2.1. Специальная теория относительности.
В теории относительности Эйнштейна вопрос о свойствах и
структуре эфира трансформируется в вопрос о реальности самого
эфира. Отрицательные результаты многих экспериментов по
обнаружению эфира нашли естественное объяснение в теории
относительности - эфир не существует. Отрицание существования
эфира и принятие постулата о постоянстве и предельности
скорости света легли в основу теории относительности, которая
выступает как синтез механики и электродинамики.
Принцип относительности и принцип постоянства скорости
света позволили Эйнштейну перейти от теории Максвелла для
покоящихся тел к непротиворечивой электродинамике движущихся
тел. Далее Эйнштейн рассматривает относительность длин и
промежутков времени, что приводит его к выводу о том, что
понятие одновременности лишено смысла: " Два события,
одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже
не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из
системы, движущейся относительно данной ". Возникает
необходимость развить теорию преобразования координат и времени
от покоящейся системы к системе, равномерно и прямолинейно
движущейся относительно первой. Эйнштейн пришел к формулировке
преобразований Лоренца:
x-vt t-vx/c¤
x'=--------- , y'=y, z'=z, t'=----------,
v1-v¤/c¤ v1-v¤/c¤
где x, y, z, t - координаты в одной системе, x', y', z', t' - в
другой.
Из этих преобразований вытекает отрицание неизменности
протяж¸нности и длительности, величина которых зависит от
движения системы отсч¸та:
________ dt0
l=l0v1-v¤/c¤, dt=----------
v1-v¤/c¤
В специальной теории относительности функционирует новый закон
сложения скоростей, из которого вытекает невозможность
превышения скорости света.
Коренным отличием специальной теории относительности от
предшествующех теорий является признание пространства и
времени в качестве внутренних элементов движения материи,
9
структура которых зависит от природы самого движения, является
его функцией. В подходе Эйнштейна преобразования Лоренца
оказываются связанными с новыми свойствами пространства и
времени: с относительностью длины и временного промежутка, с
равноправностью пространства и времени, с инвариантностью
пространственно - временного интервала.
Важный вклад в понятие "равноправность" вн¸с Г.Минковский.
Он показал органическую взаимосвязь пространства и времени,
которые оказались компонентами единого четыр¸хмерного
континуума. Разделение на пространство и время не имеет смысла.
Пространство и время в специальной теории относительности
трактуется с точки зрения реляционной концепции. Однако было бы
ошибочным представлять пространственно - временную структуру
новой теории как проявление одной лишь концепции
относительности. Введение Минковским четыр¸хмерного формализма
помогло выявить аспекты "абсолютного мира", заданного в
пространственно - временном континууме.
В теории относительности, как и в классической механике,
существуют два типа пространства и времени, которые реализуют
субстанциальную и атрибутивную концепции. В классической
механике абсолютные пространство и время выступали в качестве
структуры мира на теоретическом уровне. В специальной теории
относительности аналогичным статусом обладает единое
четыр¸хмерное пространство - время.
Переход от классической механики к специальной теории
относительности можно представить так: 1) на теоретическом
уровне - это переход от абсолютных и субстанциальных
пространства и времени к абсолютному и субстанциальному единому
пространству - времени, 2) на эмпирическом уровне - переход от
относительных и экстенсионных пространства и времени Ньютона к
реляционному пространству и времени Эйнштейна.
Однако, когда Эйнштейн пытался расширить концепцию
относительности на класс явлений, происходящих в
неинерциальных системах отсч¸та, это привело к созданию новой
теории гравитации, к развитию релятивистской космологии и т.д.
Он был вынужден прибегнуть к помощи иного метода построения
физических теорий, в котором первичным выступает теоретический
аспект.
Новая теория - общая теория относительности - строилась
пут¸м построения обобщ¸нного пространства и перехода от
теоретической структуры исходной теории - специальной теории
относительности - к теоретической структуре новой, обобщ¸нной
10
теории с последующей е¸ эмпирической интерпретацией. Далее мы
рассмотрим представление о пространстве и времени в свете общей
теории относительности.