Основы теоретической физики/Скорость распространения взаимодействий

2.1.1. Скорость распространения взаимодействий

В механике взаимодействие материальных точек описывается потенциальной энергией, которая является функцией координат. При таком описании предполагается, что взаимодействия распространяются мгновенно.

Опыт показывает, что мгновенных взаимодействий в природе не существует. Если с одним из тел что-либо происходит, то на другое тело это изменение подействует через некоторое время. Скорость взаимодействия можно получить, разделив расстояние между телами на время прошедшее до взаимодействия.

В физике взаимодействие часто называют «сигналом». Скорость взаимодействия – это скорость распространения сигнала. В общем случае справедлив «принцип относительности»: все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета.

Из сформулированного принципа относительности следует, что максимальная скорость распространения взаимодействий должна быть одинаковой во всех инерциальных системах отсчета. Опыт показывает, что максимальная скорость распространения взаимодействий существует и она равна скорости света $c=299792458$ м/с. Поскольку скорость света — это очень большая величина, то на практике, предположение о ее бесконечности обычно не вносит ощутимых погрешностей.

Объединение двух постулатов: принципа относительности и конечности скорости распространения взаимодействий, называют «принципом относительности Эйнштейна». Механика, основанная на этом принципе, называется «релятивистской механикой». Предельный переход от формул релятивистской механики к формулам классической (Лагранжевой) механики, осуществляется если устремить скорость света к бесконечности.

В классической механике, кроме мгновенности взаимодействий, также полагается, что время течет одинаково во всех инерциальных системах отсчета. В релятивистской механике время не может являться «абсолютным», иначе скорость света была бы разной в разных системах отсчета. Другими словами, в релятивистской механике утверждение: «между событиями прошел промежуток времени» - бессмысленно, если не указать систему отсчета. События, одновременные в одной системе отсчета не являются одновременными в другой.

Для примера, рассмотрим две инерциальные системы отсчета K и K'. Пусть K' движется вправо со скоростью V относительно системы K. Если в некоторый момент из точки A (на оси x') отправить сферическую световую волну, то для наблюдателя в системе K', свет одновременно достигнет равноудаленных от A точек В и C.

С другой стороны, для наблюдателя в точке D, которая на оси x в начальный момент совпадала с точкой A, приход светового сигнала в точки B и C – не будет одновременным. Действительно, с точки зрения неподвижного наблюдателя в системе K, точка B приближается к точке D, а точка C – удаляется от нее. При этом сигнал распространяется во все направления с одинаковой скоростью.

См. также

<<Назад  |  Далее>>
Оглавление