Пространство-время и его четырехвектор
Формирование понятий кинетической энергий и трехмерной среды обитания, их согласование с трехмерной декартовой системой отсчета, допускающей преобразования в сферические и цилиндрические координаты. Формула четырехвектора аффинного пространства-времени.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.02.2016 |
| Размер файла | 19,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Пространство-время и его четырехвектор
До конца XIX века физическая наука осваивала макромир, что способствовало развитию математики, успехи которой возвели ее в ранг непогрешимой королевы наук. Но в это же время обозначился и прорыв в микромир, потребовавший кардинальную реформацию привычных математических методов и подходов к проблемам физики. Объективно различие между макромиром и микромиром состоит в относительной точности как результатов теоретических исследований, так и методов экспериментальных проверок этих исследований. Точность макромира считалась достаточной при условии , тогда как точность микромира оказывается удовлетворительной при и лучше. Надо полагать, это понимали все, но никто не приводил ранние фундаментальные исследования (с точностью до макромира) к точности до микромира. А это могло бы изменить некоторые фундаментальные понятия. Например, интеграл действия 200 лет тому назад рассматривался с ограничением разложения подынтегральной функции двумя линейными членами (то есть, с точностью до макромира), что приводило к системе однородных дифференциальных уравнений. Их решения и привели к понятиям потенциальной и кинетической энергий. Но, если бы учитывались и члены высоких порядков (то есть, с точностью до микромира), уравнения были бы неоднородные и привели бы к дополнительному понятию энергии усилия, которого современная физика не знает. Конечно, это огромный труд - приводить все ранние исследования к точности до микромира. Но когда это будет сделано, возможно, отпадет необходимость в экзотических инструментах исследования. Одним из таких инструментов является пространство-время. пространство время кинетический энергия
Наша трехмерная среда обитания трудами величайших ученых прошлых лет чрезвычайно хорошо согласована с трехмерной декартовой системой отсчета, допускающей преобразования в сферические и цилиндрические координаты. Это согласование обеспечило адекватное понимание мироустройства с точностью до макромира и обусловило высочайшую степень развития науки и промышленности. Зачем же потребовалось четырехмерное пространство-время, с трудом осмысливаемое отдельными одаренными членами ученого сообщества? Чего не хватало? Не хватало пустяков - микромир не хотел подчиняться ранним фундаментальным законам и понятиям. Возможно, и потому, что фундаментальные законы и понятия никто не приводил к точности микромира. Как бы то ни было, в науке образовался кризис, осознанный, как кризис физики. Потребовалось расширить область наблюдений, чтобы отдельные проблемы рассматривать, как частные случаи некоторой общности. Процесс исследования всегда так и осуществляется: решив одну проблему, поднимаешься чуть выше и тогда видишь, что проблем, оказывается больше, и они связаны между собой. За неимением других предложений было решено (воля субъекта исследования) увеличить базис пространства до четырех измерений. Так в физику ворвался четырехвектор аффинного пространства-времени:
, (1)
где координаты имеют размерность протяженности, координата - размерность времени, а индекс означает принадлежность вектора аффинному пространству. Под него специально был разработан математический аппарат в виде тензорного исчисления, которое, в сущности, представляет собой теорию преобразования одних аффинных координат в другие аффинные координаты, а также преобразования аффинной системы отсчета в метрическую. Принято считать, что эта теория выявляет все свойства вектора (1). Тем не менее, здесь уместно рассмотреть изменения этого вектора во времени.Представляется очевидным, что скорость распространения в этом новом пространстве определяется первой производной по времени:
(2)
Здесь бросается в глаза, что скорость изменения времени равна константе . Это означает, что в означенном пространстве время не может быть нелинейной функцией. Таким оказывается одно из важнейших свойств вектора (1). Вторая производная этого вектора по времени - ускорение - равна:
В этом случае, как легко заметить, утрачивается одно измерение пространства-времени и это оказывается вторым важнейшим свойством вектора (1), которое превращает пространство-время в пространство-трансформер.
«Обычное для теории относительности пространство» по утверждению Андре Анго [1, стр.264] характеризуется четырехмерным вектором :
, (4)
где - множитель в виде мнимой скорости света, превращающий аффинное пространство в метрическое пространство с одинаковой размерностью по осям координат. При этом свойства (2) и (3) принимают вид:
и (5)
Введенный произволом субъекта исследования множитель , будучи константой, не изменяет свойств вектора (1), как и следовало ожидать. То есть, координата вдоль оси остается координатой времени с фальшивой размерностью. А это означает, что разногласия между апологетами и критиками теории относительности по поводу преобразований Лоренца в двух разных инерциальных системах отсчета:
и
не имеют смысла в связи с нелинейным характером времени в этих системах отсчета, что противоречит свойству (2).
Таким образом, теория относительности и пространство-время не имеют ничего общего.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Четырехмерное пространство-время. Уравнения Максвелла в пустоте. Пространственные углы Эйлера. Формула опускания индекса контравариантного вектора. Основные законы преобразования тензоров на четырехмерном многообразии. Расстояния между событиями.
реферат [221,5 K], добавлен 20.03.2016Развитие представлений о пространстве и времени, их общие свойства. Необратимость времени как проявление асимметрии, асимметрия причинно-следственных отношений. Гипотезы Н.А. Козырева о новых свойствах времени. Теория N–мерности пространства и времени.
контрольная работа [99,9 K], добавлен 05.10.2009Преобразования Лоренца и основные следствия из них. Четырехмерное пространство Эйнштейна. Расстояние между точками трехмерного пространства. Интервал между двумя событиями. Промежуток собственного времени. События, разделенные вещественным интервалом.
лекция [212,8 K], добавлен 28.06.2013Положения теории относительности. Релятивистское сокращение длин и промежутков времени. Инертная масса тела. Причинно-следственные связи, пространственно-временной интервал между событиями. Единство пространства и времени. Эквивалентность массы и энергии.
контрольная работа [25,0 K], добавлен 16.12.2011Пространство - единственная объективно существующая не материальная субстанция. Материальные субстанции - вещество, энергия, эфир. Время - последовательность изменения расположения материи. Магнетизм и электричество. Строение звезды. Черная дыра.
статья [18,0 K], добавлен 07.03.2008Физическая теория материи, многомерные модели Вселенной. Физические следствия, вытекающие из теории многомерных пространств. Геометрия Вселенной, свойства пространства и времени, теория большого взрыва. Многомерные пространства микромира и Вселенной.
курсовая работа [169,4 K], добавлен 27.09.2009Разделение четырехмерного пространства на физическое время и трехмерное пространство. Постоянство и изотропия скорости света, определение одновременности. Расчет эффекта Саньяка в предположении анизотропии скорости света. Изучение свойств NUT-параметра.
статья [26,4 K], добавлен 22.06.2015Основные принципы и законы в классической механике. Специальная теория относительности в пространстве и времени. Относительность одновременности. Изучение роли категории "пространство" и "время" в построении физической картины мира. Принцип инерции.
презентация [4,3 M], добавлен 11.06.2019Физические законы для систем электрического и теплового зарядов. Параметр электрического сопротивления. Механический эквивалент тепла. Термо-электрический потенциал. Закон сохранения и преобразования энергий. Интегральный и дифференциальный процессы.
контрольная работа [398,8 K], добавлен 10.05.2015Время-объект физического исследования. Время и движение, машина времени. Время и тяготение. Черные дыры: время остановилось. Время осуществляет связь между всеми явлениями Природы. Время обладает разнообразными свойствами, которые можно изучить опытами.
реферат [36,0 K], добавлен 08.05.2003Развитие представления о пространстве и времени. Парадигма научной фантастики. Принцип относительности и законы сохранения. Абсолютность скорости света. Парадокс замкнутых мировых линий. Замедление хода времени в зависимости от скорости движения.
реферат [21,5 K], добавлен 10.05.2009Сравнение показаний неподвижных атомных часов, и атомных часов, летавших на самолете. Сущность и содержание теории относительности, свойства пространства и времени согласно ей. Гравитационное красное смещение. Квантовая механика, ее интерпретация.
презентация [393,5 K], добавлен 17.05.2014Инерциальные системы отсчета. Классический принцип относительности и преобразования Галилея. Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна. Релятивистский закон изменения длин промежутков времени. Основной закон релятивистской динамики.
реферат [286,2 K], добавлен 27.03.2012Законы природы, строение атома и гравитация. Корпускулярно-волновой дуализм. Магнитное поле и электрический ток, шаровая молния. Процесс образования планет, их движение. Пространство и время. Математика и физический смысл. Модели протона и электрона.
эссе [1,5 M], добавлен 15.11.2012Изучение единиц выражения скорости и приборов, которыми она измеряется. Определение зависимости скорости от времени для двух тел, скорости при равномерном движении. Исследование понятий механического движения, тела отсчета, траектории и пройденного пути.
презентация [1,2 M], добавлен 12.12.2011Основные направления фундаментальной Теории многомерного пространства. Современные представления о теории атома. Пространства Вселенной: мертвой материи, видимое с Земли, желтое, серое и синее. Схема орбитально-динамического взаимодействия объектов.
реферат [308,5 K], добавлен 18.10.2009Что понимают под относительностью движения в физике. Понятие системы отсчёта как совокупности тела отсчёта, системы координат и системы отсчёта времени, связанных с телом, по отношению к которому изучается движение. Система отсчета движения небесных тел.
презентация [2,7 M], добавлен 06.02.2011Преобразования Галилея и Лоренца. Создание специальной теории относительности. Обоснование постулатов Эйнштейна и элементов релятивистской динамики. Принцип равенства гравитационной и инертной масс. Пространство-время ОТО и концепция эквивалентности.
презентация [329,0 K], добавлен 27.02.2012Понятие механического движения. Прямолинейное равномерное и неравномерное движение. Законы криволинейного движения. Основы классической динамики, законы Ньютона. Силы в природе и движения тел. Пространство и время, специальная теория относительности.
контрольная работа [29,3 K], добавлен 04.08.2011Актуальность понятия времени. Включение времени в галилеевскую механику. Метафорическое обозначение направления времени. Связь направления времени с направлением процесса увеличения расстояния между галактиками. Выделенность направления времени.
презентация [501,5 K], добавлен 04.10.2013
