Собрание научных трудов в четырех томах. Том 1 - Эйнштейн А.
Скачать (прямая ссылка):
механике, называются "инерциальными системами". Однако, согласно
механике, природа не определяет однозначно состояние движения
инерциальной системы. Наоборот, хорошо выполняется следующее утверждение:
координатная система, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно
инерциальной системы, сама является инерциаль-ноп. Специальный принцип
относительности представляет собой обобщение этого утверждения на все
процессы природы: "каждый универсальный закон природы, который
выполняется по отношению к некоторой системе отсчета С, должен также
выполняться в любой другой системе С', которая движется равномерно и
прямолинехшо относительно С.
Другим принципом, на котором основана специальная теория относительности,
является принцип постоянства скорости света в пустоте. Согласно этому
принципу, свет в пустоте всегда распространяется с определенной
постоянной скоростью (не зависящей от состояния движения наблюдателя и
источника света). Свое убеждение в справедливости этого принципа физики
черпают из успехов электродинамики Максвелла - Лоренца.
678
56
Что такое теория относительности?
Оба упомянутые выше принципа убедительно подтверждены экспериментом, но
представляются логически непримиримыми. Специальная теория
относительности сумела их примирить ценой видоизменения кинематики, иначе
говоря, ценой изменения физических представлений о пространстве и
времени. Стало очевидным, что говорить об одновременности двух событий
имеет смысл не иначе как по отношению к некоторой данной координатной
системе, и что масштабы, а также ход часов должны зависеть от их
состояния движения по отношению к координатной системе.
Но старая физика, включая законы движения Галилея и Ньютона, не совпадает
с релятивистской кинематикой. Последняя приводила к некоторым общим
математическим условиям, которым должны были бы удовлетворять законы
природы, если потребовать выполнение двух указанных выше принципов. К ним
нужно было приспособить физику. Наиболее важным результатом было введение
нового закона движения для (очень быстро) движущихся материальных точек,
который вскоре удалось проверить с электрически заряженными частицами.
Наиболее важный результат специальной теории относительности касался
инертной массы материальной системы. Оказалось, что инертная масса
системы должна зависеть от содержащейся в ней энергии; это привело к
представлению о том, что инертная масса является не чем иным, как скрытой
энергией. Закон сохранения массы потерял свою независимость и слился с
законом сохранения энергии.
Специальная теория относительности, которая явилась просто развитием
электродинамики Максвелла - Лоренца, имела последствия, выходящие далеко
за ее рамки. Должна ли зависимость физических законов от состояния
движения системы отсчета ограничиваться только системами отсчета,
движущимися относительно друг друга прямолинейно и равномерно? Какое
отношение имеет природа к вводимым нами системам координат и их движению?
Если для описания природы может оказаться необходимым использование
систем координат, выбранных нами произвольно, то выбор систем не должен
быть ничем ограничен; физические законы должны быть полностью независимы
от этого выбора (общий принцип относител ьности).
Установление этого общего принципа относительности было облегчено тем
давно известным экспериментальным фактом, согласно которому вес и инерция
тела зависят от одних и тех же констант (равенство инертной и тяжелой
масс). Представим себе систему координат, которая равномерна вращается по
отношению к инерциальной (в ньютоновском смысле) системе. Центробежные
силы, которые проявляются относительно этой системы, должны быть по
Ньютону приписаны инерции. Но эти центробежные силы, подобно
гравитационным, пропорциональны массам тел. Нельзя лив таком случае
рассматривать нашу систему координат как покоящуюся
67"
Что такое теория относительности?
1919 г.
и центробежные силы как гравитационные? Такая точка зрения кцжется
очевидной, но классическая механика не допускает ее.
Это беглое рассмотрение наводит на мысль, что общая теория
относительности должна давать законы тяготения, и действительное развитие
этой идеи оправдало наши надежды.
Однако путь оказался труднее, чем можно было предполагать сначала,
поскольку потребовалось отказаться от эвклидовой геометрии. Иными
словами, законы расположения материальных тел в пространстве не совпадают
в точности с законами пространства, предписываемыми твердый телам
эвклидовой геометрией. Именно эта ситуация имеется в виду, когда мы
говорим о "кривизне пространства". Тем самым теряют свой точным смысл в
физике фундаментальные понятия "прямой", "плоскости" и т. д.
В общей теории относительности представления о пространстве и времени,
или кинематика, перестают быть фундаментальными, независимыми ни от чего
понятиями физики. Геометрические характеристики тел, их поведение и ход
часов зависят прежде всего от гравитационных полей, которые в свою
