теория относительности в каком классе изучается

Данный раздел изучается в 11 классе

Для школы изучение теории относительности является новым. Причины столь позднего введения этой темы в старшей школе таковы, что ее выводы противоречат здравому смыслу. Выводы отныне не стали менее парадоксальными, однако уже со временем стали более привычными. И введение их в школьную программу не кажется столь необычным и невозможным. В последнее десятилетие выводы теории относительности стали широко использоваться в практике для расчета лектромагнитного выхода ядерных реакций. Кроме того изучение теории относительности необходимы в целях формирования научного мировоззрения у школьников. Важно ознакомить учащихся с современным учением о пространстве и времени, убедить, что Ньютоновские представления об абсолютном пространстве и абсолютном времени ограничено и метафизично.

Программа общеобразовательной средней школы предлагает ознакомить учащихся с принципом относительности Эйнштейна, дать представление о скорости света в вакууме как предельной скорости передачи сигнала, изучить релятивистские законы сложения скоростей, зависимость импульса от скорости, взаимосвязь массы и энергии.

Последовательность изучения: законы электродинамики и принцип относительности, постулаты теории относительности, относительность одновременности, основные следствия вытекающие из постулатов теории относительности, зависимость массы от скорости, релятивистская динамика, связь между массой и энергией. Изучение элементов теории относительности рекомендуют начинать с повторения материала об относительности, который знаком учащимся. На повторение отводят 1-2 урока. Вначале учащиеся говорят, что важным был вопрос о том, распространяются ли принципы относительности на явления электродинамики или нет, одни опыты подтверждали принципы Галилея, а другие опровергали. Эту трудность преодолел Эйнштейн, создав СТО. Он сказал, что сложившиеся противоречия можно снять, но для этого необходимо пересмотреть классические представления о существовании абсолютного пространства и времени.

Основные законы и правила:

1.СТО Эйнштейна основывается на двух постулатах.

Принцип относительности – главный постулат этой теории. Он гласит: все процессы природы протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчета.

2.Согласно второму постулату скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала.

3.Теория относительности представляет собой новое учение о пространстве и времени, пришедшее на смену старым классическим представлениям. Согласно теории относительности одновременность событий, расстояние и промежутки времени являются не абсолютными, а относительными. Они зависят от системы отсчета.

относителность расстояний, относительность промежутков времени

4.Релятивистский закон сложения скоростей:

Из теории относительности вытекает, что скорость света в вакууме является максимально возможной скоростью передачи взаимодействий в природе.

5.При увеличение скорости тела его масса m не остается постоянной; она тоже увеличивается в соответствии с формулой:

Релятивистский импульс выражается:

С учетом этого выражения для импульса можно основной закон релятивистской динамики записать в той же форме, что и второй закон Ньютона:

6.Важнейшим для ядерной физики и физики элементарных частиц следствием теории относительности является вывод о связи между массой и энергией. Энергия E тела или системы тел равна массе, умноженной на квадрат скорости света:

Выражение E₀=m₀c 2 представляет собой энергию покоя.

7.При скоростях движения, много меньших скорости света, справедливы классические представления о пространстве и времени и законы механики Ньютона. Это проявление общего принципа соответствия физических теорий.

Основные демонстрационные эксперименты (нет):

В качестве опытного обоснования принципа относительности Эйнштейна следует рассмотреть опыт Майкельсона – отрицательный результат этого опыта доказывает неправильность его исходной посылки о существовании абсолютной системы отсчета – эфира, в котором якобы развертываются все электромагнитные явления. Все инерциальные системы отсчета равноправны, законы природы в них одинаковы.

(прод18) В этой формуле х₀ – координата точки в начальный момент времени t₀, а V_х – проекция скорости на ось Ох.

6. Чтобы описать неравномерное движение точки, надо уметь рассчитывать ее скорость в любой момент времени. Для этого вводят величину, характеризующую быстроту изменения скорости, которую называют ускорением.

7. Если ускорение постоянно, то есть модуль и направление его не меняется со временем, то оно определяется по формуле где — изменение скорости за промежуток времени . 8.При движение с постоянным ускорением скорость точки и её радиус-вектор в любой момент времени вычисляются по формулам ,

9. Движение с постоянным ускорением может быть как прямолинейным, так и криволинейным. Когда начальная скорость точки равна нулю или же направлена вдоль той же прямой, что и ускорение, то точка движется прямолинейно вдоль этой прямой.10.Если же начальная скорость и ускорение не направлены вдоль одной прямой, точка движется криволинейно. Причем криволинейное движение с постоянным ускорением всегда происходит в той плоскости, в которой находятся векторы ускорения и начальной скорости точки. 11. В случае криволинейного движения с постоянным ускорением в плоскости хОу проекции V_х и V_у её скорости в любой момент времени t определяются по формулам

, ,

где х₀ – координата точки в начальный момент времени, V_0х – проекция начальной скорости на ось Ох, а_х – проекция ускорения

12. Равномерное движение точки по окружности является движением с переменным ускорением, так как ускорение непрерывно изменяется по направлению.

13. Из всех движений твердого тела самыми простыми являются поступательное и вращательное.

При поступательном движение все точки тела движутся одинаково, то есть имеют равные скорости, ускорения, совершают одинаковые перемещения, описывают одинаковые траектории и проходят равные пути. Поэтому лишь при этом движение имеют точный смысл понятия «скорость тела» и «ускорение тела». Для описания поступательного движения тела достаточно проследить за движением одной из его точек.

При вращательном движение все точки тела описывают окружности, центры которых находятся на одной и той же неподвижной прямой, называемой осью вращения. Угловая скорость ω при равномерном вращение тела вычисляется по формуле: ,где — угол поворота тела за время t..

Выражение для угловой скорости через период и частоту ращения запишутся в виде: Воспользовавшись связью между линейной и угловой скоростями, можно выразить модуль ускорения точки, движущейся равномерно по кружности, через угловую скорость тела и радиус окружности:

(прод17)Существование электромагнитных волн предсказал в 1832 году Фарадей, а в 1865 г. Максвелл теоретически показал, что электромагнитное поле должно распространятся в вакууме со скоростью света. Изучение электромагнитных волн проводят на качественном уровне, сообщая школьникам основные выводы из теории и экспериментальные факты, применяя модельные представления, графики и другие средства, обеспечивающие наглядность при изучении этого сложного материала. Важно подчеркнуть, что теоретическое представление Максвелла о существовании электромагнитных волн было экспериментально подтверждено Герцем в 1888г., это сыграло важную роль в утверждении теории Максвелла. В электромагнитной волне вектор E и B перпендикулярны друг другу, и лежат в плоскости перпендикулярной к направлению распространения волны. Это дает возможность утверждать, что электромагнитные волны поперечны. Векторы E и B колеблются в одинаковой фазе, т.е. одновременно превращаются в ноль и одновременно достигают максимума. Это дает возможность изобразить графики изменения E и B в направлении распространения волны, показать направление скорости. Совпадения скорости электромагнитной волны со скоростью света дало Максвеллу возможность предположить, что свет имеет электромагнитную природу. Это подтвердилось и благодаря этому в истории науки произошло объединение оптики и электромагнетизма в одно учение.

При начальном объяснении образования и распространения волн надо исходить из того, что изучено. Можно предположить процесс распространения электромагнитного поля, т.е. образование электромагнитных волн в свободном пространстве.

Из теории Максвелла следует, что электромагнитные волны переносят энергию. Энергия, переносимая волной количественно характеризуется вектором плотности потока энергии (вектора Умова-Пойтинга). В школе ограничиваются констатацией факта переноса волной энергии в направлении распространения волны, а также выводом, что электромагнитная волна должна обладать импульсом и благодаря этому оказывать давление на тела.

При раскрытии процесса излучения электромагнитных волн идут одним из следующих путей: 1. Рассмотрения электромагнитных колебаний, которые возникают в колебательном контуре. 2. Рассмотрения недостатков закрытого колебательного контура, как излучателя и постепенного изменения электроемкости конденсатора и индуктивности катушки, переходят к открытому колебательному контуру – вибратору. Для получения электромагнитных волн Герц использовал устройство, которое назвал вибратором Герца. Для возбуждения колебаний в нем поступают так: провод разделяют посредине так, чтобы остался небольшой промежуток, называемый искровым. Обе части провода заряжаются до высокой разницы потенциалов. Когда разность потенциалов превышает некоторое предельное значение, проскакивает искра и в открытом колебательном контуре возникает потенциал. Поля в открытом колебательном контуре затухают по двум причинам: 1) вследствие наличия у контура активного сопротивления; 2) вибратор излучает электромагнитные волны и теряет энергию. Когда колебания прекращаются, оба проводника вновь заряжают от источника до наступления пробоя искрового промежутка и все повторяется.

Плотностью потока электромагнитного излучения I называют отношение электромагнитной энергии , прошедшей за

Источник

Специальная теория относительности

Разделы: Физика

– познакомить учащихся с классическими понятиями пространства и времени и экспериментальными основами СТО;
– раскрыть физический и философский смысл постулатов Эйнштейна, а также сущность и свойства релятивистского понятия пространства и времени;
– формировать умение применять полученные знания на практике.

– познакомить учащихся с современными представлениями понятия пространства и времени, способствовать выработке у них диалектико-материалистического мировоззрения;
– пробудить чувство ответственности за будущее человеческой цивилизации; заставить задуматься о своем месте в жизни и вкладе во имя спасения земной цивилизации.

– развивать мышление, мировоззрение;
– развивать способность чётко формулировать свои мысли;
– развивать память, умение использовать знания в деятельности.

Основные знания и умения:

Знать принцип относительности Галилея, формулу сложения скоростей, границы применимости классической механики, основные опыты и явления, которые противоречат законам классической механики; постулаты Эйнштейна.

Последовательность изложения нового материала

Классическое представление понятий пространства и времени.

Инерциальная система отсчёта. Принцип относительности Галилея.

Экспериментальные основы СТО.

Постулаты Эйнштейна: обобщить представление учащихся о теории относительности;

Ход урока

1.Организационный момент.

Мы начинаем с вами изучать новый раздел физики “Элементы теории относительности”. То о чём мы будем с вами говорить интересно, захватывающе и сложно для восприятия. Ведь эволюция человека происходила на Земле, а условия нашей планеты обусловили узкий диапазон восприятия информации нашими органами чувств.

– раскрыть физическую суть принципа относительности в классической механике и в специальной теории относительности;

– раскрыть физический и философский смысл постулатов Эйнштейна;

– рассмотреть возможность СТО для познания законов Вселенной;

– задуматься о нравственной ответственности человечества за применение научных открытий.

Мотивация познавательной деятельности учащихся:

Английский писатель Бернард Шоу считал, что в истории существовало всего восемь великих естествоиспытателей: Пифагор, Птолемей, Аристотель, Коперник, Галилей, Кеплер, Ньютон и Эйнштейн. Причём только трое – Птолемей, Ньютон и Эйнштейн – создали Вселенную. Остальные её ремонтировали.

Жизненный путь Альберта Эйнштейна был полон парадоксов. Гениальный физик, в школе испытывал серьёзные сложности. Ученый с мировым именем, гордость немецкой науки, был вынужден покинуть свою страну из-за преследования нацистов. Борец за мир косвенно способствовал изобретению атомной бомы. Автор нескольких эпохальных открытий и лауреат Нобелевской премии за работы в области оптики для большинства людей был и остаётся создателем знаменитой теории относительности.

А.Эйнштейн был убеждённым пацифистом. Ещё в годы первой мировой войны, он говорил о безумии, охватившем Европу. А в годы второй мировой он призывал молодое поколение американцев отказаться от военной службы … “Если 2% молодых людей откажутся от службы в армии, то правительство не сможет им противостоять. В тюрьмах не будет места…”

2.Объяснение новой темы.

Теория относительности возникла не случайно, а явилась закономерным итогом предшествующего развития физической науки. На этом примере мы должны осознать смысл развития физической науки: новая теория не отменяет старой, а включает её в себя как частный, предельный случай.

При описании физических явлений мы пользуемся всегда какой-то системой отсчета.

– Что можно сказать о нашем движении (мы движемся или покоимся?)

Г.Галилей ввел в классическую механику принцип относительности, смысл которого следующий: законы механики имеют один и тот же вид во всех инерциональных системах отсчета. ИСО – система, в которой выполняется закон инерции (I закон Ньютона) – скорость тела не меняется, если на него не действуют другие тела или действие этих тел скомпенсировано, другими словами, что бы изменилась скорость тела необходимо действие сил. Система отсчета, движущаяся прямолинейно и равномерно так же считается инерциональной.

Системы, которые вращаются или ускоряются неинерциальные.

Движение тел мы чаще всего рассматриваем относительно Земли, т.е. условно принимаем земной шар не подвижным, т.к. при наблюдении механических движений на Земле мы не обнаруживаем ничего, свидетельствующего о движении самой Земли по орбите со скоростью

30 км/с. Надо отметить, что систему отсчёта, связанную с Землей, можно считать инерциональной с некоторыми приближениями (земля вращается).

В классической механике считалось само собой разумеющимся, что время течёт одинаково во всех ИСО, что пространственные масштабы и масса тел во всех ИСО также остаются одинаковыми. И.Ньютон ввёл в физику постулаты об абсолютном времени и абсолютном пространстве, он писал: “Абсолютное время, истинное или математическое течёт одинаково…. Абсолютное пространство в силу своей природы….. всегда остаётся одинаковым и неподвижным”

До середины XIX в. считали, что все физические явления можно объяснить на основе механики Ньютона.

В середине XIX в. была создана теория электромагнитных явлений

(теория Максвелла). Оказалась, что уравнения Максвелла изменяют свой вид при галилеевских преобразованиях перехода от одной ИСО к другой. Возник вопрос, о том, как влияет равномерное прямолинейное движение на все физические явления. Перед учеными встала проблема согласования теорий электромагнетизма и механики. Кроме того, в 1881 году американские ученые А. Майкельсон и Э.Морли установили, что движение Земли никак не сказывается на скорости распространения света. И закон сложения скоростей, принятый в классической механике, в данном случае не выполняется. Далее появились сомнения в том, что масса тела всегда постоянна. При измерении отношения e/m для электронов в катодных лучах оказалось, что при больших скоростях движения электронов e/m уменьшается с увеличением скорости. С точки зрения механики это было не понятно, т.к. заряд электрона и масса должны оставаться неизменными.

Чтобы объяснить все эти противоречия, нужна была новая теория. Эту теорию и создал в начале века А.Эйнштейн с помощью введения новых постулатов, согласующихся со всеми опытами.

Из рассмотренного нельзя делать вывод, что механика Ньютона неверна. Противоречат ей только опыты, связанные с определением скорости света или с движением частиц со скоростью, близкой к скорости света с. Во всех остальных случаях, когда мы имеем дело со скоростями движения, которые намного меньше скорости света, классическая механика согласуется с опытом. Это означает, что при создании новой механики должен соблюдаться принцип соответствия, т.е. новая механика должна включать в себя старую классическую механику Ньютона как частный, предельный случай, т.е. законы новой механики должны переходить в законы Ньютона при скоростях движения V, малых по ставнею со скоростью света c. Эту новую механику стали называть релятивистской механикой. Таким образом, релятивистская механика не отменяет классическую механику, а лишь устанавливает границы её применимости.
В 1905 году А.Эйнштейн предложил специальную (частную) теорию относительности СТО, на основе которой можно совместить механику и электродинамику. В 1905 г. вышла его работа “ К электродинамике движущихся тел ”. В ней Эйнштейн сформулировал два принципа (постулата) теории относительности.

I постулат: Принцип относительности: все законы природы имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета. Этот постулат явился обобщением принципа относительности Ньютона не только на законы механики, но и на законы остальной физики.

II постулат: Принцип постоянства скорости света: свет распространяется в вакууме с определенной скоростью с, не зависящей от скорости источника и от скорости приемника светового сигнала.

Чтобы сформулировать эти постулаты, нужна была большая научная смелость, т.к. они, очевидно, противоречили классическим представлениям о пространстве и времени.
Итак, современная физика подразделяется на:

классическую механику, которая изучает движение макроскопических тел с малыми скоростями (v 5.05.2011

Источник

Специальная теория относительности. Постулаты СТО

Урок 36. Физика 11 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Специальная теория относительности. Постулаты СТО»

За два столетия, которые отделяли физику эпохи Галилея и Ньютона от физики эпохи Максвелла и Герца, в ней накопилось огромное количество новых научных фактов. Особенно бурно в это время развивались электромагнетизм и оптика. В то же время представление о мироздании базировалось на механической картине мира, трактовавшей все явления с позиций классической механики XVII века и носившей, казалось бы, универсальный характер.

Так, согласно классическим представлениям, считавшимся на протяжении веков незыблемыми, пространство и время — абсолютные величины. То есть их свойства постоянны и не зависят от движения материальных тел и не связаны друг с другом.

Основным принципом классической механики является принцип относительности Галилея, согласно которому все инерциальные системы отсчёта равноправны по отношению к механическим явлениям. Благодаря этому равноправию формулировки законов механики во всех инерциальных системах отсчёта одинаковы.

Однако, после того как во второй половине XIX века Джеймс Максвелл сформулировал основные законы электродинамики, возник вопрос: распространяется ли принцип относительности Галилея, справедливый для механических явлений, и на явления электромагнитные?

Как известно, в классической механике такие понятия, как координата, скорость, траектория тела, являются относительными — они изменяются при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой. В то же время, некоторые понятия и величины в классической физике считались абсолютными. Например, как само собой разумеющееся принималось положение об абсолютности времени (ход времени везде одинаков). Очевидным следствием этих представлений является классический закон сложения скоростей, из которого следовало, что не существует максимально возможной (предельной) скорости. И такие представления согласовывались как с повседневным опытом, так и с экспериментами в механике, акустике, гидродинамике и так далее.

Но электромагнитные процессы происходят со скоростями, сравнимыми со скоростью света, то есть гораздо большими, чем скорости движения тел, с которыми имеет дело механика. В связи с этим возник вопрос: меняются ли основные законы электродинамики при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой, или же, подобно законам Ньютона, они остаются неизменными. Только в последнем случае можно рассматривать принцип относительности, как общий закон природы.

Рассматривая проблему распространения электромагнитных волн (и, в частности, света), полезно обратиться к хорошо изученным закономерностям поведения звуковых волн. Как показали опыты Роберта Бойля, звуковые волны могут распространяться только в упругой среде. Именно упругие свойства среды делают возможной передачу колебаний от одной точки среды к другой.

Проводя аналогию между звуковыми и электромагнитными волнами, учёные пришли к выводу о том, что для распространения света также необходима упругая среда, которую назвали мировым эфиром.

Таким образом, по мере развития электродинамики основным стал вопрос о влиянии эфира на движение света. Если считать, что Земля при своём обращении вокруг Солнца движется сквозь неподвижный эфир, то в лаборатории, находящейся на Земле, следует ожидать появления так называемого «эфирного ветра» (подобно тому, как возникает встречный поток воздуха при езде на мотоцикле в безветренную погоду).

Ответы на возникшие вопросы мог дать только эксперимент, который и был проведён в 1887 году американцами Альбертом Майкельсоном и Эдвардом Морли. Они решили раз и навсегда доказать скептикам, что «светоносный эфир реально существует, наполняет Вселенную и служит средой, в которой распространяются свет и прочие электромагнитные волны».

Разберём принципиальную схему их экспериментальной установки, названной позднее интерферометром Майкельсона. Он состоял из оптического устройства, расположенного на массивной каменной платформе, плавающей в бассейне со ртутью.

Такая конструкция практически исключала влияние механических колебаний платформы на оптические процессы. Свет от источника с помощью полупрозрачной пластины расщепляется и два когерентных луча, которые расходятся под прямым углом друг к другу. Лучи отражались от зеркал, а затем сводились вместе с помощью той же полупрозрачной пластинки и попадали на детектор. В результате сложения этих лучей получалась интерференционная картина. Ожидалось, что она будет существенно зависеть от ориентации интерферометра по отношению к его скорости относительно «неподвижного» эфира.

Действительно, двигаясь по орбите вокруг Солнца, Земля совершает движение относительно гипотетического эфира полгода в одном направлении, а следующие полгода в другом. Следовательно, полгода «эфирный ветер» должен обдувать Землю и, как следствие, смещать показания интерферометра в одну сторону, полгода — в другую, то есть появится дополнительная «разность хода» интерферирующих световых волн.

При повороте платформы на 90° лучи «менялись местами» и соответственно должна была измениться разность хода. Как показывали расчёты, это привело бы к смещению интерференционной картины на 0,4 ширины интерференционной полосы. Однако ожидаемое смещение обнаружено не было, хотя интерферометр Майкельсона позволял наблюдать сдвиг картины даже на одну сотую полосы. Это было настолько же невероятно, как если при езде на мотоцикле вы не почувствовали бы встречного воздушного потока.

Данный факт был одной из величайших загадок физики конца XIX — начала XX века. Обнаружилось явное противоречие между экспериментом и классическими представлениями. Так, при переходе от одной ИСО к другой, согласно классическому закону сложения скоростей, к скорости света должна векторно прибавляться скорость движения этих ИСО друг относительно друга. Однако эксперимент упрямо утверждал, что скорость света в вакууме постоянна и во всех ИСО одинакова. Это был вызов механической картине мира, которая складывалась веками.

Возникшее противоречие между электродинамикой и классической механикой можно устранить, если принять одну из трёх гипотез:

· считать, что принцип относительности неприменим к электромагнитным явлениям (эту точку зрения разделял великий голландец Хендрик Лоренц);

· считать, что неверны уравнения Максвелла и их нужно соответствующим образом изменить, чтобы они удовлетворяли преобразованиям Галилея (такую попытку предпринимал Генрих Герц);

· и, наконец, считать, что неверны преобразования Галилея и их следует заменить другими.

Третья гипотеза была самой революционной, так как она предполагала пересмотр всех основных законов классической механики Ньютона. Решающий шаг был сделан в 1905 году, когда в научном журнале «Анналы физики» были опубликованы три выдающиеся статьи 25-летнего учёного Альберта Эйнштейна. В одной из статей — «К электродинамике движущихся тел» — Эйнштейн показал, что преобразования Галилея верны лишь в том случае, когда скорости движения тел и систем отсчёта много меньше скорости света в вакууме. Если же эти скорости близки к скорости света, то законы классической механики должны быть заменены более общими законами, учитывающими особенности такого движения.

Пересмотр классических представлений позволил Эйнштейну создать новое учение о пространстве, времени и движении — специальную теорию относительности (сокращённо СТО). В основу данной теории учёный положил два постулата, являющихся обобщением экспериментальных фактов.

Первый постулат (постулат относительности):

во всех инерциальных системах отсчёта все физические явления при одинаковых начальных условиях происходят одинаковым образом.

Данный постулат представляет собой обобщение механического принципа относительности на все физические явления. Он говорит о том, что никакими экспериментами, проведёнными внутри ИСО, невозможно установить, покоится она или движется.

Для примера, представим, что мы находимся в вагоне поезда, который движется равномерно и прямолинейно без толчков и покачиваний. Как с помощью экспериментов (механических, электромагнитных и любых других), проводимых внутри него узнать, движется вагон или нет? Весь накопленный в физике опыт показывает, что это сделать невозможно в полном соответствии с первым постулатом.

Второй постулат называют принципом постоянства (или принципом инвариантности) скорости света. Он может быть сформулирован так: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источников и приёмников света и во всех инерциальных системах отсчёта одинакова.

Как мы уже упоминали ранее, этот постулат полностью соответствует результатам множества экспериментов, но противоречит классическому закону сложения скоростей.

Эйнштейн разрешил это противоречие, проведя глубокий анализ представлений о времени и пространстве. В основе этого анализа лежит понятие событие. Под событием понимают некоторое явление, происходящее в определенной точке пространства в определенный момент времени.

Примером события может служить вспышка света, выстрел орудия, соударение двух частиц и так далее. События, произошедшие в один и тот же момент времени, называются одновременными. В классической физике принималось положение об абсолютности одновременности: если два события произошли одновременно в некоторой ИСО, то они одновременны и в любой другой ИСО.

Но Эйнштейн обратил внимание на то, что это вовсе не очевидно. Для решения вопроса об одновременности (или неодновременности) двух событий, происходящих в разных местах некоторой инерциальной системы отсчёта, необходимо в каждом месте иметь часы, покоящиеся относительно этой ИСО, синхронизованные между собой следующим способом.

Итак, пусть в некоторой точке А инерциальной системы отсчёта находятся часы 1, а в точке В — часы 2. Световой сигнал посылают из точки А в точку В. Там он мгновенно отражается и возвращается обратно в точку А. Поскольку скорость света постоянна, то часы следует считать идущими синхронно, если разность показания часов два в момент прихода сигнала в точку В и показания часов один в момент старта сигнала из точки А равна разности показания часов один в момент возвращения сигнала в точку А и показания часов два в момент прихода сигнала в точку В:

Таким образом можно провести синхронизацию для любой пары часов, покоящихся в некоторой ИСО. Ход такой совокупности синхронизированных часов и есть ход времени в данной инерциальной системе отсчёта.

Теперь можно приступить к проверке абсолютности (или относительности) одновременности. Представим себе вагон, в центре которого находится источник света, и двоих наблюдателей. Пусть один наблюдатель стоит на платформе, а второй находится в вагоне. На правой и левой стенке вагона (по отношению к нам) укрепим фотоэлементы, позволяющие определять момент прихода светового сигнала. Понятно, что если световая вспышка произойдёт в середине неподвижного вагона, то световой сигнал будет зарегистрирован фотоэлементами одновременно как по часам, находящимся в вагоне, так и по часам системы отсчёта, связанной с платформой.

Что произойдёт, если вагон начнёт двигаться вправо равномерно и прямолинейно? С точки зрения наблюдателя, находящегося внутри вагона, ничего не измениться, так как для него вагон по-прежнему покоится. Поэтому световые сигналы от вспышки вновь достигнут фотоэлементов одновременно.

Однако абсолютно иную картину видит наблюдатель на платформе. Относительно него вагон движется. В результате этого правая стенка вагона удаляется от того места, где произошла вспышка, а левая — приближается к нему. Значит, относительно платформы свету придётся пройти от места вспышки до левого фотоэлемента меньший путь, чем до правого. При этом согласно второму постулату скорость света относительно платформы равна с и для сигнала, движущегося вправо, и для сигнала, движущегося влево. В итоге свет сначала достигнет левого фотоэлемента и только потом — правого. Для наблюдателя на платформе эти события неодновременны.

Кто же прав? Оба, так как события, одновременные в одной ИСО, могут оказаться не одновременными в другой ИСО, движущейся относительно первой.

Поэтому мы вынуждены заключить, что одновременность пространственно разделённых событий относительна.

Представить себе это наглядно, «почувствовать» мы не в состоянии из-за того, что скорость света много больше тех скоростей, с которыми привыкли двигаться мы. Отметим, однако, что одновре́менные события, произошедшие в одном месте, одновре́менны в любой инерциальной системе отсчёта. Их одновре́менность абсолютна.

Источник