Теория пространства, времени и тяготения - Фок В.А.
Скачать (прямая ссылка):
основаны, кроме гипотезы о применимости евклидовой геометрии к реальному
физическому пространству, на двух предположениях: о существовании твердых
тел и о прямолинейности распространения света. В самом деле, чтобы найти
положение удаленного предмета, необходимо отмерить твердым жезлом
определенный базис (в смысле обычной триангуляции) и засечь при помощи
лучей света направления на предмет из разных точек этого базиса.
Предполагая лучи света прямолинейными, можно вычислить тогда по законам
евклидовой геометрии расстояние до предмета и все другие данные,
характеризующие его положение. Прямолинейность лучей света в вакууме есть
основной постулат; прямолинейность лучей в атмосфере является
приближенной и должна контролироваться (учет рефракции и т. п.).
Справедливость законов евклидовой геометрии для реального физического
пространства следует рассматривать как опытный факт, а не как априорное
допущение. Действительно, хотя эти законы оправдываются с огромной
степенью точности, теория всемирного тяготения Эйнштейна как раз и
основана на рассмотрении малых отклонений от них.
Таким образом, свойства света и свойства твердых тел играют основную роль
в установлении геометрии реального физического пространства.
Необходимо, однако, заметить, что понятие твердого тела является здесь в
известной мере вспомогательным понятием. Абсолютно твердых тел не
существует; реальные физические тела могут рассматриваться как твердые и
обладающие неизменными геометрическими размерами лишь приближенно и лишь
при определенных условиях (постоянство температуры, отсутствие упругих
колебаний и т. п.). Неизменность эталона длины с наибольшей точностью
может быть проверена путем сравнения его с длиной волны определенной
спектральной линии. Таким образом, понятие длины сводится, в конечном
счете, к свойствам атомов (или молекул), излучающих данную линию, и к
свойствам света.
Другой возможный способ определения положения предметов в пространстве,
принципиально отличный от триангуляции, есть радиогеодезия или
радиолокация. В принципе этот способ заключается в том, что с некоторого
пункта посылаются радиосигналы, которые отражаются от наблюдаемого
предмета и возвращаются
§ 21
ПОЛОЖЕНИЕ ТЕЛА В ПРОСТРАНСТВЕ
19
,, шчку отправления. При этом отмечается время прохождения сигнала (туда
и обратно), а также, конечно, направление. Зная скорость распространения
радиосигнала (она равна скорости света), получают расстояние до предмета,
умножая на нее половину времени прохождения сигнала.
В принципиальном отношении этот способ важен потому, что к нем измерение
длин сводится к измерению промежутков времени и не используются свойства
абсолютно твердых тел. Существенным предположением является постоянство
скорости света. Сама скорость света играет здесь роль переводного
множителя от времен к длинам. Численное значение скорости света должно
устанавливаться другими опытами, в которых уже используются эталоны
длины.
Измерение времени может быть, в принципе, произведено при помощи любого
периодического процесса. Наибольшей точностью в настоящее время обладают
часы, основанные на использовании собственных колебаний кристаллической
решетки кварца или молекул аммиака. Практически принято астрономическое
измерение времени, основанное на применении законов движения Ньютона к
вращению земного шара, с учетом всех, вытекающих из теории, поправок на
неравномерность вращения (нутация и пр.).
Указанные способы измерения времени дают возможность регулировки часов на
"базисе".
При измерении положения движущихся предметов с определенного базиса
возникает вопрос: к какому моменту времени (по часам базиса) относятся
полученные значения расстояний (и вообще пространственных координат)? Мы
примем следующее определение: если момент отправления светового сигнала
(или радиосигнала с локационной станции) есть tv момент возвращения
сигнала есть Т2> го полученные значения координат предмета х, у, z (а
также расстояния
t'X - iV\ * Ч ~Т~ ^2 -л
г - с-~2 ) относятся к моменту времени t = 1 ^ • Это определе-
ние соответствует естественному предположению, что скорость света ,туда"
и "обратно" одинакова.
Мы установили, что, исходя из определенного базиса, снабженного
масштабами и часами (а также другими необходимыми приборами), можно
измерять положение тел в пространстве (по отношению к' этому базису) и
относить получаемые значения координат (например декартовых х, у, z) к
определенному моменту времени t (по
часам базиса). Такого рода базис мы будем называть в дальнейшем
"системой отсчета". Слово "базис" мы будем употреблять в тех случаях,
когда желательно подчеркнуть то обстоятельство, на которое мы уже
указывали в начале § 1, а именно, что система отсчета не есть какая-то
вросшая в пространство координатная сетка в соединении с каким-то
"мировым временем", а есть нечто связанное с масштабами и часами,
находящимися в определенном месте и определенным образом движущимися.
