Файл: Станис Л.Я. Движение, пространство, время и теория относительности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2024
Просмотров: 70
Скачиваний: 0
Д — движение, активная сила, |
точнее — целый конгло |
мерат «сил», механических, |
тепловых, гравитацион |
ных и т. д. Они приводят материю в движение. Дви жение есть перемещение тел в пространстве со вре менем. Путь движущегося тела равен скорости его движения, умноженной на время движения (5 = = ь1). Поведение тел, их свойства, зависят, в конеч ном счете, от их движения в отношении к абсолют ному, неподвижному пространству, протекающего
во времени.
Пространство и время не зависят друг от друга, не зависят они от материи и ее движения. Взаимодействия как взаимоизменения и взаимообусловленности между П, В, М, Д нет, есть лишь внешняя, не затрагивающая их внутренней сущности, связь, направленная в одну сторону, от абсолютно неизменных пространства и вре мени к потоку материального движения, но ни в коем случае не наоборот. Свойства движущихся материаль ных систем, параметры движения прямо зависят от того, находится ли система в состоянии покоя, прямолиней ного и равномерного движения или в состоянии ускорен ного движения в отношении к пространству.
Такое положение в классической физике очень метко охарактеризовал Эйнштейн. «Несмотря на то, — писал он,— что в отдельных областях она процветала, в принци
пиальных |
вещах |
господствовал |
догматический застой. |
В начале |
(если |
таковое было) |
бог создал ньютоновы |
законы движения вместе с необходимыми массами и си лами. Этим все и исчерпывается; остальное должно полу читься дедуктивным путем, в результате разработки над лежащих математических методов»!. Здесь именно на
ходил |
уютное место лапласовский |
образ |
существа,1 |
1 А. |
Э й н ш т е й н . Физика и реальность. |
М., 1965, |
стр. 138. |
41
который, в случае познания им положения и скоростей всех частиц Вселенной, смог бы наперед предсказать все ее состояния в будущем, т. е. механический лапласовский детерминизм.
Физики прошлого века видели в классической меха нике незыблемое основание для всей физики и даже для всего естествознания. Однако, несмотря на видимую стройность и логичность оснований классической физики, она несла в себе такие внутренние противоречия, разре шение которых, сделанное на основании исследования новых явлений действительности, новых идей и экспери ментов, продвинули науку вперед.
Каковы же эти внутренние противоречия и новые экспериментальные данные, которые привели в итоге к необходимости создания новой теории пространственновременной формы материального движения.
П е р в о е п р о т и в о р е ч и е классической механи ки заключалось в следующем. Движение определялось в ней как перемещение тела в пространстве со в р е м е- н е м. За большее время с одинаковой скоростью тело пройдет больший путь. Относительная (относительно дру гих тел) и абсолютная (относительно абсолютного про
странства) скорость движения тела, |
в результате увели |
|
чения действующей на него |
силы |
или постоянства ее |
действия, в принципе могла |
б е с к о н е ч н о возрастать |
в безграничном пространстве. Вместе с тем в каждый данный момент времени при любом ускорении, сообщен ном телу, скорость не могла стать бесконечной. Если признать, что она в какой-то момент все-таки станет бесконечной, необходимо будет сразу же отказаться от классического определения движения, как перемещения тела в пространстве со временем, ибо бесконечная ско рость означает распространение взаимодействий без вся кой затраты времени на перемещение тела в простран
42
стве, т. е. вне времени. Ньютоновы силы тяготения и рассматривались им как силы, мгновенно распространя ющие свое действие.
В итоге мы получаем следующую дилемму: если со хранить время как всеобщее условие бытия движущейся материи, надо отказаться от возможности существования бесконечной скорости. Если отказаться от возможной бесконечной скорости, значит придется еще раз заду маться над галилеевыми преобразованиями координат, основанными на классическом принципе сложения скоро стей, который допускает любую, в том числе и беско нечную, скорость движения. Иными словами, надо задуматься над тем, всегда ли они истинны. Если нет, то необходимо будет понять, в каких пределах и почему они истинны. Бесконечная скорость распространения взаимодействия, т. е. вне времени передающееся дейст вие, служили объективным основанием существования абсолютной одновременности событий. Допуская такую возможность даже у одного вида взаимодействий, на
пример у гравитационного, |
в |
принципе всегда можно |
определить, что 'происходит |
в |
бесконечной Вселенной в |
одно и то же в р е м я . Отказ |
же от бесконечной скорости |
распространения взаимодействия означал отказ от суще ствования абсолютной одновременности событий.
В т о р о е п р о т и в о р е ч и е . Третий закон Ньюто на говорит о том, что всякое действие вызывает равное себе по силе и противоположное по направлению проти водействие. Однако этот глубоко диалектический закон как частный случай проявления всеобщего противоречи вого единства действия и противодействия по существу не выполняется в том случае, когда в механике рассмат
риваются не два |
пли несколько взаимодействующих |
||
тел, а абсолютное пространство |
и время, |
с одной сто |
|
роны, материя и ее |
движение — |
с другой. |
Оказывается, |
43
что абсолютное пространство Ньютона, как подчеркивал Эйндатейн, выполняет роль некоего вездесущего активно го участника механических процессов, каким-то чудес ным образом воздействующего на все параметры мате риального движения уже тем, что оно существует как привилегированная система отсчета. Все механические свойства материальных систем поэтому зависят от того, в каком состоянии движения к абсолютному простран ству они находятся. Само же пространство не подверже но никакому влиянию масс и их движений К Аналогич но обстоит дело и со временем. Рассуждая последова тельно, надо в таком случае либо отказаться от третьего закона механики как частного проявления диалектиче ского единства действия и противодействия, либо от идеи независимости пространства и времени от состояния ма териального движения.
Т р е т ь е п р о т и в о р е ч и е скрывалось в истол ковании закона инерции и принципа относительности. Первоначально они были сформулированы еще Гали леем, затем в несколько измененном виде они перешли в первый закон Ньютона. «Когда тело движется по гори зонтальной плоскости, не встречая никакого сопротивле ния движению, то ...движение его является равномерным и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость про стиралась в пространстве без конца»12. Надо иметь в виду при этом, что горизонтальная плоскость у Гали лея соответствует поверхности сферы. Равномерное, не ускоренное движение, которое не требует внешней силы для своего наличия, у него есть движение по пути ее наименьшей кривизны, т. е. по геодезической кривой.
1 |
А. Э й н ш т е й н . |
Физика |
и реальность. М., |
1965, стр. 141. |
2 |
Г. Г а л и л е й . |
Беседы |
и математические доказательства, |
|
Избр. |
труды в двух томах. М., |
1944, том II, стр. |
304. |
44
Галилей рассуждал весьма мудро. Не последнюю роль в его взглядах играли его космологические представле ния. На самом деле, на круговой орбите у движущейся точки нет преимущественных мест и направлений. Ее движение не нуждается ни в начале, ни в конце (рис. 2). Любое ее положение одновременно является и началом
ирезультатом движения, в то время как движение по прямой ставит весьма трудную проблему о том, как вела себя точка в бесконечном, уже пройденном ею простран ственном пути и как она поведет себя в бесконечном пространственном пути, который ей предстоит проходить
ив бесконечном прошлом и в бесконечном будущем вре
мени?
Прямолинейное равномерное движение рассматри вается Галилеем как частный случай криволинейного, когда поверхность сферы настолько велика, что в конеч ном участке движения тела ее кривизной можно пре небречь. Например, живя на таком большом космиче ском теле, как Земля, человек в обыденной жизни практически имеет дело с инерциальным прямолинейным равномерным движением на сфере.
45
Галилеева идея кривизны движения некоторым об разом нашла свое продолжение в общей теории относи тельности, в идее кривизны пространства-времени.
У Ньютона инерциальное, равномерное движение — это лишь прямолинейное движение. Первый закон Нью тона гласит: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолиней ного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние» ’. Заме тим здесь, что эта ограниченность Ньютона, особо вы делявшего прямолинейное равномерное движение, покой и т. д., в то время была необходимым условием деталь ной разработки всей системы принципов классической механики, безотказно служившей более двух веков. Об ратим внимание и на другое различие между Галилеем и Ньютоном. При изложении закона инерции у Галилея речь идет о внутренне присущей всякому телу способно
сти постоянно |
н а х о д и т ь с я в |
с о с т о я н и и р а в н о |
||||
м е р н о г о д в и ж е н и я , |
п о к а |
оно |
не |
в с т р е ч а е т |
||
н и к а к о г о |
с о п р о т и в л е н и я , |
у Ньютона —■о спо |
||||
собности всякого |
тела у д е р ж и в а т ь с я |
в с о с т о я |
||||
нии п о к о я |
или |
р а в н о м е р н о г о |
и |
п р я м о л и |
||
н е й н о г о д в и ж е н и я , |
п о к а о н о не п о н у ж |
д а е т с я п р и л о ж е н н ы м и с и л а м и и з м е н я т ь это с о с т о я н и е . Эти оттенки во взглядах оставляли возможность двояким образом толковать принцип отно
сительности в зависимости от того, на |
какую |
сторону |
||
сделать ударение, |
что взять за определяющее: |
д в и ж е |
||
ние |
или п о к о й . |
|
|
|
Все материальные системы, находящиеся в состоянии |
||||
равномерного движения без ускорения, |
р а в н о п р а в - 1 |
|||
1 |
И. Н ь ю т о н . |
Математические начала натуральной филосо |
||
фии. |
СПб., 1915, стр. |
36. |
|
|
46
ны, так как все тела, принадлежащие к этим системам, ведут себя совершенно одинаково, все они подчиняются одним и тем же законам движения. Находясь внутри такой системы, никак нельзя установить, с какой ско ростью движется эта система в отношении других систем. Нельзя также установить, движется ли она вообще или абсолютно покоится в отношении мирового простран ства даже в том случае, если мы установим ее парамет ры движения в отношении других систем, выглянув, так сказать, за ее пределы. Вспомните свое состояние в рав номерно идущем поезде. Если вы смотрите в окно на другой поезд, затруднительно бывает определить, кото рый из них движется, а который стоит, и уж совсем нельзя определить, какой из них движется быстрее (если движутся оба). Можно установить только скорость од ного относительно другого, скажем, по количеству мель кающих окон за минуту, если известно расстояние между окнами. Сравнив движение с покоящейся относительно Земли станцией, можно установить и эту относительную скорость, затем можно эти расчеты продолжать в отно шении Солнца и т. д.
Рассуждая последовательно, надо было бы сделать вывод: у равномерно движущихся систем существует лишь о т н о с и т е л ь н а я скорость и одинаковые устойчивые законы внутреннего движения. Абсолютной скорости движения вообще нет и быть не может, потому что нет никакой абсолютно покоящейся материальной системы отсчета, в отношении к которой она объективно могла бы существовать и быть рассчитана. В классиче ской механике и в физике положение спасало мировое абсолютное пространство, теоретически вводимое как привилегированная система отсчета. Но его существова ние прямо и непосредственно не было доказано физиче скими экспериментами. Ускоренное движение по суще
47
ству положения не спасало. Лишь с определенными допу щениями оно использовалось в качестве доказательства существования абсолютного покоя.
В результате изложенного логично было бы предпо ложить, что абсолютно неподвижного пространства нет, как и нет абсолютного покоя тел, поскольку нет разницы между системой покоящейся и движущейся равномерно без ускорения. Нет и не может быть абсолютно однознач ных параметров движения, отнесенных непосредственно к мировому абсолютному пространству. Вероятнее всего следовало бы предположить, что любые параметры дви
жения любой системы о т н о с и т е л ь н ы , |
потому что |
они существуют как часть, как конкретное |
проявление |
всепроникающего абсолютного состояния вечного взаи модействия материальных систем. Вспомните Бруно: часть всего, все в каждой части, хотя и не полностью.
Ньютон таких выводов из формулируемого им зако на инерции сделать не мог. Кроме относительной скоро сти, теоретически он признавал реально существующей и абсолютную скорость прямолинейно-равномерно дви жущихся систем в отношении мирового пространства. Только Эйнштейн впоследствии отверг абсолютную ско рость движения, потому что отверг существование абсо лютного пространства, независящего от состояния движения материи. Недостаток ньютоновой формулиров ки закона инерции, пожалуй, заключался в том, что на первое место в ней выдвигается покой, к которому в принципе можно полностью приравнять любое из со стояний равномерного и прямолинейного движения. По скольку любое тело теоретически можно рассматривать находящимся не только в состоянии относительного, но п абсолютного покоя, движение переставало обладать абсолютно всеобщим значением. Такая позиция приво дила к несколько иным, чем у Галилея, выводам из прин
48