Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Принцип физики, утверждающий, что законы физики должны быть одинаковы во всех системах отсчета.
Physics principle stating that the laws of physics must be the same in all reference frames
В физике принцип относительности – это требование, чтобы уравнения, описывающие законы физики, сохраняли свою форму во всех допустимых системах отсчета. Например, в рамках специальной теории относительности уравнения Максвелла имеют одинаковую форму во всех инерциальных системах отсчета. В рамках общей теории относительности уравнения Максвелла или уравнения Эйнштейна сохраняют свою форму в любых системах отсчета. Различные принципы относительности успешно применялись в науке, как неявно (например, в ньютоновской механике), так и явно (например, в специальной и общей теории относительности Альберта Эйнштейна).
In physics, the principle of relativity is the requirement that the equations describing the laws of physics have the same form in all admissible frames of reference. For example, in the framework of special relativity the Maxwell equations have the same form in all inertial frames of reference. In the framework of general relativity the Maxwell equations or the Einstein field equations have the same form in arbitrary frames of reference. Several principles of relativity have been successfully applied throughout science, whether implicitly (as in Newtonian mechanics) or explicitly (as in Albert Einstein's special relativity and general relativity).
Основные понятия
Некоторые принципы относительности широко приняты в большинстве научных дисциплин. Один из наиболее распространенных – убеждение, что любой закон природы должен быть одинаковым во все времена, и научные исследования обычно исходят из того, что законы природы одинаковы независимо от того, кто проводит измерения. Эти принципы встроены в научное исследование на самом фундаментальном уровне. Любой принцип относительности постулирует симметрию в естественных законах: то есть, законы должны выглядеть одинаково для разных наблюдателей. Согласно теоретическому результату, известному как теорема Нётер, любая такая симметрия также влечет за собой закон сохранения. Например, если два наблюдателя в разное время видят одни и те же законы, то величина, называемая энергией, будет сохраняться. Таким образом, принципы относительности позволяют делать проверяемые предсказания о поведении природы.
Certain principles of relativity have been widely assumed in most scientific disciplines. One of the most widespread is the belief that any law of nature should be the same at all times; and scientific investigations generally assume that laws of nature are the same regardless of the person measuring them. These sorts of principles have been incorporated into scientific inquiry at the most fundamental of levels. Any principle of relativity prescribes a symmetry in natural law: that is, the laws must look the same to one observer as they do to another. According to a theoretical result called Noether's theorem, any such symmetry will also imply a conservation law alongside. For example, if two observers at different times see the same laws, then a quantity called energy will be conserved. In this light, relativity principles make testable predictions about how nature behaves.
В ньютоновской механике
Особый принцип относительности был впервые четко сформулирован Галилео Галилеем в 1632 году в его «Диалоге о двух главных мировых системах», используя метафору корабля Галилея. Ньютоновская механика дополнила особый принцип относительности рядом других концепций, включая законы движения, гравитацию и постулат об абсолютном времени. В формулировке, основанной на этих законах, особый принцип относительности утверждает, что законы механики инвариантны относительно преобразований Галилея.
The special principle of relativity was first explicitly enunciated by Galileo Galilei in 1632 in his Dialogue Concerning the Two Chief World Systems, using the metaphor of Galileo's ship. Newtonian mechanics added to the special principle several other concepts, including laws of motion, gravitation, and an assertion of an absolute time. When formulated in the context of these laws, the special principle of relativity states that the laws of mechanics are invariant under a Galilean transformation.
В специальной теории относительности
Джозеф Лармор и Хендрик Лоренц обнаружили, что уравнения Максвелла, используемые в теории электромагнетизма, оказывались инвариантными лишь при определенном изменении единиц времени и длины. Это вызвало некоторую путаницу среди физиков, многие из которых считали, что существование светоносного эфира несовместимо с принципом относительности, как он был сформулирован Анри Пуанкаре:
Joseph Larmor and Hendrik Lorentz discovered that Maxwell's equations, used in the theory of electromagnetism, were invariant only by a certain change of time and length units. This left some confusion among physicists, many of whom thought that a luminiferous aether was incompatible with the relativity principle, in the way it was defined by Henri Poincaré:
В своих работах 1905 года по электродинамике Анри Пуанкаре и Альберт Эйнштейн показали, что принцип относительности выполняется в точности при использовании преобразований Лоренца. Эйнштейн возвел (специальный) принцип относительности в ранг постулата теории и вывел преобразования Лоренца из этого принципа в сочетании с принципом независимости скорости света (в вакууме) от движения источника. Согласование этих двух принципов потребовало пересмотра фундаментального смысла пространственных и временных интервалов. Сила специальной теории относительности заключается в использовании простых, базовых принципов, включая инвариантность законов физики при переходе между инерциальными системами отсчета и инвариантность скорости света в вакууме. (См. также: Ковариантность Лоренца.) Форму преобразований Лоренца можно вывести, исходя только из принципа относительности. Используя лишь изотропию пространства и симметрию, вытекающую из принципа специальной относительности, можно доказать, что пространственно-временные преобразования между инерциальными системами отсчета являются либо галилеевскими, либо лоренцевскими. То, какое именно преобразование имеет место – галилеевское или лоренцевское – должно быть установлено экспериментально. Невозможно математически доказать инвариантность скорости света c, опираясь только на логику. В лоренцевом случае из этого следуют релятивистский закон сохранения интервала и постоянство скорости света.
In their 1905 papers on electrodynamics, Henri Poincaré and Albert Einstein explained that with the Lorentz transformations the relativity principle holds perfectly. Einstein elevated the (special) principle of relativity to a postulate of the theory and derived the Lorentz transformations from this principle combined with the principle of the independence of the speed of light (in vacuum) from the motion of the source. These two principles were reconciled with each other by a re examination of the fundamental meanings of space and time intervals. The strength of special relativity lies in its use of simple, basic principles, including the invariance of the laws of physics under a shift of inertial reference frames and the invariance of the speed of light in vacuum. (See also: Lorentz covariance.) It is possible to derive the form of the Lorentz transformations from the principle of relativity alone. Using only the isotropy of space and the symmetry implied by the principle of special relativity, one can show that the space time transformations between inertial frames are either Galilean or Lorentzian. Whether the transformation is actually Galilean or Lorentzian must be determined with physical experiments. It is not possible to conclude that the speed of light c is invariant by mathematical logic alone. In the Lorentzian case, one can then obtain relativistic interval conservation and the constancy of the speed of light.
Общая теория относительности
Общая теория относительности была разработана Эйнштейном в период с 1907 по 1915 год. Общая теория относительности постулирует, что глобальная ковариантность Лоренца, свойственная специальной теории относительности, становится локальной ковариантностью Лоренца в присутствии материи. Присутствие материи "искривляет" пространство-время, и это искривление влияет на траекторию свободных частиц (и даже на траекторию света). Общая теория относительности использует математический аппарат дифференциальной геометрии и тензоров для описания гравитации как следствия геометрии пространства-времени. Эйнштейн построил эту новую теорию на основе общего принципа относительности и назвал её в честь этого принципа.
General relativity was developed by Einstein in the years 1907 1915. General relativity postulates that the global Lorentz covariance of special relativity becomes a local Lorentz covariance in the presence of matter. The presence of matter "curves" spacetime, and this curvature affects the path of free particles (and even the path of light). General relativity uses the mathematics of differential geometry and tensors in order to describe gravitation as an effect of the geometry of spacetime. Einstein based this new theory on the general principle of relativity, and he named the theory after the underlying principle.