Пространство, время и относительность - Неванлинна Р.
Скачать (прямая ссылка):
И. М. Яглом
Предисловие автора
На рубеже девятнадцатого и двадцатого столетий началась новая эпоха в истории физики. В 1900 г. Маке Планк (1858—1947) своей гипотезой о квантах заложил основу современной теории атома. Пять лет спустя Альберт Эйнштейн (1879—1955) опубликовал свои первые работы по теории относительности.
Теория Эйнштейна до основания потрясла тогдашнюю картину мира. Она сразу привлекла к себе необычное внимание, возбудила большой интерес, но одновременно встретила и резкое сопротивление. В течение десятилетий новая теория оживленно дискутировалась среди физиков, математиков и философов. Основные принципы теории: относительность времени, постоянство скорости света, привилегированное положение этой скорости как наибольшей из всех возможных — отклоняются от прежних представлений, однако не содержат в себе ничего произвольного. Идеи новой теории органически связаны с классической физикой и неизбежно должны были вырасти на ее почве. В двадцатых годах текущего столетия теория относительности окончательно закрепила свое положение в науке.
Дискуссия о теории относительности в начале столетия происходила не только в кругах специалистов. Оживленное участие в ней приняла также широкая публика. Идеи Эйнштейна являлись в какой-то мере сенсационными, и эта их черта усиливалась привлекающим названием («теория относительности»). Вместе с тем это название дало повод к недоразумениям. В самом деле, теорию Эйнштейна можно было понимать как своеобразную попытку подтвердить старую истину: все в этом
9
ПРЕДИСЛОВИЕ
Miipe относительно. Однако название «теория относительности» вполне обосновано. Понятие относительности действительно сюит на переднем плане теории Эйнштейна, одновременно дающей весьма точно очерченное и резко дифференцированное теоретическое построение физической картины мира.
Более или менее полное овладение теорией относительности требует обширных физических и математических знаний. Ее точное построение возможно только с помощью методов высшей математики. Ho именно поэтому попытка изложить принципы теории Эйнштейна также для широких кругов читателей является особенно привлекательной и важной задачей. Основные идеи теории относительности органически связаны с фундамен-тальньши вопросами, касающимися пространства, времени и движения її с давних времен возбуждавшими человеческую мысль. Правильное представление о теории относительности можно получить, только зная историю идей теории пространства и времени. При таком подходе выявляются обстоятельства, значение которых выходит далеко за пределы математических и физических теорий и знание которых весьма важно для понимания происхождения человеческих понятий и идей.
Настоящая книга адресована в первую очередь не специалистам, а широким кругам читателей, интересующимся теорией относительности. Для понимания изложения требуются знания по математике и физике, не выходящие за пределы программ средней школы.
-------------------- ГЛАВА I
Пространство
§ 1. Видимое, или воспринимаемое, пространство
Геометрия занимается определенными неизменными, т. е. не зависящими от времени, формами и свойствами пространства. Некоторые из таких геометрических явлений мы наблюдаем в этой аудитории. Занимаемое ею помещение имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Последний ограничен шестью плоскостями: четырьмя стенами, полом и потолком. Эти плоскости пересекаются попарно вдоль двенадцати прямых. Определенные тройки этих прямых пересекаются в вершинах восьми углов аудитории. Мы привели наглядные примеры основных элементарно-геометрических объектов; точек, прямых и плоскостей.
Далее мы замечаем, что между геометрическими объектами существуют определенные отношения. Например, для заданной точки и заданной прямой существуют две возможности: либо «точка лежит на прямой» (прямая проходит через точку), либо «точка лежит вне прямой» (прямая не проходит через точку). Для двух прямых, лежащих в одной плоскости, опять существует альтернатива: либо эти прямые «параллельны» (не имеют общей точки), либо они «пересекаются»; в последнем случае они имеют одну-единственную общую точку. Две пересекающиеся прямые наклонены одна к другой либо под «прямым» углом, либо под «непрямым» («косым») углом. Для двух отрезков (отрезком называется часть прямой, ограниченная двумя точками) также существуют две возможности: либо эти отрезки «имеют одинаковую длину» (конгруэнтны), либо они
11
ГЛ. I. ПРОСТРАНСТВО
«имеют разные длины» (неконгруэнтны); в последнем случае один из этих отрезков «длиннее», а другой «короче».
Эти геометрические явления подчиняются определенным геометрическим законам. Примерами таких законов могут служить следующие:
!. Через две точки проходит точно одна прямая.
2. Пусть задана точка P и прямая а. В плоскости, проходящей через P и а, имеется точно одна прямая, проходящая через точку P и при этом параллельная прямой а (аксиома параллельности).
3. Сумма углов треугольника равна 180 градусам.
4. Построим на сторонах прямоугольного треугольника три квадрата, имеющие своими сторонами гипотенузу и катеты треугольника. Тогда площадь квадрата, •построенного на гипотенузе, будет равна сумме площадей квадратов, построенных на катетах (теорема Пифагора).
