Механика и теория относительности - Матвеев А.Н.
ISBN 5-329-007242-9
Скачать (прямая ссылка):
производится в соответствующих системах отсчета.
Первый принципиальный вопрос, который возникает, состоит в следующем. В §
5 и 7 было рассмотрено измерение координат и времени в предположении
справедливости геометрии Евклида, существовании единого времени и
возможности такой синхронизации часов, которая была описана. Было
сказано, что существование таких систем подтверждается опытом. Теперь
необходимо указать способ нахождения таких систем отсчета. Это можно
сделать лишь в результате изучения хода физических процессов в различных
системах отсчета, движущихся друг относительно друга. Давно было
замечено, что по наблюдениям за ходом механических явлений в системах
координат, движущихся равномерно и прямолинейно относительно поверхности
Земли, ничего нельзя сказать об этом движении. Внутри кабины корабля,
плывущего по морю без качки равномерно и прямолинейно, все механические
явления протекают так же, как и на берегу.
11. Принцип относительности
79
Если на поверхности Земли проделать более тонкие физические опыты,
например опыт с маятником Фуко, то удается обнаружить движение
поверхности Земли относительно системы неподвижных звезд. Однако анализ
показывает, что в этих опытах обнаруживается не скорость точек
поверхности Земли относительно неподвижных звезд, а их ускорение. Из
других же многочисленных опытов следует, что
во всех системах координат, движущихся равномерно и прямолинейно
относительно системы неподвижных звезд и, следовательно, друг
относительно друга, все механические явления протекают совершенно
одинаково. Предполагается, что поля тяготения пренебрежимо малы. Такие
системы координат называются инерциальными, поскольку в них справедлив
закон инерции Ньютона: тело, удаленное достаточно далеко от других тел,
движется относительно систем координат равномерно и прямолинейно.
Утверждение, впервые высказанное Галилеем, о том, что во всех
инерциальных системах координат механические явления протекают,
одинаково, называется принципом относительности Галилея. В дальнейшем в
результате изучения других явлений, в частности электромагнитных,
справедливость этого положения была признана для любых явлений. В таком
общем виде оно называется принципом относительности специальной теории
относительности или просто принципом относительности. В настоящее время
он с большой точностью экспериментально доказан для механических и
электромагнитных явлений. Тем не менее принцип относительности является
постулатом, т. е. основополагающим допущением, выходящим за пределы
экспериментальной проверки. Это обусловлено двумя обстоятельствами.
Во-первых, в пределах изучаемого круга физических явлений эксперимент
позволяет проверить утверждение лишь с определенной точностью, доступной
измерениям на данном этапе развития науки. Утверждение же носит
абсолютный характер, т. е. предполагает, что при сколь угодно большом
повышении точности результаты эксперимента будут находиться в согласии с
утверждением. Ясно, что это не может быть проверено экспериментально,
потому что на каждом данном этапе развития науки эксперименты могут быть
выполнены лишь с конечной точностью. Во-вторых, неизвестны физические
явления, которые в настоящее время не открыты. Утверждение о том, что все
явления, которые будут открыты в будущем, подчиняются принципу
относительности, есть также выход за пределы эксперимента. Поэтому
принцип относительности является постулатом и всегда в будущем останется
таковым. Это не умаляет его значения. Все научные понятия, законы, теории
выработаны для определенного круга физических явлений и справедливы в
определенных пределах. Выход за пределы их применимости не делает эти
понятия, законы, теории и т. д. неправильными. Он лишь указывает границы,
80
Глава 3. ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАТ
условия и точность их применимости. Прогресс науки как раз и состоит в
выходе за пределы применимости существующих теорий.
Теперь вернемся к вопросу о том, в каких системах координат геометрия
является евклидовой, существует единое время и возможна такая
синхронизация часов, которая была описана выше? Ответ гласит: такими
системами являются инерциальные системы координат. Этих систем существует
бесконечное множество, но все они движутся поступательно равномерно и
прямолинейно друг относительно друга. В последующем будут рассматриваться
только инерциальные системы и лишь в гл. 14 - неинерциальные системы.
Ложное и истинное в физике. Для оценки значения физических теорий
необходимо иметь в виду определенную асимметрию между понятиями истинного
и ложного в физике. Результаты данного физического эксперимента могут
либо находиться в согласии с проверяемой теорией, либо ей противоречить.
Если они ей противоречат, то теория ложна. Это утверждение абсолютно и
окончательно и не может быть изменено никаким последующим развитием
науки. Если же оци ей не противоречат, то это лишь означает, что данный
эксперимент не противоречит теории и можно продолжать ею пользоваться. К
