.RU

Переход от электро-магнитной теории к специальной теории относительности

Содержание

Введение. 3

1. Теория электромагнитного поля Максвелла. 4

2. Переход от электромагнитной теории Максвелла к СТО Эйнштейна. 6

3. Специальная теория относительности А.Эйнштейна. 11

Заключение. 14

Список литературы.. 15

Введение

Для физика начала XIX в. не существовало понятия о поле как реаль­ной среде, являющейся носителем определенных сил. Но в первой половине XIX в. началось становление континуальной, полевой фи­зики. Одновременно с возникновением волновой теории света фор­мировалась совершенно новая парадигма физического исследова­ния — полевая концепция в физике. Здесь особая заслуга принадле­жит великому английскому физику М. Фарадею.

Экспериментальные открытия Фарадея были хорошо известны, и он еще при жизни приобрел огромный авторитет и славу. Однако к его теоретическим взглядам современники в лучшем случае остава­лись безразличными. Первым обратил на них серьезное внимание Дж.К.Максвелл. Он воспринял эти представления, развил их и по­строил теорию электромагнитного поля. Выработанное в оптике по­нятие «эфир» и сформулированное в теории электрических и магнит­ных явлений понятие «электромагнитное поле» сначала сближают­ся, а затем, уже в начале XX в., с созданием специальной теории относительности, полностью отождествляются.

Таким образом, понятие поля оказалось очень полезным. Будучи вначале лишь вспомогательной моделью, это понятие становится в физике XIX в. все более и более конструктивной абстракцией. Она позволяла понять многие факты, уже известные в области электри­ческих и магнитных явлений, и предсказывать новые явления. Со временем становилось все более очевидным, что этой абстракции соответствует некоторая реальность. Постепенно понятие поля за­воевало центральное место в физике и сохранилось в качестве одного из основных физических понятий.

1. Теория электромагнитного поля Максвелла

Эта теория представлена в сжатой и простой (изящной) форме в виде шести уравнений в част­ных производных. Система взглядов, которая легла в основу уравнений Максвелла, получила название теории электромагнитного поля Макс­велла.

Хотя эта система уравнений имеет простой вид, но чем больше сам Максвелл и его последователи работали над ни­ми, тем более глубокий смысл открывался им. Генрих Герц, который экспериментально получил электромагнитные из­лучения, предсказанные теорией Максвелла, говорил о неис­черпаемости уравнений Максвелла. Герц отмечал: «Нельзя изучать эту удивительную теорию, не испытывая по време­нам такого чувства, будто математические формулы живут собственной жизнью, обладают собственным разумом, - ка­жется, что эти формулы умнее нас, умнее даже самого автора, как будто они дают нам больше, чем в свое время в них было заложено».

Необходимо, однако, отметить, что свои уравнения Максвелл получал иногда вопреки правилам матема­тики. Для него исходными были физические идеи и со­ображения, которые он облекал самостоятельно в ма­тематическую форму. Поэтому для современников его теория выглядела странной и непонятной, и многими учеными воспринималась скептически до тех пор, пока Герц не дал ее всестороннее экспериментальное обос­нование. [2]

Среди постоянных величии, входящих в уравнение Макс­велла, была константа с. Применив уравнение к конкретному случаю, Максвелл нашел, что она точно совпадает со ско­ростью света. Процесс распространения поля будет продол­жаться бесконечно в виде незатухающей волны, поскольку энергия магнитного поля в пустоте полностью переходит в энергию электромагнитного поля, и наоборот. Причем свет, так же как и электромагнитное поле, распространя­ется в пространстве в виде поперечных волн со скоростью с = 300 000 км/с. Из всех этих совпадений видно, что свет име­ет электромагнитную природу, что световой поток - это по­ток электромагнитных волн. В световых волнах колебания совершают напряженности электрического и магнитного по­лей, а носителем волны служит само пространство, которое находится в состоянии напряжения.

Открытие Максвелла сравнимо по научной значимо­сти с открытием закона всемирного тяготения Ньютона. Труды Ньютона привели к введению понятия всеобще­го закона тяготения, труды Максвелла - к введению понятия электромагнитного поля и электромагнит­ной природы света. Работы Максвелла привели ученых к признанию нового типа реальности - электромагнит­ного поля, которое не совместимо с материальными точками и вещественной массой классической физики. Поле - это новая фундаментальная физическая реаль­ность. Поэтому представления о поле должны высту­пать в качестве первичных, исходных понятий. Как отме­чал А. Эйнштейн, электромагнитное поле не нуждается даже в эфире, поскольку поле само является фундамен­тальной реальностью.

В работах по принципиальным вопросам физики А. Эйн­штейн ввел понятие «программа Максвелла», которую тол­ковал как «полевую программу». Сам Эйнштейн стоял на по­зициях полевой программы и до конца своей жизни стремился построить единую теорию поля, хотя и безуспешно. [2]

В конце XIX века теория Максвелла стала играть ведущую роль в физике, и вместе с тем она вступила в противоречие с МКМ. Вместо принципа дальнодейст­вия она выдвинула и обосновала прямо противоположный принцип близкодействия, согласно которому сило­вое действие передается от точки к точке. Скорость све­та включена в новую теорию, что хотя бы в скрытой форме противоречит бесконечно большим скоростям, допускаемым в классической физике. Наконец, открыт новый тип физической реальности - поле, которое не сводится ни к материальным точкам, ни к веществу, ни к атомам. Если к этому добавить обнажившиеся про­тиворечия и слабые стороны самой классической фи­зики, то станет понятно, что в конце XIX века стре­мительно нарастал кризис механистической научной картины мира.

2. Переход от электромагнитной теории Максвелла к СТО Эйнштейна

Теорию Максвелла ряд авторов интерпретируют как но­вую - электромагнитную научную картину мира. С этим нельзя согласиться: пере­ход от одной НКМ к другой может совершиться лишь при условии, если развитие естествознания приведет к качест­венно новой трактовке не одного, а целой группы базисных понятий. Тогда как теория Максвелла в явном виде выдви­нула лишь один новый принцип - принцип близкодейст­вия. В остальном она просто вышла за рамки МКМ, посколь­ку не укладывалась в них, что само по себе не означает новой НКМ. Правда, теория Максвелла первой вышла за рамки МКМ, поэтому дальнейшая ломка МКМ была продолжени­ем дела, начатого Максвеллом.

С конца XIX - начала XX века ученые приступили к изучению качественно новых объектов в сравнении с классической физикой, и на этой основе был получен целый ряд принципиально новых результатов, позво­ливших дать новое истолкование некоторым базисным понятиям.

Первое и, по-видимому, самое мощное влияние на перестройку НКМ оказала теория относительности выдающегося физика-теоретика XX столетия Альбер­та Эйнштейна (1879-1955).

Поскольку в теории относительности Эйнштейна большую роль играет принцип относительности движения в формули­ровке Ньютона, то полезно еще раз привести ее. Впервые этот принцип ввел Галилей, о чем говорилось выше. С уче­том идей Декарта Ньютон уточнил и расширил формулиров­ку Галилея. В частности, в качестве систем отсчета он брал не тела, а декартову систему координат. [2]

Среди систем отсчета выделяют инерциальные, особенность которых состоит в том, что для них выполняется прин­цип относительности движения.

Принцип относительности движения означает, что во всех инерциальных системах отсчета механические процессы ин­вариантны. Иначе говоря, два наблюдателя в одной и другой инерциальной системе отсчета увидят, что в их системах фи­зические процессы протекают одинаково. Это означает также, что переход от одной инерциальной системы отсчета к другой осуществляется по правилам галилеевых преобразований, рассмотренных выше. И наоборот, если при переходе от одной системы отсчета к другой правила галилеевых пре­образований не выполняются, то и принцип относительности движения не выполняется, поэтому такие системы отсчета не будут инерциальными. Таким смыслом наполнен принцип относительности движения в классической механике.

Эйнштейн был тонким мыслителем, он всегда стремился максимально упорядочить логическую структуру физических теорий. Физики-теоретики того вре­мени, включая Эйнштейна, стремились теоретически и ло­гически упорядочить электродинамику Максвелла. В итоге таких усилий возникли новые теории специальная и общая теория относительности Эйнштейна.

Теории электромагнитного поля Максвелла были присущи два недостатка:

1. Она не совмещалась с принципом относительно­сти движения классической физики, поскольку ее урав­нения оказались неинвариантными относительно пре­образований Галилея. Это был существенный изъян, поскольку вся практика подтверждала и подтверждает этот принцип, и никакая теория не опровергает его.

2. Полевая картина физической реальности Макс­велла оказалась теоретически неполной и логически противоречивой, так как трактовка электрического по­ля и электрически заряженных частиц (носителей поля) не была увязана концептуально. Эйнштейн отмечал: тео­рия Максвелла хотя и правильно описывает поведение электрически заряженных частиц, но не дает теории этих частиц. Следовательно, они должны рассматриваться на основе классической механики как материальные точ­ки, расположенные в пространстве дискретно, что про­тиворечит понятию поля. Последовательная полевая теория требует непрерывности всех элементов теории. [2]

Решение этого вопроса, данное Эйнштейном, оригинально и поучительно. Объектом изучения в классической механике были или материальные точки, или точки пространства, или моменты времени. Он отвергает все эти разделительные «или».


mutacionnij-process-u-cheloveka.html
mutko-sobiraetsya-umenshit-kolichestvo-stadionov-k-chm-2018-do-12-vdekabre-v-barde-otkroetsya-sportkompleks-s-bassejnom.html
muzei-belgorodskoj-oblasti.html
muzei-vladimirskoj-oblasti.html
muzej-sovremennogo-iskusstva.html
muzej-zapovednik-nauchno-issledovatelskij-institut-problem-kaspijskogo-morya-astrahanskie-kraevedcheskie-chteniya-vipusk-iii-astrahan-201-1-stranica-44.html
  • predmet.largereferat.info/sabati-masati-bejorganikali-osilistardi-eske-tsre-otiriporganikali-zattara-tsnk-beru.html
  • institute.largereferat.info/etapi-razvitiya-telekommunikacionnih-i-vichislitelnih-sistem-i-setej-2.html
  • obrazovanie.largereferat.info/predlagaemij-material-yavlyaetsya-pervoj-popitkoj-kratko-opisat-istoriyu-nashego-goroda-na-protyazhenii-210-let-krome-togo-vpervie-na-osnovanii-mnogih-dokumentov-stranica-3.html
  • tetrad.largereferat.info/vitamini-i-pitanie-2.html
  • knigi.largereferat.info/sabati-tairibi-mutaciyali-zgergshtk.html
  • teacher.largereferat.info/gazeta-kommersant-s-peterburg-06052010-ia-regnum-01-05-2010.html
  • learn.largereferat.info
  • ucheba.largereferat.info/programma-disciplini-sd-f-03-informacionnie-tehnologii-upravleniya-celi-i-zadachi-disciplini-celi-prepodavaniya-disciplini.html
  • literatura.largereferat.info/sokrushenie-mifa-nominacionnogo-a-i-gercen-naukoobraznaya-kuterma-voznikshaya-vokrug-odnogo-iz-klyuchevih-v-hristologicheskom.html
  • tasks.largereferat.info/102-informaciya-o-zasedaniyah-soveta-direktorov-i-osnovnih-resheniyah-prinyatih-na-nih.html
  • predmet.largereferat.info/sk-kann-lp-pavlova-va-dubovenko-sbornik-nauchnih-trudov.html
  • universitet.largereferat.info/tematicheskij-plan-uchebnoj-disciplini-uchebno-metodicheskij-kompleks-po-discipline-konfliktologiya-dlya-napravleniyaspecialnosti.html
  • zadachi.largereferat.info/sredstva-zashiti-informacii.html
  • zanyatie.largereferat.info/shpargalka-po-mezhdunarodnomu-chastnomu-pravu-voprosi-k-ekzamenu-po-mchp.html
  • crib.largereferat.info/kak-mozhno-govorit-ob-uluchshenii-demografii-i-vklyuchat-v-spiski-takih-lyudej-4-delo-natali-zaharovoj-i-problema-yuvenalnoj-yusticii-v-rossii.html
  • shpargalka.largereferat.info/vliyanie-ugleroda-i-postoyannih-primesej-na-strukturu-i-svojstva-stalej.html
  • tetrad.largereferat.info/vestinet-itogi-goda-v-socialnoj-chasti-seti-cocialnie-seti-i-tehnologii-2012.html
  • uchebnik.largereferat.info/vipiska-iz-fgos-vpopospecialnosti-pediatriya-060103.html
  • bukva.largereferat.info/razvitie-sovetskoj-demokratii.html
  • literatura.largereferat.info/riski-i-upravlenie-riskom-chast-5.html
  • zadachi.largereferat.info/pravila-zemlepolzovaniya-i-zastrojki-municipalnogo-obrazovaniya-gorod-kurort-sochi-stranica-22.html
  • reading.largereferat.info/kto-chto-zachem.html
  • college.largereferat.info/0-b-sh-e-s-t-v-o-gde-vse-cherez-defis-kniga-perevedena-bolee-chem-na-25-yazikov-mira-i-izdaetsya-v-25-stranah.html
  • lesson.largereferat.info/poeziya-drevnego-egipta-rasskaz-sinuhe-96.html
  • teacher.largereferat.info/glava-ii-kurenie-tabaka-i-ego-vliyanie-profilakticheskie-programmi-metodi-preventivnogo-obucheniya-planirovanie-zanyatij.html
  • ekzamen.largereferat.info/reshenie-mezhgosudarstvennogo-soveta-evrazijskogo-ekonomicheskogo-soobshestva-visshego-organa-tamozhennogo-soyuza-stranica-13.html
  • urok.largereferat.info/programma-disciplini-pedagogicheskaya-antropologiya-dlya-studentov-napravleniya-031100-lingvistika-stepen-bakalavr-lingvistiki.html
  • nauka.largereferat.info/uchebno-metodicheskij-kompleks-po-discipline-nadezhnost-informacionnih-sistem-nazvanie.html
  • desk.largereferat.info/ponedelkov-av-d-polit-n-prof-prorektor-skagsstarostin-am-d-polit-n-prof-skags.html
  • lektsiya.largereferat.info/programma-disciplini-disciplina-en-f-3-koncepcii-sovremennogo-estestvoznaniya.html
  • ucheba.largereferat.info/prikaz-ot-11-marta-2011-g-n-9-spr-ob-utverzhdenii-poryadka-podgotovki-i-obobsheniya-svedenij-ob-organizacii-i-provedenii-gosudarstvennogo-kontrolya.html
  • uchenik.largereferat.info/manikovskij-aleksej-alekseevich-stranica-9.html
  • teacher.largereferat.info/glava-7-psihoterapiya-glazami-psihoterapevta.html
  • kanikulyi.largereferat.info/writing-ger-comedies-took-all-his-time-pisanie-t-n-malchevskaya-sbornik-uprazhnenij-po-perevodu-gumanitarnih.html
  • nauka.largereferat.info/uchebno-metodicheskoe-posobie-nizhnij-novgorod-2010-bbk-74-58-30-3-ch-49.html
  • © LargeReferat.info
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.