Кількісна теорія грошей: походження і доля концепції
Кількісна теорія грошей є однією з економічних доктрин. Вона пояснює вартість валюти і рівень цін на товари їх сукупним…
Після того як математики створили правила в просторі понять і чисел, вчені були впевнені, що їм залишається лише ставити експерименти і за допомогою логічних побудов пояснювати пристрій всього сущого. У розумних межах закони математики працюють. Але експерименти, що виходять за рамки щоденних понять і уявлень, вимагають нових принципів і законів.
У середині XIX століття повсюдно поширилася зручна ідея про загальне ефірі, яка влаштовувала більшість вчених і дослідників. Таємничий ефір став найбільш поширеною моделлю, що пояснює відомі на той час фізичні процеси. Але до математичного опису гіпотези ефіру поступово додавалися безліч непояснених фактів, які пояснювалися різними додатковими умовами і припущеннями. Поступово струнка теорія ефіру обросла «милицями», їх ставало занадто багато. Були потрібні нові ідеї для пояснення будови нашого світу. Постулати спеціальної теорії відносності відповідали всім вимогам - вони були короткі, несуперечливі і повністю підтверджувалися експериментами.
Останньою краплею, яка «зламала спину» гіпотезі ефіру, стали дослідження в області електродинаміки і пояснюють їх рівняння Максвелла. При приведенні результатів дослідів до математичного рішенням, Максвелл використовував теорію ефіру.
У своєму експерименті дослідники змусили два променя, що йдуть в різних напрямках, випромінюватися синхронно. За умови що світло рухається в «ефірі», один промінь світла повинен був рухатися повільніше іншого. Незважаючи на численні повторення досвіду, результату був один і той же - світло рухався з постійною швидкістю.
Інакше не можна було пояснити той факт, що, згідно з розрахунками, швидкість світла в гіпотетичному ефірі »завжди була однаковою, незалежно від того, з якою швидкістю рухався спостерігач. Але щоб пояснити результати досліджень, потрібно, щоб система відліку була «ідеальної». А це суперечило постулату Галілея про інваріантності всіх інерційних систем відліку.
На початку ХХ століття ціла плеяда вчених приступила до розробки теорії, яка примиряла б результати досліджень електромагнітних коливань з принципами класичної механіки.
При розробці нової теорії було враховано, що:
- рух з близько світловими швидкостями змінює формулу другого закону Ньютона, що зв`язує прискорення з силою і масою;
- рівняння для імпульсу тіла повинно мати іншу, більш складну формулу;
- швидкість світла лишалася незмінною, незалежно від обраної системи відліку.
Зусилля А. Пуанкаре, Г. Лоренца і А. Ейнштейна привели до створення спеціальної теорії відносності, яка погодила всі недоліки і пояснила існуючі спостереження.
Основи спеціальної теорії відносності полягають у визначеннях, якими оперує дана теорія
1. Система відліку - матеріальне тіло, яке можна прийняти за початок системи відліку і координату часу, протягом якого спостерігач буде стежити за рухом об`єктів.
2. Інерціальна система відліку - та, яка рухається рівномірно і прямолінійно.
3. Подія. Спеціальна і загальна теорія відносності розглядають подію як локалізований в просторі фізичний процес з обмеженою тривалістю. Координати об`єкта можуть бути задані в тривимірному просторі як (x, y, z) і періодом часу t. Стандартним прикладом такого процесу є світловий спалах.
Спеціальна теорія відносності розглядає інерціальні системи відліку, в яких перша система рухається біля другої з постійною швидкістю. У цьому випадку пошук співвідношень координат об`єкту в цих інерційних системах є пріоритетним для СТО і входить в її основні завдання. Спеціальна теорія відносності зуміла вирішити це питання за допомогою формул Лоренца.
При розробці теорії Ейнштейн відкинув всі численні припущення, які були необхідними для підтримки теорії ефіру. Простота і математична доказовою - ось два кити, на яких трималася його спеціальна теорія відносності. Коротко її передумови можна звести до двох постулатів, які були необхідні для створення нових законів:
Ці постулати спеціальної теорії відносності зробили марною теорії про міфічний ефірі. Натомість цієї субстанції була запропонована концепція чотиривимірного простору, який зв`язав воєдино час і простір. При вказівці місцезнаходження тіла в просторі потрібно враховувати і четверту координату - час. Зазначене подання здається досить штучним, але слід врахувати, що підтвердження цієї точки зору лежить в межах швидкостей, порівнянних зі швидкістю світла, а в повсякденному світі закони класичної фізики виконують свою роботу на «відмінно». Принцип відносності Галілея виконується для всіх інерційних систем відліку: якщо в СО k дотримується правило F = ma, то воно буде правильним і в іншій системі відліку k `. У класичній фізиці час - величина визначена, і його значення незмінно і не залежить від руху інерціальної СО.
Коротко координати точки і час можна позначити так:
x `= x - vt і t` = t.
таку формулу дає класична фізика. Спеціальна теорія відносності пропонує цю формулу в більш ускладненому вигляді.
У цьому рівнянні величини (x, x `y, y` z, z `t, t`) позначають координати об`єкта і протягом часу в спостережуваних системах відліку, v-швидкість об`єкта, а з - швидкість світла у вакуумі.
Швидкості об`єктів в такому випадку повинні відповідати не стандартної галілеївсько
формулою v = s / t, а такому перетворенню Лоренца:
Як можна бачити, при нехтує малій швидкості тіла ці рівняння вироджуються в усьому відомі рівняння класичної фізики. Якщо віддати перевагу іншу крайність і задати швидкість об`єкта дорівнює швидкості світла, то в цьому граничному випадку все одно виходить c. Звідси спеціальна теорія відносності робить висновок, що жодне тіло в спостережуваному світі не може рухатися ос швидкістю, що перевищує швидкість світла.
При подальшому розгляді перетворень Лоренца стає ясно, що зі стандартними об`єктами починають відбуватися нестандартні речі. Наслідки спеціальної теорії відносності - це зміна довжини об`єкта і плину часу. Якщо довжина відрізка в одній системі відліку буде дорівнює l, то спостереження з іншого ОС, дадуть таке значення:
Таким чином, з`ясовується, що спостерігач з другої системи відліку побачить відрізок більш коротким, ніж перший.
Дивовижні перетворення торкнулися і такої величини, як час. Рівняння для координати t буде виглядати таким чином:
Як можна бачити, час у другій системі відліку тече повільніше, ніж в першій. Природно, обидва цих рівняння дадуть результати тільки при швидкостях, порівнянних зі швидкістю світла.
Першим вивів формулу уповільнення часу Ейнштейн. Він же і предолжіл розгадати так званий «парадокс близнюків». За умовою цього завдання є брати-близнюки, один з яких залишився на Землі, а другий полетів на ракеті в космос. Відповідно до формули, написаної вище, брати будуть старіти по різному, так як час для мандрівного брата тече повільніше. Цей парадокс має рішення, якщо врахувати, що брат-домосід весь час знаходився в інерціальній системі відліку, а близнюк-непосида подорожував в неінерціальної СО, яка рухалася з прискоренням.
Ще одним наслідком СТО є зміна маси об`єкта, що спостерігається в різних СО. Оскільки всі фізичні закони однаково діють у всіх інерційних системах відліку, фундаментальні закони збереження - імпульсу, енергії і моменту імпульсу - повинні дотримуватися. Але оскільки швидкість для спостерігача в нерухомій СО більше, ніж у що рухається, то, відповідно до закону збереження импулься, маса об`єкта повинна змінитися на величину: У першій системі відліку об`єкт повинен мати більшу масу тіла, ніж у другій.
Прийнявши швидкість тіла дорівнює швидкості світла, отримуємо несподіваний висновок - маса об`єкта досягає нескінченної величини. Зрозуміло, будь-яке матеріальне тіло в осяжній всесвіту має свою кінцеву масу. Рівняння лише говорить про те, що ніякої фізичний об`єкт не може рухатися ос швидкістю світла.
При швидкості об`єкта, багато меншій швидкості світла, рівняння для маси можна привести до виду:
вираз m0 c являє собою якесь властивість об`єкта, яке залежить тільки від його маси. Ця величина отримала назву енергії спокою. Сума енергій спокою і руху може бути записана так:
mc2 = m0 c + Eкін .
Звідси випливає, що повна енергія об`єкта може бути виражена формулою:
E = mc2.
Простота і елегантність формули енергії тіла надали закінченість,
де Е - повна енергія тіла.
Простота і елегантність знаменитої формули Ейнштейна надали закінченість спеціальної теорії відносності, зробивши її внутрішньо несуперечливої і не вимагає багатьох припущень. Таким чином, дослідники пояснили багато протиріч і дали поштовх для вивчення нових явищ природи.
Кількісна теорія грошей є однією з економічних доктрин. Вона пояснює вартість валюти і рівень цін на товари їх сукупним…
Потенційна і кінетична енергія дозволяють охарактеризувати стан будь-якого тіла. Якщо перша застосовується в системах…
Механіка розглядає всілякі руху матеріальної точки і твердого тіла. Всі вони описуються в декількох розділах.…
За своє довге життя Галілео Галілей зробив ряд великих відкриттів в області фізики, астрономії, методології. Основним…
Відомо, що електрони мають негативний заряд. Але яким чином можна переконатися в тому, що маса електрона і його заряд…
Прискорення вільного падіння - одне з безлічі відкриттів великого Ньютона, який не тільки підсумовував досвід…
Мета цієї статті - розкрити сутність поняття «механічна енергія». Фізика широко використовує це поняття як…
Що таке матеріальна точка? Які фізичні величини пов`язані з нею, для чого взагалі вводиться поняття матеріальної точки?…
Історія науки людства являє собою неухильне рух по висхідній лінії, в якому, проте, можна виділити цілий ряд…
Про цю теорію говорили, що її розуміють тільки три людини в світі, а коли математики спробували цифрами висловити те,…
На питання «Що таке сила?» Фізика відповідає так: «Сила є міра взаємодії речових тіл між собою або…
З огляду на те що така фізична величина, як швидкість, фігурує в багатьох задачах, що мають зв`язок з розділами…
Що таке механічний рух і чим воно характеризується? Які параметри вводяться для розуміння цього виду руху? Якими…
Закони збереження імпульсу - фундаментальні закони природи. Прикладом застосування цих законів може бути явище…
У повсякденному житті для того, щоб охарактеризувати людину, що здійснює спонтанні вчинки, іноді використовують епітет…
Ще зі шкільного курсу алгебри і геометрії ми знаємо про поняття тривимірного простору. Якщо розібратися, сам термін…
Знайомство з класичним курсом фізики починається з найпростіших законів, яким підкоряються тіла, що переміщаються в…
Не так давно в засобах масової інформації з`явилися чутки про те, що створили, нарешті, в NASA двигун викривлення.…