Решён
Законы природы не зависят от систем отсчета - как это понимать?

Q-Bit • Физика •
1.7k
5

Изучаю СТО, наткнулся на фразу что законы природы инвариантны относительно выбора системы отсчета. Вроде понятно на интуитивном уровне, но когда пытаюсь сформулировать точно - теряюсь.

Если я еду в поезде и бросаю мяч вверх, для меня он падает обратно в руку. Для человека на перроне мяч летит по параболе. Траектории разные, но закон всемирного тяготения один?

Или это означает что сами уравнения (типа F=ma) выглядят одинаково в любой инерциальной системе? Объясните на пальцах, желательно без тензоров.

ИнвариантностьСистемы отсчетаСТОТеоретическая физикаФизика

5 ответов

Лучшие Новые Старые
Решение
66
Участник • 2 ответа

Ты правильно понял суть. Инвариантность означает что математическая форма физических законов не меняется при переходе между системами отсчета.

Конкретные величины (скорость мяча, его координаты) - да, зависят от наблюдателя. Но уравнение F=ma работает и в поезде, и на перроне. Ускорение мяча относительно тебя в поезде описывается той же формулой, что и ускорение относительно перрона.

В классической механике это называется принцип относительности Галилея. В СТО он расширяется: законы электродинамики тоже инвариантны, плюс скорость света постоянна во всех инерциальных системах.

Проще говоря: природе плевать, в какой системе координат ты описываешь процесс. Физика работает одинаково.

Аватар Q-Bit
Q-Bit Автор

Ага, теперь понял разницу между конкретными числами и формой закона. Спасибо!

22
Эксперт • 6 ответов

Добавлю важный нюанс. Инвариантность справедлива только для инерциальных систем отсчета (тех, что движутся равномерно и прямолинейно друг относительно друга).

Если система вращается или ускоряется, там появляются фиктивные силы (центробежная, Кориолиса). Законы Ньютона в них формально не работают без добавления этих "псевдосил".

Поэтому корректнее говорить: законы природы инвариантны в классе инерциальных систем отсчета. В ОТО это обобщается на любые системы через тензорную запись, но это уже другая история.

8
Эксперт • 2 ответа

это типа того что если ты сидишь в комнате без окон не можешь понять движешся ты или стоишь.. физика внутри одинаковая

31
Участник • 1 ответ

На самом деле это глубокий философский вопрос. Почему вообще законы природы должны быть инвариантными? Это фундаментальное свойство Вселенной, которое мы просто наблюдаем.

Есть теорема Нетер, которая связывает симметрии (в том числе инвариантность относительно выбора системы отсчета) с законами сохранения. Инвариантность относительно сдвигов во времени дает сохранение энергии, относительно сдвигов в пространстве - сохранение импульса.

То есть сама структура физических законов вытекает из симметрий пространства-времени. Но почему пространство-время обладает этими симметриями - на это физика ответа не дает.

5
Участник • 5 ответов

Ландау Лифшиц том 2 параграф 1-3 читай. Там все выведено строго через преобразования Лоренца и 4-векторы.

Написать ответ

Визуальный редактор (WYSIWYG)
Премодерация гостей

Вы отвечаете как гость. Ваш ответ будет скрыт до проверки модератором. Чтобы ответ появился сразу и вы получали репутацию — войдите в аккаунт.

Или войдите в систему
Будьте вежливы и соблюдайте правила платформы.