توسعه الکترودینامیک منجر به ایده های جدیدی در مورد فضا و زمان شد. با توجه به مفاهیم کلاسیک مکان و زمان که قرن ها تزلزل ناپذیر تلقی می شود، حرکت تأثیری در گذر زمان ندارد (زمان مطلق است) و ابعاد خطی هر جسمی بستگی به این ندارد که بدن در حال سکون یا حرکت باشد. طول مطلق است). ایده های قدیمی و کلاسیک درباره مکان و زمان با دکترین جدیدی - نظریه نسبیت خاص انیشتین - جایگزین شده است.
پس از اینکه ماکسول قوانین اساسی الکترودینامیک را در نیمه دوم قرن نوزدهم تدوین کرد، دانشمندان متوجه شدند که اصل نسبیت گالیله برای پدیده های الکترومغناطیسی به سختی اعمال می شود. این سوال مطرح شد: آیا فرآیندهای الکترومغناطیسی اتفاق می افتد (تقابل بارها و جریان ها، انتشار امواج الکترومغناطیسیو غیره) در همه چارچوب های مرجع اینرسی یکسان است؟ برای پاسخ به این سوال، لازم است دریابیم که آیا قوانین اساسی الکترودینامیک هنگام حرکت از یک تغییر می کند یا خیر سیستم اینرسیبه دیگری یا مانند قوانین نیوتن، بدون تغییر باقی می مانند. قوانین الکترودینامیک پیچیده هستند. به گفته آنها سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در خلاء در همه جهات یکسان و برابر با 300 میلیون متر بر ثانیه است. اما، از سوی دیگر، طبق قوانین مکانیک نیوتن، این سرعت تنها در یک چارچوب مرجع انتخابی می تواند برابر با 300 میلیون باشد. در هر چارچوب مرجع دیگری که نسبت به فریم اول با سرعت دیگری حرکت می کند، سرعت نور باید از قبل برابر با اختلاف این سرعت ها باشد. این بدان معنی است که اگر قانون معمول جمع سرعت ها معتبر باشد، پس هنگام حرکت از یک سیستم اینرسی به سیستم دیگر، قوانین الکترودینامیک باید مانند قوانین مکانیک تغییر کند. ما تضادهای خاصی را بین الکترودینامیک و مکانیک کشف کردیم.
تضادهای خاصی بین الکترودینامیک و مکانیک نیوتنی کشف شد که قوانین آن با اصل نسبیت سازگار است. اولین امکان این بود که اصل نسبیت را که در مورد پدیده های الکترومغناطیسی اعمال می شود، غیرقابل دفاع اعلام کنیم. این دیدگاه توسط فیزیکدان بزرگ هلندی، بنیانگذار تئوری الکترونیک، H. Lorentz مشترک بود. بر اساس این نظریه، چارچوب مرجع اینرسی، در حالت استراحت نسبت به اتر، یک سیستم خاص و ترجیحی است، زیرا پدیده های الکترومغناطیسیاز زمان فارادی، آنها به عنوان فرآیندهایی در یک رسانه خاص و فراگیر در نظر گرفته شده اند که تمام فضا را پر می کند - "اتر جهان". اگر سرعت نور فقط در چارچوب مرجع در یک فریم اینرسی برابر با 300000 کیلومتر بر ثانیه باشد، می‌توان نحوه حرکت این قاب نسبت به اتر را تشخیص داد. همانطور که باد در یک سیستم مرجع که نسبت به هوا حرکت می کند بوجود می آید، هنگام حرکت نسبت به اتر یک سیستم خاص، باید "باد اتری" شناسایی شود. البته اگر اتر وجود داشته باشد. احتمال دوم این است که معادلات ماکسول را نادرست در نظر بگیریم و سعی کنیم آنها را به گونه ای تغییر دهیم که در هنگام جابجایی از یک سیستم اینرسی به سیستم اینرسی دیگر (مطابق با ایده های معمول و کلاسیک در مورد مکان و زمان) تغییر نکنند. آزمایشی برای تشخیص "باد اثیری" در سال 1881 توسط دانشمندان آمریکایی A. Michelson و E. Morley انجام شد. این ایده توسط ماکسول 12 سال قبل بیان شده بود. این شامل مشاهده جابجایی حاشیه‌های تداخلی و اندازه‌گیری تفاوت در تأخیرهای نور هنگام انتشار در طول و در سراسر حرکت مداری زمین بود. چنین تلاشی حتی قبل از آن توسط هاینریش هرتز انجام شده بود. طبق فرض او اتر به طور کامل توسط اجسام متحرک منتقل می شود و بنابراین پدیده های الکترومغناطیسی بدون توجه به اینکه جسم در حال استراحت یا حرکت است به همین ترتیب پیش می روند. در اینجا اصل نسبیت معتبر است. به عنوان مثال، طبق نظریه هرتز، هنگامی که آب حرکت می کند، نور منتشر شده در خود را به طور کامل با خود حمل می کند، زیرا اتری که نور در آن منتشر می شود را می برد. تجربه نشان داده است که در واقعیت اینطور نیست. سومین امکان حل این مشکلات، کنار گذاشتن مفاهیم کلاسیک مکان و زمان است. در این صورت می توان هم اصل نسبیت و هم قوانین ماکسول را حفظ کرد. از این منظر، معلوم می شود که این قوانین مکانیک هستند که باید تغییر کنند و نه قوانین الکترودینامیک ماکسول. سومین احتمال تنها گزینه صحیح بود. آلبرت انیشتین با توسعه مداوم این نظریه، به ایده های جدیدی در مورد فضا و زمان رسید. او نظریه جدیدی از فضا و زمان ایجاد کرد که امروزه نظریه نسبیت خاص نامیده می شود. انیشتین با تعمیم نظریه خود برای چارچوب های مرجع غیر اینرسی، آن را ساخت نظریه عمومینسبیت او نمایندگی می کند نظریه مدرنجاذبه زمین. اینشتین اولین بار مفهوم ذرات نور را معرفی کرد که به آنها فوتون می گویند. او در آزمایشات خود سرعت نور را در جهت حرکت زمین و در جهت عمود آن مقایسه کرد. انیشتین با استفاده از دستگاه تداخل سنج ویژه ای که توسط مایکلسون ساخته شده بود، اندازه گیری ها را بسیار دقیق انجام داد
و اکنون نام او را یدک می کشد. آزمایش ها در ساعات مختلف روز و فصول مختلف انجام شد. در عین حال امکان تشخیص حرکت زمین نسبت به اتر وجود نداشت. همه چیز مثل این بود که سر خود را از شیشه ماشین بیرون بیاورید و متوجه باد مخالف با سرعت 100 کیلومتر بر ساعت نباشید. بنابراین، ایده وجود یک چارچوب مرجع ترجیحی در برابر آزمایش تجربی ایستادگی نکرد. به نوبه خود، این بدان معنا بود که هیچ رسانه خاصی - "اتر درخشان" - که بتوان با آن چنین چارچوب مرجع ترجیحی مرتبط شود، وجود نداشت. اکنون به راحتی می توان اصل نسبیت را با الکترودینامیک ماکسول تطبیق داد. برای انجام این کار، باید ایده های کلاسیک در مورد مکان و زمان را کنار بگذاریم که بر اساس آن فاصله ها و گذر زمان به سیستم مرجع بستگی ندارد.
نظریه نسبیت مورد بررسی ما بر دو اصل استوار است. اصل نسبیت اولین و اصلی ترین فرض نظریه اینشتین است. می توان آن را به صورت زیر فرمول بندی کرد: تمام فرآیندهای طبیعت در همه چارچوب های مرجع اینرسی به طور یکسان پیش می روند. این بدان معنی است که در تمام سیستم های اینرسی قوانین فیزیکی شکل یکسانی دارند. فرض دوم: سرعت نور در خلاء برای همه فریم های مرجع اینرسی یکسان است. سرعت نور جایگاه ویژه ای دارد. همانطور که از فرضیه های نظریه نسبیت بر می آید، سرعت نور در خلاء حداکثر است. سرعت ممکنانتقال فعل و انفعالات در طبیعت در نسبیت همزمانی راه حل پارادوکس با سیگنال های نور کروی نهفته است. اجازه دهید وضعیت را شرح دهیم. نور به طور همزمان به نقاطی روی سطح کروی با مرکز در نقطه O فقط از دید ناظری که نسبت به سیستم K (ka) در حالت سکون است می رسد. از دیدگاه یک ناظر مرتبط با سیستم K1 (ka-1)، نور در زمان های مختلف به این نقاط می رسد. البته عکس آن نیز صادق است: در سیستم K (ka)، نور در زمان‌های مختلف به نقاطی از سطح کره‌ای می‌رسد که مرکز آن در O1 (o-1) است و نه به طور همزمان، همانطور که به نظر ناظر می‌رسد. در سیستم K1 (ka-1). از این نتیجه می شود که در واقعیت هیچ تناقضی وجود ندارد. تا آغاز قرن بیستم هیچ کس در مطلق بودن زمان شک نداشت. یعنی زمانی که دو رویداد، همزمان برای ساکنان زمین، برای ساکنان هر تمدن فضایی همزمان باشد. ایجاد نظریه نسبیت نشان داد که اینطور نیست. تصور زمان مطلق، که یکبار برای همیشه با سرعت معین، کاملا مستقل از ساختار ماده و حرکت آن جریان دارد، نادرست است. "یک دقیقه یک ارزش نسبی است: اگر با یک دختر زیبا قرار ملاقات داشته باشید، آن وقت مثل یک لحظه پرواز می کند، اما اگر روی اجاق گاز داغ نشسته باشید، آن وقت مانند یک ابدیت به نظر می رسد." خود اینشتین سعی کرد این را توضیح دهد به زبان سادهنظریه نسبیت او در واقع، اگر انتشار آنی سیگنال‌ها را فرض کنیم، این جمله که رویدادها در دو نقطه A و B از هم جدا شده از یکدیگر به طور همزمان رخ داده‌اند، کاملاً منطقی خواهد بود. هر رویدادی، برای مثال دو رعد و برق، اگر در یک خوانش ساعت‌های همگام اتفاق بیفتد، همزمان هستند. تنها با داشتن ساعت های همگام در نقاط A و B می توان قضاوت کرد که آیا دو رویداد در این نقاط به طور همزمان رخ داده اند یا خیر. برای همگام سازی ساعت ها، استفاده از سیگنال های نوری یا الکترومغناطیسی به طور کلی صحیح تر است، زیرا سرعت امواج الکترومغناطیسی در خلاء یک علت کاملاً مشخص و ثابت است. این دقیقاً همان روشی است که هنگام بررسی ساعت ها از طریق رادیو استفاده می شود. بیایید نگاهی دقیق تر به یکی از آنها بیندازیم روش های سادههمگام سازی ساعت، که نیازی به محاسبه ندارد. فرض کنید که یک فضانورد می‌خواهد بفهمد که آیا مواردی که در دو طرف مقابل نصب شده‌اند به همین ترتیب هستند. سفینه فضاییساعت A و B (باشند). برای این کار، فضانورد با استفاده از منبعی که در وسط کشتی قرار دارد و نسبت به آن بی حرکت است، فلاش نور تولید می کند. نور همزمان به هر دو ساعت می رسد. اگر خوانش ساعت در این لحظه یکسان باشد، آنگاه ساعت ها همزمان هستند. اما این فقط در مورد چارچوب مرجع مرتبط با کشتی صادق خواهد بود. در سیستم مرجع نسبت به آن که کشتی در حال حرکت است، وضعیت متفاوت است. ساعت روی کمان کشتی از جایی که فلاش نور از منبع رخ داده است دور می شود و برای رسیدن به ساعت A، نور باید مسافتی بیشتر از نصف طول کشتی را طی کند. و ساعت (به) سمت عقب به نقطه اشتعال نزدیک می شود و مسیر سیگنال نور کمتر از نصف طول کشتی است. بنابراین، ناظری که در سیستم مرتبط با کشتی قرار دارد، به این نتیجه می رسد که سیگنال ها به طور همزمان به هر دو ساعت می رسند. هر دو رویداد در نقاط A و B (be) در چارچوب مرجع مرتبط با کشتی همزمان هستند و در چارچوبی که کشتی در حال حرکت است همزمان نیستند. اما به دلیل اصل نسبیت، این سیستم ها کاملاً برابر هستند. هیچ یک از این سیستم ها را نمی توان ترجیح داد. بنابراین باید به این نتیجه برسیم که همزمانی وقایع جدا شده از هم نسبی است. دلیل نسبیت همزمانی، همانطور که می بینیم، سرعت محدود انتشار سیگنال های صوتی است. تعدادی از پیامدهای مهم در مورد ویژگی های فضا و زمان از فرضیه های نظریه نسبیت ناشی می شود. دو اثر نسبیتی مشاهده می شود. ابتدا در قاب های مرجع متحرک ابعاد بدنه کاهش می یابد. دوم، اتساع زمانی در یک قاب مرجع متحرک مشاهده می شود.
از آنجایی که ابعاد خطی یک جسم در سیستم های مرجع متحرک کاهش می یابد، این پدیده منجر به این واقعیت می شود که جرم بدن در قاب متحرک متناسب با آن افزایش می یابد.
بدیهی است که قانون کلاسیک جمع سرعت ها نمی تواند معتبر باشد، زیرا با بیانیه ثابت بودن سرعت نور در خلاء در تضاد است. قانون جمع سرعت ها را برای حالت خاصی که جسم در امتداد محور X1 (x-1) قاب مرجع K1 (ka-1) حرکت می کند، می نویسیم، که به نوبه خود با سرعت معین و نسبی حرکت می کند. به چارچوب مرجع K. اجازه دهید سرعت بدن را نسبت به K تا ve1 و سرعت همان جسم را نسبت به K تا ve2 نشان دهیم. سپس قانون نسبیتی جمع سرعت ها به صورت زیر خواهد بود:
هنگام حرکت، جریان تمام فرآیندهای فیزیکی کند می شود و همچنین واکنش های شیمیاییدر بدن انسان جالب است که جالب ترین پیامدهای ناشی از نظریه نسبیت خاص اینشتین را در نظر بگیریم. "پارادوکس ساعت" که به "پارادوکس دوقلو" نیز معروف است، یک آزمایش فکری است که با کمک آن سعی می شود ناسازگاری نظریه نسبیت خاص را "اثبات" کنند. طبق نظریه نسبیت خاص، از نقطه نظر از دید ناظران «ایستا»، همه فرآیندها در اجسام متحرک کند می‌شوند، اما از سوی دیگر، همان اصل نسبیت، برابری همه چارچوب‌های مرجع اینرسی را اعلام می‌کند و بر این اساس، استدلالی ساخته می‌شود که منجر به ظاهری می‌شود. برای روشن شدن موضوع، داستان دو برادر دوقلو در نظر گرفته شده است که یکی از آنها (از این پس مسافر نامیده می شود) به پرواز فضایی، دومی (که از این پس به عنوان بدن خانه نامیده می شود) روی زمین باقی می ماند. تناقض در زیر نهفته است: از دیدگاه سیب زمینی کاناپه، ساعت مسافر در حال حرکت گذر زمان کندی دارد، بنابراین پس از بازگشت به زمین، باید از ساعت سیب زمینی کاناپه عقب بماند. زمین نسبت به مسافر در حال حرکت بود، به این معنی که ساعت خانه باید عقب بماند. اما از طرف سوم، برادران از حقوق مساوی برخوردارند، بنابراین، پس از بازگشت، ساعت آنها باید یکسان نشان دهد. فرضیه های نظریه نسبیت انیشتین نیز چنین پدیده جالبی را به راحتی توضیح می دهد فضای بیرونیمثل سیاهچاله یک سیاهچاله از فشردگی گرانشی یک ستاره پرجرم تشکیل می شود. اگر جرم یک ستاره معین بیش از 2-3 برابر جرم خورشید باشد، هسته این ستاره منقبض می شود و به چنان چگالی می رسد که حتی نور نیز نمی تواند بر نیروی گرانش اجسام کیهانی اطراف غلبه کند. انیشتین آلبرت (1879-1955) - فیزیکدان بزرگقرن XX ایجاد یک دکترین جدید از مکان و زمان - نظریه خاصنسبیت او با تعمیم این نظریه برای سیستم های مرجع غیر اینرسی، نظریه نسبیت عام را که نظریه مدرن گرانش است، توسعه داد. او برای اولین بار مفهوم ذرات نور - فوتون ها را معرفی کرد. کار او در نظریه حرکت براونیبه پیروزی نهایی نظریه جنبشی مولکولی ساختار ماده منجر شد. او پیش بینی کرد " تله پورت کوانتومیو اثر ژیرو مغناطیسی اینشتین دو هاس. از سال 1933، او بر روی مسائل کیهان شناسی و نظریه میدان یکپارچه کار کرد. به لطف آلبرت انیشتین، علم دستخوش بازنگری در درک جوهر فیزیکی فضا و زمان شد؛ او نظریه جدیدی از گرانش را به جای نظریه نیوتن ساخت. اینشتین و پلانک پایه ها را گذاشتند نظریه کوانتوم. همه این مفاهیم بارها و بارها توسط آزمایشات تأیید شده اند و پایه و اساس فیزیک مدرن را تشکیل می دهند.

در نیمه دوم قرن نوزدهم، D. Maxwell قوانین اساسی الکترودینامیک را تدوین کرد. در همان زمان، تردیدهایی در مورد اعتبار اصل نسبیت مکانیکی گالیله در رابطه با پدیده های الکترومغناطیسی به وجود آمد. اجازه دهید ماهیت اصل مکانیکی نسبیت را به خاطر بسپاریم.
اگر سیستم های مرجع نسبت به یکدیگر به طور یکنواخت و مستقیم حرکت کنند و در یکی از آنها قوانین دینامیک نیوتن معتبر باشد، این سیستم ها اینرسی هستند. در تمام چارچوب های مرجع اینرسی، قوانین دینامیک کلاسیک شکل یکسانی دارند (نامغیر); این جوهر اصل مکانیکی نسبیت یا اصل نسبیت گالیله است.
برای اثبات این اصل، دو سیستم مرجع را در نظر بگیرید: قاب اینرسی به(با مختصات x، y، z) که به طور متعارف آن را ثابت و یک سیستم متحرک در نظر می گیریم ک"(با مختصات x، y، z") حرکت نسبت به بهیکنواخت و مستقیم در سرعت تو= ثابت اجازه دهید این را در لحظه اولیه زمان فرض کنیم تی= 0 شروع Oو ای"هر دو سیستم مختصات منطبق هستند. مکان یابی سیستم های مختصات در یک نقطه زمانی دلخواه تیشکل نشان داده شده در شکل را دارد. 5.1. سرعت تودر امتداد یک خط مستقیم هدایت می شود اوو"و بردار شعاع رسم شده از نقطه Oدقیقا ای"، برابر است r 0 =ut.
مختصات یک نقطه مادی دلخواه آدر سیستم های مرجع ثابت و متحرک توسط بردارهای شعاع تعیین می شود rو r"، و

در پیش بینی ها روی محورهای مختصات، معادله برداری (5.1) به شکلی به نام نوشته می شود. تحولات گالیله:

(5.2)

در حالت خاص که سیستم ک"با سرعت حرکت می کند vدر امتداد جهت محور مثبت ایکسسیستم های ک، تبدیل مختصات گالیله به شکل زیر است:

در مکانیک کلاسیک فرض بر این است که گذر زمان به آن بستگی ندارد حرکت نسبیسیستم های مرجع بنابراین، سیستم معادلات (5.2) با یک رابطه دیگر تکمیل می شود:

(5.3)

روابط (5.2) - (5.3) فقط در مورد معتبر است تو در سرعت‌های قابل مقایسه با سرعت نور، تبدیل‌های گالیله با تبدیل‌های عمومی‌تر لورنتس جایگزین می‌شوند.
اجازه دهید معادله (5.1) را با توجه به زمان و با در نظر گرفتن آن متمایز کنیم تو= const، بیایید رابطه بین سرعت و شتاب نقطه را پیدا کنیم آنسبت به هر دو سیستم مرجع:

جایی که
(5.4)

و

(5.5)

اگر در نقطه آبدن های دیگر عمل نمی کنند، پس آ= 0 و مطابق با (5.5) آ"= 0، یعنی سیستم موبایل ک"اینرسی است - یک نقطه مادی جدا شده یا نسبت به آن به طور یکنواخت و مستقیم حرکت می کند یا در حالت استراحت است.
از عبارت (5.5) چنین بر می آید که

آن ها معادلات نیوتن (معادلات دینامیک) برای یک نقطه مادی در همه چارچوب‌های مرجع اینرسی یکسان است یا نسبت به تبدیل‌های گالیله ثابت است. این نتیجه اغلب به صورت زیر فرموله می شود: حرکت یکنواخت و خطی سیستم به عنوان یک کل بر روند فرآیندهای مکانیکی که در آن اتفاق می افتد تأثیر نمی گذارد.
مکانیک نیوتنی کلاسیک به طور قابل اعتمادی حرکت اجسام ماکروسکوپی را توصیف می کند که با سرعت بسیار کمتر از سرعت نور حرکت می کنند. در پایان قرن نوزدهم. مشخص شد که نتایج مکانیک کلاسیک با برخی از داده های تجربی در تضاد است. به ویژه، هنگام مطالعه حرکت ذرات باردار سریع، مشخص شد که حرکت آنها از قوانین نیوتن پیروی نمی کند. هنگام تلاش برای اعمال مکانیک کلاسیک برای توضیح انتشار نور، مشکلات بیشتری به وجود آمد. طبق قوانین الکترودینامیک، سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در خلاء در همه جهات یکسان و تقریباً برابر است. با= 3*10 8 متر بر ثانیه. اما مطابق با قوانین فیزیک کلاسیک، سرعت نور می تواند برابر باشد بافقط در یک چارچوب مرجع انتخاب شده در هر سیستم مرجع دیگری نسبت به سیستم انتخابی با سرعت حرکت می کند v، از قبل باید برابر باشد با-v، یا با+v. این بدان معنی است که اگر قانون جمع سرعت های مکانیک کلاسیک معتبر باشد (فرمول (5.4))، پس هنگام حرکت از یک سیستم اینرسی به سیستم دیگر، قوانین الکترودینامیک باید تغییر کند، زیرا سرعت نور باید تغییر کند. بنابراین، تضادهایی بین الکترودینامیک و مکانیک نیوتنی کشف شد که قوانین آن با اصل نسبیت گالیله سازگار است. روش های مختلفی برای غلبه بر مشکلات پیش آمده پیشنهاد شده است:

1. ناهماهنگی اصل نسبیت را در رابطه با پدیده های الکترومغناطیسی بپذیرید. از زمان فارادی، پدیده های الکترومغناطیسی به عنوان فرآیندهایی در یک محیط خاص و فراگیر در نظر گرفته شده اند که تمام فضا را پر می کند. روی هوا. به گفته H. Lorentz، یک چارچوب مرجع اینرسی، در حالت استراحت نسبت به اتر، یک سیستم ویژه است که قوانین الکترودینامیک ماکسول در آن معتبر است. فقط در این چارچوب مرجع سرعت نور در خلاء در همه جهات یکسان است.
2. معادلات الکترودینامیک ماکسول را اشتباه در نظر بگیرید و سعی کنید آنها را به گونه ای تغییر دهید که هنگام حرکت از یک سیستم اینرسی به سیستم اینرسی دیگر (مطابق با ایده های کلاسیک در مورد مکان و زمان) تغییر نکنند. چنین تلاشی به ویژه توسط G. Hertz انجام شد که معتقد بود اتر به طور کامل توسط اجسام متحرک منتقل می شود ، بنابراین پدیده های الکترومغناطیسی بدون توجه به اینکه بدن در حال استراحت یا حرکت است به همین ترتیب پیش می رود. اصل نسبیت صحیح است.
3. برای حفظ اصل نسبیت و قوانین ماکسول، مفاهیم کلاسیک مکان و زمان را کنار بگذارید. از این منظر، این معادلات نیستند که نادرست هستند میدان الکترومغناطیسی، و قوانین مکانیک نیوتن، مطابق با ایده های قدیمی در مورد مکان و زمان. بنابراین، تغییر قوانین مکانیک کلاسیک ضروری است، نه قوانین الکترودینامیک ماکسول.

بیایید به یاد بیاوریم که فضا و زمان چگونه در فیزیک کلاسیک تفسیر شده است. فضا به عنوان یک امتداد بی نهایت خالی، شامل تمام اجسام و مستقل از ماده در نظر گرفته می شد. زمان به عنوان عامل مطلق جریان یکنواخت مدت در نظر گرفته می شد که در آن همه چیز پدید می آید و ناپدید می شود. در عین حال زمان به هیچ فرآیندی در جهان بستگی ندارد.
توسعه علوم طبیعی این عقاید را رد کرده است. هیچ مکان و زمان مطلقی وجود ندارد. جهان پر از ماده به شکل ماده و میدان است و فضا به عنوان یک ویژگی جهانی ماده عمل می کند. زمان همیشه با حرکت و تکامل ماده همراه است. بدین ترتیب، فضا- این صورت وجود ماده است که بسط و ساختار آن را بیان می کند. زمان- این شکلی از وجود ماده است که مدت زمان وجود همه اشیاء، میدان ها و توالی تغییرات در رویدادها را مشخص می کند.
خصوصیات اصلی مکان و زمان عبارتند از: الف) وحدت و پیوند ناگسستنی ماده، مکان و زمان. ب) تداوم مطلق و ناپیوستگی نسبی مکان و زمان. تداوم در توزیع میدان های مادی در فضای همه اجسام و سیستم ها، در توالی بی پایان عناصر طول زمانی که جسمی بین دو نقطه حرکت می کند، آشکار می شود. ناپیوستگی فضا امری نسبی است و در وجود مجزای اشیاء و منظومه های مادی که هر کدام دارای ابعاد و مرزهای معینی هستند، نمایان می شود. ناپیوستگی زمان تنها با زمان وجود حالات کیفی ماده مشخص می شود که هر یک ظاهر می شوند و ناپدید می شوند و به اشکال دیگر می روند. ج) زمان دارای مدت، تک جهتی، برگشت ناپذیری است.
آ. انیشتین در آغاز قرن بیستم در حال توسعه مداوم ایده های جدید متفاوت از کلاسیک در مورد مکان و زمان بود. ایجاد شده نظریه نسبیت خاص(یکصد). در چارچوب این نظریه، امکان تطبیق اصل نسبیت با الکترودینامیک ماکسول وجود داشت. که در آن نظریه جدیدقدیمی (مکانیک نیوتنی) را لغو نکرد، اما آن را به عنوان یک مورد خاص و محدود گنجاند.

در پایان قرن نوزدهم، داده‌های تجربی به دست آمد که از دیدگاه فیزیک نیوتنی قابل توضیح نبود. به طور خاص، اگر منبع و گیرنده نور به طور یکنواخت و مستطیل به سمت یکدیگر حرکت کنند، سرعت نیوتنی آنها باید جمع شود. با این حال، فیزیکدان آمریکایی مایکلسون و دیگران، با انجام آزمایش هایی با استفاده از تداخل سنج حساس، نشان دادند که سرعت نور در خلاء به سرعت حرکت منبع و گیرنده بستگی ندارد و در تمام چارچوب های مرجع اینرسی یکسان است. انیشتین به این نتیجه رسید که ثبات سرعت نور- قانون اساسی طبیعت این نتیجه گیری توسط انیشتین به عنوان مبنایی برای نظریه نسبیت خاص خود استفاده شد (به بخش 2.5 مراجعه کنید). تغییر ناپذیری معادلات ماکسول (به بخش 3.5 مراجعه کنید) تحت تبدیل های لورنتس نیز ثابت شد، در حالی که آنها در تبدیل های گالیله ثابت نیستند (نگاه کنید به 2.4). از نظریه انیشتین نتیجه گرفت که فعل و انفعالات الکترومغناطیسی (مثلاً بارها) در خلاء با سرعت محدود شده توسط سرعت نور از طریق یک میدان (مفهوم کنش کوتاه برد) در همه چارچوب های مرجع منتقل می شوند.

تقسیم میدان الکترومغناطیسی به الکتریکی و میدان مغناطیسینسبتاً - در طبیعت یک میدان الکترومغناطیسی واحد وجود دارد. نور همچنین دارای ماهیت الکترومغناطیسی است (شکل 3.27).

بر اساس نظریه نسبیت خاص، الگوها توضیح داده شدند اثر داپلربرای امواج الکترومغناطیسی هنگامی که یک منبع نور با سرعت V از ناظر دور می شود، یک تغییر در فرکانس (یا طول موج به مقدار Δλ) در طیف تابش منبع با طول موج تابش λ رخ می دهد. انتقال به قرمز):

اثر داپلر در رادار برای اندازه‌گیری سرعت V و فاصله تا یک جسم متحرک، در اخترفیزیک برای اندازه‌گیری سرعت کهکشان‌های در حال عقب‌نشینی و غیره کاربرد پیدا کرده است.

تغییر موقعیت ظاهری ستارگان در کره سماوی به دلیل سرعت محدود نور نامیده می شود. انحرافات نور.

3.7. میدان مغناطیسی شبه ثابت

جریان جابجایی اساساً با جریان هدایت متفاوت است - با حرکت بارها مرتبط نیست. تنها به دلیل تغییرات در طول زمان ایجاد می شود میدان الکتریکی(3.5 را ببینید). حتی در خلاء، تغییر در میدان الکتریکی منجر به ظهور میدان مغناطیسی در فضای اطراف. بر این اساس است که جریان جابجایی با جریان هدایت یکسان است و این امکان را فراهم می کند که به طور مشروط آن را "جریان" نامید.

جریان جابجایی j cm نه تنها در خلاء یا دی الکتریک، بلکه در هادی ها نیز زمانی که یک جریان رسانش متناوب j pr از آنها عبور می کند، رخ می دهد، اما در مقایسه با j pr کوچک است (به این دلیل، نادیده گرفته می شود).

در هادی های عظیمی که در یک میدان مغناطیسی متناوب قرار می گیرند، می توان جریان های القایی را طبق قانون القا کرد (3.70). این جریان ها جریان های گردابی در حجم هادی ها هستند و به نام جریانات فوکو.

جریان های فوکو میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کنند که مطابق با قانون لنز (نگاه کنید به 3.73)، از تغییر در شار مغناطیسی که باعث آنها شده است جلوگیری می کند. جریان های فوکو با فرکانس بالا منجر به گرم شدن هادی ها می شود که به آنها اجازه می دهد برای ذوب فلزات در کوره های القایی استفاده شوند. اجاق های مایکروویوبرای گرم کردن محصولات رسانا، در فیزیوتراپی (بدن انسان یک هادی است) و غیره. در موارد دیگر، برای کاهش تلفات حرارتی در ماشین‌های الکتریکی و ترانسفورماتورها، مقاومت در برابر جریان‌های فوکو افزایش می‌یابد و باعث می‌شود که هسته‌های آن‌ها جامد نباشد، بلکه از صفحات نازک جدا شده از یکدیگر باشد.

در مدارهایی با جریان الکتریکی متناوب، مقاومت الکتریکی هادی ها با افزایش فرکانس جریان افزایش می یابد. این با این واقعیت توضیح داده می شود که توزیع چگالی جریان بر روی سطح مقطع هادی با در نظر گرفتن جریان های فوکو غیر یکنواخت می شود: چگالی جریان در نزدیکی سطح افزایش می یابد (به اصطلاح پوست - اثر). این همچنین به شما امکان می دهد هادی ها را توخالی (لوله ای) کنید. روش های سخت شدن با فرکانس بالا سطح قطعات بر اساس اثر پوستی است.

قدرت جریان متناوب در همان لحظه در زمان در قسمت های مختلف هادی متفاوت است. این به دلیل سرعت محدود انتشار یک میدان الکترومغناطیسی در حال تغییر در طول هادی است. با این حال، اگر سرعت کم حرکت حامل های بار را نسبت به سرعت انتشار میدان در نظر بگیریم، می توان جریان ها را در نظر گرفت. شبه ثابتو همچنین میدان های مغناطیسی که آنها را تحریک می کنند.

جریان های متناوب با استفاده از ژنراتور تولید می شوند. هنگامی که مدار در یک میدان مغناطیسی یکنواخت می چرخد ​​با سرعت زاویهایاز طریق ناحیه محدود شده توسط کانتور، به طور دوره ای تغییر می کند شار مغناطیسی(نگاه کنید به 3.67).

که در آن Ф 0 حداکثر مقدار جریان از ناحیه S کانتور است.

نیروی الکتروموتور ایجاد شده در این مورد (نگاه کنید به 3.70) خواهد بود
مطابق قانون سینوسی تغییر می کند. ε 0 =ωΦ 0 دامنه emf است. اگر مدار بسته باشد، جریان متناوب در آن جریان می یابد:

.

به طور کلی، هر رسانایی، علاوه بر مقاومت اهمی R، دارای اندوکتانس L و ظرفیت C است. آنها به دلیل ظاهر شدن emf خود القایی (نگاه کنید به 3.73) و اینرسی شارژ مجدد ظرفیت، مقاومت بیشتری در برابر جریان ایجاد می کنند. سپس مقدار دامنه جریان متناوب برابر با:

(3.90)

اندازه
دارای ویژگی مقاومت کامل ( امپدانس). این به مقادیر R، L، C و فرکانس بستگی دارد. وقتی  شرط را برآورده می کند:

,

مقاومت کل دارای حداقل مقدار برابر با R است و دامنه جریان متناوب به حداکثر مقدار خود می رسد:

فرکانس
- تشدید کننده نامیده می شود.R L =Land
- راکتانس های القایی و خازنی در مدار جریان متناوب نامیده می شوند.

جریان الکتریکی متناوبکاربرد عملی بسیار خوبی دارد. می توان آن را با تلفات کم در فواصل طولانی منتقل کرد و با کمک ترانسفورماتورها می توان قدرت و ولتاژ آن را در محدوده وسیعی تغییر داد.

برای شخصیت پردازی عملجریان متناوب در مقایسه با جریان مستقیم، این مفهوم معرفی شده است مقادیر موثر جریان و ولتاژ. مقدار مؤثر جریان مقدار I مرتبط با دامنه I 0 به شرح زیر است:

ولتاژ یکسان است
. آنها قدرت AC را تعیین می کنند. شما همچنین می توانید تعریف دیگری ارائه دهید: مقدار مؤثر جریان متناوب برابر با جریان مستقیمی است که همان مقدار گرما را در مدار آزاد می کند که جریان متناوب.

ایده ها در مورد مکان و زمان تغییر کرده است. با توجه به مفاهیم کلاسیک مکان و زمان که قرن ها تزلزل ناپذیر تلقی می شود، حرکت تأثیری در گذر زمان ندارد (زمان مطلق است) و ابعاد خطی هر جسمی بستگی به این ندارد که بدن در حال سکون یا حرکت باشد. طول مطلق است).

نظریه نسبیت خاص اینشتین یک دکترین جدید از مکان و زمان است که جایگزین ایده های قدیمی (کلاسیک) شد.

§ 75 قوانین الکترودینامیک و اصل نسبیت

اصل نسبیت در مکانیک و الکترودینامیک.پس از آن در نیمه دوم قرن نوزدهم. ماکسول قوانین اساسی الکترودینامیک را تدوین کرد؛ این سوال مطرح شد: آیا اصل نسبیت که برای پدیده های مکانیکی معتبر است، در مورد پدیده های الکترومغناطیسی نیز صدق می کند؟ به عبارت دیگر، آیا فرآیندهای الکترومغناطیسی (برهمکنش بارها و جریان ها، انتشار امواج الکترومغناطیسی و ...) در همه چارچوب های مرجع اینرسی به یک شکل پیش می روند؟ یا شاید حرکت مستقیم یکنواخت بدون تأثیر بر پدیده های مکانیکی، تأثیری بر فرآیندهای الکترومغناطیسی داشته باشد؟

برای پاسخ به این سؤالات، لازم بود بدانیم که آیا قوانین اساسی الکترودینامیک هنگام حرکت از یک چارچوب مرجع اینرسی به چارچوب دیگر تغییر می کنند یا مانند قوانین نیوتن، بدون تغییر باقی می مانند. فقط در مورد اخیر می توان شک و تردید را در مورد اعتبار اصل نسبیت در رابطه با فرآیندهای الکترومغناطیسی کنار گذاشت و این اصل را به عنوان یک قانون کلی طبیعت در نظر گرفت.

قوانین الکترودینامیک پیچیده هستند و یک راه حل دقیق برای این مشکل کار آسانی نیست. با این حال، به نظر می رسد ملاحظات ساده به ما امکان می دهد تا پاسخ صحیح را پیدا کنیم. طبق قوانین الکترودینامیک، سرعت انتشار امواج الکترومغناطیسی در خلاء در تمام جهات یکسان است و برابر با c = 3 10 8 m/s است. اما طبق قانون جمع سرعت های مکانیک نیوتنی، سرعت فقط در یک چارچوب مرجع انتخاب شده می تواند برابر با سرعت نور باشد. در هر چارچوب مرجع دیگری، حرکت با توجه به این چارچوب مرجع انتخابی با سرعت، سرعت نور باید از قبل برابر با - باشد. این بدان معناست که اگر قانون معمول جمع سرعت ها معتبر باشد، در این صورت هنگام حرکت از یک سیستم مرجع اینرسی به سیستم مرجع اینرسی، قوانین الکترودینامیک باید تغییر کند تا در این سیستم مرجع جدید، سرعت نور دیگر برابر نباشد، بلکه - .

بنابراین، تضادهای خاصی بین الکترودینامیک و مکانیک نیوتنی کشف شد که قوانین آن با اصل نسبیت سازگار است. آنها سعی کردند بر مشکلاتی که به وجود آمده بود به سه روش مختلف غلبه کنند.

راه اول:اصل نسبیت را همانطور که در مورد پدیده های الکترومغناطیسی اعمال می شود، باطل اعلام کنید. این دیدگاه توسط فیزیکدان بزرگ هلندی، بنیانگذار تئوری الکترونیک X. به اشتراک گذاشته شد. از زمان فارادی، پدیده های الکترومغناطیسی به عنوان فرآیندهایی در نظر گرفته می شوند که در یک محیط خاص و فراگیر رخ می دهند که تمام فضا را پر می کند - اتر جهان. چارچوب مرجع اینرسی، در حالت سکون نسبت به اتر، به گفته لورنتس، یک چارچوب مرجع ویژه و ترجیحی است. در آن، قوانین الکترودینامیک ماکسول معتبر و ساده ترین شکل هستند. فقط در این چارچوب مرجع سرعت نور در خلاء در همه جهات یکسان است.

راه دوم:معادلات ماکسول را نادرست در نظر بگیرید و سعی کنید آنها را به گونه ای تغییر دهید که هنگام حرکت از یک سیستم مرجع اینرسی به سیستم مرجع اینرسی دیگر (مطابق با مفاهیم معمول و کلاسیک مکان و زمان) تغییر نکنند. چنین تلاشی، به ویژه، توسط G. Hertz انجام شد. به گفته هرتز، اتر به طور کامل توسط اجسام متحرک به دام می افتد و بنابراین پدیده های الکترومغناطیسی بدون توجه به اینکه بدن در حال استراحت یا حرکت است، به همین ترتیب پیش می رود. اصل نسبیت همچنان معتبر است.

در نهایت راه سوم:برای حفظ اصل نسبیت و قوانین ماکسول، مفاهیم کلاسیک مکان و زمان را کنار بگذارند. این انقلابی ترین راه است، زیرا به معنای تجدید نظر در عمیق ترین و اساسی ترین مفاهیم در فیزیک است. از این منظر، این معادلات میدان الکترومغناطیسی نیستند که نادرست هستند، بلکه قوانین مکانیک نیوتن هستند که با ایده های قدیمی در مورد مکان و زمان سازگار است. این قوانین مکانیک است که باید تغییر کند، نه قوانین الکترودینامیک ماکسول.

روش سوم تنها روش صحیح بود. A. Einstein با توسعه مداوم آن، به ایده های جدیدی در مورد مکان و زمان رسید. دو راه اول، همانطور که معلوم است، با آزمایش رد می شود.

دیدگاه لورنتز، که بر اساس آن باید یک چارچوب مرجع انتخابی مرتبط با اتر جهان، که در سکون مطلق است، وجود داشته باشد، با آزمایش‌های مستقیم رد شد.

اگر سرعت نور فقط در چارچوب مرجع مرتبط با اتر برابر با 300000 متر بر ثانیه بود، با اندازه‌گیری سرعت نور در یک قاب مرجع اینرسی دلخواه، می‌توان حرکت این سیستم مرجع را نسبت به اتر و تعیین سرعت این حرکت.

انیشتین آلبرت (1879-1955)- فیزیکدان بزرگ قرن بیستم. او نظریه جدیدی از فضا و زمان ایجاد کرد - نظریه نسبیت خاص. او با تعمیم این نظریه برای سیستم های مرجع غیر اینرسی، نظریه نسبیت عام را که نظریه مدرن گرانش است، توسعه داد. او برای اولین بار مفهوم ذرات نور - فوتون ها را معرفی کرد. کار او بر روی نظریه حرکت براونی منجر به پیروزی نهایی نظریه جنبشی مولکولی ساختار ماده شد.

همانطور که باد در یک چارچوب مرجع که نسبت به هوا حرکت می کند بوجود می آید، هنگام حرکت نسبت به اتر (البته اگر اتر وجود داشته باشد)، یک "باد اتری" باید تشخیص داده شود. آزمایشی برای تشخیص "باد اثیری" در سال 1881 توسط دانشمندان آمریکایی A. Michelson و E. Morley بر اساس ایده ای که 12 سال قبل توسط ماکسول بیان شده بود انجام شد.

این آزمایش سرعت نور را در جهت حرکت زمین و در جهت عمود آن مقایسه کرد. اندازه گیری ها با استفاده از یک دستگاه خاص - تداخل سنج Michelson - بسیار دقیق انجام شد. آزمایش ها در ساعات مختلف روز و فصول مختلف انجام شد. اما نتیجه همیشه منفی بود: حرکت زمین در رابطه با اتر قابل تشخیص نبود.

بنابراین، ایده وجود یک چارچوب مرجع ترجیحی در برابر آزمایش تجربی ایستادگی نکرد. به نوبه خود، این بدان معنی بود که هیچ رسانه خاصی، "اتر درخشان"، که بتوان با آن چنین چارچوب مرجع ترجیحی مرتبط بود، وجود نداشت.

وقتی هرتز سعی کرد قوانین الکترودینامیک ماکسول را تغییر دهد، معلوم شد که معادلات جدید قادر به توضیح تعدادی از حقایق مشاهده شده نیستند. بنابراین، طبق نظریه هرتز، آب متحرک باید نور منتشر شده در آن را به طور کامل جذب کند، زیرا اتری که نور در آن منتشر می شود را به داخل می برد. تجربه نشان داده است که در واقعیت اینطور نیست.

آشتی دادن اصل نسبیت با الکترودینامیک ماکسول تنها با کنار گذاشتن مفاهیم کلاسیک فضا و زمان امکان پذیر است که بر اساس آن فاصله ها و گذر زمان به سیستم مرجع بستگی ندارد.

Myakishev G. Ya.، فیزیک. پایه یازدهم: آموزشی. برای آموزش عمومی موسسات: پایه و مشخصات. سطوح / G. Ya. Myakishev، B. V. Bukhovtsev، V. M. Charugin; ویرایش شده توسط V. I. Nikolaeva، N. A. Parfentieva. - ویرایش هفدهم، بازبینی شده. و اضافی - م.: آموزش و پرورش، 1387. - 399 ص: بیمار.

تقویم-برنامه ریزی موضوعی تکالیف دانش آموزان پایه یازدهم در فیزیک دانلود آنلاین فیزیک و نجوم

محتوای درس یادداشت های درسیفن آوری های تعاملی روش های شتاب ارائه درس فریم پشتیبانی می کند تمرین وظایف و تمرینات کارگاه های خودآزمایی، آموزش ها، موارد، سوالات بحث تکلیف منزل سوالات بلاغیاز دانش آموزان تصاویر صوتی، کلیپ های ویدئویی و چند رسانه ایعکس، عکس، گرافیک، جداول، نمودار، طنز، حکایت، جوک، کمیک، تمثیل، گفته ها، جدول کلمات متقاطع، نقل قول افزونه ها چکیده هاترفندهای مقاله برای گهواره های کنجکاو کتاب های درسی پایه و فرهنگ لغت اضافی اصطلاحات دیگر بهبود کتب درسی و دروستصحیح اشتباهات کتاب درسیبه روز رسانی یک قطعه در کتاب درسی، عناصر نوآوری در درس، جایگزینی دانش منسوخ شده با دانش جدید فقط برای معلمان درس های کامل طرح تقویمبرای یک سال دستورالعمل هابرنامه های بحث و گفتگو دروس تلفیقی

اصل نسبیت و قوانین نیوتن

اصل نسبیت گالیله به طور ارگانیک وارد مکانیک کلاسیک شد که توسط نیوتن ایجاد شد. این بر اساس سه "بدیهیات" است - سه قانون معروف نیوتن. قبلاً اولین آنها، که می گوید: "هر بدنی همچنان در حالت استراحت یا یکنواخت خود حفظ می شود و حرکت مستقیم، تا زمانی که توسط نیروهای اعمال شده مجبور به تغییر این حالت نشود، از نسبیت حرکت صحبت می کند و در عین حال به وجود سیستم های مرجع (که آنها را اینرسی می نامیدند) اشاره می کند که در آن اجسامی که خارجی را تجربه نمی کنند. تأثیرات «با اینرسی» بدون شتاب و بدون کاهش سرعت حرکت می کنند. دقیقاً چنین سیستم‌های اینرسی هستند که در فرمول‌بندی دو قانون دیگر نیوتن منظور شده‌اند. هنگام حرکت از یک سیستم اینرسی به سیستم دیگر، بسیاری از کمیت های مشخص کننده حرکت اجسام تغییر می کنند، به عنوان مثال، سرعت آنها یا شکل مسیر حرکت، اما قوانین حرکت، یعنی روابطی که این کمیت ها را به هم متصل می کنند، ثابت می مانند.

تحولات گالیله

برای توصیف حرکات مکانیکی، یعنی تغییر در موقعیت اجسام در فضا، نیوتن به وضوح ایده هایی در مورد فضا و زمان تدوین کرد. فضا به عنوان نوعی «زمینه» در نظر گرفته می شد که حرکت در برابر آن آشکار می شود نقاط مادی. موقعیت آنها را می توان تعیین کرد، به عنوان مثال، با استفاده از مختصات کارتزین x، y، z، بسته به زمان t. هنگام حرکت از یک سیستم مرجع اینرسی K به K دیگر، با حرکت نسبت به اولی در امتداد محور x با سرعت v، مختصات تبدیل می شوند: x" = x - vt، y" = y، z" = z، و زمان بدون تغییر باقی می ماند: t" = t. بنابراین، فرض می شود که زمان مطلق است. این فرمول ها تبدیل های گالیله ای نامیده می شوند.

به گفته نیوتن، فضا به عنوان نوعی شبکه مختصات عمل می کند که تحت تأثیر ماده و حرکت آن قرار نمی گیرد. زمان در چنین تصویر "هندسی" از جهان، همانطور که می گوییم، با ساعت مطلقی شمارش می شود که هیچ چیز نمی تواند سرعت آن را افزایش یا کاهش دهد.

اصل نسبیت در الکترودینامیک

برای بیش از سیصد سال، اصل نسبیت گالیله فقط به مکانیک نسبت داده شد، اگرچه در ربع اول قرن نوزدهم، عمدتاً به لطف کارهای M. Faraday، نظریه میدان الکترومغناطیسی مطرح شد که سپس دریافت شد. پیشرفتهای بعدیو فرمول بندی ریاضی در آثار J.K. ماکسول. اما انتقال اصل نسبیت به الکترودینامیک غیرممکن به نظر می رسید، زیرا اعتقاد بر این بود که تمام فضا با یک محیط خاص - اتر پر شده است، کشش که در آن به عنوان شدت میدان های الکتریکی و مغناطیسی تعبیر می شود. در همان زمان، اتر بر حرکات مکانیکی اجسام تأثیری نداشت، بنابراین در مکانیک "احساس نمی شد"، اما در فرآیندهای الکترومغناطیسیحرکت نسبت به اتر ("باد اثیری") باید تاثیر داشته باشد. در نتیجه، یک آزمایشگر در یک کابین بسته، با مشاهده چنین فرآیندهایی، ظاهراً می‌توانست تشخیص دهد که آیا کابین او در حال حرکت است (مطلق!)، یا در حالت استراحت. به طور خاص، دانشمندان معتقد بودند که "باد اتری" باید بر انتشار نور تأثیر بگذارد. با این حال، تلاش برای کشف "باد اثیری" ناموفق بود، و مفهوم اتر مکانیکی رد شد، به همین دلیل اصل نسبیت، همانطور که بود، دوباره متولد شد، اما به عنوان یک اصل جهانی، نه تنها در مکانیک معتبر است. ، بلکه در الکترودینامیک و سایر زمینه های فیزیک.

تحولات لورنتس

شبیه به فرمول بندی ریاضیقوانین مکانیک معادلات نیوتن هستند، معادلات ماکسول نمایش کمی از قوانین الکترودینامیک هستند. شکل این معادلات نیز هنگام انتقال از یک سیستم مرجع اینرسی به سیستم مرجع اینرسی باید بدون تغییر باقی بماند. برای ارضای این شرط، لازم است تبدیل‌های گالیله‌ای را با موارد دیگر جایگزین کنیم: x"= g(x-vt)؛ y"= y. z"=z؛ t"=g(t-vx/c 2)، که در آن g = (1-v 2 / c 2)-1/2، و c سرعت نور در خلاء است. آخرین تحولات، که توسط H. Lorentz در سال 1895 ایجاد شد و نام او را یدک می‌کشد، اساس نظریه نسبیت خاص (یا خاص) است. در vc تبدیل به تبدیل‌های گالیله‌ای می‌شوند، اما اگر v نزدیک به c باشد، تفاوت‌های قابل‌توجهی با تصویر فضا-زمان، که معمولاً غیرنسبیتی نامیده می‌شود، ظاهر می‌شود. اول از همه، ناسازگاری ایده‌های شهودی معمول در مورد زمان آشکار می‌شود؛ معلوم می‌شود که رویدادهایی که به طور همزمان در یک چارچوب مرجع رخ می‌دهند، در دیگری همزمان نیستند. قانون تبدیل سرعت نیز تغییر می کند.

تبدیل مقادیر فیزیکی در نظریه نسبیتی

در تئوری نسبیتی، فواصل مکانی و فواصل زمانی هنگام حرکت از یک سیستم مرجع به سیستم مرجع دیگر بدون تغییر باقی نمی‌مانند و نسبت به سیستم اول با سرعت v حرکت می‌کنند. طول ها (در جهت حرکت) 1/g بار کاهش می یابد و فواصل زمانی به همان تعداد بار "کشش" می شوند. نسبیت همزمانی اصلی ترین ویژگی اساساً جدید نظریه نسبیت جزئی مدرن است.