Конспект урока: Элементы теории относительности. Постулаты специальной теории относительности. Относительность одновременности событий. Замедление времени и сокращение длины

Понятие события

Одним из основных понятий СТО является понятие события. Событием в СТО называют физическое явление, происходящее в определённой точке пространства в некоторый момент времени в выбранной системе отсчёта. Очевидно, что реальные события происходят в конечной области пространства в течение конечного промежутка времени. Таким образом, событие в СТО — это модель реального события, происходящего в достаточно малой области пространства в течение достаточно малого промежутка времени.

В классической механике после введения системы отсчёта, описывая событие, мы можем ответить на два вопроса: где (в какой точке пространства) происходит событие? когда (в какой момент времени) происходит событие? При этом пространственные соотношения между различными событиями зависят от того, в какой системе отсчёта они рассматриваются. Например, две последовательные вспышки сигнальной лампы на крыле летящего самолёта в системе отсчёта, связанной с самолётом, происходят в одном и том же месте. Для наблюдателя, стоящего на Земле, они происходят в разных точках. Однако временные соотношения между событиями в механике Ньютона считаются не зависящими от системы отсчёта. Другими словами, промежуток времени между двумя событиями считается одинаковым в обеих системах отсчёта. Так же события, одновременные в одной из систем отсчёта, являются одновременными во всех остальных системах отсчёта. В классической механике понятия «теперь», «раньше», «позднее», «одновременно» имеют одинаковое значение для всех ИСО.

Относительность одновременности событий

Рассмотрим, опираясь на постулаты СТО, восприятие одних и тех же событий наблюдателями, находящимися в разных ИСО. Для этого проведём предложенный Эйнштейном мысленный эксперимент.
 

Пусть в центре вагона поезда, движущегося со скоростью $\overrightarrow{v}$, происходит вспышка света. Первый наблюдатель, сидящий внутри вагона, видит, что свет достигает противоположных стен вагона одновременно, так как стены находятся на одинаковом расстоянии от источника. Второй наблюдатель, сидящий снаружи на земле, видит, что задняя стена движется навстречу свету со скоростью $\overrightarrow{v}$ относительно Земли. Следовательно, модуль скорости сближения этой стены и света равен $c+v$. 

Напротив, передняя стена стремится «убежать» от вспышки света со скоростью $\overrightarrow{v}$. Поэтому модуль скорости сближения передней стены и света равен $c-v$. Следовательно, в такой системе отсчёта свет достигнет передней и задней стен вагона не одновременно: сначала он достигнет задней стены, а затем передней.

Таким образом, разные наблюдатели могут иметь разные представления об одновременности.
 

События А и В одновременные с точки зрения одного наблюдателя, разнесены во времени — с точки зрения другого. А возможна ли ситуация, при которой с точки зрения одного наблюдателя событие А происходит раньше события В, а с точки зрения другого событие В происходит раньше события А? Из постулатов СТО следует, что описанная ситуация возможна, если расстояние между событиями и разделяющий их промежуток времени в ИСО удовлетворяют условию

$l^2>{\left(c·∆t\right)}^2$.

Если условие выше выполнено, то промежуток времени, за который свет, распространяющийся с максимальной из возможных скоростей, проходит расстояние $l>с∆t$. Следовательно, информация о том, произошло ли первое событие, не может быть доставлена в точку, где происходит второе событие, раньше, чем произойдёт это второе событие. Про такие события говорят, что они не могут быть связаны причинно-следственной связью, т. е. одно из событий не может являться причиной другого, а это другое — быть следствием первого.