Добавить в цитаты Настройки чтения

Страница 26 из 125

Δ

????

=

(1+????

????

²)⁻¹

/

²

Δ

????'

+

????

????

•

(1+????

????

²)⁻¹

/

²

Δ

????'

,

Δ

????

=-

????

????

(1+????

????

²)⁻¹

/

²

Δ

????'

+

(1+????

????

²)⁻¹

/

²

Δ

????'

,

менее сложной, если выразить относительный наклон ???????? осей ???? и ????' через обычный угол θ????? Ответ: коэффициенты в преобразовании поворота принимают вид

(1+????

????

²)⁻¹

/

²

=

(1+tg²θ

????

)⁻¹

/

²

=

=

⎛

⎜

⎝

cos²θ????+sin²θ????

cos²θ????

⎞

⎟

⎠

⁻¹/²

=

⎛

⎜

⎝

1

cos²θ????

⎞

⎟

⎠

⁻¹/²

=

cos θ

????

.

и

????

????

(1+????

????

²)⁻¹

/

²

=

tg θ

????

•

cos θ

????

=

=

sin θ????

cos θ????

=

sin θ

????

.

Поэтому формулы преобразования переходят в

Δ

????

=

Δ

????'

•

cos θ

????

+

Δ

????'

•

sin θ

????

,

Δ

????

=-

Δ

????'

•

sin θ

????

+

Δ

????'

•

cos θ

????

,

(29)

и мы можем заключить, что связь между старыми и новыми координатами приобретает наипростейший вид, если коэффициенты в ковариантных преобразованиях выразить через «тригонометрические», или «круговые», функции угла поворота.

Упрощение формул преобразования Лоренца путём введения параметра скорости

Обратимся теперь к формулам преобразования Лоренца, записанным через относительную скорость:

Δ

????

=

(1-β

????

²)⁻¹

/

²

Δ

????'

+

β

????

(1-β

????

²)⁻¹

/

²

Δ

????'

,

Δ

????

=

β

????

(1-β

????

²)⁻¹

/

²

Δ

????'

+

(1-β

????

²)⁻¹

/

²

Δ

????'

.

Как станет выглядеть эта пара уравнений, если мы выразим в ней скорость β???? через «улучшенную» характеристику движения θ????? Ответ таков. Вспомним, что скорость и параметр скорости связаны между собой соотношением

β

????

=

th θ

????

.

Отметим, что коэффициенты в формулах преобразования Лоренца зависят от β???? и тем самым от θ????. Эти коэффициенты равны

(1-β

????

²)⁻¹

/

²

=

(1-th²θ

????

)⁻¹

/

²

(30)

и

β

????

(1-β

????

²)⁻¹

/

²

=

th θ

????

•

(1-th²θ

????

)⁻¹

/

²

.

(31)

Полученные выражения на первый взгляд довольно сложны. Тем не менее они вполне определённы. Мы знаем, как найти величину th θ???? для любого заданного значения θ???? (см. рис. 31 и сопровождающие его рассуждения). Знание величины th θ???? позволяет нам вычислить выражения (30) и (31) с любой желаемой степенью точности для любого наперёд заданного значения параметра скорости. Эти две функции θ???? настолько важны, что каждая из них получила своё собственное название в теории гиперболических функций. Если мы примем стандартные названия для этих функций, то это никоим образом не повлияет на наши возможности определять величины этих функций в любом интересующем нас случае без использования каких-либо руководств или справочников, своими собственными силами. Поэтому мы примем и будем в дальнейшем употреблять следующие стандартные названия:

(1-th²θ

????

)⁻¹

/

²

=

ch θ

????

=

=

(Косинус гиперболический

θ

????

),

th θ

????

•

(1-th²θ

????

)⁻¹

/

²

=

sh θ

????

=

=

(Синус гиперболический

θ

????

),

Это названия, и не более чем названия! Используя их, мы найдём, что формулы преобразования Лоренца принимают вид

Δ

????

=

Δ

????'

•

ch θ

????

+

Δ

????'

•

sh θ

????

,

Δ

????

=

Δ

????'

•

sh θ

????

+

Δ

????'

•

ch θ

????

.

(32)

Преобразование Лоренца, выраженное через параметр скорости

Отсюда мы заключаем, что связь между старыми и новыми координатами приобретает наиболее простой вид, когда коэффициенты преобразования выражаются как гиперболические функции параметра относительного движения θ???? систем отсчёта. Более того, будучи выражены с помощью гиперболических синуса и косинуса, формулы преобразования Лоренца ещё больше, чем ранее, напоминают стандартный тригонометрический вид (29) формул преобразования поворота.

Как можно лучше уяснить себе и прочувствовать свойства фигурирующих в преобразовании Лоренца гиперболических функций? Два самых интересных и существенных их свойства вытекают непосредственно из определений (30) и (31). Во-первых, отношение

sh θ????

cs θ????

=

th θ

????

(33)

совершенно аналогично соответствующему отношению для тригонометрических функций. Во-вторых, разность квадратов двух гиперболических функций равна

ch²θ

????

-

sh²θ