أدى تطوير الديناميكا الكهربائية إلى أفكار جديدة حول المكان والزمان. وفقًا للمفاهيم الكلاسيكية للمكان والزمان ، والتي كانت تعتبر ثابتة لقرون ، ليس للحركة أي تأثير على تدفق الوقت (الوقت مطلق) ، والأبعاد الخطية لأي جسم لا تعتمد على ما إذا كان الجسم في حالة راحة أم تتحرك (الطول المطلق). تم استبدال الأفكار الكلاسيكية القديمة حول المكان والزمان بتعليم جديد - نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين.
بعد أن صاغ ماكسويل القوانين الأساسية للديناميكا الكهربائية في النصف الثاني من القرن التاسع عشر ، أدرك العلماء أن مبدأ غاليليو للنسبية كان من الصعب تطبيقه على الظواهر الكهرومغناطيسية. نشأ السؤال: هل تحدث العمليات الكهرومغناطيسية (تفاعل الشحنات والتيارات ، الانتشار موجات كهرومغناطيسيةوهلم جرا) هو نفسه في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي؟ للإجابة على هذا السؤال ، من الضروري معرفة ما إذا كانت القوانين الأساسية للديناميكا الكهربائية تتغير في الانتقال من واحد نظام بالقصور الذاتيإلى شخص آخر أو ، مثل قوانين نيوتن ، تظل دون تغيير. قوانين الديناميكا الكهربائية معقدة. وفقًا لهم ، فإن سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ هي نفسها في جميع الاتجاهات وتساوي 300 مليون متر في الثانية. ولكن ، من ناحية أخرى ، وفقًا لقوانين ميكانيكا نيوتن ، يمكن أن تكون هذه السرعة مساوية لـ 300 مليون فقط في إطار مرجعي واحد مختار. في أي إطار مرجعي آخر يتحرك بالنسبة للإطار الأول مع بعض السرعة الأخرى ، يجب أن تكون سرعة الضوء مساوية بالفعل للفرق بين هذه السرعات. هذا يعني أنه إذا كان القانون المعتاد الخاص بإضافة السرعات ساريًا ، فعند الانتقال من إطار بالقصور الذاتي إلى آخر ، يجب أن تتغير قوانين الديناميكا الكهربية وكذلك قوانين الميكانيكا. لقد وجدنا بعض التناقضات بين الديناميكا الكهربائية والميكانيكا.
تم العثور على تناقضات معينة بين الديناميكا الكهربائية والميكانيكا النيوتونية ، والتي تتوافق قوانينها مع مبدأ النسبية. كان الاحتمال الأول هو إبطال مبدأ النسبية كما هو مطبق على الظواهر الكهرومغناطيسية. وقد شارك في هذا الرأي الفيزيائي الهولندي العظيم ، مؤسس نظرية الإلكترون هـ. لورينز. وفقًا لهذه النظرية ، فإن الإطار المرجعي بالقصور الذاتي ، والذي يكون في حالة سكون بالنسبة إلى الأثير ، هو إطار خاص ، سائد ، منذ الظواهر الكهرومغناطيسيةمنذ زمن فاراداي ، تم اعتبارهم عمليات في وسيط خاص كامل الاختراق يملأ كل الفضاء - "العالم الأثير". إذا كانت سرعة الضوء تساوي 300000 كم في الثانية فقط في الإطار المرجعي في إطار بالقصور الذاتي ، فسيكون من الممكن معرفة كيفية تحرك هذا الإطار فيما يتعلق بالأثير. كما هو الحال في الإطار المرجعي المتحرك بالنسبة للهواء ، تنشأ ريح ، لذلك عند التحرك بالنسبة إلى الأثير في نظام معين ، يجب اكتشاف "الرياح الأثيرية". إذا كان الأثير موجودًا بالطبع. الاحتمال الثاني هو اعتبار معادلات ماكسويل غير صحيحة ومحاولة تغييرها بطريقة لا تتغير أثناء الانتقال من إطار بالقصور الذاتي إلى آخر (وفقًا للأفكار الكلاسيكية المعتادة حول المكان والزمان). تم إجراء تجربة للكشف عن "الرياح الأثيرية" عام 1881 بواسطة العالمين الأمريكيين أ.ميشيلسون وإي مورلي. تم التعبير عن هذه الفكرة من قبل ماكسويل قبل 12 عامًا. كان يتألف من مراقبة إزاحة هامش التداخل وقياس الفرق في تأخيرات الضوء أثناء انتشاره على طول وعبر مدار الأرض. تم إجراء هذه المحاولة حتى في وقت سابق من قبل هاينريش هيرتز. وفقًا لافتراضه ، يتم نقل الأثير تمامًا عن طريق الأجسام المتحركة ، وبالتالي فإن الظواهر الكهرومغناطيسية تسير بنفس الطريقة ، بغض النظر عما إذا كان الجسم في حالة راحة أو حركة. هنا مبدأ النسبية صالح. على سبيل المثال ، وفقًا لنظرية هيرتز ، عندما يتحرك الماء ، فإنه يسحب تمامًا الضوء المنتشر فيه ، حيث يسحب الأثير الذي ينتشر فيه الضوء. أظهرت التجربة أن هذا ليس هو الحال في الواقع. الطريقة الثالثة لحل هذه الصعوبات هي التخلي عن المفاهيم الكلاسيكية للمكان والزمان. في هذه الحالة ، يمكن الحفاظ على مبدأ النسبية وقوانين ماكسويل. من وجهة النظر هذه ، يتضح أنه من الضروري تغيير قوانين الميكانيكا ، وليس قوانين الديناميكا الكهربية لماكسويل. تبين أن الاحتمال الثالث هو الخيار الصحيح الوحيد. طور ألبرت أينشتاين هذه النظرية بشكل متواصل ، وتوصل إلى أفكار جديدة حول المكان والزمان. لقد ابتكر عقيدة جديدة عن المكان والزمان ، والتي تسمى اليوم نظرية النسبية الخاصة. قام أينشتاين بتعميم نظريته عن الأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي النظرية العامةالنسبية. إنها تمثل النظرية الحديثةالجاذبية. قدم أينشتاين لأول مرة مفهوم جسيمات الضوء ، وتسمى الفوتونات. قارن في تجاربه سرعات الضوء في اتجاه حركة الأرض وفي الاتجاه العمودي. أجرى أينشتاين قياسات دقيقة للغاية باستخدام جهاز خاص لمقياس التداخل طوره ميشيلسون.
والآن يحمل اسمه. أجريت التجارب في أوقات مختلفة من اليوم وفي أوقات مختلفة من العام. في الوقت نفسه ، لا يمكن الكشف عن حركة الأرض بالنسبة للأثير. كان الأمر كما لو أنك أخرجت رأسك من نافذة السيارة بسرعة 100 كم / ساعة ولم تلاحظ الرياح المعاكسة. وبالتالي ، فإن فكرة وجود إطار مرجعي سائد لم تصمد أمام التحقق التجريبي. وهذا بدوره يعني أنه لا يوجد وسيط خاص - "الأثير المضيء" - يمكن أن يرتبط به مثل هذا الإطار المرجعي السائد. من السهل الآن التوفيق بين مبدأ النسبية والديناميكا الكهربية لماكسويل. للقيام بذلك ، من الضروري التخلي عن الأفكار الكلاسيكية حول المكان والزمان ، والتي بموجبها لا تعتمد المسافات ومرور الوقت على الإطار المرجعي.
تستند نظرية النسبية قيد الدراسة على افتراضين. مبدأ النسبية هو الافتراض الأول والرئيسي لنظرية أينشتاين. يمكن صياغتها على النحو التالي: جميع عمليات الطبيعة تسير بنفس الطريقة في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي. هذا يعني أنه في جميع الإطارات بالقصور الذاتي ، يكون للقوانين الفيزيائية نفس الشكل. الافتراض الثاني: سرعة الضوء في الفراغ هي نفسها لجميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي. سرعة الضوء تحتل مكانة خاصة. على النحو التالي من افتراضات نظرية النسبية ، فإن سرعة الضوء في الفراغ هي الحد الأقصى السرعة الممكنةانتقال التفاعلات في الطبيعة. يكمن حل التناقض بإشارات الضوء الكروية في نسبية التزامن ، دعونا نصف الموقف. يصل الضوء في نفس الوقت إلى نقاط السطح الكروي المتمركز عند النقطة O فقط من وجهة نظر المراقب الذي يكون في حالة سكون بالنسبة للنظام K (ka). من وجهة نظر المراقب المرتبط بنظام K1 (ka-1) ، يصل الضوء إلى هذه النقاط في لحظات زمنية مختلفة. بالطبع ، العكس هو الصحيح أيضًا: في نظام K (ka) ، يصل الضوء إلى نقاط على سطح الكرة المتمركزة عند O1 (o-1) في لحظات زمنية مختلفة ، وليس في وقت واحد ، كما يبدو للمراقب في نظام K1 (ka-1). من هذا يتبع الاستنتاج بأنه لا يوجد تناقض في الواقع. حتى بداية القرن العشرين ، لم يكن أحد يشك في أن الوقت مطلق. أي عندما يكون حدثان متزامنان لسكان الأرض متزامنين لسكان أي حضارة فضائية. أظهر إنشاء نظرية النسبية أن الأمر ليس كذلك. تبين أن فكرة الوقت المطلق ، التي تتدفق مرة وإلى الأبد بوتيرة معينة ، مستقلة تمامًا عن بنية المادة وحركتها ، هي فكرة خاطئة. "الدقيقة هي قيمة نسبية: إذا كان لديك موعد مع فتاة جميلة ، فستطير بسرعة ، وإذا كنت تجلس على موقد ساخن ، فستبدو وكأنها أبدية." لذا حاول أينشتاين بنفسه الشرح بكلمات بسيطةنظريته النسبية. في الواقع ، إذا افترض المرء انتشارًا فوريًا للإشارات ، فإن البيان القائل بأن الأحداث في نقطتين منفصلتين مكانيًا A و B حدثت في وقت واحد سيكون له معنى مطلق. أي أحداث ، مثل ضربتي صاعقة ، تكون متزامنة إذا حدثت في نفس قراءات الساعة المتزامنة. فقط من خلال وضع ساعات متزامنة عند النقطتين A و B ، يمكن الحكم على ما إذا كان أي حدثين قد حدثا في هذه النقاط في وقت واحد أم لا. لمزامنة الساعات ، سيكون من الأصح أن يلجأوا إلى الإشارات الضوئية أو الكهرومغناطيسية بشكل عام ، لأن سرعة الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ هي سبب ثابت ومحدد بدقة. هذه هي الطريقة المستخدمة عند فحص الساعات بالراديو. دعنا نلقي نظرة فاحصة على أحد طرق بسيطةتزامن الساعة ، والذي لا يتطلب أي حسابات. لنفترض أن رائد الفضاء يريد معرفة ما إذا كانت الأجهزة المثبتة على طرفي نقيض تسير بنفس الطريقة سفينة فضائيةالساعات A و B (be). للقيام بذلك ، بمساعدة مصدر يقع في منتصف السفينة وهو ثابت بالنسبة لها ، ينتج رائد الفضاء وميضًا من الضوء. يصل الضوء إلى كلتا الساعتين في نفس الوقت. إذا كانت قراءات الساعة هي نفسها في هذه اللحظة ، فإن الساعات تعمل بشكل متزامن. ولكن هذا سيكون كذلك فقط فيما يتعلق بالنظام المرجعي المرتبط بالسفينة. في الإطار المرجعي ، بالنسبة للسفينة التي تتحرك ، الوضع مختلف. ستبتعد الساعة الموجودة على مقدمة السفينة عن المكان الذي يومض فيه ضوء المصدر ، ومن أجل الوصول إلى الساعة A ، يجب أن يغطي الضوء مسافة تزيد عن نصف طول السفينة. والساعة (تكون) في المؤخرة تقترب من مكان الفلاش ، ومسار إشارة الضوء أقل من نصف طول السفينة. لذلك ، سيتوصل المراقب الموجود في النظام المتصل بالسفينة إلى استنتاج مفاده أن الإشارات تصل إلى كلتا الساعتين في نفس الوقت. أي حدثين عند النقطتين A و B (يكون) متزامنان في الإطار المرجعي المرتبط بالسفينة ، وغير متزامنين في الإطار الذي تتحرك إليه السفينة. ولكن وفقًا لمبدأ النسبية ، فإن هذه الأنظمة متساوية تمامًا. لا يمكن تفضيل أي من هذه الأنظمة. لذلك ، يجب أن نصل إلى استنتاج مفاده أن تزامن الأحداث المنفصلة مكانيًا أمر نسبي. إن سبب نسبية التزامن ، كما نرى ، هو محدودية سرعة انتشار الإشارات الصوتية. ينبع عدد من النتائج المهمة من افتراضات نظرية النسبية المتعلقة بخصائص المكان والزمان. لوحظ تأثيران نسبيان. أولاً ، في الإطارات المرجعية المتحركة ، يتم تقليل أبعاد الجسم. ثانيًا ، في إطار مرجعي متحرك ، لوحظ تمدد زمني.
نظرًا لأنه يتم تقليل الأبعاد الخطية للجسم في الإطارات المرجعية المتحركة ، فإن هذه الظاهرة تؤدي إلى حقيقة أن كتلة الجسم في الإطار المتحرك تزداد وفقًا لذلك.
من الواضح أن القانون الكلاسيكيلا يمكن أن تكون إضافة السرعات صحيحة ، لأنها تتعارض مع بيان ثبات سرعة الضوء في الفراغ. سنكتب قانون إضافة السرعات لحالة معينة عندما يتحرك الجسم على طول المحور X1 (x-1) للإطار المرجعي K1 (ka-1) ، والذي بدوره يتحرك بسرعة معينة v للإطار المرجعي K. دعونا نشير إلى سرعة الجسم بالنسبة إلى K خلال ve1 ، وسرعة نفس الجسم بالنسبة لـ K خلال ve2. ثم سيكون لقانون النسبية الخاص بإضافة السرعات الشكل.
عند التحرك ، يتباطأ مسار جميع العمليات الفيزيائية ، وكذلك تفاعلات كيميائيةفي جسم الإنسان. يجدر النظر في النتائج الأكثر إثارة للاهتمام الناشئة عن نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين. "مفارقة الساعة" ، والمعروفة أيضًا باسم "المفارقة المزدوجة" ، هي تجربة فكرية يحاولون من خلالها "إثبات" تناقض نظرية النسبية الخاصة. وفقًا لنظرية النسبية الخاصة ، من وجهة نظر المراقبين "الثابتين" ، كل العمليات في الأجسام المتحركة تتباطأ. ولكن من ناحية أخرى ، فإن نفس مبدأ النسبية يعلن المساواة بين جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي. وبناءً على ذلك ، تم بناء حجة تؤدي إلى تناقض واضح. الوضوح قصة شقيقين توأمين يذهب إليهما أحدهما (ويشار إليهما فيما يلي بالمسافر) الرحلات الفضائية، والثاني (المشار إليه فيما يلي بالجسم المنزلي) يبقى على الأرض. تكمن المفارقة في ما يلي: من وجهة نظر جسم المنزل ، فإن ساعة المسافر المتحرك لها حركة بطيئة للوقت ، لذلك بعد العودة إلى الأرض ، يجب أن تتأخر عن ساعة الجسم المنزلي. بالنسبة إلى المسافر ، كانت الأرض تتحرك ، مما يعني أن ساعة جسم المنزل يجب أن تتأخر. ولكن من ناحية ثالثة ، فإن الإخوة متساوون ، لذلك ، بعد العودة ، يجب أن تظهر ساعاتهم في نفس الوقت. كما أن افتراضات نظرية النسبية لأينشتاين تفسر بسهولة هذه الظاهرة المثيرة للاهتمام. الفضاء الخارجيمثل الثقب الأسود. يتكون الثقب الأسود من الانكماش الثقالي لنجم هائل. إذا كانت كتلة نجم معين تزيد عن 2-3 أضعاف كتلة الشمس ، فإن قلب هذا النجم ينضغط ويصل إلى كثافة لا يمكن للضوء أن يتغلب عليها مع قوى الجاذبية للأجسام الكونية المحيطة به. أينشتاين ألبرت (1879-1955) - فيزيائي عظيمالقرن ال 20 خلق عقيدة جديدة للمكان والزمان - نظرية خاصةالنسبية. بتعميم هذه النظرية للأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي ، طور النظرية العامة للنسبية ، وهي النظرية الحديثة للجاذبية. كان أول من أدخل مفهوم جسيمات الضوء - الفوتونات. أدى عمله في نظرية الحركة البراونية إلى الانتصار النهائي للنظرية الجزيئية الحركية لبنية المادة. وتوقع " النقل الآني الكميوتأثير أينشتاين دي هاس الجيرومغناطيسي. منذ عام 1933 عمل على مشاكل علم الكون ونظرية المجال الموحد. بفضل ألبرت أينشتاين في العلم ، كان هناك مراجعة لفهم الجوهر المادي للمكان والزمان ، وبنى نظرية جديدة للجاذبية لتحل محل نيوتن. وضع أينشتاين وبلانك أسس نظرية الكم. تم تأكيد كل هذه المفاهيم مرارًا وتكرارًا من خلال التجارب وتشكل أساس الفيزياء الحديثة.

في النصف الثاني من القرن التاسع عشر ، صاغ د. ماكسويل القوانين الأساسية للديناميكا الكهربائية. في الوقت نفسه ، نشأت شكوك حول صحة مبدأ النسبية الميكانيكي لجاليليو كما هو مطبق على الظواهر الكهرومغناطيسية. لنتذكر جوهر المبدأ الميكانيكي للنسبية.
إذا كانت الإطارات المرجعية تتحرك بشكل موحد ومستقيم فيما يتعلق ببعضها البعض وكانت قوانين نيوتن للديناميكيات صالحة في أحدها ، فإن هذه الإطارات تكون بالقصور الذاتي. في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي ، يكون لقوانين الديناميات الكلاسيكية نفس الشكل (ثابت)؛ هذا هو جوهر المبدأ الميكانيكي للنسبية أو مبدأ النسبية في غاليليو.
لإثبات هذا المبدأ ، ضع في اعتبارك إطارين مرجعيين: الإطار بالقصور الذاتي ل(مع الإحداثيات س ، ص ، ض) ، والتي سنعتبرها مشروطة نظامًا ثابتًا ومتحركًا ك"(مع الإحداثيات x "، y" ، z ") تتحرك نسبة إلى لبالتساوي وبشكل مستقيم مع السرعة ش= ثابت. دعونا نفترض ذلك في اللحظة الأولى من الزمن ر= 0 بداية او ياكلا نظامي الإحداثيات متماثلان. موقع أنظمة الإحداثيات في نقطة زمنية عشوائية رلديه الشكل الموضح في الشكل. 5.1 سرعة شموجهة على طول خط مستقيم OO "، ومتجه نصف القطر المرسوم من النقطة ابالضبط يا، يساوي ص 0 = ut.
إحداثيات نقطة مادية اعتباطية أفي الأنظمة المرجعية الثابتة والمتحركة يتم تحديدها بواسطة متجهات نصف القطر صو ص "، و

في الإسقاطات على محاور الإحداثيات ، تتم كتابة معادلة المتجه (5.1) بالشكل المسمى التحولات الجليل:

(5.2)

في حالة خاصة عندما يكون النظام ك"تتحرك بسرعة الخامسعلى طول الاتجاه الإيجابي للمحور xأنظمة ك، تحويلات الإحداثيات الجليل لها الشكل التالي:

في الميكانيكا الكلاسيكية ، من المفترض أن مسار الوقت لا يعتمد على الحركة النسبيةأنظمة مرجعية. لذلك ، يتم استكمال نظام المعادلات (5.2) بعلاقة أخرى:

(5.3)

العلاقات (5.2) - (5.3) صالحة فقط في الحالة ش. بسرعات مماثلة لسرعة الضوء ، يتم استبدال التحولات الجليل بتحولات لورنتز الأكثر عمومية.
دعونا نفرق المعادلة (5.1) فيما يتعلق بالوقت ومراعاة ذلك ش= const ، نجد العلاقة بين السرعات والتسارع في النقطة لكنفيما يتعلق بالإطارين المرجعيين:

أين
(5.4)

إلى جانب

(5.5)

إذا كان على نقطة لكنالهيئات الأخرى لا تتصرف ، إذن أ= 0 وبحسب (5.5) أ"= 0 ، أي نظام المحمول ك"قصور ذاتي - نقطة مادة معزولة إما تتحرك بشكل موحد ومستقيم بالنسبة لها ، أو في حالة سكون.
من التعبير (5.5) يتبع ذلك

هؤلاء. معادلات نيوتن (المعادلات الديناميكية) لنقطة مادية هي نفسها في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي أو ثابتة فيما يتعلق بتحولات غاليلي. غالبًا ما يتم صياغة هذه النتيجة على النحو التالي: لا تؤثر الحركة المنتظمة والمستقيمة للنظام ككل على مسار العمليات الميكانيكية التي تحدث فيه.
تصف ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية بشكل موثوق به حركة الأجسام العيانية التي تتحرك بسرعات أقل بكثير من سرعة الضوء. في نهاية القرن التاسع عشر. وجد أن استنتاجات الميكانيكا الكلاسيكية تتعارض مع بعض البيانات التجريبية. على وجه الخصوص ، عند دراسة حركة الجسيمات المشحونة بسرعة ، اتضح أن حركتها لا تمتثل لقوانين نيوتن. نشأت صعوبات أخرى عند محاولة تطبيق الميكانيكا الكلاسيكية لشرح انتشار الضوء. وفقًا لقوانين الديناميكا الكهربائية ، فإن سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ هي نفسها في جميع الاتجاهات وتساوي تقريبًا مع\ u003d 3 * 10 8 م / ث. ولكن وفقًا لقوانين الفيزياء الكلاسيكية ، يمكن أن تكون سرعة الضوء مساوية معفقط في إطار مرجعي واحد مختار. في أي إطار مرجعي آخر يتحرك بسرعة بالنسبة للإطار المختار الخامس، يجب أن يساوي بالفعل مع-الخامس، أو مع+الخامس. هذا يعني أنه إذا كان قانون إضافة سرعات للميكانيكا الكلاسيكية ساريًا (الصيغة (5.4)) ، فعند الانتقال من إطار بالقصور الذاتي إلى آخر ، يجب أن تتغير قوانين الديناميكا الكهربية ، لأن سرعة الضوء يجب أن تتغير. وهكذا ، تم الكشف عن التناقضات بين الديناميكا الكهربائية والميكانيكا لنيوتن ، والتي تتوافق قوانينها مع مبدأ غاليليو في النسبية. تم اقتراح طرق مختلفة للتغلب على الصعوبات التي نشأت:

1. تقبل فشل مبدأ النسبية فيما يتعلق بالظواهر الكهرومغناطيسية. منذ زمن فاراداي ، تم اعتبار الظواهر الكهرومغناطيسية عمليات في وسط خاص كامل الاختراق يملأ كل الفضاء - إذاعة. وفقًا لـ H. Lorentz ، فإن الإطار المرجعي بالقصور الذاتي الذي يستريح بالنسبة إلى الأثير هو إطار خاص تكون فيه قوانين Maxwell للديناميكا الكهربية صالحة. فقط في هذا الإطار المرجعي تكون سرعة الضوء في الفراغ هي نفسها في جميع الاتجاهات.
2. اعتبر معادلات ماكسويل للديناميكا الكهربائية خاطئة وحاول تغييرها بطريقة لا تتغير أثناء الانتقال من إطار بالقصور الذاتي إلى آخر (وفقًا للمفاهيم الكلاسيكية للمكان والزمان). هذه المحاولة ، على وجه الخصوص ، قام بها G.Hertz ، الذي اعتقد أن الأثير يتم نقله بعيدًا تمامًا عن طريق الأجسام المتحركة ، لذلك تستمر الظواهر الكهرومغناطيسية بنفس الطريقة ، بغض النظر عما إذا كان الجسم في حالة راحة أو حركة. مبدأ النسبية صحيح.
3. التخلي عن المفاهيم الكلاسيكية للمكان والزمان من أجل الحفاظ على مبدأ النسبية وقوانين ماكسويل. من وجهة النظر هذه ، ليست المعادلات حقل كهرومغناطيسي، ولكن قوانين ميكانيكا نيوتن تتفق مع الأفكار القديمة حول المكان والزمان. وبالتالي ، من الضروري تغيير قوانين الميكانيكا الكلاسيكية ، وليس قوانين الديناميكا الكهربية لماكسويل.

لنتذكر كيف تم التعامل مع المكان والزمان في الفيزياء الكلاسيكية. كان يُعتبر الفضاء امتدادًا فارغًا لانهائيًا يحتوي على جميع الأجسام ومستقل عن المادة. كان يُنظر إلى الوقت على أنه العامل المطلق في التدفق المنتظم للمدة التي يأتي فيها كل شيء ويذهب. في الوقت نفسه ، لا يعتمد الوقت على أي عمليات في العالم.
لقد دحض تطور العلوم الطبيعية هذه الأفكار. لا يوجد مكان وزمان مطلق. الكون مليء بالمادة على شكل مادة وحقل ، ويعمل الفضاء كخاصية عالمية للمادة. يرتبط الوقت دائمًا بحركة المادة وتطورها. هكذا، الفراغ- هذا شكل من أشكال المادة ، والذي يعبر عن امتداده وبنيته ؛ الوقت- هذا شكل من أشكال وجود المادة ، ويميز مدة وجود جميع الكائنات والحقول وتسلسل الأحداث.
الخصائص الرئيسية للمكان والزمان هي: أ) الوحدة والارتباط غير المنفصل للمادة والمكان والزمان ؛ ب) الاستمرارية المطلقة والانقطاع النسبي للمكان والزمان. تتجلى الاستمرارية في انتشار الحقول المادية في فضاء جميع الأجسام والأنظمة ، في التعاقب اللامتناهي لعناصر الطول عندما يتحرك الجسم بين نقطتين. يعد انقطاع الفضاء نسبيًا ويتجلى في الوجود المنفصل للأشياء والأنظمة المادية ، ولكل منها أبعاد وحدود معينة. لا يتسم انقطاع الزمن إلا بوقت وجود حالات نوعية للمادة ، كل منها ينشأ ويختفي ، ويمر في أشكال أخرى ؛ ج) الوقت له مدة ، أحادي الاتجاه ، لا رجوع فيه.
تطوير أفكار جديدة ومختلفة عن الكلاسيكية حول المكان والزمان باستمرار ، أ. أينشتاين في بداية القرن العشرين. خلقت النسبية الخاصة(مائة). في إطار هذه النظرية ، كان من الممكن التوفيق بين مبدأ النسبية مع الديناميكا الكهربائية لماكسويل. حيث نظرية جديدةلم يُلغِ (ميكانيكا نيوتن) القديمة ، لكنه أدرجها كحالة خاصة ومحدودة.

في نهاية القرن التاسع عشر ، تم الحصول على بيانات تجريبية لا يمكن تفسيرها من وجهة نظر الفيزياء النيوتونية. على وجه الخصوص ، إذا كان مصدر الضوء والمستقبل يتحركان تجاه بعضهما البعض بشكل موحد ومستقيم ، فيجب أن تتراكم سرعات نيوتن. ومع ذلك ، أظهر الفيزيائي الأمريكي ميكلسون وآخرون ، الذين أجروا تجارب باستخدام مقياس تداخل حساس ، أن سرعات الضوء في الفراغ لا تعتمد على سرعة المصدر والمستقبل وهي نفسها في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي. توصل أينشتاين إلى استنتاج مفاده أن ثبات سرعة الضوءهو قانون أساسي في الطبيعة. وضع أينشتاين هذا الاستنتاج على أساس نظريته النسبية الخاصة (انظر القسم 2.5). ثبت أيضًا ثبات معادلات ماكسويل (انظر القسم 3.5) في ظل تحولات لورنتز ، في حين أنها ليست ثابتة في ظل التحولات الجليل (انظر 2.4). يتبع من نظرية أينشتاين أن التفاعلات الكهرومغناطيسية (على سبيل المثال ، الشحنات) تنتقل في الفراغ بسرعة محدودة بسرعة الضوء ، من خلال مجال (مفهوم العمل قصير المدى) في جميع الأطر المرجعية.

فصل المجال الكهرومغناطيسي إلى كهربائي و حقل مغناطيسينسبيًا - يوجد في الطبيعة مجال كهرومغناطيسي واحد. للضوء أيضًا طبيعة كهرومغناطيسية (الشكل 3.27).

تم شرح الانتظام على أساس نظرية النسبية الخاصة تأثير دوبلرللموجات الكهرومغناطيسية. عندما يتحرك مصدر الضوء بعيدًا عن المراقب بسرعة V ، هناك تغيير في التردد (أو الطول الموجي بمقدار) في طيف إشعاع المصدر بطول موجة إشعاع λ ( الانزياح الأحمر):

وجد تأثير دوبلر تطبيقًا في الرادار لقياس السرعة V والمسافة إلى جسم متحرك ، في الفيزياء الفلكية - لقياس سرعات انحسار المجرات ، إلخ.

يسمى التغيير في الوضع الظاهري للنجوم في الكرة السماوية بسبب محدودية سرعة الضوء انحرافات الضوء.

3.7 مجال مغناطيسي شبه ثابت

يختلف تيار الإزاحة اختلافًا جوهريًا عن تيار التوصيل - فهو لا يرتبط بحركة الشحنات. إنه فقط بسبب التغيير بمرور الوقت. الحقل الكهربائي(انظر 3.5). حتى في الفراغ ، يؤدي التغيير في المجال الكهربائي إلى حدوث مجال مغناطيسي في الفضاء المحيط. على هذا الأساس ، يكون تيار الإزاحة مطابقًا لتيار التوصيل ، وهذا يجعل من الممكن تسميته تقليديًا "تيار".

لا يحدث تيار الإزاحة j cm فقط في الفراغ أو العوازل ، ولكن أيضًا في الموصلات عندما يمر تيار متردد من التوصيل j pr من خلالها ، ومع ذلك ، فهو صغير مقارنة بـ j pr (في ضوء ذلك ، يتم إهماله).

في الموصلات الضخمة الموضوعة في مجال مغناطيسي متناوب ، يمكن إحداث التيارات المستحثة وفقًا للقانون (3.70). هذه التيارات هي التيارات الدوامة في حجم الموصلات وتعرف باسم تيارات فوكو.

تخلق تيارات فوكو مجالها المغناطيسي الخاص ، والذي ، وفقًا لقاعدة لينز (انظر 3.73) ، يمنع حدوث تغيير في التدفق المغناطيسي الذي تسبب في حدوثها. تؤدي تيارات فوكو عالية التردد إلى تسخين الموصلات ، مما يسمح باستخدامها لصهر المعادن في أفران الحث ، في أفران الميكروويفللمنتجات الموصلة للتدفئة ، في العلاج الطبيعي (جسم الإنسان موصل) ، إلخ. في حالات أخرى ، لتقليل فقد الحرارة في الآلات الكهربائية والمحولات ، تزداد مقاومة تيارات فوكو ، مما يجعل نوىها ليست صلبة ، ولكن من ألواح رقيقة معزولة عن بعضها البعض.

في الدوائر ذات التيار الكهربائي المتردد ، تزداد المقاومة الكهربائية للموصلات بزيادة تواتر التيار. ويفسر ذلك حقيقة أن توزيع الكثافة الحالية على المقطع العرضي للموصل يصبح غير منتظم ، مع مراعاة تيارات فوكو: تزداد كثافة التيار بالقرب من السطح (ما يسمى تأثير الجلد). يسمح لك هذا أيضًا بجعل الموصلات مجوفة (أنبوبية). تأثير الجلد هو أساس طرق التصلب عالي التردد لسطح الأجزاء.

قوة التيار المتردد في نفس الوقت غير متساوية في أجزاء مختلفة من الموصل. هذا بسبب السرعة المحدودة للانتشار على طول الموصل لتغير المجال الكهرومغناطيسي. ومع ذلك ، إذا أخذنا في الاعتبار السرعة المنخفضة لحاملات الشحن مقارنة بسرعة انتشار المجال ، فيمكن عندئذٍ اعتبار التيارات شبه ثابتةوكذلك المجالات المغناطيسية التي تثيرها.

يتم الحصول على التيارات المتناوبة باستخدام المولدات. عندما تدور الدائرة في مجال مغناطيسي موحد السرعة الزاويةمن خلال المنطقة التي يحدها الكفاف ، تتغير بشكل دوري الفيض المغناطيسي(انظر 3.67).

حيث Ф 0 هي القيمة القصوى للتدفق عبر المنطقة S من الكفاف.

ستكون القوة الدافعة الكهربائية الناتجة عن هذا (انظر 3.70)
تغيير جيبي. ε 0 \ u003d ωF 0 هو سعة EMF. إذا كانت الدائرة مغلقة ، فسوف يتدفق التيار المتردد فيها:

.

بشكل عام ، أي موصل ، بالإضافة إلى المقاومة الأومية R ، له المحاثة L والسعة C. وهما يوفران مقاومة إضافية للتيار بسبب ظهور EMF ذاتي الحث (انظر 3.73) والقصور الذاتي لإعادة شحن السعة. ثم قيمة سعة التيار المتردد:

(3.90)

قيمة
له طابع المعاوقة ( معاوقة). يعتمد ذلك على قيم R و L و C والتردد . عندما  استيفاء الشرط:

,

المقاومة لها قيمة دنيا تساوي R ، وسعة التيار المتردد تصل إلى قيمته القصوى:

تكرر
- يسمى الرنين R L \ u003d L و
- تسمى المقاومة الاستقرائية والسعة في دائرة التيار المتردد.

التيار الكهربائي المترددله تطبيق عملي رائع. يمكن أن ينتقل بخسائر منخفضة عبر مسافات طويلة ، وبمساعدة المحولات ، يمكن أن تتنوع قوتها وجهدها على نطاق واسع.

لتميز عملالتيار المتردد بالمقارنة مع التيار المباشر ، يتم تقديم المفهوم القيم الفعالة للتيار والجهد. القيمة الفعالة للقوة الحالية هي قيمة I المرتبطة بسعة I 0 على النحو التالي:

وبالمثل التوتر
. يحددون قوة التيار المتردد. يمكنك أيضًا إعطاء تعريف آخر: I D: القيمة الفعالة لقوة التيار المتردد تساوي قوة التيار المستمر التي تطلق نفس مقدار الحرارة في الدائرة مثل التيار المتردد.

تغيرت الأفكار حول المكان والزمان. وفقًا للمفاهيم الكلاسيكية للمكان والزمان ، والتي كانت تعتبر ثابتة لقرون ، ليس للحركة أي تأثير على تدفق الوقت (الوقت مطلق) ، والأبعاد الخطية لأي جسم لا تعتمد على ما إذا كان الجسم في حالة راحة أم تتحرك (الطول المطلق).

نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين هي عقيدة جديدة للمكان والزمان حلت محل الأفكار القديمة (الكلاسيكية).

§ 75 قوانين الديناميكا الكهربائية ومبدأ النسبية

مبدأ النسبية في الميكانيكا والديناميكا الكهربائية.بعد النصف الثاني من القرن التاسع عشر. صاغ ماكسويل القوانين الأساسية للديناميكا الكهربائية ، ونشأ السؤال: هل مبدأ النسبية ، وهو صالح للظواهر الميكانيكية ، ينطبق أيضًا على الظواهر الكهرومغناطيسية؟ بمعنى آخر ، هل العمليات الكهرومغناطيسية (تفاعل الشحنات والتيارات ، انتشار الموجات الكهرومغناطيسية ، إلخ) تسير بنفس الطريقة في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي؟ أو ربما يكون للحركة المستقيمة المنتظمة ، دون التأثير على الظواهر الميكانيكية ، بعض التأثير على العمليات الكهرومغناطيسية؟

للإجابة على هذه الأسئلة ، كان من الضروري معرفة ما إذا كانت القوانين الأساسية للديناميكا الكهربائية تتغير عند الانتقال من إطار مرجعي بالقصور الذاتي إلى إطار آخر ، أو ، مثل قوانين نيوتن ، تظل دون تغيير. فقط في الحالة الأخيرة يمكن للمرء أن يتجاهل الشكوك حول صحة مبدأ النسبية كما هو مطبق على العمليات الكهرومغناطيسية واعتبار هذا المبدأ كقانون عام للطبيعة.

قوانين الديناميكا الكهربائية معقدة ، والحل الدقيق لهذه المشكلة ليس بالمهمة السهلة. ومع ذلك ، يبدو أن الاعتبارات البسيطة بالفعل تجعل من الممكن العثور على الإجابة الصحيحة. وفقًا لقوانين الديناميكا الكهربائية ، فإن سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ هي نفسها في جميع الاتجاهات وتساوي c = 3 10 8 m / s. ولكن وفقًا لقانون إضافة سرعات ميكانيكا نيوتن ، يمكن أن تكون السرعة مساوية لسرعة الضوء فقط في إطار مرجعي واحد مختار. في أي إطار مرجعي آخر يتحرك فيما يتعلق بهذا الإطار المرجعي المختار مع السرعة ، يجب أن تكون سرعة الضوء مساوية بالفعل لـ -. هذا يعني أنه إذا كان قانون إضافة السرعات المعتاد صالحًا ، فعند الانتقال من إطار مرجعي بالقصور الذاتي إلى آخر ، يجب أن تتغير قوانين الديناميكا الكهربية بحيث تكون سرعة الضوء في هذا الإطار المرجعي الجديد تساوي بالفعل لا ، لكن - .

وهكذا ، تم الكشف عن بعض التناقضات بين الديناميكا الكهربائية والميكانيكا النيوتونية ، والتي تتوافق قوانينها مع مبدأ النسبية. تم التغلب على الصعوبات التي تمت مواجهتها بثلاث طرق مختلفة.

الطريقة الأولى:إعلان مبدأ النسبية كما هو مطبق على الظواهر الكهرومغناطيسية التي لا يمكن الدفاع عنها. تمت مشاركة وجهة النظر هذه من قبل الفيزيائي الهولندي العظيم ، مؤسس نظرية الإلكترون X. منذ زمن فاراداي ، تم اعتبار الظواهر الكهرومغناطيسية عمليات تحدث في وسط خاص كامل الاختراق يملأ كل الفضاء - الأثير العالمي. إن الإطار المرجعي بالقصور الذاتي ، والذي يكون في حالة سكون بالنسبة إلى الأثير ، هو ، وفقًا لورينتز ، إطارًا مرجعيًا خاصًا سائدًا. في ذلك ، قوانين ماكسويل للديناميكا الكهربائية صالحة وأبسط في الشكل. فقط في هذا الإطار المرجعي تكون سرعة الضوء في الفراغ هي نفسها في جميع الاتجاهات.

الطريقة الثانية:اعتبر معادلات ماكسويل غير صحيحة وحاول تغييرها بطريقة لا تتغير أثناء الانتقال من إطار مرجعي بالقصور الذاتي إلى آخر (وفقًا للأفكار التقليدية المعتادة حول المكان والزمان). هذه المحاولة ، على وجه الخصوص ، قام بها جي هيرتز. وفقًا لهيرتز ، يتم نقل الأثير تمامًا بعيدًا عن طريق الأجسام المتحركة ، وبالتالي فإن الظواهر الكهرومغناطيسية تستمر بنفس الطريقة بغض النظر عما إذا كان الجسم في حالة راحة أو حركة. مبدأ النسبية لا يزال ساري المفعول.

الطريقة الثالثة أخيرًا:التخلي عن المفاهيم الكلاسيكية للمكان والزمان من أجل الحفاظ على كل من مبدأ النسبية وقوانين ماكسويل. هذه هي الطريقة الأكثر ثورية ، لأنها تعني مراجعة فيزياء للأفكار الأساسية الأكثر عمقًا. من وجهة النظر هذه ، ليست معادلات المجال الكهرومغناطيسي هي التي يتبين أنها غير دقيقة ، بل قوانين ميكانيكا نيوتن ، التي تتفق مع الأفكار القديمة حول المكان والزمان. من الضروري تغيير قوانين الميكانيكا ، وليس قوانين الديناميكا الكهربية لماكسويل.

تبين أن الطريقة الثالثة هي الطريقة الصحيحة الوحيدة. في تطويره باستمرار ، توصل أ. أينشتاين إلى أفكار جديدة حول المكان والزمان. الطريقتان الأوليان ، كما اتضح ، تم دحضهما بالتجربة.

تم دحض وجهة نظر لورنتز ، التي تنص على أنه يجب أن يكون هناك إطار مرجعي مختار مرتبط بالعالم الأثير ، والذي هو في حالة راحة مطلقة ، من خلال التجارب المباشرة.

إذا كانت سرعة الضوء تساوي 300000 كم / ثانية فقط في الإطار المرجعي المرتبط بالأثير ، فعندئذ من خلال قياس سرعة الضوء في إطار مرجعي بالقصور الذاتي التعسفي ، سيكون من الممكن اكتشاف حركة هذا الإطار الإشارة فيما يتعلق بالأثير وتحديد سرعة هذه الحركة.

أينشتاين ألبرت (1879-1955)- عالم الفيزياء العظيم في القرن العشرين. أنشأ عقيدة جديدة للمكان والزمان - النظرية النسبية الخاصة. بتعميم هذه النظرية للأطر المرجعية غير بالقصور الذاتي ، طور النظرية العامة للنسبية ، وهي النظرية الحديثة للجاذبية. لأول مرة قدم مفهوم جسيمات الضوء - الفوتونات. أدى عمله في نظرية الحركة البراونية إلى الانتصار النهائي للنظرية الجزيئية الحركية لبنية المادة.

تمامًا كما هو الحال في الإطار المرجعي المتحرك بالنسبة للهواء ، تنشأ ريح ، عند التحرك بالنسبة للأثير (إذا كان الأثير موجودًا بالطبع) ، يجب اكتشاف "رياح الأثير". تم إجراء تجربة للكشف عن "الرياح الأثيرية" عام 1881 بواسطة العالمين الأمريكيين أ.ميشيلسون وإي مورلي على أساس فكرة أعرب عنها ماكسويل قبل 12 عامًا.

في هذه التجربة ، تمت مقارنة سرعة الضوء في اتجاه حركة الأرض وفي الاتجاه العمودي. تم إجراء القياسات بدقة شديدة بمساعدة جهاز خاص - مقياس تداخل ميكلسون. أجريت التجارب في أوقات مختلفة من اليوم وفي أوقات مختلفة من العام. ولكن تم الحصول على نتيجة سلبية دائمًا: لا يمكن اكتشاف حركة الأرض فيما يتعلق بالأثير.

وبالتالي ، فإن فكرة وجود إطار مرجعي سائد لم تصمد أمام التحقق التجريبي. وهذا بدوره يعني أنه لا يوجد وسيط خاص - "الأثير المضيء" ، والذي يمكن أن يرتبط به مثل هذا الإطار المرجعي السائد.

عندما حاول هيرتز تغيير قوانين الديناميكا الكهربائية لماكسويل ، اتضح أن المعادلات الجديدة لم تكن قادرة على تفسير عدد من الحقائق المرصودة. وهكذا ، وفقًا لنظرية هيرتز ، يجب أن يسحب الماء المتحرك الضوء المنتشر فيه تمامًا ، لأنه يدخل الأثير ، الذي ينتشر فيه الضوء. أظهرت التجربة أن هذا ليس هو الحال في الواقع.

اتضح أنه من الممكن التوفيق بين مبدأ النسبية والديناميكا الكهربية لماكسويل فقط من خلال التخلي عن المفاهيم الكلاسيكية للمكان والزمان ، والتي بموجبها لا تعتمد المسافات ومرور الوقت على الإطار المرجعي.

Myakishev G. Ya. ، الفيزياء. الصف 11: كتاب مدرسي. للتعليم العام المؤسسات: الأساسية والملف الشخصي. المستويات / G. Ya. Myakishev، B. V. Bukhovtsev، V. M. Charugin؛ إد. في آي نيكولاييف ، إن إيه بارفينتيفا. - الطبعة 17 ، المنقحة. وإضافية - م: التربية 2008. - 399 ص: مريض.

التخطيط الموضوعي للتقويم ، مهام طالب الصف الحادي عشر في تنزيل الفيزياء ، الفيزياء وعلم الفلك عبر الإنترنت

محتوى الدرس ملخص الدرسدعم إطار عرض الدرس بأساليب متسارعة تقنيات تفاعلية ممارسة مهام وتمارين امتحان ذاتي ورش عمل ، تدريبات ، حالات ، أسئلة أسئلة واجبات منزلية ، أسئلة مناقشة أسئلة بلاغيةمن الطلاب الرسوم التوضيحية مقاطع الصوت والفيديو والوسائط المتعددةصور ، صور رسومات ، جداول ، مخططات فكاهة ، نوادر ، نكت ، أمثال كاريكاتورية ، أقوال ، ألغاز كلمات متقاطعة ، اقتباسات الإضافات الملخصاترقائق المقالات لأوراق الغش الفضولي والكتب المدرسية الأساسية والإضافية معجم مصطلحات أخرى تحسين الكتب المدرسية والدروستصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسيتحديث جزء في الكتاب المدرسي من عناصر الابتكار في الدرس واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين دروس مثالية خطة التقويملعام القواعد الارشاديةبرامج المناقشة دروس متكاملة

مبدأ النسبية وقوانين نيوتن

دخل مبدأ غاليليو للنسبية عضويا في الميكانيكا الكلاسيكية التي أنشأها نيوتن. وهو يقوم على ثلاث "بديهيات" - قوانين نيوتن الثلاثة الشهيرة. بالفعل أولهم ، الذي يقرأ: "كل جسد يستمر في حالة الراحة أو الزي الرسمي و الحركة المستقيمةحتى ولما لم يتم إجبارها من قبل القوى المطبقة على تغيير هذه الحالة "، يتحدث عن نسبية الحركة وفي نفس الوقت يشير إلى وجود أطر مرجعية (كانت تسمى بالقصور الذاتي) ، حيث الأجسام التي لا تعاني من الخارج تتحرك التأثيرات "بالقصور الذاتي" ، بدون تسارع ودون تباطؤ. إن أنظمة القصور الذاتي هذه بالتحديد هي التي يقصد بها صياغة قانون نيوتن الآخرين. أثناء الانتقال من إطار بالقصور الذاتي إلى إطار آخر ، تتغير العديد من الكميات التي تميز حركة الأجسام ، على سبيل المثال ، سرعاتها أو شكل مسار الحركة ، ولكن تظل قوانين الحركة ، أي العلاقات التي تربط هذه الكميات. ثابت.

التحولات الجليل

لوصف حركات ميكانيكية، أي تغيير في موقع الأجسام في الفضاء ، صاغ نيوتن بوضوح أفكارًا حول المكان والزمان. تم تصور الفضاء على أنه نوع من "الخلفية" التي تتكشف على أساسها حركة النقاط المادية. يمكن تحديد موقعهم ، على سبيل المثال ، باستخدام الإحداثيات الديكارتية x ، y ، z حسب الوقت t. عند الانتقال من إطار مرجعي بالقصور الذاتي K إلى آخر K "، والانتقال بالنسبة إلى الأول على طول المحور x بسرعة v ، يتم تحويل الإحداثيات: x" \ u003d x - vt ، y "= y ، z" \ u003d z ، ويبقى الوقت دون تغيير: t "= t. وبالتالي ، يُفترض أن الوقت مطلق ، وتسمى هذه الصيغ بالتحولات الجليلانية.

وفقًا لنيوتن ، يعمل الفضاء كنوع من شبكة الإحداثيات ، والتي لا تتأثر بالمادة وحركتها. الوقت في مثل هذه الصورة "الهندسية" للعالم ، كما كان ، يُحسب بواسطة ساعة مطلقة ، لا يمكن تسريع مسارها أو إبطائها.

مبدأ النسبية في الديناميكا الكهربائية

نُسب مبدأ جاليليو في النسبية إلى الميكانيكا لأكثر من ثلاثمائة عام ، على الرغم من أنه في الربع الأول من القرن التاسع عشر ، وبفضل أعمال إم. تمت صياغته رياضيًا في أعمال J.K. ماكسويل. لكن نقل مبدأ النسبية إلى الديناميكا الكهربية بدا مستحيلًا ، حيث كان يُعتقد أن كل الفضاء كان مليئًا بوسيط خاص - الأثير ، والذي تم تفسير التوتر فيه على أنه قوة المجالين الكهربائي والمغناطيسي. في الوقت نفسه ، لم يؤثر الأثير على الحركات الميكانيكية للأجسام ، لذلك "لم يتم الشعور به" في الميكانيكا ، ولكن العمليات الكهرومغناطيسيةيجب أن يكون للحركة بالنسبة للأثير ("الرياح الأثيرية") تأثير. نتيجة لذلك ، يمكن لمجرِّب في حجرة مغلقة ، من خلال مراقبة مثل هذه العمليات ، أن يبدو قادرًا على تحديد ما إذا كانت مقصورته في حالة حركة (مطلقة!) ، أو ما إذا كانت في حالة سكون. على وجه الخصوص ، اعتقد العلماء أن "الرياح الأثيرية" يجب أن تؤثر على انتشار الضوء. ومع ذلك ، لم تنجح محاولات اكتشاف "الريح الأثيرية" ، ورُفض مفهوم الأثير الميكانيكي ، والذي بفضله أعيد إحياء مبدأ النسبية ، كما كان ، ولكن بالفعل كواحد عالمي ، صالح ليس فقط في الميكانيكا ، ولكن أيضًا في الديناميكا الكهربائية ، ومجالات أخرى من الفيزياء.

تحولات لورنتز

مشابه ل صياغة رياضيةقوانين الميكانيكا هي معادلات نيوتن ، معادلات ماكسويل هي تمثيل كمي لقوانين الديناميكا الكهربائية. يجب أيضًا أن يظل شكل هذه المعادلات دون تغيير أثناء الانتقال من إطار مرجعي بالقصور الذاتي إلى آخر. لتحقيق هذا الشرط ، من الضروري استبدال تحويلات جاليليو بآخرين: x "= g (x-vt) ؛ y" = y؛ z "= z؛ t" \ u003d g (t-vx / c 2) ، حيث g \ u003d (1-v 2 / c 2) -1/2 ، و c هي سرعة الضوء في الفراغ. إن التحولات الأخيرة التي وضعها هـ. لورنتز في عام 1895 وتحمل اسمه هي أساس نظرية النسبية الخاصة (أو الخاصة). في vc يتحولون إلى تحولات Galilean ، ولكن إذا كانت v قريبة من c ، فهناك اختلافات كبيرة عن صورة الزمكان ، والتي تسمى عادةً غير نسبية. بادئ ذي بدء ، تم الكشف عن فشل الأفكار البديهية المعتادة حول الوقت ، واتضح أن الأحداث التي تحدث في وقت واحد في إطار مرجعي واحد تتوقف عن أن تكون متزامنة في إطار آخر. يتغير قانون التحويل السريع أيضًا.

تحويل الكميات الفيزيائية في النظرية النسبية

في النظرية النسبية ، لا تبقى المسافات المكانية والفواصل الزمنية دون تغيير أثناء الانتقال من إطار مرجعي إلى آخر ، وتتحرك بالنسبة إلى الأول بسرعة v. يتم تقليل الأطوال (في اتجاه الحركة) بمقدار 1 / جم مرة ، ويتم "شد" الفواصل الزمنية بنفس عدد المرات. نسبية التزامن هي السمة الأساسية الجديدة الأساسية للنظرية النسبية الخاصة الحديثة.