Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца
В релятивистской механике, также как и в классической, предполагается, что время однородно, а пространство однородно и изотропно.
Фундаментом специальной теории относительности являются два постулата Эйнштейна (1905):
1) Принцип относительности: законы природы инвариантны (неизменны) во всех инерциальных системах отсчета.
2) Принцип инвариантности скорости света: скорость света в вакууме одинакова в любых инерциальных системах отсчета.
Рассмотрим две инерциальные системы отсчета: S и S’. Пусть система S’ движется вдоль оси x со скоростью V относительно S. В начальный момент времени t = 0 системы совпадают.
Переход из системы S в S’ при малых скоростях (V << с) регламентируется преобразованиями Галилея (см. лекцию 4). В СТО эти классические преобразования уступают место преобразованиям Лоренца (1904).
| S → S’ | |
| Преобразования Галилея | Преобразования Лоренца (14.1) |
| x’ = x – Vt | 
|
| y’ = y | y’ = y |
| z’ = z | z’ = z |
| t’ = t |  ,
Здесь b = V/c.
|
Исследуя преобразования Лоренца, приходим к следующим выводам.
1) При малых скоростях (b << 1) преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея.
2) Расстояния и промежутки времени между двумя событиями меняются при переходе в новую инерциальную систему отсчета.
3) Пространственные и временные преобразования связаны друг с другом, то есть не являются независимыми [x’ = f(t) и t’ = f(x)]. Таким образом, в преобразованиях Лоренца используется не трехмерное пространство с присоединенным временем, а четырехмерное «пространство-время». Автор математического аппарата теории относительности Г. Минковский, поясняя неизбежность перехода к четырехмерному континууму «пространство-время», говорит: «Отныне понятие пространства самого по себе и времени самого по себе осуждены на отмирание и превращение в бледные тени, и только своего рода объединение этих двух понятий сохранит независимую реальность».
4) Если некоторая частица в системе отсчета S движется с постоянной скоростью 
, то составляющие её скорости в системе S’ будут равны:
. (14.2)
Это релятивистское правило сложения скоростей можно получить, воспользовавшись преобразованиями Лоренца (14.1). Предположим, что в системе S вдоль оси x движется фотон. Его скорость равна скорости света: Vx = с. Какой же будет скорость этого фотона 
в системе S’?
.
Скорость фотона не меняется при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую. Этот результат свидетельствует о том, что скорость света инвариантна относительно преобразований Лоренца.