобы покрыть расстояние 2l₀, одинаковое с зафиксированным отрезком покоящейся системы координат. Один и тот же световой сигнал, данный в определенный момент времени из определенного источника затратит различное время для преодоления одного и того же расстояния в различных системах отсчета и в движущейся системе это время будет тем больше, чем выше скорость системы. В поезде, мчащемся сквозь туннель, такими одинаковыми пространственными отрезками (инвариантами) будет расстояние от хвоста поезда к его голове и обратно и соответствующее расстояние в неподвижной системе туннеля (т.е.2l₀). Для преодоления длины мчащегося поезда и возврата в исходную точку свету потребуется больше времени, чем для преодоления такого же расстояния, отмеренного на железнодорожном полотне. Для того, чтобы свет мог достигнуть головы переднего вагона (ни вагоны, ни поезд в целом при этом длины своей не меняют, они просто перемещаются вперед) и вернуться обратно в точку отправления, потребуется дополнительное время. Естественно, что в совокупности данный временной интервал будет превышать время, которое потребовалось для преодоления того же расстояния в неподвижной системе туннеля. При сравнении же результатов измерения окажется, что временной интервал в движущейся системе какбы "растягивается".[1]

Здесь есть одна тонкость. Если свет пущен параллельно  направлению движения, то с точки  зрения наблюдателя, покоящегося на перроне, скорость света по отношению  к движущемуся поезду равна либо c'₁ = c - v , когда луч движется вперед, либо c'₂ = c + v , когда он движется обратно. В итоге совокупная скорость света при движении луча туда и обратно будет равна так называемой "поперечной" скорости света c' = ( c ² - v ² ) ^{1 / 2} (с учетом того, что наблюдаемая длина поезда l' "сокращается") (см [16] с.75-77). Скорость c' не зависит от направления движения. Именно "поперечная" скорость света c' = ( c ² - v ² ) ^{1 / 2} определяет длительность всех временных процессов в движущейся ИСО, если смотреть из условно-неподвижной ИСО. Тогда качественно неизменяемая протяженность поезда (инвариант) будет равна l₀ = c' t' / 2 , где t' - промежуток времени между отправлением и прибытием светового луча обратно в точку отправления (в хвост поезда).

Действительно, промежуток времени t' между отправкой и возвращением светового сигнала в точку отправления относительно наблюдателя на перроне равен

t' = l' / ( c - v ) + l' / ( c+ v )

где l' - длина движущегося поезда в системе отсчета наблюдателя на перроне. Подставляя сюда значение l' = l₀ (1 - v² / c² ), где l₀ = сt₀ / 2 - длина поезда в неподвижной системе отсчета, получим

t' = сt₀ / (c ² - v ²) ^{1 / 2} = t₀ / (1 - v ² / c ² ) ^{1 / 2}

как оно и  должно быть. 

"Поперечная" скорость света c' = ( c ² - v ² ) ^{1 / 2} определяет длительность временного процесса в движущейся ИСО как в поперечном, так и в продольном направлениях.

Распространено  мнение, что эффекты сокращения длин и замедления временных процессов  характерны только для тел, движущихся с около световой скоростью. Однако это далеко не так. Приведем в качестве примера летящий высоко в небе самолет. Его видимые размеры кажутся уменьшенными, а скорость движения (временной процесс) – замедленной. Для пассажиров самолета те же явления на земной поверхности (например, движущиеся автомобили) выглядят аналогичным образом (кто летал на самолете, наверняка помнит то ощущение нереальности при взгляде с большой высоты на ленту автомобильной дороги, когда движущиеся с большой скоростью автомобили кажутся застывшими на одном месте). То есть между наблюдателем на земной поверхности и наблюдателем в самолете существует равноправие, симметрия явлений. Но, в отличие от СТО, в этом примере параметром является не относительная скорость систем отсчета, а взаимное расстояние между ними. Тем не менее структура формул для укороченных длин и растянутых временных интервалов аналогична формулам, получаемым в СТО. Еще пример: размеры и скорость движения звезд кажутся нулевыми. Аналогичные эффекты видит удаленный наблюдателя (когда параметром является не расстояние, а гравитационный потенциал) на горизонте событий черной дыры или условно-покоящийся наблюдатель (когда параметром является относительная скорость) возле светового барьера.

 

 

 

Заключение

 

Пространство  и время - всеобщие формы бытия  материи. Пространство - протяжённость, сосуществование вещей, время - длительность. На уровне понятий протяжённость и длительность выражаются в абстрагируемых от них признаках - измерениях. Пространство характеризуется двумя измерениями, время одним: оно течёт от прошлого к настоящему и к будущему. Одномерность времени связана, поэтому с однонаправленностью и необратимостью. Пространству свойственна обратимость, движение возможно в прямом и обратном направлении. Пространство и время обладают однородностью, различные точки пространства одинаково тождественны, также и моменты времени. Пространство изотропно, т.е. все направления в пространстве равноценны, одинаковы. Пространство и время - внутренние формы бытия материи, объективные формы (с позиции научного материализма). Пространство и время - две противоположные, взаимосвязанные и взаимодополняющие формы бытия материи.

Сосуществующие  в пространстве вещи, могут сосуществовать во времени и существующие во времени  вещи образуют пространство ... . Любая  из основных форм бытия, таким образом, выступает в качестве условия другого. ... физические представления о пространстве и времени связаны с теорией Эйнштейна. Теория относительности основывается на принципах: - Постоянства скорости света в пустоте. - Относительности. На их основе Эйнштейн разработал теорию физического пространства и времени, где пространство и время зависимы от движения физических тел по мере приближения к скорости света. Эйнштейн открыл свойство пространство и времени - быть объективно различными в различных физических системах. Общая теория относительности ввела представление о взаимосвязи и взаимодополняемости пространства и времени.

Общая теория относительности  исходит из признания тяготения, которое определяет свойства пространства и времени. С позиций общей теории относительности протяжённость и длительность зависят от интенсивности гравитации, чем интенсивнее поле тяготения, тем меньше протяжённость и медленнее течёт время. Общая теория относительности ввела понятие о кривизне пространства.

- Теория относительности подтвердила диалектико-материалистическое понимание пространства и времени, их неразрывные связи друг с другом и материей.

- Теория относительности  дала толчок и материал для  существенного углубления научно  философской концепции пространства, времени, движения и материи.

- В науку  и философию входит понятие  о различных формах пространства  и времени.

Физик может не быть философом, когда теория уже создана и есть готовая  техника для расчета явлений. Тогда легко забыть о философских  началах, потребовавшихся для создания теории, о ее метафизических предпосылках, которые к тому же не доступны никаким наблюдениям. Однако в переломные периоды развития физики, при формировании новой парадигмы философский анализ играет ключевую роль. Только изменив взгляд на мир и средства его познания, физик может по-новому переосмыслить известные факты и вывести науку на более высокий уровень.

Энциклопедия "Физика"

 

 

 

Список литературы 

 

1. Демин В.Н. Основной принцип материализма, Москва, Политиздат, 2006

2. Климец А.П. Физика и философия. Поиск истины, "Форт", 2010

3.Спасский Б.И. Физика для философов, Москва, Издательство Московского университета, 2003 

4. Александров А.Д. "О философском содержании теории относительности" в сборнике "Эйнштейн и философские проблемы физики ХХ века", Москва, Наука, 2009

5. Трофименко А.П. Теория относительности и астрофизическая реальность, Минск, Наука и техника, 2008

6. Малинин А.Н. Теория относительности в задачах и упражнениях, Книга для учителя, Москва, "Просвещение", 2006