Элементы специальной теории относительности

Рисунок (там же) изображает процесс рождения пары электрон + позитрон, сфотографированный с помощью камеры Вильсона (также помещенной в магнитное поле).

В этих процессах превращения частиц соблюдаются законы сохранения энергии, импульса, заряда, спина.

Легко предсказать, что не всякие фотоны способны «породить» пару; прежде всего, необходимо, чтобы энергии фотона было достаточно для получения удвоенной энергии покоя электрона:

Поскольку МэВ, ясно, что фотоны с энергией, меньшей 1,02 МэВ, не могут породить пару. Так, например, фотоны, излучаемые полонием (hv=0,8 МэВ), не дают пары, в то время как Y-кванты с энергией 1,7 МэВ рождают электронно-позитронную пару.

Кроме процесса образования пары, экспериментально обнаружен и обратный процесс -- превращение электронно-позитронной пары в фотоны. Он протекает по схеме

Появление двух у-квантов обусловлено законом сохранения импульса. Это легко понять: если электрон и позитрон двигались с одинаковой скоростью навстречу друг другу, то в системе центра массы суммарный импульс равен 0, следовательно, и результирующий импульс фотонов должен быть равен 0, что было бы невозможно при порождении одного фотона.

В настоящее время установлен факт существования «двойников» (античастиц) почти у всех частиц (протонов, нейтронов и др.), Самой характерной чертой элементарных частиц оказалась их способность к взаимным превращениям, причем всегда соблюдаются соответствующие законы сохранения. Понять закономерности мира элементарных частиц без привлечения теории относительности невозможно.

Заключение

Специальная теория относительности (СТО) возникла больше для решения специальных задач и никоим образом не противоречит принципам ОТО. Она лишь дополнение реального состояния науки с точки зрения потребности современной физики и естествознания. Релятивизм не мертв, он лишь отражение состояния научно-технической мысли того времени.

Тем не менее, в настоящее время СТО -- бурно развивающаяся область современной физики. Это результат огромного прогресса наблюдательной астрономии, развития экспериментальной техники, впечатляющего продвижения в теории.

Специальная теория относительности (СТО) наряду с предположением о том, что

a) пространство - трёхмерно, однородно и изотропно, (что означает, что в пространстве нет выделенных мест и направлений)

б) время - одномерно и однородно, (нет выделенных моментов времени) использует следующие два основополагающие принципа:

1. Никакими физическими опытами внутри замкнутой физической системы нельзя определить, покоится ли эта система или движется равномерно и прямолинейно (относительно системы бесконечно удаленных тел). Этот принцип называют принципом относительности Галилея - Эйнштейна, а соответствующие системы отсчёта - инерциальными.

2. Существует предельная скорость (мировая константа c) распространения физических объектов и воздействий, которая одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Со скоростью c распространяется свет в вакууме.

Прямая проверка независимости скорости света от скорости источника была выполнена А.М. Бонч-Бруевичем в 1956 г. с использованием света, испускаемого экваториальными краями солнечного диска. Скорости диаметрально противоположных участков диска (за счет вращения Солнца) отличаются на 3,5·10³м/с, а скорость испущенного ими света изменялась на 65 240м/c. В пределах точности эксперимента, которая составляла [( v)/( v)] 7·10^-2, зависимость скорости света от скорости источника не наблюдалось.

Таким образом, все физические явления, включая распространение света (и, следовательно, все законы природы), в различных инерциальных системах отсчета выглядят совершенно одинаково. Такая особенность Законов Природы носит название лоренцевой инвариантности (от латинского invariantis - неизменяющийся).

Согласно СТО, если скорость частицы меньше скорости света в вакууме (с) в некоторой инерциальной системе отсчета в данный момент времени, то она не может быть сделана равной или большей (c) ни кинематически - переходом в другую систему отсчета, ни динамически - изменением скорости частицы, приложенными к ней силами. Поэтому распространение электромагнитных волн в вакууме является самым быстрым способом распространения взаимодействия в физических системах.

Это положение принято распространять на все типы частиц и взаимодействий, хотя прямая проверка осуществлена только для электромагнитного взаимодействия.

Существование предельной скорости распространения взаимодействия приводит к ограничениям на модели в релятивистской физике. Оказывается, например, недопустимой модель абсолютно твердого тела, так как под воздействием приложенной к нему силы, все точки тела мгновенно изменяют свои механические состояния.

Библиография

1. Угаров В. А., Специальная теория относительности, М., 1968.

2. Пустильников И.Г. Угаров В.А. Специальная теория относительности в средней школе. Пособие для учителей. М., «Просвещение», 1975. 144 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебник для студ. вузов. - М.: Высш. шк., 1985. - 432 с.

4. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1990. - 478с.

5. “Принцип относительности” Лоренц, Пуанкаре, Эйнштейн и Минковский; ОНТИ; 1935 г., стр. 134

6. В.Н. Дубровский, Я.А. Смородинский, Е.Л. Сурков, Релятивистский мир. (Библиотечка "Квант", выпуск 34). М.: Наука, 1984.

7. Э.Тейлор, Дж. Уилер, Физика пространства - времени. М.: Мир, 1969.

8. И.И. Гольденблат, Парадоксы времени в релятивистской механике. М.: Наука, 1972.

9. П.В. Елютин, Г.А. Чижов, Словарь-справочник по элементарной физике. Часть 3. М., 1995.

10. А.В. Горелов. Элементы теории относительности - элементарное изложение специальной теории относительности. - М. 1984.