В основе классической механики - науки о движении тел - лежат три закона Ньютона. На ее основе был сформулирован закон всемирного тяготения, создана механистическая картина мира и разработана молекулярно-кинетическая теория.
В основе релятивистской механики лежат общая и специальная теории относительности. Релятивистскую механику в пределе малых скоростей можно рассматривать как классическую механику.
Рассмотрим основные свойства пространства в классической и релятивистской механиках.
Однородность - все точки пространства обладают одинаковыми свойствами, - нет выделенных точек пространства, параллельный перенос не изменяет вид законов природы.
Изотропность - все направления в пространстве обладают одинаковыми свойствами, - нет выделенных направлений и поворот на любой угол сохраняет неизменными законы природы.
Непрерывность - между двумя различными точками в пространстве, как близко бы они не находились, всегда есть третья.
Евклидовость - возможность построения в пространстве декартовых прямоугольных координат. Но согласно общей теории относительности Эйнштейна, при наличии в пространстве тяготеющих масс пространство искривляется, становится неевклидовым.
Трехмерность - каждая точка пространства однозначно определяется координатами - трех действительных чисел.
Характер физических законов зависит от масштаба исследуемых явлений. Поэтому различают микро-, макро- и мегамир. Объектами микромира являются молекулы, элементарные частицы. К объектам макромира относят живую клетку, человека и планету Земля. Мегамир - это Солнечная система и Млечный путь, звезды, галактики и вся Вселенная в целом. В мегамире существенную роль играют эффекты специальной и общей теории относительности, преобладающим взаимодействием является гравитационное. В макромире господствует классическая механика. Микромир - "царство" квантовой физики.
Однородность и изотропность пространства определяют его метрические свойства: возможность измерять расстояния с помощью единого эталона длины. Измерения с помощью эталона требуют непосредственного контакта с точками, между которыми измеряется расстояние.
В микромире расстояния измеряются при помощи явлений дифракции пучков фотонов на кристаллических решетках.
В макромире расстояния измеряются посредством, например, радиолокационного способа, когда зная скорость света в вакууме и вычислив время прохождения квантов света от источника до приемника и обратно, можно определить расстояние до интересующего объекта (например, какой-либо планеты). Также для вычисления расстояний в макромире можно использовать теоремы евклидовой геометрии, например, с помощью геометрического параллакса.
В мегамире для измерения расстояний используют другие методы. Например, для измерения расстояний до дальних звездных систем используют свойство цефеид - нестационарных пульсирующих звезд, которые периодически сжимаются и разжимаются.
Таким образом, классическая механика рассматривает пространство как нечто однородное, изотропное, непрерывное, трехмерное, описываемое геометрией Евклида. Релятивистская механика отвергает это свойства пространства в мегамире, полагая, что при наличии в пространстве тяготеющих масс пространство искривляется, становится неевклидовым, свойства его меняются.
Рассмотрим основные свойства времени в классической и релятивистской механиках.
Однородность - любые явления, происходящие в одних и тех же условиях, но в разные моменты времени, протекают совершенно одинаково.
Непрерывность - между двумя моментами времени, как близко бы они не располагались, всегда можно выделить третий.
Однонаправленность (необратимость) - следствие второго закона термодинамики.
С точки зрения классической физики существует абсолютное, "вселенское" время. Однако релятивистская механика утверждает, что не существует единого "всемирного" хода времени.
Общая теория относительности говорит о влиянии на ход времени распределения гравитационных масс. Например, вблизи массивных тел время замедляет свой ход, а в центре планет время течет несколько медленнее, чем на поверхности.
Специальная теория относительности говорит о влиянии на течение времени изменения скорости - явление, известное как "парадокс близнецов" - чем быстрее движется тело, тем медленнее протекает время на нем.
Совокупность тела и связанной с ним системы координат называется системой отсчета. Неизменность физических законов при переходе от одной системы отсчета к другой носит название принципа относительности.
Инерциальные системы отсчета - это системы отсчета, связанные с поступательно движущимися телами, на которые не действуют внешние силы. Они движутся относительно друг друга прямолинейно и с постоянной скоростью. Все остальные системы отсчета - неинерциальные.
Принцип относительности утверждает, что все инерциальные системы отсчета эквивалентны. В реальном мире не встречаются в полной мере инерциальные системы отсчета. Но принцип относительности для инерциальных систем отсчета имеет свое продолжение и для неинерциальных систем отсчета в принципе тождественности сил инерции и сил гравитации, являющимся основой общей теории относительности.
В основе специальной теории относительности лежит основание, что скорость света в вакууме во всех системах отсчета одна и та же и не зависит ни от скорости источника, ни от направления распространения.
informsky.ru