ФЭНДОМ


Симметрия в физике
Преобразо-
вания
Инвариант-
ность
Закон
сохранения
трансляции времени Консервативность …энергии
трансляции пространства Однородность …импульса
Вращения Изотропия …момента импульса
× Группа Лоренца Относительность</br>Лоренц-инвариантность инвариантность интервала</br>(и др. скаляров пространства-времени)

При́нцип относи́тельности — фундаментальный физический принцип, согласно которому все физические процессы в инерциальных системах отсчёта протекают одинаково, независимо от того, неподвижна ли система или она находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения.

Отсюда следует, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта.

Различают принцип относительности Эйнштейна (который приведён выше) и принцип относительности Галилея, который утверждает то же самое, но не для всех законов природы, а только для законов классической механики, подразумевая применимость преобразований Галилея, оставляя открытым вопрос о применимости принципа относительности к оптике и электродинамике.

В современной литературе принцип относительности в его применении к инерциальным системам отсчета (чаще всего при отсутствии гравитации или при пренебрежении ею) обычно выступает терминологически как лоренц-ковариантность (или лоренц-инвариантность).

История Править

Отцом принципа относительности считается Галилео Галилей, который обратил внимание на то, что находясь в замкнутой физической системе, невозможно определить, покоится эта система или равномерно движется. Во времена Галилея люди имели дело в основном с чисто механическими явлениями. В своей книге «Диалоги о двух системах мира» Галилей сформулировал принцип относительности следующим образом:

Для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее как бы не существует и проявляет своё действие только на вещах, не принимающих в нём участия.
Идеи Галилея нашли развитие в механике Ньютона. Однако с развитием электродинамики оказалось, что законы электромагнетизма и законы механики (в частности, механическая формулировка принципа относительности) плохо согласуются друг с другом, так как уравнения механики в известном тогда виде не менялись после преобразований Галилея, а уравнения Максвелла при применении этих преобразований к ним самим или к их решениям — меняли свой вид и, главное, давали другие предсказания (например, измененную скорость света). Эти противоречия привели к открытию преобразований Лоренца, которые делали применимым принцип относительности к электродинамике (сохраняя инвариантной скорость света), и к постулированию их примененимости также к механике, что затем было использовано для исправления механики с их учетом, что выразилось, в частности, в созданной Эйнштейном Специальной теории относительности. После этого обобщённый принцип относительности (подразумевающий применимость и к механике, и к электродинамике, а также к возможным новым теориям, подразумевающий также преобразования Лоренца для перехода между инерциальными системами отсчета) стал называться «принципом относительности Эйнштейна», а его механическая формулировка — «принципом относительности Галилея».

Принцип относительности, включающий явно все электродинамические и оптические явления, был, по-видимому, впервые введен Анри Пуанкаре начиная с 1889 года (когда им впервые высказано предположение о принципиальной ненаблюдаемости движения относительно эфира) до работ 1895, 1900, 1902, когда принцип относительности был сформулирован детально, практически в современном виде, в том числе введено его современное название и получены многие принципиальные результаты, повторенные позже другими авторами, такие как например детальный анализ относительности одновременности, практически повторенный в работе Эйнштейна 1905. Пуанкаре также, по признанию Лоренца, был человеком, вдохновившим введение принципа относительности как точного (а не приближенного) принципа в работе Лоренца 1904, а впоследствии внёс необходимые исправления в некоторые формулы этой работы, в которых обнаружились ошибки.

В этой принципиальной статье Х. А. Лоренца (1904 г.), содержавшей вывод преобразований Лоренца[1] и другие революционные физические результаты в достаточно завершенной (за исключением упомянутых технических ошибок, не следовавших из метода, исправленных Пуанкаре) форме, он, в частности, писал: «Положение вещей было бы удовлетворительным, если бы можно было с помощью определенных основных допущений показать, что многие электромагнитные явления строго, то есть без какого-либо пренебрежения членами высших порядков, не зависят от движения системы. … На скорость налагается только то ограничение, что она должна быть меньше скорости света»[2]. Затем, в работе 1904 года Пуанкаре дополнительно углубил результаты Лоренца, донеся значение принципа относительности до довольно широких кругов физиков и математиков. Дальнейшее развитие практического использования принципа относительности для построения новой физической теории было в 1905 г. в статье А. Пуанкаре «О динамике электрона» (1905), называвшего его в этой работе «постулатом относительности Лоренца», и в практически одновременной статье А. Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел»[3].

Х. А. Лоренц писал в 1912 г., «Заслуга Эйнштейна состоит в том, что он первый высказал принцип относительности в виде всеобщего строго и точно действующего закона» [4]. Это его утверждение, возможно, означает, что в у Эйнштейна принцип был выражен «с наибольшей резкостью», и Лоренц хотел отдать ему в этом должное, тем более что Пуанкаре после 1904 года приписывал этот принцип самому Лоренцу, очевидно, ради признания важности работ последнего вообще и работы 1904 года в частности, а Лоренц не хотел принять такой чести, считая, что его собственное понимание принципа относительности (а может быть, даже и его приятие) было недостаточным, в отличие от эйнштейновского. Лоренц предпочёл позицию Эйнштейна, а не Пуанкаре, по-видимому, из-за того, что Пуанкаре не был до конца последователен, признавая эфир как абсолютную систему отсчёта.[5] Кроме того, Лоренц подчёркивает, что именно Эйнштейн перевёл принцип относительности из ранга гипотезы в ранг фундаментального закона природы.

В дальнейших работах перечисленных авторов, а также и других, среди которых следует выделить Планка и Минковского, применение принципа относительности позволило полностью переформулировать механику быстро движущихся тел и тел, обладающих большой энергией (релятивистская механика), и физика в целом получила сильнейший толчок к своему развитию, значение которого трудно переоценить. Впоследствии в целом к этому направлению в развитии физики (построенном на принципе относительности в отношении равномерно прямолинейно движущихся систем отсчета) применяется название специальная теория относительности.

Очевидно, принцип относительности и выросшая из него идея геометризации пространства-времени сыграли важную роль при распространении на неинерциальные системы отсчета (учитывая принцип эквивалентности), то есть в создании новой теории гравитации - общей теории относительности Эйнштейна. Остальная теоретическая физика также ощутила влияние принципа относительности не только непосредственно, но и в смысле повышенного внимания к симметриям.

Можно заметить, что даже если когда-либо обнаружится, что принцип относительности не выполняется точно, его огромная конструктивная роль в науке своего времени (длящаяся по меньшей мере до сих пор) настолько велика, что ее даже трудно с чем-то сравнить. Опора на принцип относительности (а потом также еще и на некоторые его расширения) позволила открыть, сформулировать и продуктивно разработать такое количество первостепенных теоретических результатов, практически не мыслимых без его применения, во всяком случае, если говорить о реальном пути развития физики, что его можно назвать основой, на которой построена физика.

Примечания Править

  1. Термин "преобразования Лоренца был введен Пуанкаре.
  2. Принцип относительности. Сборник работ классиков релятивизма. М.,1935. С.19
  3. Эйнштейн утверждал, и нет серьезных причин сомневаться в этом, что он не был знаком с работами Лоренца и Пуанкаре 1904 года, и в этом отношении его работы 1905 года были независимыми (большая, и детальная работа Пуанкаре 1905 года «О динамике электрона» с огромным количеством извлеченных из принципа относительности теоретических следствий была послана в печать уже после отсылки в печать первой работы Эйнштейна, но до ее выхода в печати).
  4. Принцип относительности. М.,1935. С.23
  5. Пуанкаре Анри. О науке. Указ. соч., с.647.


Литература Править


Оригинальные источники и исторические обзоры в русском переводе Править

Оригинальные источники Править

[Ein05c] 
Albert Einstein: Zur Elektrodynamik bewegter Körper, Annalen der Physik 17(1905), 891-921. Received June 30, published September 26, 1905. Reprinted with comments in [Sta89], p. 276-306 English translation, with footnotes not present in the 1905 paper, available on the net
[Ein05d] 
Albert Einstein: Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energiegehalt abhängig?, Annalen der Physik 18(1905), 639-641, Reprinted with comments in [Sta89], Document 24 English translation available on the net
[Lor99]
Lorentz, H. A. (1899) "Simplified Theory of Electrical and Optical Phenomena in Moving Systems", Proc. Acad. Science Amsterdam, I, 427-43.
[Lor04]
Lorentz, H. A. (1904) "Electromagnetic Phenomena in a System Moving with Any Velocity Less Than That of Light", Proc. Acad. Science Amsterdam, IV, 669-78.
[Poi89]
Poincaré, H. (1889) Théorie mathématique de la lumière, Carré & C. Naud, Paris. Partly reprinted in [Poi02], Ch. 12.
[Poi97]
Poincaré, H. (1897) "The Relativity of Space", article in English translation
[Poi00] 
Poincaré, Henri (1900), "La théorie de Lorentz et le principe de réaction", Archives néerlandaises des sciences exactes et naturelles 5: 252–278, <http://www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1900.pdf> . Reprinted in Poincaré, Oeuvres, tome IX, pp. 464-488. See also the English translation
[Poi02] 
Poincaré, Henri (1902), Science and hypothesis, London and Newcastle-on-Cyne (1905): The Walter Scott publishing Co., <http://www.archive.org/details/scienceandhypoth00poinuoft> 
[Poi04] 
Poincaré, Henri (1904), "L'état actuel et l'avenir de la physique mathématique", Bulletin des sciences mathématiques 28 (2): 302–324  English translation in Poincaré, Henri (1904), "The present and the future of mathematical physics", Bull. Amer. Math. Soc. (2000) 37: 25–38, <http://www.ams.org/bull/2000-37-01/S0273-0979-99-00801-0/home.html>  Reprinted in "The value of science" (1905a), Ch. 7-9.de la Science"]
[Poi05] 
Poincaré, Henri (1905), "Sur la dynamique de l'électron", Comptes Rendus 140: 1504–1508, <http://www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905-1.pdf>  Reprinted in Poincaré, Oeuvres, tome IX, S. 489-493. See also the English translation by Logunov (pp. 241-253).
[Poi06a] 
Poincaré, Henri (1906), "Sur la dynamique de l'électron", Rendiconti del Circolo matematico di Palermo 21: 129–176, <http://www.soso.ch/wissen/hist/SRT/P-1905.pdf>  Reprinted in Poincaré, Oeuvres, tome IX, pages 494-550. See also the partial English translation.
[Poi08] 
Poincaré, Henri (1908), Science and Method, London: Nelson & Sons, <http://www.archive.org/details/sciencemethod00poinuoft> 
[Poi13] 
Poincaré, Henri (1913), Last Essays, New York: Dover Publication (1963), <http://www.archive.org/details/mathematicsandsc001861mbp> 



См. также Править

de:Relativitätsprinzip en:Principle of relativity es:Principio de relatividad fa:اصل نسبیت fi:Suhteellisuusperiaate fr:Principe de relativité it:Principio di relatività ja:相対性原理 nl:Relativiteitsprincipe ro:Principiul relativităţii simple:Principle of relativity tr:Görelilik ilkesi uk:Принцип відносності zh:相对性原理

Обнаружено использование расширения AdBlock.


Викия — это свободный ресурс, который существует и развивается за счёт рекламы. Для блокирующих рекламу пользователей мы предоставляем модифицированную версию сайта.

Викия не будет доступна для последующих модификаций. Если вы желаете продолжать работать со страницей, то, пожалуйста, отключите расширение для блокировки рекламы.

Также на ФЭНДОМЕ

Случайная вики