В работе 1907 г., о которой мы говорили в своем месте, Эйнштейн впервые поставил вопрос о распространении принципа относительности на ускоренные системы отсчета. В связи с этим вопросом Эйнштейн пишет: "Рассмотрим две системы отсчета ∑ 1 и ∑ 2 . Пусть ∑ 1 движется с ускорением в направлении своей оси х, и пусть ее ускорение (постоянное во времени) равно γ. Предположим, что ∑ 2 покоится, но находится в однородном гравитационном поле, которое сообщает всем телам ускорение -γ в направлении оси х.

Как известно, физические законы относительно ∑ 1 не отличаются от законов, отнесенных к ∑ 2 , это связано с тем, что в гравитационном ноле все тела ускоряются одинаково. Поэтому при современном состоянии наших знаний нет никаких оснований полагать, что системы отсчета ∑ 1 и ∑ 2 в каком-либо отношении отличаются друг от друга, и в дальнейшем мы будем предполагать полную физическую равноценность гравитационного поля и соответствующего ускорения системы отсчета". Так впервые появился в науке этот знаменитый принцип, пока в качестве гипотезы. Эйнштейн сразу отмечает большую эвристическую ценность гипотезы эквивалентности. Он пишет: "Эвристическая ценность этого предположения состоит в том, что оно позволяет заменить однородное поле тяжести равномерно ускоренной системой отсчета, которая до известной степени поддается теоретическому рассмотрению".

Сам Эйнштейн применяет найденный им принцип к рассмотрению поведения часов в гравитационном поле и поведению световых лучей в этом поле. Полученный им результат для искривления светового луча в поле тяжести неверен, поскольку Эйнштейн не учитывает кривизны пространства. Однако самый факт влияния поля тяжести на распространение света был установлен им в этой статье 1907 г.

С точки зрения истории происхождения идей, приведенных Эйнштейном в их развитии и общей теории относительности, следует отметить несомненное влияние "Механики" Маха. Статья Эйнштейна датирована 4 декабря 1907 г. Прошло немногим более полутора лет, в течение которых Эйнштейн опубликовал ряд работ по специальной теории относительности, световым квантам и статистической физике, и вот 9 августа 1909 г. он пишет письмо Маху. В этом письме он благодарит Маха за присылку его работы о законе сохранения энергии и сообщает, что эту работу он прочитал "со всем вниманием". Далее Эйнштейн пишет: "В остальном я, естественно, знаю достаточно хорошо Ваши главные труды, из которых я особенно восхищаюсь Вашей "Механикой". Она оказала на теоретико-познавательное воззрение молодого поколения физиков такое влияние, что даже Ваших сегодняшних противников, таких, например, как г. Планк , любой из физиков, какими они были несколько десятилетий назад, без сомнения считал бы "махистами".

На письмо Эйнштейна от 9 августа Мах, по-видимому, ответил сразу. Он прислал Эйнштейну какую-то статью и сообщил, что получил "удовольствие" от теории относительности. Вероятно, он сообщил также о постигшем его недуге (паралич). Все это вытекает из ответной открытки Эйнштейна от 17 августа 1909 г. Гернек, опубликовавший письма Эйнштейна к Маху, совершенно справедливо констатирует, что Мах вовсе не был вначале противником теории относительности, как это нередко утверждалось.

Тем временем Эйнштейн продолжает размышлять над вопросами тяготения. В 1911 г. он опубликовал статью "О влиянии силы тяготения на распространение света". В этой работе Эйнштейн вновь формулирует принцип эквивалентности однородного гравитационного поля и равномерно ускоренной системы отсчета. Рассматривая две системы К и К", из которых первая К" покоится в однородном поле тяжести, направленном вдоль отрицательной оси z, а другая К движется в свободном пространстве вдоль положительной оси z с постоянным ускорением γ, Эйнштейн указывает, что в обеих системах справедливы уравнения движения свободной материальной точки вида

"Для ускоренной системы отсчета К",- пишет Эйнштейн,- это следует прямо из принципа Галилея; для покоящейся же в однородном гравитационном поле системы отсчета К это следует из того опытного факта, что все тела в таком поле ускоряются равномерно и одинаково сильно. Этот опытный факт об одинаковом ускорении падения всех падающих в гравитационном поле тел является одним из наиболее общих фактов , установленных нами из наблюдений; несмотря на это, закон этот не нашел еще отражения в основах нашей физической картины мира" (курсив мой.- П. К.).

Прошло триста лет с тех пор, как Галилей прямым опытом опроверг утверждение Аристотеля о зависимости скорости падения тяжелых тел от их массы. Галилей установил, что в отсутствии сопротивления воздуха все тела падают одинаково. С этого наблюдения Галилея датируется новая физика - физика опыта и математической теории. Наблюдение Галилея о равенстве гравитационной и инертной масс неоднократно проверялось многими физиками, начиная с Ньютона. В 1890 г. венгерский физик Лоранд Этвеш опытом с крутильными весами доказал равенство инертной и тяжелой масс с точностью до 1 / 2*10 7 . В 1909 г. Д. Пекар и Э. Фекете подтвердили результат Этвеша с точностью до 10 -8 .

Таким образом, к моменту появления статьи Эйнштейна равенство инертной и гравитационной масс было одним из наиболее точно установленных фактов физики. Из этого факта и вытекает отмеченная Эйнштейном эквивалентность систем отсчета К и К" в отношении описания механических явлений. Но в работе 1911 г. Эйнштейн идет дальше и постулирует эквивалентность обеих систем для любых физических явлений. "Однако,- пишет Эйнштейн,- представление наше будет достаточно глубоким только в том случае, если системы К и К" окажутся равноценными относительно всех физических явлений, т. е. если законы природы по отношению к системе К полностью совпадут с законами природы по отношению к системе К". Приняв это, мы получаем принцип, имеющий большое эвристическое значение, если он действительно справедлив"".

В работе 1912 г. "Скорость света и статическое гравитационное поле" впервые появляется термин "принцип эквивалентности" для "гипотезы о физической эквивалентности ускоренной системы координат полю тяжести". Это название вновь появляется в следующей статье "К теории статического гравитационного поля". После опубликования в 1912 г. двух заметок, посвященных гравитации, Эйнштейн в 1913 г. дает (в сотрудничестве с М. Гроссманом ) первый очерк общей теории относительности под названием "Проект обобщенной теории относительности и теории тяготения". Статья начинается формулировкой принципа эквивалентности, которую мы приведем целиком.

"Излагаемая теория возникла на основе убеждения, что пропорциональность инертной и тяжелой масс является точным законом природы, который должен находить свое отражение уже в самых основах теоретической физики. Это убеждение я стремился отразить в ряде предыдущих работ (здесь Эйнштейн ссылается на статью 1911 г. "О влиянии тяжести на распространение света" и статью 1912 г. "Скорость света и статическое гравитационное поле"), в которых делалась попытка свести тяжелую массу к инертной ; это стремление привело меня к гипотезе о том, что поле тяжести (однородное в бесконечно малом объеме) физически можно полностью заменить ускоренной системой отсчета. Наглядно эту гипотезу можно сформулировать так: наблюдатель, находящийся в закрытом ящике, никаким способом не сможет установить, покоится ящик в статическом гравитационном поле или же находится в пространстве, свободном от гравитационных полей, но движется с ускорением, вызываемым приложенными к ящику силами (гипотеза эквивалентности)". Теперь принцип эквивалентности получил законченную формулировку, предусматривающую возможность расширения его на любые движения: любое поле тяготения (однородное в бесконечно малом объеме) можно заменить ускоренным движением. Появился и знаменитый "ящик Эйнштейна", наглядно поясняющий сущность принципа.

Показательно, что Эйнштейн считает необходимым информировать Маха о развитии своих идей. В письме к нему он пишет:

Меня очень радует дружеский интерес, который Вы проявляете к новой теории. Математические трудности, на которые наталкивается эта идея при ее развитии, к сожалению, и для меня очень велики. Меня чрезвычайно радует, что в развитии теории становится очевидной глубина и важность Ваших исследований по основаниям классической механики. Я никак не могу понять, как Планк, которого я, впрочем, так высоко ценю, как едва ли кого другого, мог проявить так мало понимания Ваших устремлений. Он, впрочем, так же отрицательно относится к моей новой теории.

Я не могу поставить это ему в вину. Потому что до сих пор такой теоретико-познавательный аргумент есть единственное, что я могу выдвинуть в пользу моей новой идеи. Для меня является абсурдом приписывать "пространству" физические свойства. Совокупность масс порождает некоторое G uv - поле (поле тяготения), которое со своей стороны управляет течением всех процессов, включая распространение света и поведение масштабов и часов. Все сущее будет сначала относиться к четырем совершенно произвольным переменным . Они должны затем, если выполняются законы сохранения импульса и энергии, быть специализированы таким образом, что только (полностью) линейные подстановки приводят от одной правильной системы отсчета к другой. Система отсчета, так сказать, измеряет существующий мир с помощью принципа энергии и теряет свою туманную априористическую сущность.

В скором времени я пошлю Вам одно изложение предмета, в котором формальное насколько возможно отходит на задний план, а существенное возможно более подчеркнуто. Но мне не удалось в этих абстрактных вещах полностью отделить существенное от формы.

C наилучшими новогодними пожеланиями преданный Вам

А. Эйнштейн".

То, что письмо заканчивается новогодним пожеланием, показывает, что письмо написано в канун или самом начале нового, 1913 г. 25 июня 1913 г. Эйнштейн направил Маху письмо, в котором писал: "На этих днях Вы уже получите мою новую работу об относительности и гравитации, которая после бесконечных мук и мучительных сомнений теперь, наконец, готова. В ближайшем году во время солнечного затмения должно обнаружиться, будут ли искривляться Солнцем световые лучи, или, другими словами, соответствует ли действительности основополагающее допущение об эквивалентности ускорения системы отсчета, с одной стороны, и поля тяжести - с другой.

Если это так, то Ваши гениальные исследования об основах механики получат - несмотря на несправедливую критику Планка - блестящее подтверждение. Ибо с несомненностью обнаружится, что инерция имеет своим источником род взаимодействия тел, совершенно в духе Ваших соображений об опыте Ньютона с ведром".

Как видим из этих цитат, Эйнштейн настолько тесно связал свои идеи с идеями Маха, что даже экспериментальное доказательство искривления световых лучей в поле тяготения Солнца рассматривал как "блестящее подтверждение" принципа Маха и его критики основ ньютоновской механики. Вместе с тем Эйнштейн неоднократно подчеркивал, что в теоретико-познавательной дискуссии между Планком и Махом он, Эйнштейн, принимает сторону последнего и считает критику Планка несправедливой. В дальнейшем, однако, Эйнштейн и Мах разошлись, тогда как позиции Эйнштейна и Планка сблизились. Но это не должно заслонить того основного исторического факта, что в возникновении идей общей теории относительности "Механика" Маха, как мы это уже отмечали, сыграла существенную роль.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Лесосибирский педагогический институт –

филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

(ЛПИ – филиал СФУ)

Психологии и педагогики

факультет

Современного естествознания

код и наименование специальности (направления)

ПРИНЦИП ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ: ОТ ГАЛИЛЕЯ ДО ЭЙНШТЕЙНА

РЕФЕРАТ

Руководитель _______

подпись, дата инициалы, фамилия

Студент ЛФ ФПП14-01БН _______

Лесосибирск 2014

ВВЕДЕНИЕ 3

Принцип эквивалентности: от Галилея до Эйнштейна 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 10

ПРИЛОЖЕНИЕ 11

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 12

ВВЕДЕНИЕ

Над данным принципом работали выдающиеся ученые такие как: Галилей и Эйнштейн. Принцип эквивалентности начал формироваться при Галилее и завершил работу Эйнштейн.

Важно отметить, что этот принцип эквивалентности справедлив только в достаточно малых объемах пространства, где силу тяжести можно считать постоянной.

Цель: Рассмотреть принцип эквивалентности: от Галилея до Эйнштейна

1. Раскрыть понятие принципа эквивалентности

2. Рассмотреть развитие принципа эквивалентности: от Галилея до Эйнштейна

Принцип эквивалентности: от Галилея до Эйнштейна

«Принцип эквивалентности», как правило, подразумевает тождественность инертных масс всех тел их гравитационным массам, что позволяет оперировать в физике единым понятием масса. Другим выражением этого принципа можно считать независимость ускорения свободного падения тел от их состава.

Принцип эквивалентности - лишь один из постулатов общей теории относительности. Он ограничивается рассмотрением эффектов гравитации и равноускоренного движения, однако каждое подтверждение принципа эквивалентности является одновременно и подтверждением общей теории относительности.

Принцип эквивалентности много раз проверялся на Земле и в ее окрестностях и считается надежно проверенным экспериментально, поэтому его нередко считают универсальным.

Полевая физика указывает на причину видимой эквивалентности инертных и гравитационных масс тел на Земле и в пределах любой другой небольшой области космоса.

Полевая физика – это новый подход к пониманию природы вещей и устройства Мироздания.

Однако оказывается, что принцип эквивалентности справедлив лишь в частных случаях и не является универсальным. Согласно полевой физике отношение инертной массы тела к его гравитационной массе возрастает по мере приближения к сильным гравитационным источникам, например, к центру нашей Галактики, и падает по мере удаления от них, что во многом является реализацией принципа Маха. Это обстоятельство приводит к кардинальному пересмотру принципа эквивалентности в полевой физике.

Полевой принцип эквивалентности

1. Инертная и гравитационная массы являются принципиально разными физическими характеристиками объектов. Инертная масса (просто масса или инертность) характеризует величину изменения скорости объекта под действием внешних сил, а гравитационная масса (гравитационный заряд) - интенсивность участия объекта в гравитационном взаимодействии.

2. В подавляющем большинстве земных явлений основной вклад в инертность объектов вносит взаимодействие с гравитационным полем Вселенной – Глобальное взаимодействие. Когда все остальные взаимодействия пренебрежимо малы по сравнению с ним наблюдается эффект пропорциональности инертной массы тела его гравитационному заряду.

3. Коэффициент пропорциональности между двумя типами масс зависит от области космоса, возрастая по мере приближения к сильногравитирующим объектам и уменьшаясь по мере удаления от них.

4. Равенство коэффициента пропорциональности единице в области Земли и Солнечной системы обеспечивается путем введения гравитационной постоянной с известным значением. Этот прием создает видимость равенства инертной и гравитационной масс объектов на Земле.

5. Наличие полей негравитационной природы приводит к нарушению пропорциональности между двумя типами масс и предоставляет возможность независимого изменения этих свойств объектов. А также экспериментального обнаружения отклонения от равенства инертной и гравитационной масс.

Краеугольный камень этой теории был заложен в 1907 г., когда Эйнштейн сформулировал принцип эквивалентности. Этот принцип развивает хорошо известное утверждение Галилея о том, что в гравитационном поле все тела независимо от их массы приобретают одинаковые ускорения: отсюда вытекает равенство инертной и тяготеющей масс. Эквивалентность тяготеющей и инертной масс была доказана с огромной точностью - до двенадцатого знака после запятой! Но почему массы этих двух видов должны быть равны, долгое время оставалось необъяснимым. А сам факт их равенства и то, что все тела падают в гравитационном поле с одинаковым ускорением, называют иногда слабым принципом эквивалентности.

Эйнштейн обратил внимание на то, что наблюдатель, находящийся в закрытой кабине, не в состоянии отличить влияние тяготения от эффектов ускоренного движения. Находясь в кабине, стоящей на поверхности Земли (рисунок 1), наблюдатель ощущает свой обычный вес и замечает, что все предметы совершенно одинаково ускоряются по направлению к полу. Если же кабина, снабженная реактивным двигателем, вместе с наблюдателем переместится в космическое пространство, где будет двигаться с ускорением, в точности равным гравитационному ускорению у поверхности Земли, то наблюдатель снова обнаружит, что все свободные предметы падают на пол с тем же самым ускорением, и опять почувствует свой нормальный вес. В такой закрытой кабине невозможны никакие эксперименты, которые позволили бы наблюдателю отличить явления, связанные с тяготением, от явлений, характерных для ускоренного движения. Внутри небольшой замкнутой кабины эффекты гравитации и ускоренного движения неразличимы.

В результате ускорения системы отсчета, в которой производится наблюдение. Наиболее известный пример силы инерции - «центробежная сила». Если наблюдатель находится в вагоне без окон, движущемся постоянной скоростью по гладкой дороге, то он не испытывает воздействия никаких внешних сил (кроме своего веса). Но стоит вагону сделать поворот, как наблюдатель окажется отброшенным к одной из стен вагона, при этом у наблюдателя создается впечатление, что на него подействовала вполне реальная сила. Для человека, наблюдающего за происходящим со стороны, все выглядит совершенно иначе: в полном соответствии с первым законом Ньютона человек в вагоне продолжает двигаться прямолинейно и равномерно, а сам вагон, т. е. связанная с ним система отсчета, совершая поворот, ускоряется, и результатом этого ускорения оказывается сближение стены вагона и наблюдателя. Иными словами, не возникает никакой внешней силы, сообщающей ускорение наблюдателю в вагоне и толкающей его к стене: это обманчивое впечатление обусловлено ускорением системы отсчета, в которой проводится наблюдение.

Но если эффекты гравитации и ускоренного движения неразличимы, то, может быть, есть смысл рассматривать тяготение как «кажущуюся силу»?

Снова представим себе закрытую со всех сторон кабину на этот раз кабину лифта (рисунок 2). Если удерживающий ее трос вдруг оборвется, то кабина вместе со всем своим содержимым начнет свободно падать под действием силы тяжести, причем все тела в ней будут ускоряться совершенно одинаково. Наблюдатель, находящийся внутри такой кабины, не почувствует веса своего тела, а окружающие его предметы будут свободно «парить» в воздухе, не испытывая ускорения в направлении пола. Все в лифте окажется невесомым. С точки зрения человека, наблюдающего эту картину со стороны, все тела внутри кабины ускоряются точно так же, как и она сама, и поэтому движение предметов, содержащихся в лифте, относительно его пола отсутствует. Какие бы опыты наблюдатель ни проводил внутри кабины, он не сможет с их помощью установить, падает ли лифт на Землю или свободно парит в космическом пространстве.

Из этих примеров видно, что эффекты тяготения можно создавать или устранять, выбирая подходящую систему отсчета.

В свободно падающем лифте справедливы законы механики Ньютона. Если, например, придать телу некоторую скорость, то оно будет двигаться в полном соответствии с законом инерции (до тех пор, пока не ударится о стену кабины). Нетрудно убедиться, что в этом случае будут выполняться и два других закона Ньютона. Таким образом, свободно падающая кабина представляет собой локальную инерциальную систему отсчета: внутри нее соблюдаются все условия, определяющие инерциальную систему. Но принцип эквивалентности Эйнштейна не только говорит о неразличимости явлений гравитации и ускоренного движения в закрытой кабине, но и утверждает, что все законы природы формулируются одинаково и в кабине свободно падающего лифта, и в любой другой инерциальной системе отсчета.

Примечательно в данной задаче то, что электромагнитная инерция или масса электрона строго пропорциональна гравитационной массе частицы, что было неоднократно выявлено точнейшими измерениями. Это называется Принципом эквивалентности Галилея, открытым им в 1609 году. .

«В принципе ниоткуда не следует, что масса, создающая поле тяготения, определяет и инерцию того же тела. Однако опыт показал, что инертная и гравитационная массы пропорциональны друг другу (а при обычном выборе единиц измерения численно равны). Этот фундаментальный закон природы называется принципом эквивалентности.

Этот факт был установлен опытным путем итальянским ученым Г. Галилеем (принцип эквивалентности Галилея – авт.) и может быть сформулирован как принцип строгой пропорциональности гравитационной, или тяжелой, массы mT, определяющей взаимодействие тела с полем тяготения и входящей в закон всемирного тяготения Ньютона, и инертной массы m, определяющей сопротивление тела действующей на него силе и входящей во второй закон механики Ньютона. Экспериментально принцип эквивалентности Галилея установлен с очень большой точностью – до 10 –12 (в 1971).

Сформулированный как сильный принцип эквивалентности, этот принцип Эйнштейна устанавливает равноправность всех свободно падающих систем для постановки любых физических экспериментов.

Важно отметить, что этот принцип эквивалентности справедлив только в достаточно малых объемах пространства, где силу тяжести можно считать постоянной. Если же кабина достаточно велика, то там будут наблюдаться так называемые приливные эффекты: пол кабины, падающей на Землю, будет расположен ближе к центру Земли, чем потолок, поэтому частица, начавшая падение вблизи потолка, будет испытывать меньшее ускорение, чем та, которая начала падать вблизи пола; в результате эти две частицы будут медленно расходиться.

Эйнштейн распространил концепцию инерциальной системы на все свободно падающие системы отсчета и тем самым отказался от их отождествления с абсолютным пространством (относительно которого ньютоновская инерциальная система движется прямолинейно и равномерно) или с системой отсчета «неподвижных звезд». Он также уточнил понятие локальной системы: поскольку гравитационное взаимодействие существует в любой точке Вселенной, а сила тяготения изменяется от точки к точке в зависимости от распределения вещества, то в протяженных свободно падающих системах отсчета будут наблюдаться дифференциальные эффекты типа описанного выше приливного эффекта; поэтому такие системы нельзя считать истинно инерциальными (тела, первоначально покоившиеся в таких системах, начнут перемещаться, нарушая тем самым первый закон Ньютона).

Исходным пунктом теории Эйнштейна служит основное свойство сил тяготения, состоящее в том, что все тела (в пустоте) падают с одинаковым ускорением.

Этот закон установил уже Галилей, предприняв с этой целью опыты по сбрасыванию различных тел с вершины башни. Многие читатели видели, вероятно, эффектный опыт, когда в трубке, из которой откачан воздух, кусочек свинца и пушинка падают совершенно одинаково, не отставая друг от друга. Все мы так привыкли к этому простому закону, что готовы считать его чем-то само собой разумеющимся и не требующим особых объяснений.

Получается, таким образом, что силы тяготения физически эквивалентны силам инерции. Как те, так и другие зависят от выбора системы отсчета; в частности, эта система может быть выбрана так, что силы тяготения полностью исчезают. Это обстоятельство, тесно связанное, как ясно из предыдущего, с равенством тяжелой и инертной массы, Эйнштейн назвал принципом эквивалентности и положил его в основу общей теории относительности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Принцип эквивалентности не является прямым логическим следствием закона равенства тяжелой и инертной масс.

Из этого закона вытекает лишь, что все тела в поле тяготения движутся одинаково; принцип же эквивалентности распространяется на все физические процессы, в том числе и на такие, которые не сводятся к механическому движению.

С другой стороны, этот принцип не связан исключительно с теорией относительности. Для его формулировки не нужно предполагать ни постоянства скорости света, ни каких-либо других фактов и выводов теории относительности.

Принцип эквивалентности нужно рассматривать как весьма общий физический принцип, являющийся обобщением результатов опыта.

Нужно отметить, что принцип эквивалентности принимается безоговорочно не всеми физиками; в частности, имеют место попытки построить общую теорию относительности на основе лишь закона равенства тяжелой и инертной масс.  

Поставленная цель была достигнута, рассматривая принцип эквивалентности: от Галилея до Эйнштейна. Задачи раскрыты понятие принципа эквивалентности, рассмотреть развитие принципа эквивалентности: от Галилея до Эйнштейна.

ПРИЛОЖЕНИЕ

https://pandia.ru/text/80/132/images/image003_30.jpg" width="581" height="440 src=">

https://pandia.ru/text/80/132/images/image005_21.jpg" width="638" height="476 src=">.jpg" width="626" height="468">

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. АнидоР. NET гипотезы, предположения, новые идеи и поиск истины http://www. /article/1009_blackhall2.php

2. Полевая физика или как устроен мир http://www. fieldphysics. ru/equivalence_principle/

3. Физический энциклопедический словарь / Ред. М.: Сов. энциклопедия, 1984. С. 392-393. 773.

4. , Стукалов в классическую электродинамику и атомную физику. Второе издание, переработанное и дополненное. Екатеринбург, Изд-во Учебно-метод. Центр УПИ, 2006, 490 с.

5. Элементы большой науки http://elementy. ru/trefil/42

Положения данного принципа относятся к области исследования сил гравитации и инерции. Рассматриваемый нами принцип эквивалентности — это эвристический принцип, который применялся великим Альбертом Эйнштейном, когда он занимался разработкой своего величайшего научного открытия - общей теории относительности.

В самом общем виде, принцип эквивалентности Эйнштейна гласит, что взаимодействия между объектами прямо пропорциональны гравитационной массе тела, а силы инерции этого же тела, в данном случае, пропорциональны инертной массе тела. И в том случае, когда и та и другая массы тела оказываются равными, то определить, какая из сил действует на это тело, не представляется возможным.

Чтобы доказать данные выводы, Эйнштейн использовал такой эксперимент. Необходимо мысленно представить, что два тела находятся в лифте. Этот лифт находится бесконечно далеко от воздействующих на него гравитирующих тел и движется с ускорением. В этом случае на все тела, которые находятся в лифте, будет действовать и они будут обладать определенным весом.

Если лифт неподвижен, то тела внутри него также будут обладать весом, а это и значит, что все механические преобразования в обоих лифтах будут происходить одинаково. Этот эффект Эйнштейн распространил на все явления механики, и даже всей физики, затем выводы ученого пополнили фундаментальные принципы эквивалентности.

Сегодня некоторые исследователи считают, что принцип эквивалентности можно рассматривать в качестве основного во всей теории относительности, а потому, и гравитационное поле является неинерциальной системой отсчета. Однако такое утверждение можно считать достоверным лишь только отчасти. Дело в том, что каждая неинерциальная система в А. Эйнштейна имеет в своей основе обычное линейное пространство-время. В общей теории, которая включает в себя метрическую концепцию гравитации, пространство-время искривлено. Объясняется такое несоответствие тем, что метрические концепции вообще не содержат в себе глобальных инерциальных систем. Здесь принцип эквивалентности может проявить себя только в том случае, если пренебречь самим искривлением.

Целесообразно также дифференцировать слабый и сильный варианты проявления принципа эквивалентности, различие которых состоит в том, что при малых расстояниях между объектами особых расхождений в действиях законов природы не будет, независимо от того, в какой из систем отсчета эти объекты находятся.

Фундаментальные основы этой теории А. Эйнштейн сформулировал в 1907 году. При рассмотрении значения данного принципа в масштабе всей физики следует сказать, что открытие Эйнштейна продолжает и развивает утверждение Галилея о приобретении всеми телами, независимо от их массы, ускорений в гравитационном поле. Это положение позволило сделать вывод об эквивалентности инертной массы. Позднее эта эквивалентность была измерена и метрически, с точностью вплоть до 12-го знака.

Важно заметить, что использование открытия Эйнштейна эффективно только при малых пространственных объемах, потому что только при таких условиях можно считать постоянной величиной.

Эйнштейн распространил свой принцип эквивалентности на все системы отсчета, находящиеся в состоянии свободного падения, а также более детально разработал понятие локальной системы. Это было необходимо сделать потому, что во Вселенной присутствует повсюду, а тяготение изменчиво - оно различается от точки к точке, потому что каждой точке свойственны свои параметрические характеристики. Поэтому эти системы, по мнению Эйнштейна, не следует отождествлять с инерциальными, что нарушает

Пространство-время
Принцип эквивалентности
Мировая линия · Псевдориманова геометрия

Силы гравитационного взаимодействия пропорциональны гравитационной массе тела, силы инерции же пропорциональны инертной массе тела. Если инертная и гравитационная массы равны, то невозможно отличить какая сила действует на данное тело - гравитационная или сила инерции.

Формулировка Эйнштейна

Исторически, принцип относительности был сформулирован Эйнштейном так:

Все явления в гравитационном поле происходят точно так же как в соответствующем поле сил инерции, если совпадают напряжённости этих полей и одинаковы начальные условия для тел системы.

Лифт Эйнштейна

Для доказательства этого принципа Эйнштейн предложил следующий мысленный эксперимент . Пусть тела находятся в лифте, который бесконечно удалён от гравитирующих тел и двигается с ускорением. Тогда на все тела, находящиеся в лифте действует сила инерции , а тела под действием этих сил будут давить на опору или подвес. То есть тела будут обладать весом . Если лифт не движется, а висит над какой-то гравитирующей массой в однородном поле, то все тела также будут обладать весом. Находясь в лифте, невозможно отличить эти две силы. Поэтому все механические явления будут в обоих лифтах происходить одинаково. Эйншейн обобщил это положение на все физические явления.

Примечания

1. Принцип эквивалентности является основным принципом общей теории относительности или релятивистской теории гравитации. В соответствии с Принципом эквивалентности гравитационное поле можно рассматривать как неинерциальную систему отсчета . Например движение в равномерно ускоренной системе отсчета будет эквивалентно однородному постоянному гравитационному полю . Тела разной массы будут обладать одинаковым ускорением, равным по величине и противоположным по направлению движения системы отсчета. Так же как неравномерно ускоренная поступательно движущаяся система отсчета эквивалентна однородному постоянному гравитационному полю . Эквивалентность, а не равенство, следует из того, что гравитационное поле убывает, как квадрат расстояния, в отличии от силы действующей на бесконечности в неинерциальной системе отсчета .

2. Следует различать «слабый принцип эквивалентности» и «сильный принцип эквивалентности». Сильный принцип эквивалентности можно сформулировать так: в каждой точке пространства-времени в произвольном гравитационном поле можно выбрать «локально-инерциальную систему координат», такую, что в достаточно малой окрестности рассматриваемой точки законы природы будут иметь такую же форму, как и в не ускоренных декартовых системах координат, где под «законами природы» подразумевают все законы природы.
Слабый принцип отличается тем, что слова «законы природы» заменяются в нем словами «законы движения свободно падающих частиц». Слабый принцип - это не что иное, как другая формулировка наблюдаемого равенства гравитационной и инертной масс, в то время как сильный принцип сильный принцип представляет собой обобщение наблюдений за влиянием гравитации на любые физические объекты.

Литература

1.Курс теоретической физики Ландау и Лифшица Том 2 Стр 304

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Принцип удовольствия
• Принципы классификации труда по степени тяжести и напряженности

Смотреть что такое "Принцип эквивалентности" в других словарях:

ПРИНЦИП ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ - ПРИНЦИП ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ, в физике утверждение, согласно которому поле ТЯГОТЕНИЯ в небольшой области пространства и времени (например, в замкнутой лаборатории, из которой невозможно наблюдать Вселенную) по своему проявлению тождественно ускоренной … Научно-технический энциклопедический словарь

принцип эквивалентности - ekvivalentiškumo principas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. equivalence principle vok. Äquivalenzprinzip, n rus. принцип эквивалентности, m pranc. principe d’équivalence, m … Fizikos terminų žodynas

принцип эквивалентности - deutsch: Äquivalenzprinzip n english: principle of equivalence Принцип исчисления страхового взноса в системе частного страхования на случай болезни (в России: добровольного медицинского страхования): расчёт премии по страховому полису в… … Русско-немецко-английский словарь по здравоохранению

ПРИНЦИП ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ ТИШЛЕРА - сформулированный В. Тишлером (1955) принцип, согласно которому в географически различных, но экологически конвергентных биотопах идентичные экологические функции выполняются разными видами, занимающими эквивалентные экологические ниши. Так,… … Экологический словарь

Принцип эквивалентности сил гравитации и инерции - Общая теория относительности … Википедия

Принцип эквивалентности Эйнштейна - Общая теория относительности Математическая формулировка ОТО Космология Фундаментальные идеи Специальная теория относительности … Википедия

принцип эквивалентности Эйнштейна - Einšteino ekvivalentiškumo principas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. equivalence principle of Einstein vok. Einsteinsches Äquivalenzprinzip, n rus. принцип эквивалентности Эйнштейна, m pranc. principe d’équivalence d’Einstein, m … Fizikos terminų žodynas

принцип эквивалентности массы и энергии - masės ir energijos ekvivalentiškumo principas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. equivalence of mass and energy principle; principle of mass energy equivalence vok. Masse Energie Äquivalenz Prinzip, n rus. принцип эквивалентности массы и … Fizikos terminų žodynas

Сильный принцип эквивалентности - … Википедия

Принцип общей ковариантности - Принцип общей ковариантности физическое уравнение выполняется в произвольном гравитационном поле если уравнение выполняется в отсутствие гравитации, то есть оно соответствует законам специальной теории относительности, когда метрический… … Википедия

Массу тела можно определить путем измерения испытываемого телом ускорения под действием известной силы:

Мин = F/a (1)

Определяемая таким путем масса, обозначаемая Мин, известная под названием инертной массы. Массу можно также определить, измеряя силу ее тяготения к другому телу, например к Земле: GMгрМ3=F,

Мгр=FrІ/ GM3 (2)

Определяемая подобным способом масса, обозначаемая Мгр, носит название гравитационной массы. В формулах (2) М3 - масса Земли.

Замечательно, что инертные массы всех тел в пределах точности измерений пропорциональны их гравитационным массам.

Принцип эквивалентности

Ни разу, ни при каких условиях не было обнаружено никакого различия между инертной и гравитационной массами тела, наводит на мысль, что тяготение в известном смысле может быть эквивалентным ускорению.

Действия ускоренного движения и силы тяжести полностью взаимно уничтожаются. Наблюдатель, сидящий в закрытом лифте и регистрирующий силы, представляющие ему гравитационными, не может сказать, какая доля этих сил обусловлена ускорением и какая - действительными гравитационными силами. Он вообще не обнаружил никаких сил, если только на лифт не подействуют какие-либо другие (т.е. отличные от гравитационных0 силы. Постулированный принцип эквивалентности требует, в частности, чтобы отношение инертных масс к гравитационным удовлетворяло тождеству

Мин/Мгр = 1

«Невесомость» человека в спутнике на орбите является следствием принципа эквивалентности.

Поиски математических следствий принципа эквивалентности приводят к общей теории относительности.

Теория относительности

Альберт Эйнштейн создал новую теорию - теорию относительности, или релятивистскую механику (от английского - относительность).

Главный вклад Эйнштейна в познание законов природы состоял даже не в открытии новых формул, а в радикальном изменении основополагающих фундаментальных представлений о пространстве, времени, веществе и движении.

Общая теория относительности описывает взаимосвязь физических процессов, происходящих в ускоренно движущихся друг относительно друга (неинерциальных) системах отсчета.

Специальная теория относительности базируется на двух постулатах.

Первый постулат теории относительности является обобщением классического принципа относительности Галилея на любые законы природы, а не только механики.

Первый постулат теории относительности:

Все законы природы одинаковы в инерциальных системах отсчета.

Это означает, что все инерциальные системы отсчета эквивалентны. При наличии двух инерциальных систем отсчета бессмысленно выяснять, какая из них движется, а какая покоится. Можно наблюдать только относительное прямолинейное движение. Нельзя говорить об абсолютном прямолинейном и равномерном движении, иначе существовала бы ИСО, в которой законы природы отличались бы от законов в других системах. Сравнивая эти законы, наблюдатель мог бы установить, в покое или в движении находится эта система, что противоречит первому постулату.

Никакие опыты в принципе не позволяют выделить предпочтительную абсолютную инерциальною систему отсчета.

Второй постулат теории относительности:

Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Это означает, что скорость сета в вакууме не зависит от скорости движения источника или приемник света.

Постоянство скорости света - фундаментальное свойство природы. Согласно постулатам СТО скорость света - максимально возможная скорость распространения любого взаимодействия.

Скорость света образует верхний предел скоростей для всех материальных тел.

Материальные тела не могут иметь скорость большую, чем скорость света.