Продолжаем знакомство со специальной теорией относительности на дилетантском уровне. Начало цикла здесь, а в предыдущем очерке мы начали разбираться с тем, что понимают в физике под системами отсчета.
Знаю: любой процесс протекает одинаково в любой инерциальной системе отсчета - постулат
Ошибка. Стакан, стоящий на вагонном столике, неподвижен в ИСО вагона, но движется в ИСО, связанной с поверхностью Земли. Никак нельзя сказать, что он «ведет себя одинаково».
Лучше выразить иначе: если производить в точности одинаковый опыт в движущемся вагоне или на станции, то получится одинаковый результат.
Формулируя принцип относительности, говорят, что для всех инерциальных систем отсчета действуют одни и те же законы (уравнения движения). А значит, одинаково будет проходить любой опыт при одинаковых начальных условиях, заданных в ИСО.
Именно в этом смысле все ИСО равноправны.
Знаю: Эйнштейн расширил область действия принципа относительности Галилея на световые явления
Не совсем так. То, что скорость звука в разных ИСО получается разной, ничуть не противоречит принципу относительности механики. Просто в законах приходится учитывать наличие среды распространения, ее скорость в данной ИСО, то есть – ветер.
То же думали и про свет. Эйнштейн принял, что в любой ИСО действуют законы электродинамики (и оптики, конечно) именно в том виде, как они изначально сформулированы. Без каких-либо поправок на «ветер».
В этом, строго говоря, состоит принцип относительности Эйнштейна. По-другому его можно выразить так: уравнения Максвелла фундаментальны.
А то, что электромагнитные явления протекают совершенно одинаково, ставить ли опыты в «неподвижной» лаборатории, или в движущейся (в вагоне, например) – факт, многократно и точно проверенный.
Тогда что мешало установить такой принцип давным-давно?
В обычной механике для перехода между ИСО приняты известные формулы преобразований Галилея. Если в физических уравнениях старые координаты выразить через новые, должны получиться те же самые уравнения. Это называется ковариантностью. Но с уравнениями для поля (уравнениями Максвелла) ничего подобного не получается! Вылезает неувязка, напрашиваются поправки, и как быть?
Лоренцу и Пуанкаре удалось подобрать формулы преобразований, вместо галилеевых, которые не изменяли вид уравнений электродинамики. Они же вошли и в СТО.
Знаю: эффекты теории относительности сказываются только при огромных скоростях
Ошибаетесь, ведь скорости, при которых работают релятивистские законы механики, были для начала ХХ века недостижимыми. Теорию вызвали к жизни проблемы электродинамики. Которые можно выявить прямо на лабораторном столе.
В самом деле: движущийся заряд создает магнитное поле. Оно фиксируется магнитной стрелкой, или рамкой с током, которая поворачивается под действием этого поля.
Но пусть, наоборот, заряд неподвижен, а движется рамка (сменили систему отсчета). Наблюдаемое явление не изменится: рамка, как и прежде, поворачивается. За счет чего? Быть может, под действием магнитного поля? Но вокруг покоящегося заряда его нет. Это подтвердится, если рамку остановить: она сразу же расхочет поворачиваться.
Электрическое поле тоже отпадает – рамка вроде бы электронейтральна.
Тут в чистом виде релятивистский эффект! Вот они, корни тех самых проблем с электродинамикой.
(Продолжение впредь)