Постулаты относительности

Содержание и основные понятия

Законы физики одинаковы во всех инерциальных системах, а скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных наблюдателей независимо от движения источника.
ФГОС · 11 класс
ФОП · базовый уровень
интерактивная модель
инерциальная система
событие
одновременность
пространство-время
01
Физическая картина
Что происходит и какие границы имеет модель.
Главная идея
Законы физики одинаковы во всех инерциальных системах, а скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных наблюдателей независимо от движения источника.
Одновременность удалённых событий зависит от системы отсчёта.
Преобразования Галилея заменяются преобразованиями Лоренца.
Причинно связанные события не меняют порядок.
Как рассуждать
Сначала назовите систему и взаимодействия, затем выберите величины и только после этого записывайте закон. Формула работает в пределах допущений модели.
02
Законы и величины
Символы следует читать как связь величин, а не как рецепт подстановки.
c
=
c
o
n
s
t
c=\mathrm{const}
c
=
const
инвариант скорости света
γ
=
1
1
−
v
2
/
c
2
\gamma=\frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}}
γ
=
1
−
v
2
/
c
2
​
1
​
фактор Лоренца
Разбор ситуации
Два синхронных в поезде события могут оказаться неодновременными для наблюдателя на платформе.
04
Связи и применение
В реальном мире
Два синхронных в поезде события могут оказаться неодновременными для наблюдателя на платформе.
Проверка модели
Сравнивайте предсказание с наблюдением, оценивайте единицы, порядок величины и влияние неучтённых факторов. Расхождение не всегда означает ошибку закона: часто идеализация перестаёт быть достаточной.
Ц
Что нужно понимать
Результат 1
Объяснять физический смысл темы «Постулаты относительности» через модель, а не только через формулу.
Результат 2
Различать и корректно использовать термины: инерциальная система, событие, одновременность.
Результат 3
Указывать условия применимости закона, проверять единицы и предельные случаи.
Т
Термины темы
Определение должно указывать физический смысл, а не заменяться бытовым синонимом.
инерциальная система
Система отсчёта, в которой свободное тело покоится или движется равномерно и прямолинейно.
событие
Физическое явление, локализованное в пространстве и времени.
одновременность
Совпадение временных координат событий в выбранной системе отсчёта; в СТО зависит от системы отсчёта.
пространство-время
Единая четырёхмерная структура, объединяющая пространственные координаты и время события.
Ф
Происхождение и вывод формул
Фундаментальный закон нельзя «доказать» алгеброй: для каждой записи указано, является ли она определением, экспериментальным законом или следствием модели.
c
=
c
o
n
s
t
c=\mathrm{const}
c
=
const
постулат или модель
Инвариант скорости света.
Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.
c
=
299
792
458
m
/
s
c=299\,792\,458\ \mathrm{m/s}
c
=
299
792
458
m/s
Эксперименты показывают одинаковую скорость света в вакууме независимо от движения источника.
c
′
=
c
c'=c
c
′
=
c
Специальная теория относительности принимает: все инерциальные наблюдатели измеряют один и тот же c.
x
2
+
y
2
+
z
2
−
c
2
t
2
=
i
n
v
a
r
i
a
n
t
x^2+y^2+z^2-c^2t^2=\mathrm{invariant}
x
2
+
y
2
+
z
2
−
c
2
t
2
=
invariant
Этот постулат реализуется преобразованиями Лоренца, сохраняющими световой интервал.
Условия:
Свет распространяется в вакууме; измерения выполняются в инерциальных системах локальными стандартными часами и линейками.
Контроль:
Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.
γ
=
1
1
−
v
2
/
c
2
\gamma=\frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}}
γ
=
1
−
v
2
/
c
2
​
1
​
следствие модели
Фактор лоренца.
Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.
x
2
−
c
2
t
2
=
x
′
2
−
c
2
t
′
2
x^2-c^2t^2=x'^2-c^2t'^2
x
2
−
c
2
t
2
=
x
′2
−
c
2
t
′2
Постулаты СТО требуют линейного преобразования координат, сохраняющего пространственно-временной интервал.
x
′
=
γ
(
x
−
v
t
)
,
t
′
=
γ
(
t
−
v
x
c
2
)
x'=\gamma(x-vt),\qquad t'=\gamma\left(t-\frac{vx}{c^2}\right)
x
′
=
γ
(
x
−
v
t
)
,
t
′
=
γ
(
t
−
c
2
vx
​
)
Для систем с относительной скоростью v преобразование имеет форму Лоренца.
γ
2
(
1
−
v
2
c
2
)
=
1
\gamma^2\left(1-\frac{v^2}{c^2}\right)=1
γ
2
(
1
−
c
2
v
2
​
)
=
1
Условие сохранения интервала определяет коэффициент γ.
Условия:
Относительная скорость инерциальных систем удовлетворяет 0 ≤ v < c.
Контроль:
Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.
!
Границы модели и типичные ошибки
Ошибка: забыть условие модели
Нельзя переносить формулу на любую ситуацию только из-за совпадения букв. Ключевое условие этой темы: Одновременность удалённых событий зависит от системы отсчёта.
Как проверить рассуждение
Преобразования Галилея заменяются преобразованиями Лоренца. Затем проверьте единицы, направление векторов и поведение результата при нулевом или очень большом параметре.
Σ
Вывод по теме
Постулаты относительности
Законы физики одинаковы во всех инерциальных системах, а скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных наблюдателей независимо от движения источника.
Одновременность удалённых событий зависит от системы отсчёта.
Преобразования Галилея заменяются преобразованиями Лоренца.
Любой численный результат сопровождается единицей, знаком и объяснением его физического смысла.
Содержание сверено с ФРП по физике ООО/СОО 2025 года и тематикой действующих линий ФПУ: И. М. Пёрышкин и соавторы (7–9), Г. Я. Мякишев и соавторы (10–11); углубления — с линиями «Инженеры будущего» и В. А. Касьянова. Формулировки оригинальные, тексты учебников не воспроизводятся.