Главная >> В мире больших скоростей >> Новое в повседневном

8. Классический принцип относительности

Представления Ньютона об абсолютном пространстве на первый взгляд кажутся очень убедительными. Действительно, что может быть естественнее предположения, что пространство является чем-то самостоятельным, неподвижным, зависящим от расположения и движения в нем тел, а любое движение рассматривается как происходящее в покоящемся пространстве. Именно таковы наши непосредственные впечатления от движения и пространства.
 
Представление о покоящемся абсолютном пространстве у человека возникает вследствие того, что он рассматривает физическое пространство как комнату, ограниченную стенами. Правда, эта «комната» — пространство — простирается в бесконечность и стен у нее нет, но, несмотря на это, мы привыкли считать, что физическое пространство обладает всеми теми свойствами, что и ограниченная стенами комната. Таково представление об абсолютном пространстве, которое возникает у человека при распространении повседневного опыта на бесконечную вселенную.
 
Однако повседневных впечатлений недостаточно для создания научной теории, для проникновения в сущность явлений природы. Например, уже с давних времен люди знают тепло и холод, но это не дало им никаких сведений о теплоте как явлении природы. Только научное исследование тепловых процессов открыло человеку сущность теплоты и позволило создать паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и другие тепловые машины. Точно так же обстоит дело с движением и пространством. И здесь каждое наше привычное представление необходимо критически проанализировать. Только тогда выяснится, что здесь видимость и что соответствует действительности.
 
Вообразим, что мы находимся в изолированном помещении и наблюдаем за движением тел в нем. Все тела движутся в точности по законам Ньютона. Можем ли мы отсюда заключить, что наше помещение неподвижно относительно абсолютного пространства? Нет, не можем. Ведь законы Ньютона имеют место и тогда, когда помещение движется в абсолютном пространстве равномерно и прямолинейно. Субъективные ощущения также не позволяют решить, движемся ли мы в абсолютном пространстве равномерно и прямолинейно или находимся в покое. Когда лодку несет течение, часто возникает иллюзия, будто лодка стоит на месте, а берега проплывают мимо. Невозможно сказать, движется ли лодка или движутся берега, или же движутся и лодка, и берега. Еще резче проявляется обманчивость субъективных чувств, если стоять на мосту и пристально смотреть на текущую реку. Вскоре начинает казаться, что мост и берега движутся.
 
То, что наши чувства не отличают равномерное прямолинейное движение от состояния покоя, было замечено уже давно. Во второй части книги «Дон Кихот», появившейся в 1615 г., Сервантес описывает езду отважного рыцаря Ламанчского и его оруженосца на чудесном коне Клавилено. Герои сидели с завязанными глазами на деревянном коне и представляли себя мчащимися быстрее ветра. На самом деле конь стоял окруженный толпой весельчаков, которые потешались над рыцарем и его оруженосцем. Чтобы эффект был полным, на всадников дули из больших кузнечных мехов, создавая тем самым у них ощущение свистящего ветра.
 
Не следует думать, что так бесхитростно можно было подшутить только над простодушным Дон Кихотом. Никто из нас с завязанными глазами не мог бы сказать, например, стоит ли на месте или мчится равномерно и прямолинейно автомашина, в которой мы сидим. Отважный рыцарь, однако, должен был бы заметить, что его конь и не начинал двигаться. Ведь вначале движение должно быть ускоренным, а ускорение мы всегда ощущаем.
 
Неразличимость равномерного прямолинейного движения и покоя была полностью ясна Галилею. В его произведении «Диалог о двух системах мира» (1632 г.) главный герой Сальвиатти говорит: «Заключите себя с каким-нибудь приятелем в возможно просторном помещении под палубою большого корабля и пустите туда мух, бабочек и других подобных маленьких летающих животных. Пусть будет там также большой сосуд с водой и в нем рыбки. Повесьте также на потолок ведро, из которого капля за каплей вытекала бы вода в другой сосуд с узким отверстием, находящийся внизу под ним. Пока не движется корабль, наблюдайте, как эти летающие животные с равною быстротой будут летать во все стороны комнаты. Увидите, что рыбы будут плавать безразлично во все стороны; падающие капли будут попадать все в подставленный сосуд. И вы, бросая приятелю какую-нибудь вещь, не будете принуждены употреблять большую силу для того, чтобы бросить ее в одну сторону, чем в другую, если только расстояния одинаковы. Прыгая, вы будете проходить одинаковые пространства во все стороны, куда бы вы ни прыгали. Наблюдайте хорошенько за всем этим и заставьте привести в движение корабль с какою угодно быстротой. Если движение будет равномерно, вы не заметите ни малейшей перемены во всех указанных действиях и ни по одному из них не в состоянии будете судить, движется ли корабль или стоит на месте. Вы, прыгая, будете проходить по полу те же самые пространства, как и прежде, т. е. вы не сделаете вследствие того, что корабль движется весьма быстро, больших прыжков к корме, чем к носу корабля, хотя в то время, когда вы находитесь в воздухе, пол, находящийся под вами, бежит к части, противоположной вашему прыжку. Бросая вещь товарищу, вам не нужно с большей силой бросать ее, если он будет около носа корабля, вы же около кормы, чем наоборот. Капли будут падать, как прежде, в нижний сосуд...»
 
Из приведенной цитаты видно, насколько глубоко понимал Галилей движение и покой. В этом вопросе он сумел достигнуть большего, чем живший столетием позже Ньютон. Галилей считал равномерное прямолинейное движение равноправным состоянию покоя, так как ни одно наблюдение, проведенное в изолированном помещении, ни позволяет обнаружить равномерного прямолинейного движения.

Рис. 11. Движение относительно абсолютного пространства  (а).
Система отсчета T и тело А движутся в абсолютном пространстве водном направлении со скоростью v тело В пребывает в абсолютном пространстве в покое. Движение относительно системы отсчета   Т (б).
Система отсчета T и тело А покоятся, тело В движется налево со скоростью v. Из равноправности состояния покоя и равномерного прямолинейного движения следует, что система отсчета Г и абсолютное  пространство равноправны

При описании движения тел все инерциальные системы равноправны. Нет никаких оснований отдавать предпочтение какой-нибудь из них.
 
Классический принцип относительности выражает относительность скорости. Утверждение: «скорость равна такой-то величине» само по себе не имеет смысла. Скорость можно измерять только относительно некоторого другого тела, выбранного в качестве тела отсчета. С этой точки зрения выражения «пуля летит равномерно и прямолинейно относительно окружающих ее тел» и «пуля покоится, а окружающие ее тела движутся равномерно и прямолинейно в противоположном направлении» равноправны по содержанию. В первом случае телом отсчета является окружающая пулю среда, во втором — пуля. Ни одна из этих систем отсчета не обладает принципиальным преимуществом. Такое положение вещей может поначалу показаться читателю странным, но с этим придется примириться. Классический принцип относительности является одним из законов природы. Он утверждает, что физическое пространство обладает более сложными свойствами, чем сколь угодно большая «комната». У «комнаты» всегда имеются неподвижные стены, причем безразлично, реальные они или воображаемые. Пространству же такие стены нельзя приписать даже мысленно. В комнате система отсчета, связанная со стенами, всегда находится в предпочтительном положении, в физическом же пространстве все возможные инерциальные системы равноправны.

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: