Теория относительности - Мёллер К.
Скачать (прямая ссылка):
При подготовке этого нового, пересмотренного издания активную помощь оказали мне сотрудники секретариата Северного института теоретической атомной физики (Nordita). Я с особой благодарностью отмечаю помощь мисс Хелл-ман, которая столь же старательно, как и двадцать лет назад, помогала мне при подготовке рукописи к печати.
Копенгаген г.
Июль 1971 Кристиан Меллер
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ
Настоящая монография является расширенным вариантом курса лекций, который я читаю в Копенгагенском университете последние двадцать лет. Следовательно, книга в первую очередь предназначена для читателей, чей уровень математической и физической культуры достаточно высок. Считается, что изучающие теорию относительности хорошо владеют методами нерелятивистской механики к электродинамики, а также всеми теми разделами, которые мы называем классической, неквантовой физикой. Такое последовательное исключение всех квантовых эффектов, на первый взгляд, может показаться существенным недостатком книги. Однако для этого есть веские основания. Во-первых, законченной, непротиворечивой квантовой теории пока нет. Во-вторых, классическая релятивистская теория, которая уже сама по себе достаточно надежна как база для описания многих физических явлений, как раз и является фундаментом для будущей непротиворечивой квантовой теории. Для изучающих квантовую теорию поля или для тех, кто активно работает в этой области, хорошее знание релятивистской физики столь же необходимо, как необходимо знание ньютоновской механики для понимания элементарной квантовой механики. Да и вообще классическая теория относительности является в настоящее время наиболее совершенным разделом теоретической физики.
Наше изложение несколько отличается от общепринятого тем, что чегы-рехмерной формулировке отводится несколько меньшая роль. Конечно, четырехмерная формулировка, основанная на лоренцевой симметрии пространства — времени, является изящным способом выражения принципа относительности на математическом языке, и, кроме того, она позволяет кратчайшим путем перейти к формулировке общековариантной теории. В ранних руководствах по теории относительности естественно было специально подчеркивать именно эту однородность пространственно-временного многообразия. Я полагаю, однако, что в современных руководствах полезно делать акцент именно на различии между пространственными и временной переменными, которое так легко теряется в четырехмерном формализме.
В первых трех главах мы избегаем поэтому всякого упоминания о чегы-рехмерной картине и релятивистскую механику точки формулируем исключительно на языке обыкновенного трехмерного векторного анализа. В последующих главах, где используется уже четырехмерный формализм, время от времени дается трехмерная картина для лучшего уяснения физики явлений.
В книгу вошли только те результаты, которые считаются в настоящее время хорошо установленными; в частности, все попытки построения единых теорий электромагнитного и гравитационного взаимодействий места в книге не нашли. Довольно мало уделено внимания космологии, так как эти вопросы очень широко обсуждаются в серии монографий Толмана. Несмотря на эти ограничения мы надеемся, что читатель найдет в нашей книге достаточно полное и последовательное изложение одной из самых красивых во всей истории науки
теорий, большая часть которой создана только одним человеком — Альбертом Эйнштейном.
При написании этой работы и подготовке ее к изданию я пользовался поддержкой и помощью многих моих коллег. Прежде всего я благодарен профессору Нильсу Бору за его постоянный интерес к работе на протяжении многих лет, за его многочисленные советы и дискуссии в стенах его института. Я благодарю также профессоров Мотта и Снеддона, прочитавших мою рукопись и устранивших из нее мои даницизмы. Я признателен также за их доброжелательное отношение ко мне.
Я благодарю также докторов Кона и Святецого, магистра Лнндхарда за их помощь в проверке формул. И наконец, я выражаю свою признательность мисс Хеллман за ее неутомимую и многостороннюю помощь при подготовке рукописи к изданию.
Копенгаген Ноябрь. 1951
Кристиан Меллер
Глава
I
ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР
§ 1.1. Принцип относительности в механике.
Преобразования Галилея
Специальная теория относительности, созданная в начале XX в. главным образом благодаря работам Эйнштейна, имеет глубокие корни в прошлом. Эту теорию можно рассматривать как продолжение и обобщение идей, лежащих в основе описания природы, предложенного еще Галилеем и Ньютоном. Фундаментальный постулат теории — так называемый принцип относительности* — уже в работах Галилея и Гюйгенса играл определяющую роль в выборе основных законов природы. Справедливость принципа относительности в механике является простым следствием уравнений Ньютона. Поскольку последние представляют собой особенно хороший материал для иллюстрации принципа относительности, мы начнем с рассмотрения чисто механических явлений.
В соответствии с первым законом Ньютона, законом инерции, всякая материальная точка, предоставленная сама себе, будет двигаться равномерно и прямолинейно. Так как мы не можем определить движение иначе, чем движение одних тел относительно других, то первый закон Ньютона только тогда считается сформулированным точно, когда установлена система отсчета, по отношению к которой можно измерить скорость точки. Именно поэтому Ньютон ввел понятие «абсолютного пространства», по отношению к которому можно зарегистрировать движение любых материальных тел в природе. Опыт показывает, что неподвижные звезды в целом с хорошим приближением можно считать покоящимися относительно «абсолютного пространства», так как любое достаточно удаленное от неподвижных звезд тело всегда движется относительно них с постоянной скоростью.
