Номер 1, страница 235 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. Какие утверждения лежат в основе теории относительности?

Теория относительности, созданная Альбертом Эйнштейном, является одной из фундаментальных теорий современной физики и состоит из двух взаимосвязанных частей: специальной теории относительности (СТО) и общей теории относительности (ОТО). Каждая из них основана на своих фундаментальных утверждениях, или постулатах.

Специальная теория относительности (СТО)

Эта теория, опубликованная в 1905 году, описывает физические законы для инерциальных систем отсчета (ИСО) — то есть систем, которые движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. В ее основе лежат два постулата:

1. Принцип относительности. Этот принцип является расширением механического принципа относительности Галилея на все без исключения законы природы. Он гласит, что все физические законы (механические, электромагнитные, термодинамические и др.) имеют одинаковую математическую форму во всех инерциальных системах отсчета. Это означает, что все ИСО являются физически равноправными, и никакими экспериментами, проведенными внутри системы, невозможно установить, находится ли она в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

2. Принцип постоянства скорости света. Скорость света в вакууме ($c$) одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Она не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и является предельной скоростью для передачи энергии, материи и информации. Это утверждение в корне противоречило классическому закону сложения скоростей, но было многократно подтверждено экспериментами и лежит в основе релятивистской кинематики.

Следствиями этих двух постулатов стали революционные представления о природе пространства и времени, такие как относительность одновременности, замедление времени и сокращение длины, а также знаменитая формула эквивалентности массы и энергии: $E=mc^2$.

Общая теория относительности (ОТО)

Эта теория, завершенная в 1915 году, является развитием СТО и представляет собой современную теорию гравитации. ОТО распространяет принцип относительности на неинерциальные, то есть ускоренно движущиеся, системы отсчета. Ключевое утверждение, лежащее в основе ОТО, — это принцип эквивалентности:

• Принцип эквивалентности утверждает, что силы гравитации локально неотличимы от сил инерции, возникающих при ускоренном движении. Например, все физические явления в однородном гравитационном поле протекают точно так же, как в системе отсчета, движущейся с соответствующим ускорением, но в отсутствие гравитации. Важнейшим следствием этого принципа является равенство инертной и гравитационной масс тела.

Этот принцип позволил Эйнштейну прийти к выводу, что гравитация не является силой в ньютоновском смысле, а представляет собой геометрическое свойство четырехмерного пространства-времени. Масса и энергия искривляют пространство-время, и это искривление определяет траекторию движения тел.

Ответ: В основе теории относительности лежат следующие фундаментальные утверждения:
1. Постулаты специальной теории относительности (СТО): принцип относительности (инвариантность законов природы во всех инерциальных системах отсчета) и принцип постоянства скорости света в вакууме.
2. Основной принцип общей теории относительности (ОТО): принцип эквивалентности, который устанавливает локальную тождественность гравитационных эффектов и эффектов, вызванных ускорением системы отсчета, и приводит к геометрической интерпретации гравитации как свойства искривленного пространства-времени.