Принципи (постулати) теорії відносності Ейнштейна. Маса та імпульс в теорії відносності. Зв'язок між масою та енергією Теорія відносності А. Ейнштейна - одна з основ сучасної фізики, яка вивчає взаємозв'язок властивостей простору і часу (просторових і часових характеристик матерії) у гравітаційному полі і якщо його немає. Її поділяють на загальну теорію відносності простору і часу та спеціальну теорію відносності, без врахування гравітаційного поля. Теорія відносності заперечує існування введених ще в XVII ст. Ньютоном понять абсолютного простору і часу, які ні з чим не взаємодіють і є змінними. Ейнштейн розширив принцип відносності про тотожність механічних явищ в інерціальних системах на всю фізику, тобто, що всі фізичні явища - магнітні, електричні, атомно-ядерні - однаково відбуваються в будь-якій ІСВ. Це твердження називають принципом відносності Ейнштейна. Він лежить в основі теорії відносності; де його називають першим постулатом теорії відносності. Спираючись на безліч дослідів, проведених в різний час різними вченими, Ейнштейн сформулював другий постулат теорії відносності: швидкість світла у вакуумі є однаковою в усіх інерціальних системах і не залежить ні від швидкості джерела, ні від швидкості приймача. Швидкість світла у вакуумі виявилась граничнодопустимою для будь-якого матеріального тіла, а це означає, що ніяке матеріальне тіло не може рухатись зі швидкістю, більшою за швидкість світла у вакуумі. Теорія відносності та її постулати повністю змінили погляди на характеристики простору і часу. Були сформульовані основні висновки теорії відносності: 1) явища, які є одночасними в одній системі відліку, можуть виявитись неодночасними в іншій; 2) довжина тіла, час і маса залежать від швидкості тіла. Якщо l0 - довжина стрижня в системі, у якій стрижень знаходиться в спокої (власна довжина), а l - довжина стрижня в рухомій системі відліку (СВ), то , (1) Якщо t0 - проміжок часу, виміряний за допомогою годинника в нерухомій системі відліку (власний час), а t - той же проміжок, виміряний в рухомій системі відліку , то . (2) Якщо m0 - маса тіла, виміряна в системі відліку, в якій воно знаходиться в спокої (маса спокою), а m - маса тіла виміряна в рухомій системі відліку, то: . (3) Рівняння використовують для конструювання прискорювачів елементарних частинок й інших релятивістських приладів. Зазнали зміни і закони додавання швидкостей. Нехай - швидкість рухомої системи відліку (вагона) відносно нерухомої (людина, що стоїть), а - швидкість тіла відносно рухомої системи відліку (людина у вагоні) (рис. 331). Тоді маємо релятивістський закон додавання швидкостей: . (4) Імпульс частинки масою m0 (в стані спокою) розраховується згідно з формулою: . А основний закон динаміки матиме попередню форму: . Розглянемо ще один висновок теорії відносності, який на разі, можливо, викликає найбільший інтерес: зв'язок між масою і енергією. Між енергією і масою є зв'язок, що випливає із закону збереження енергії і того факту, що маса тіла залежить від швидкості його руху. Із часом Ейнштейн зробив важливий висновок: тіло має величезну енергію завдяки тому, що воно має масу. Зв'язок між масою і енергією згідно з теорією відносності визначають за формулою E = mc2 (5) Для розв'язування задач важливо пам'ятати формулу для визначення кінетичної енергії: Ek = E –Ecп або . (6) Положення теорії відносності і формули (1 - 6) підтверджуються точно встановленими експериментами. Більшість з нведених формул перетворюються у звичні співвідношення механіки Ньютона, якщо швидкість світла в них вважати нескінченно великою. Тому механіка Ньютона - це наближений варіант спеціальної теорії відносності для руху з невеликими порівняно зі швидкостю світла швидкостями. Фізику великих швидкостей називають релятивістською. Для ядерної фізики і фізики елементарних частинок важливе значення має висновок з теорії відносності про зв'язок маси й енергії.