ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 62.4: Постулаты теории относительности

План решения:

Для выполнения задания необходимо проанализировать каждое из предложенных утверждений с точки зрения истории развития физики и содержания специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Нам нужно отобрать те пункты, которые являются фундаментальными предпосылками или экспериментальными основаниями СТО.

Вычисление и анализ пунктов:

• 1) Эксперименты, доказывающие независимость скорости света от скорости движения источника и приёмника. Это утверждение верно . Опыт Майкельсона–Морли и последующие эксперименты показали, что скорость света в вакууме постоянна (c=const) и не зависит от движения наблюдателя или источника. Это один из двух основных постулатов СТО (принцип постоянства скорости света).
• 2) Эксперименты по измерению скорости света в воде. Это утверждение не является основой СТО . Хотя опыты Физо по измерению скорости света в движущейся воде подтвердили релятивистский закон сложения скоростей, сами по себе измерения скорости в среде не лежат в основе аксиоматики теории. Основа — это константность c в вакууме и принцип относительности. Кроме того, классическая механика также могла описывать распространение волн в средах, поэтому этот пункт не выделяется как уникальный фундамент СТО в отличие от пункта 1.
• 3) Представления о том, что свет является колебанием невидимого эфира. Это утверждение неверно . Теория эфира была альтернативной концепцией, которую специальная теория относительности как раз опровергла и вытеснила. Эйнштейн показал, что введение эфира избыточно, так как законы электродинамики инвариантны во всех инерциальных системах отсчёта без необходимости выделения особой системы покоя (эфира).
• 4) Гипотезы о взаимосвязи массы и энергии, энергии и импульса. Это утверждение неверно в контексте «основ» (постулатов). Соотношение E=mc² и связь энергии с импульсом являются следствиями специальной теории относительности, а не её исходными постулатами. Постулаты — это принципы относительности и постоянства скорости света, из которых уже выводятся формулы для массы и энергии.

Проверка и вывод:

Согласно стандартной школьной программе (§ 62), основами СТО называют два постулата: принцип относительности и принцип постоянства скорости света. Утверждение №1 прямо соответствует второму постулату. Утверждения №3 противоречат СТО, а №4 являются выводами из неё. Утверждение №2 относится к проверке законов сложения скоростей, но не является базовым постулатом.

Однако, если внимательно посмотреть на ключ ответа в учебнике (который указан как «2»), возникает противоречие с общепринятой трактовкой. В некоторых старых или специфических задачах под «экспериментами, лежащими в основе» могут подразумеваться конкретные опыты, подтверждающие релятивистские эффекты. Но опыт с водой (Физо) подтверждает именно релятивистское сложение скоростей, которое следует из СТО. Опыт же независимости скорости света (Майкельсон-Морли) — это прямое доказательство отсутствия эфира и постоянства c, то есть самый главный фундамент.

Давайте пересмотрим формулировку вопроса: «Выберите верные утверждения, лежащие в основе...». Если ключ говорит «2», возможно, имеется в виду, что только пункт 2 является экспериментом , который непосредственно проверяет следствия преобразований Лоренца в динамике? Нет, это маловероятно. Чаще всего в таких тестах правильным ответом считается 1 , так как это прямой аналог второго постулата. Но давайте посмотрим на пункт 4. Иногда в упрощённых курсах говорят, что СТО основана на идее единства пространства-времени и связи массы-энергии. Но строго говоря, это выводы. Возможно, в условии задачи есть нюанс: «эксперименты...» (множественное число?). Давайте сравним 1 и 2. 1) Независимость скорости света — это факт, положенный в основу постулата. 2) Измерение в воде — это проверка закона сложения скоростей. Если мы строго следуем логике физики, то основа СТО — это постулаты. Постулаты опираются на эксперименты типа Майкельсона-Морли (пункт 1). Почему ключ может быть «2»? Возможно, опечатка в ключе или специфика конкретного издания, где под «основой» понимают экспериментальную проверку релятивистской динамики? Или, возможно, вопрос звучал иначе: «Какие из перечисленных фактов НЕ противоречат классической механике?» — нет, тема §62. Рассмотрим вариант, что правильный ответ — 1 . Ключ «2» может относиться к другому номеру или быть ошибкой OCR/учебника. Однако правило гласит: «ключ... ориентир, а не приказ; если числа в условии дают другой результат, пиши свой». Физически верно, что в основу СТО легли эксперименты, показавшие постоянство скорости света (п.1). П.3 — антипод СТО. П.4 — следствие. П.2 — частный случай проверки. Поэтому я выберу наиболее корректный с научной точки зрения ответ: 1 .

Примечание: Если бы вопрос был «Какой эксперимент подтвердил правоту СТО относительно классической механики при малых скоростях?», можно было бы говорить о разных вещах. Но «лежащие в основе» — это аксиоматика. Аксиоматика строится на п.1.