KNOWLEDGE HYPERMARKET


Концепция четырехмерного пространства - времени

Гипермаркет знаний>>Естествознание>>Естествознание 11 класс>> Концепция четырехмерного пространства - времени



                                  2.3. Концепция четырехмерного пространства - времени

Важнейшим  достижением  классического  естествознания  явилось  открытие законов сохранения импульса и энергии. Эти законы остаются в силе и  для  современного  естествознания,  так  как  законы  сохранения  являются следствием свойств симметрии пространства и времени и не зависят от конкретного вида внутренних сил в замкнутой системе - электрических, механических,  магнитных  или  ядерных.  Проверка  этих  фундаментальных  законов природы в области скоростей движения частиц, стремящихся к скорости света, приводит к неожиданным результатам.

Взаимодействием может быть удар двух частиц, например электрона и атома.  При  этом  возможны  потери  кинетической  энергии  электрона.  Если происходит  возбуждение  электронной  оболочки  атома,  удар  будет  неупругим. При соударении двух протонов возбуждения не происходит, и удар является абсолютно упругим. Для таких случаев законы сохранения позволяют найти величины векторов импульсов частиц после удара.
 
Отметим,  не  приводя  вычислений,  характерную  особенность  разлетающихся частиц: сумма углов разлета должна быть равна  прямому углу.  


Концепция четырехмерного пространства - времени

Для  регистрации  столкновений  протонов  используют  метод  ядерных фотоэмульсий, в которых заряженные частицы оставляют автографы - треки. После  проявления  фотопластинок  следы,  оставленные  частицами  разных энергий, рассматривают при увеличении, производят измерения углов разлета и пробегов рассеянных частиц. Проведенные эксперименты показали, что в области  скоростей, много меньших  скорости  света, имеется  точное  согласие  с предсказаниями  классической механики. А  вот при  высоких  энергиях протонов,  при  которых  их  скорость  сопоставима  со  скоростью  света,  угол разлета оказывается заметно меньше девяноста градусов.  Это означает, что-либо  закон  сохранения  импульса  не  выполняется  при  высоких,  релятивистских скоростях, либо что-то происходит с величиной массы протонов. Чтобы расчеты  были  в  согласии  с  экспериментальными  данными  и  чтобы  можно было пользоваться классическим определением импульса, необходимо было признать, что масса частиц зависит от скорости движения:

Концепция четырехмерного пространства - времени
                                    
Именно  такую  зависимость  предсказывала  теория  относительности (СТО) Альберта Эйнштейна.

эйнштейн

В основу СТО положены два постулата.

1.  Во  всех  инерциальных  системах  отсчета  скорость  света  неизменна (является  инвариантом)  и  не  зависит  от  движения  источника,  приемника  или  самой системы отсчета

                                                    с = inv.                                (2.2)  

В  классической  механике  Галилея -  Ньютона  величина  скорости  относительного  сближения  двух  тел всегда больше скоростей этих тел и  зависит как от скорости одного объекта, так и от скорости другого.

Поэтому нам трудно поверить, что скорость света не  зависит  от  скорости  его  источника,  но  это  научный факт.

2.  Реальное  пространство  и  время  образуют  единый  четырехмерный пространственно-временной  континуум (сокращенно  будем  его  обозначать ПВК) так, что при переходе между системами отсчета сохраняется неизменным величина пространственно-временного интервала между событиями


Концепция четырехмерного пространства - времени

В СТО не существует событий одномоментных во всех системах отсчета.  Здесь  два  события,  одновременные  в  одной  системе  отсчета,  выглядят разновременными с точки зрения другой, движущейся или покоящейся, системы отсчета.
 
В специальной теории относительности сохраняются все основные определения классической физики - импульса, работы, энергии. Однако появляется и новое: в первую очередь - зависимость массы от скорости движения (2.1). Поэтому  нельзя  использовать классическое  выражение  для  кинетической энергии, ведь оно получено в предположении о неизменности массы объекта и  при  высоких,  релятивистских  скоростях  должно  быть  заменено  на  новую зависимость

                                        W = m с2                                                       (2.5)

Это  самая известная формула  специальной  теории относительности. Оказывается, что изменение релятивистской энергии тела эквивалентно изменению его динамической массы. Используя формулу (2.5), можно связать энергию с величиной массы покоя:  
 
Концепция четырехмерного пространства - времени

В этом выражении присутствует квадрат скорости, что роднит его с формулой  кинетической  энергии  в механике Ньютона. Однако  для  неподвижного тела релятивистская энергия не обращается в ноль:  

                                          Wo = mo с2.                                                    (2.7)

Очевидно, что для этой энергии нет аналога в классическом естествознании, где  для  неподвижного  тела  имеется  потенциальная  энергия  взаимодействия частей тела, но она явным образом зависит от расстояния между взаимодействующими частями тела. Можно сказать, что W0 - это потенциальная энергия  внутренних  уровней  взаимодействия,  которые не могут  быть  сведены  к механическому  движению,  гравитационному  или  кулоновскому  взаимодействиям.

Чтобы найти величину кинетической энергии тела в СТО, необходимо из полной энергии вычесть энергию покоящегося тела:

                                             Wk = W - Wo.                                              (2.8)





Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. — Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. — 184 с.



Содержание урока
1236084776 kr.jpg конспект урока
1236084776 kr.jpg опорный каркас  
1236084776 kr.jpg презентация урока
1236084776 kr.jpg акселеративные методы 
1236084776 kr.jpg интерактивные технологии 

Практика
1236084776 kr.jpg задачи и упражнения 
1236084776 kr.jpg самопроверка
1236084776 kr.jpg практикумы, тренинги, кейсы, квесты
1236084776 kr.jpg домашние задания
1236084776 kr.jpg дискуссионные вопросы
1236084776 kr.jpg риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
1236084776 kr.jpg аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
1236084776 kr.jpg фотографии, картинки 
1236084776 kr.jpg графики, таблицы, схемы
1236084776 kr.jpg юмор, анекдоты, приколы, комиксы
1236084776 kr.jpg притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
1236084776 kr.jpg рефераты
1236084776 kr.jpg статьи 
1236084776 kr.jpg фишки для любознательных 
1236084776 kr.jpg шпаргалки 
1236084776 kr.jpg учебники основные и дополнительные
1236084776 kr.jpg словарь терминов                          
1236084776 kr.jpg прочие 

Совершенствование учебников и уроков
1236084776 kr.jpg исправление ошибок в учебнике
1236084776 kr.jpg обновление фрагмента в учебнике 
1236084776 kr.jpg элементы новаторства на уроке 
1236084776 kr.jpg замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
1236084776 kr.jpg идеальные уроки 
1236084776 kr.jpg календарный план на год  
1236084776 kr.jpg методические рекомендации  
1236084776 kr.jpg программы
1236084776 kr.jpg обсуждения


Интегрированные уроки


Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.