Эйнштейновская теория относительности - Борн М.
Скачать (прямая ссылка):
21
ния материального мира, какими бы маловажными они ни были для человеческого существования, с помощью простых, недвусмысленных, хотя и абстрактных, понятий. В этом процессе, составляющем основу научного познания, человеческий дух не колеблется и не боится подвергнуть сомнению наиболее самоочевидные факты визуального восприятия и объявить их иллюзорными, но предпочитает создавать самые крайние абстракции скорее, чем исключить из научного описания природы хотя бы один установленный факт, каким бы маловажным он ни мог показаться.
Великое релятивизирующее достижение Коперника стало зерном, из которого выросли многие сходные, но менее важные релятивизации расцветающего естествознания, пока наконец открытие Эйнштейна не встало в ряд со своим великим предшественником.
Но теперь, мы должны обрисовать в нескольких словах космос, как его изобразил Коперник. Прежде всего заметим, что принципы и законы геометрии непосредственно применялись к астрономическому пространству. Место эпициклов птолемеевой Вселенной, которые считались прикрепленными к хрустальным сферам, заняли орбиты в пространстве, плоскости которых могли иметь различную ориентацию. Центром мироздания стало Солнце. Планеты описывают круги вокруг него, и одна из этих планет— Земля, которая при движении по своей орбите вращается вокруг собственной оси, тогда как Луна обращается около Земли по своей собственной орбите. Вне пределов солнечной системы на огромных расстояниях неподвижные звезды представляют собой подобные нашему солнца, покоящиеся в пространстве. Рациональная сторона открытия Коперника заключалась в том, что его система более простым образом объясняла явления, которые общепризнанная в те времена система мироздания была способна объяснить, лишь прибегая к запутанным искусственным гипотезам. Смены дня и ночи, времена года, фазы Луны, орбиты планет— все эти явления сразу стали понятными, объясг нимыми, доступными для простых вычислений.
§ 7. РАЗВИТИЕ ИДЕИ КОПЕРНИКА
Очень скоро, однако, представление о круговых коперников-ских орбитах перестало удовлетворять результатам наблюдений. Истинные орбиты оказались существенно более сложными, чем предполагалось. Итак, важный вопрос нового мировоззрения заключался в следующем: были ли искусственные построения, подобные эпициклам Вселенной Птолемея, необходимыми или же усовершенствования расчетов орбит можно было осуществить, не вводя усложнений? Бессмертной заслугой Кеплера (1618 г.) 22
Гл. /. Геометрия и космология
стало открытие простых и удивительных законов, которым подчиняются орбиты планет, и, таким образом, спасение системы Коперника в критический для нее период.
Орбиты оказались не окружностями, описанными вокруг Солнца, но кривыми, близко напоминающими окружности, а именно эллипсами, в одном из фокусов которых и расположено Солнце. Точно так же, как третий закон весьма простым образом описывает форму орбит, два других закона Кеплера определяют скорости, с которыми происходит движение по этим орбитам, и соотношения между размерами эллипсов и периодами обращения вдоль них. Современник Кеплера Галилей (1610 г.) направил только что изобретенный телескоп в небо и открыл луны Юпитера. В этой картине он усмотрел модель солнечной системы меньшего масштаба и, таким образом, продемонстрировал идеи Коперника как оптическую реальность. Однако великая заслуга Галилея заключалась в развитии принципов механики, которые позднее Ньютон (1687 г.) применил к планетным орбитам, сделав, таким образом, решающий шаг в завершении коперниковой системы мироздания.
Коперниковы окружности и келлеровы эллипсы представляют собой то, что современная наука называет кинематическим, или форономическим, описанием орбит — математической формулировкой движений, не содержащей условий и причин, вызывающих эти движения. Каузальная (причинная) формулировка законов движения представляет собой содержание динамики, или кинетики, которую основал Галилей. Ньютон применил эти постулаты к движению небесных тел и путем весьма остроумной интерпретации законов Кеплера ввел в астрономию каузальную концепцию механической силы. Ньютоновский закон всемирного тяготения доказал свое превосходство над всеми более ранними теориями, объяснив все отклонения от законов-Кеплера (так называемые возмущения орбит, которые были выявлены в результате дальнейших усовершенствований методов наблюдения).
Однако такая динамическая точка зрения на движения в астрономическом пространстве требовала в то же время более точной формулировки предположений, касающихся пространства и времени. Эти аксиомы появляются в работе Ньютона впервые как четкие определения. Таким образом, естественно рассматривать теорию, принятую до появления эйнштейновской, как выражение ньютоновской концепции пространства и времени. ДЛя уяснения этих идей существенно иметь отчетливое представление о фундаментальных законах механики, причем под таким углом зрения, при котором в перспективе возникает вопрос об относительности — подход, которым обычно пренебрегают в элементарных учебниках. Итак, нам. предстоит теперь обсудить простейшие факты, определения и законы механики. ГЛАВА
