Читать онлайн «Электродинамика. Специальная теория относительности: Методические указания к практическим занятиям по курсу»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Воронежский государственный университет Физический факультет Кафедра теоретической физики ЭЛЕКТРОДИНАМИКА. Специальная теория относительности Для студентов 3 курса физического факультета спец. 010400, 071500, 200200 Составитель: проф. Запрягаев С. А. ВОРОНЕЖ 2000  1 1 ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ 1. 1 Введение В 60-х годах XIX века Максвеллом была сформулирована система уравнений для описания электромагнитного поля, которая в системе единиц Гаусса имеет вид [1]: ∂% ~ = 4π%; div E ~ = 0; div B div~j + = 0; (1. 1) ∂t ~ 1 ∂B 4π~ 1 ∂ E~ ~ rot E = − ; ~ rot B = j+ ; c ∂t c c ∂t Здесь E~ - напряженность электрического поля, B ~ - вектор индукции магнитного поля, % - объемная плотность заряда, j - плотность тока. Справедливость системы уравнений (1. 1) была подтверждена экспе- риментально Герцем в 80-х годах прошлого столетия. Начиная с этого времени, система (1. 1) подвергалась систематическому анализу и ос- мысливанию. При этом, под влиянием успехов классической механики Ньютона, “испытание” системы уравнений Максвелла проводилось на ее согласованность утвердившимся к тому времени принципам и делались попытки “механистического” толкования физических результатов в теории электромагнитного поля [2]. Так возникло понятие эфира, как механической “среды”, в которой распространяются электромагнитные волны. Более того, Лоренц фактически отождествил понятие эфира с абcолютным пространством Ньютона. В дальнейшем, однако, выяснилась необходимость постулирования противоречивых свойств эфира. Например, для объяснения аберрации необходимо было считать, что эфир не увлекается средой [3], для объяснения опытов Физо по измерению скорости света в движущейся жидкости необходимо было положить, что эфир увлекается средой частично [3], и, наконец, для объяснения опытов Майкельсона-Морли требовалось считать, что эфир полностью увлекается средой. Все это и привело к необходимости построения теории, которая бы непротиворечиво ответила на все вопросы, вытекающие из системы уравнений Максвелла. Этой теорией явилась созданная Эйнштейном специальная теория относительности (СТО). Прежде чем приступить к изучению СТО полезно разобрать ответы на следующие вопросы:  2 1. Инвариантна ли система уравнений Максвелла относительно преобразований Галилея?