Теория относительности и геометрия

Классическая механика считала относительной (т. е. зависящей от выбора системы отсчета) скорость. Спе­циальная теория относительности добавила сюда еще промежуток времени и расстояние в пространстве. Вслед­ствие этого ряд понятий, которые мы привыкли считать абсолютными, при ближайшем рассмотрении оказывает­ся относительным. Это относится, в частности, к форме тела. Проиллюстрируем сказанное некоторыми приме­рами.
 
Куб
 
Рис. 34. Куб
 

Изготовим куб, длина ребра которого равна 1 м, и по­ставим его на землю (рис 34). Предположим, что над ку­бом в направлении ребра АВ с большой скоростью проно­сится самолет. Если летчик измерит размеры куба, то он обнаружит, что  ребра куба АВ, EF, DC и HG короче остальных восьми. Таким об­разом, по мнению летчика, на земле будет стоять не куб, а прямоугольный параллелепи­пед. Тело, которое в инер­циальной системе Земли пред­ставляет собой куб, в системе самолета будет прямоугольным параллелепипедом, причем раз­меры последнего будут зави­сеть от скорости самолета от­носительно Земли.

Классическая механика считала относительной (т. е. зависящей от выбора системы отсчета) скорость. Спе­циальная теория относительности добавила сюда еще промежуток времени и расстояние в пространстве. Вслед­ствие этого ряд понятий, которые мы привыкли считать абсолютными, при ближайшем рассмотрении оказывает­ся относительным. Это относится, в частности, к форме тела. Проиллюстрируем сказанное некоторыми приме­рами.
 
Куб
 
Рис. 34. Куб
 
Изготовим куб, длина ребра которого равна 1 м, и по­ставим его на землю (рис 34). Предположим, что над ку­бом в направлении ребра АВ с большой скоростью проно­сится самолет. Если летчик измерит размеры куба, то он обнаружит, что  ребра куба АВ, EF, DC и HG короче остальных восьми. Таким об­разом, по мнению летчика, на земле будет стоять не куб, а прямоугольный параллелепи­пед. Тело, которое в инер­циальной системе Земли пред­ставляет собой куб, в системе самолета будет прямоугольным параллелепипедом, причем раз­меры последнего будут зави­сеть от скорости самолета от­носительно Земли.
Увидеть вместо куба пря­моугольный параллелепипед не единственная возмож­ность. Для летчика, пролетающего над кубом в направле­нии, отличном от направления АВ, расположенный на земле куб может по форме отличаться и от прямоуголь­ного параллелепипеда. Таким образом, форма шестигран­ника (который по отношению к Земле является кубом) зависит от инерциальной системы, в которой мы его опи­сываем. Несколько примеров того, как форма шестигранника зависит от инерциальной системы, приведены в табл. 5.

Таблица  5
Размеры шестигранника е различных инерциальных системах

 
Размеры шестигранника е различных инерциальных системах
 
Сказанное выше имеет место не только для шестигран­ника, но и для тела любой формы. Форма тела всегда за­висит от направления и скорости движения. Например, в одной инерциальной системе тело может иметь форму шара, в другой же — форму эллипсоида; в одной системе тело может быть цилиндром вращения, в другой — эллип­тическим цилиндром. Форма тела относительна. Только число граней не относительно. Шестигранник всегда оста­нется шестигранником, в какой бы инерциальной системе мы его ни рассматривали.
 
Если неподвижная фигура является ок­ружностью, то движущаяся будет эллипсом
 
Рис. 35. Если неподвижная фигура является ок­ружностью, то движущаяся будет эллипсом.