Вольдемар Смилга - Очевидное? Нет, еще неизведанное…

Интуитивно чувствуется, что мы столкнулись с чем-то очень существенным, с каким-то из тех основных вопросов, которые занимают физика. Но разрешите ограничиться только указанием, что за неравноправием инерциальных и неинерциальных систем скрывается что-то непонятное и удивительное.

Совершенно новую постановку проблема неинерциальных систем получила в общей теории относительности Эйнштейна, но, к сожалению, в нашей беседе мы не в состоянии говорить об этом [28] .

Чтобы достойно закончить разговор о законах Ньютона, стоит сделать еще одно замечание о принципе относительности Галилея.

Много раз уже говорилось: законы механики таковы, что все явления одинаково протекают в инерциальных системах отсчета. Все инерциальные системы равноправны.

Однако, казалось бы, простейший пример противоречит этому утверждению. Допустим, наблюдатель на Земле видит отвесно падающий камень. А наблюдатель в окне вагона (равномерно и прямолинейно двигающегося по полотну) скажет, что в его системе отсчета камень двигается по параболе (это очень легко показать). Одно и то же явление в различных инерциальных системах выглядит различно. Как же с принципом относительности?

Однако никакого противоречия здесь нет.

Принцип относительности не утверждает, что один и тот же физический процесс (в нашем примере — падение камня) выглядит одинаково в разных инерциальных системах.

Пусть в одной инерциальной системе был проделан опыт. (Исследовалось, например, падение камня на Землю.)

Пусть затем в другой инерциальной системе был проделан другой опыт, причем все условия первого опыта были точно сдублированы, но уже относительно новой системы отсчета.

А «сдублировать все условия» означает, в частности, что начальные условия в новой системе отсчета должны быть такими же, как и в старой.

В нашем же примере в момент начала падения в системе отсчета, связанной с Землей, камень не имел скорости в горизонтальном направлении, а в системе отсчета, связанной с вагоном, имел в начальный момент горизонтальную составляющую скорости. Поэтому и не следует думать, что описание опыта в обеих системах должно быть одинаково. Но если опыт с падением камня на Землю точно сдублировать и повторить в вагоне, вот тогда, утверждает принцип относительности, в вагоне поезда все должно произойти точно так же, как и на Земле.

Камень, который в начальный момент не имел горизонтальной составляющей скорости относительно вагона, должен падать отвесно вниз относительно стенок вагона, и закон падения должен быть таким же, как и при падении на Земле. Это, естественно, и наблюдается в действительности.

Вот то обстоятельство, что полная идентичность экспериментов в разных инерциальных системах означает также и одинаковость начальных условий относительно «своей» системы отсчета, иногда упускают из вида и приходят к недоразумениям.

В механике отсутствует одна выделенная система отсчета, все инерциальные системы совершенно равноправны.

Но, может быть, опыты из какой-либо другой области физики — например, опыты со светом, с электромагнитными волнами — помогут установить существование такой особой, выделенной системы?

Этот вопрос оставался открытым до 1905 года, когда Эйнштейн предложил специальную теорию относительности. И можно сказать, что, по существу, именно решение этой проблемы и привело его к созданию своей теории.

Главу о тяготении (гравитации) положено начинать стандартно — эффектно. «Самое загадочное и неисследованное явление природы».

Действительно, Ньютон только установил, что тяготение существует, а Эйнштейн лишь приоткрыл завесу над его природой (общая теория относительности!).

Тяготение присуще всем без исключения телам.

Тяготение едино по своим свойствам во всей доступной нашему наблюдению части вселенной.

Тяготение проникает всюду, от него нельзя изолироваться, и его нельзя усилить…

Словом, тяготение есть тяготение.

В наши дни тяготение остается, пожалуй, единственным физическим свойством, на которое мы не можем влиять ни в малейшей степени.

Правда, в последнее время всю мировую печать облетели сообщения, что ведутся работы по управлению гравитацией и будто бы уже достигнуты реальные результаты. Но пока трудно судить, что это: плод богатой фантазии репортеров или искаженные сведения о действительных исследованиях.

Появление этой главы в книге — еще одна небольшая «загадка», связанная с тяготением. Мы не будем, к сожалению, касаться общей теории относительности, и потому все, что относится к гравитации, окажется в стороне от темы нашей беседы.

Впрочем, отчасти оправдание можно найти, учитывая, что тематика этой главы косвенно связана и со специальной теорией относительности.

Это замечание в особенности относится к тем страницам, где обсуждается вопрос: конечна или бесконечна скорость распространения тяготения? Анализ подобной проблемы (как и анализ основных понятий механики) — очень разумная тренировка для того, чтобы спокойно принять в дальнейшем идеи теории относительности.

Потому что, — позвольте еще раз напомнить, — пожалуй главная преграда при знакомстве с теорией Эйнштейна — это бессознательная, но глубокая убежденность, что основные понятия классической механики безусловны и как бы «даны свыше».

И напротив, если понять, что физика основана на опыте и априорных понятий не существует, и ясно представлять те гипотезы, на которых основана классическая физика, то теория Эйнштейна не должна казаться менее естественной или более сложной, чем классическая физика.

Все же самое главное оправдание, пожалуй, в том, что с поразительным явлением тяготения связаны удивительные по своей красоте физические теории. Может быть, во всей физике не найдется результатов, которые можно было бы поставить рядом с теориями Ньютона и Эйнштейна.

И наконец, трудно отыскать в истории науки лучший пример, когда работа ученого, казалось бы, над совершенно безнадежной проблемой, работа, невероятная по своей настойчивости, не приводившая ни к чему в течение многих лет, увенчалась бы таким блестящим успехом.