ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ  ЮРИДИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

имени О.Е. КУТАФИНА» 
 
 

     Кафедра философии 
 
 

     «Альберт  Эйнштейн и теория относительности» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Реферат

     студентки 5 группы, 1 курса

     Института Правоведения

     очно-заочной  формы обучения

     Аксеновой Марии Игоревны 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Москва  2011 год

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Альберт Эйнштейн……………………………………………………………..4

2. Предпосылки создания теории относительности А.Эйнштейна……………5

2.1 Относительность движения по Галилею………………………………….....5

2.2 Принцип относительности и законы Ньютона…………………………....5-6

2.3 Принцип относительности в электродинамике……………………………..6

3. Теория относительности А.Эйнштейна……………………………………….7

3.1 Специальная теория относительности…………………………………….7-8

3.2 Общая  теория относительности……………………………………………...8

Заключение………………………………………………………………………...9

Литература……………………………………………………………………….10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Принцип относительности – фундаментальный  физический закон, согласно которому любой  процесс протекает одинаково  в изолированной материальной системе, находящейся в состоянии покоя, и в такой же системе в состоянии  равномерного прямолинейного движения. Состояния движения или покоя определяются по отношению к произвольно выбранной инерциальной системе отсчета. Принцип относительности лежит в основе специальной теории относительности Эйнштейна.

Инерциальная  система – понятие классической механики, первой фундаментальной физической теории, которая имеет высокий статус и в современной физике. Основы этой теории заложил И.Ньютон.

«Всякое тело продолжает удерживаться в своем  состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние» – так Ньютон сформулировал закон, который сейчас называется первым законом механики Ньютона, или законом инерции.

Система отсчета, в которой справедлив закон  инерции: материальная точка, когда на нее не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, – называется инерциальной. Всякая система отсчета, движущаяся по отношению к ней поступательно, равномерно и прямолинейно, есть также инерциальная.

Теория  относительности – физическая теория пространства и времени. В частной (специальной) теории относительности  рассматриваются только инерциальные системы отсчета. Явления, описываемые  теорией относительности, называются релятивистскими (от лат. «относительный») и проявляются при скоростях, близких к скорости света в вакууме (эти скорости тоже принято называть релятивистскими).

Существует  фактически две различных теории относительности, известных в физике, одна из них называется специальной (частной) теорией относительности, другая – общей теорией относительности. Альберт Эйнштейн предложил первую из них в 1905 г., вторую – в 1916 г. Принимая во внимание, что специальная теория относительности связана, в первую очередь, с электрическими и магнитными явлениями и с их распространением в пространстве и времени, общая теория относительности была разработана, прежде всего, чтобы иметь дело с тяготением. Обе теории сосредотачиваются на новых подходах к пространству и времени, подходах, которые отличаются глубоко от тех, которые используются в каждодневной жизни; но релятивистские понятия пространства и времени неразрывно вплетаются в любую современную интерпретацию физических явлений в пределах от атома до вселенной в целом.

1.Альберт  Эйнштейн

Один  из величайших физиков-теоретиков ХХ века. Родился в Ульме, Германия; жил и работал в Германии, Швейцарии и США. Сын владельца маленького электрохимического заводика в Мюнхене; в этом городе и началось его формальное образование. После того, как семейный бизнес пришел в полный упадок, семья Эйнштейнов перебралась в Италию, а юный Альберт отправился в Цюрих (Швейцария), где и продолжил формальное образование. С учебой у Эйнштейна проблем не возникало, зато он имел массу дисциплинарных взысканий.

В 1901 году Эйнштейн устроился на работу в Швейцарское патентное бюро в Берне и в том же году получил швейцарское гражданство. За семь лет, проведенных на этой должности, он и внес свой основной вклад в науку, включая теоретическое объяснение фотоэлектрического эффекта и броуновского движения и специальную теорию относительности. В 1909 году, получив признание в академических кругах, стал профессором Цюрихского, затем Пражского университетов и, наконец, возглавил Институт физики им. Кайзера Вильгельма в Берлине

В 1919 году к Эйнштейну пришла всемирная  слава — замеры отклонения световых лучей при прохождении лучей в непосредственной близости от Солнца стали экспериментально подтверждать предсказания общей теории относительности. В 1933 году, с окончательным утверждением у власти Адольфа Гитлера, ученый покинул историческую родину и отправился в Принстон (США) для продолжения работы в Принстонском институте фундаментальных исследований, а в 1940 году принял американское подданство. В годы второй мировой войны направил Президенту США Франклину Рузвельту письмо, в котором предупредил об опасности разработки атомного оружия. После войны Эйнштейн выступал последовательным поборником мира во всем мире, и уделял миротворческой деятельности немало времени.

Будучи  непримиримым противником квантовой  механики, как таковой, Эйнштейн своим  скептическим отношением к этой теории немало способствовал развитию и  оттачиванию ее сторонниками, в частности  его старым личным другом Нильсом  Бором, своих идей. На склоне лет Эйнштейн безуспешно пытался связать воедино теорию гравитации с теориями других природных сил. 
 
 
 
 
 
 

2. Предпосылки создания  теории относительности  А.Эйнштейна

2.1 Относительность движения по Галилею

Важную  роль в создании научной картины мира сыграл принцип относительности одного из основоположников современного естествознания Галилея – принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета в классической механике, который утверждает, что никакими механическими опытами, проводящимися в какой-то инерциальной системе отсчета, нельзя определить, покоится данная система или движется равномерно и прямолинейно.

Математически принцип относительности Галилея  выражает инвариантность уравнений  механики относительно преобразований координат движущихся точек (и времени) при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой – преобразований Галилея.

Впервые положение об относительности механического  движения было высказано Галилео  Галилеем в 1638 г. в его труде «Диалог  о двух основных системах мира – птоломеевой и коперниковой». Там же сформулирован один из фундаментальных принципов физики – принцип относительности. Галилей использовал наглядный и образный метод изложения. Он писал, что находясь «в помещении под палубой корабля» и проводя опыты и наблюдения над всем, что там происходит, нельзя определить, покоится ли корабль, или же он движется «без толчков», то есть равномерно и прямолинейно. При этом подчеркивались два положения, составляющие суть принципа относительности:

1) движение  относительно: по отношению к наблюдателю «в помещении под палубой» и к тому, кто смотрит с берега, движение выглядит по-разному;

2) физические  законы, управляющие движением тел  в этом помещении, не зависят  от того, как движется корабль  (если только это движение равномерно). Иначе говоря, никакие опыты в «закрытой кабине» не позволяют определить, покоится кабина или движется равномерно и прямолинейно.

Таким образом, Галилей сделал вывод, что  механическое движение относительно, а законы, которые его определяют, абсолютны, то есть безотносительны. Эти положения коренным образом отличались от общепринятых в то время представлений Аристотеля о существовании «абсолютного покоя» и «абсолютного движения».

2.2 Принцип относительности и законы Ньютона

Принцип относительности Галилея органически вошел в созданную И. Ньютоном классическую механику. Ее основу составляют три «аксиомы» – три знаменитых закона Ньютона. Уже первый из них, гласящий: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не принуждается приложенными силами изменить это состояние», говорит об относительности движения и одновременно указывает на существование систем отсчета (они были названы инерциальными), в которых тела, не испытывающие внешних воздействий, движутся «по инерции», не ускоряясь и не замедляясь. Именно такие инерциальные системы имеются в виду и при формулировке двух остальных законов Ньютона. При переходе из одной инерциальной системы в другую меняются многие величины, характеризующие движение тел, например, их скорости или формы траектории движения, но законы движения, то есть соотношения, связывающие эти величины, остаются постоянными.

2.3 Принцип относительности в электродинамике

Принцип относительности Галилея более  трехсот лет относили только к механике, хотя в первой четверти 19 в., прежде всего благодаря трудам М.Фарадея, возникла теория электромагнитного поля, получившая затем дальнейшее развитие и математическую формулировку в работах Дж.К. Максвелла. Но перенос принципа относительности на электродинамику представлялся невозможным, так как считалось, что все пространство заполнено особой средой – эфиром, натяжения в котором и истолковывались как напряженности электрического и магнитного полей. При этом эфир не влиял на механические движения тел, так что в механике он «не чувствовался», но на электромагнитных процессах движение относительно эфира («эфирный ветер») должно было сказываться. В результате находящийся в закрытой кабине экспериментатор при помощи наблюдения над такими процессами мог, казалось, определить, находится ли его кабина в движении (абсолютном!), или же она покоится. В частности, ученые полагали, что «эфирный ветер» должен влиять на распространение света. Попытки обнаружить «эфирный ветер», однако, не увенчались успехом, и концепция механического эфира была отвергнута, благодаря чему принцип относительности как бы родился заново, но уже как универсальный, справедливый не только в механике, но и в электродинамике, и других областях физики. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Теория относительности  А.Эйнштейна

Говорят, что прозрение пришло к Альберту Эйнштейну в одно мгновение. Ученый якобы ехал на трамвае по Берну (Швейцария), взглянул на уличные часы и внезапно осознал, что если бы трамвай сейчас разогнался до скорости света, то в его восприятии эти часы остановились бы — и времени бы вокруг не стало. Это и привело его к формулировке одного из центральных постулатов относительности — что различные наблюдатели по-разному воспринимают действительность, включая столь фундаментальные величины, как расстояние и время.

Говоря  научным языком, в тот день Эйнштейн осознал, что описание любого физического события или явления зависит от системы отсчета, в которой находится наблюдатель. Если пассажирка трамвая, например, уронит очки, то для нее они упадут вертикально вниз, а для пешехода, стоящего на улице, очки будут падать по параболе, поскольку трамвай движется, в то время как очки падают. У каждого своя система отсчета.

Если  вместо описания падения очков задаться вопросом о законе природы, вызывающем их падение, то ответ на него будет  один и тот же и для наблюдателя  в неподвижной системе координат, и для наблюдателя в движущейся системе координат. Закон распределенного движения в равной мере действует и на улице, и в трамвае. Иными словами, в то время как описание событий зависит от наблюдателя, законы природы от него не зависят. В этом и заключается принцип относительности.

Как любую  гипотезу, принцип относительности нужно проверить путем соотнесения его с реальными природными явлениями. Из принципа относительности Эйнштейн вывел две отдельные (хотя и родственные) теории. Специальная теория относительности исходит из положения, что законы природы одни и те же для всех систем отсчета, движущихся с постоянной скоростью. Общая теория относительности распространяет этот принцип на любые системы отсчета, включая те, что движутся с ускорением.

3.1 Специальная теория относительности

Наибольшую  известность Эйнштейну принесла теория относительности, изложенная им впервые в 1905 г. в статье «К электродинамике движущихся тел». Эйнштейн решительно отверг концепцию эфира по Максвеллу, в которой был убежден, будучи студентом, что позволило рассматривать принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета как универсальный. Исходя из невозможности обнаружить абсолютное движение, Эйнштейн сделал вывод о равноправии всех инерциальных систем отсчета. Он сформулировал два важнейших постулата, делавших излишней гипотезу о существовании эфира, которые составили основу обобщенного принципа относительности:

1) все  законы физики одинаково применимы в любой инерциальной системе отсчета; 

2) свет  всегда распространяется в свободном  пространстве с одной и той  же скоростью, независимо от  движения источника.

Эйнштейн  выдвинул удивительный и на первый взгляд парадоксальный постулат, что  скорость света для всех наблюдателей, как бы они ни двигались, одинакова. Этот постулат (при выполнении некоторых дополнительных условий) приводит к полученным ранее Х. Лоренцем формулам для преобразований координат и времени при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, движущуюся относительно первой. Но Лоренц рассматривал эти преобразования как вспомогательные, или фиктивные, не имеющие непосредственного отношения к реальному пространству и времени. Эйнштейн понял реальность этих преобразований, в частности, реальность относительности одновременности.

Таким образом, принцип относительности, установленный для механики еще  Галилеем, был распространен на электродинамику  и другие области физики. Это привело, в частности, к установлению важного  универсального соотношения между массой  М, энергией  Е и импульсом  Р:  E² =  М²×c⁴ +  P²×с² (где с – скорость света).

3.2 Общая теория относительности

Общая теория относительности применяется  уже ко всем системам отсчета (а не только к движущимися с постоянной скоростью друг относительно друга) и выглядит математически гораздо сложнее, чем специальная (чем и объясняется разрыв в одиннадцать лет между их публикацией). Она включает в себя как частный случай специальную теорию относительности (и, следовательно, законы Ньютона). При этом общая теория относительности идёт значительно дальше всех своих предшественниц. В частности, она дает новую интерпретацию гравитации.

Общая теория относительности делает мир  четырехмерным: к трем пространственным измерениям добавляется время. Все четыре измерения неразрывны, поэтому речь идет уже не о пространственном расстоянии между двумя объектами, как это имеет место в трехмерном мире, а о пространственно-временных интервалах между событиями, которые объединяют их удаленность друг от друга — как по времени, так и в пространстве. То есть пространство и время рассматриваются как четырехмерный пространственно-временной континуум или, попросту, пространство-время. В этом континууме наблюдатели, движущиеся друг относительно друга, могут расходиться даже во мнении о том, произошли ли два события одновременно — или одно предшествовало другому. К счастью для нашего бедного разума, до нарушения причинно-следственных связей дело не доходит — то есть существования систем координат, в которых два события происходят не одновременно и в разной последовательности, даже общая теория относительности не допускает.

Заключение

Теория  относительности А.Эйнштейна –  физическая теория, рассматривающая  пространственно-временные свойства физических процессов. Так как закономерности, устанавливаемые теорией относительности, – общие для всех физических процессов, то обычно о них говорят просто как о свойствах пространства-времени. Эти свойства зависят от полей тяготения в данной области пространства-времени. Теория, описывающая свойства пространства-времени в приближении, когда полями тяготения можно пренебречь, называется специальной или частной теорией относительности, или просто теорией относительности. Свойства пространства-времени при наличии полей тяготения исследуются в общей теории относительности, называемой также теорией тяготения Эйнштейна. Физические явления, описываемые теорией относительности, называются релятивистскими и проявляются при скоростях v движения тел, близких к скорости света в вакууме  с.

В основе теории относительности лежат два  положения: принцип относительности, означающий равноправие всех инерциальных систем отсчета, и постоянство скорости света в вакууме, ее независимость  от скорости движения источника света. Из преобразований Лоренца получаются основные эффекты специальной теории относительности: существование предельной скорости передачи любых взаимодействий – максимальной скорости, до которой можно ускорить тело, совпадающей со скоростью света в вакууме; относительность одновременности (события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета, в общем случае не одновременны в другой); замедление течения времени в быстро движущемся теле и сокращение продольных – в направлении движения – размеров тел и др. Все эти закономерности теории относительности надежно подтверждены на опыте.

Теория  относительности выявила ограниченность представлений классической физики об «абсолютных» пространстве и времени, неправомерность их обособления  от движущейся материи; она дает более  точное, по сравнению с классической механикой, отображение объективных процессов реальной действительности.

Представления о пространстве и времени составляют основу физического миропонимания, что уже само по себе определяет значение теории относительности. Особенно велика ее роль в физике ядра и элементарных частиц, в том числе и для расчетов гигантских установок, которые предназначены для потоков очень быстрых частиц, необходимых для экспериментов, позволяющих продвинуться в изучении строения материи.

Библиографический список

1.  Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Владос, 2000. – 512 с.

2.  Григорьев В.Н. Альберт Эйнштейн / Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия. – М., 2001.

3.  Данилова В.С., Кожевников Н.Н. Основные концепции естествознания. – М.: Аспект Пресс, 2000. – 256 с.

4.  Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. – М.: ЮНИТИ, 2000. – 203 с.

5.  Концепции  современного естествознания / Самыгин  С.И. и др. – Ростов н/Д.: Феникс, 1997. –  448 с.

6.  Гинзбург В.Л.. О теории относительности. – М.: Наука, 1970. –179 с.

7.  Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. – М.: Владос, 1999. – 232 с.

8.  Белов М.В. Концепции современного естествознания: Курс лекций.

9. Тарасов Л.В., Современная физика. – М.: Просвещение, 1990. – 126 с.