Относительность. Термодинамика и космология - Толмен Р.
Скачать (прямая ссылка):
последней главе. Модели всегда будут намного проще, чем наше реальное
окружение. Так, мы вынуждены пренебрегать при их построении отдельными
деталями в известной структуре Вселенной или заменять, например,
действительное распределение материи непрерывным распределением жидкости.
Оправдание подобных идеализаций состоит в том, что при этом сильно
упрощается математическое описание. Напомним, что из аналогичных
соображений в старой механике приходится вводить невесомые твердые
стержни или в классической кинетической теории газа - идеально упругие
сферические молекулы. Такие приближения всегда оправданы, если в
рассматриваемой упрощенной картине наша физическая интуиция удерживает
существенные черты реальности.
В дополнение к совершенно очевидным упрощениям, сделанным при построении
космологических моделей, следует принять еще некоторые предположения,
касающиеся тех свойств моделей, которые в реальном мире пока не являются
установленными. Так, например, поскольку найдено, что распределение
внегалактических туманностей приблизительно однородно вплоть до
расстояний порядка 108 световых лет, то мы обычно предполагаем однородное
распределение вещества по всему пространству в наших моделях, даже если и
будем подчеркивать, что в реальной Вселенной это не так. Кроме того, мы
будем изучать влияние различных предположений, касающихся величины
пространственной кривизны и космологической постоянной, поскольку
действительные их значения до сих пор неизвестны.
Наконец, в наших поисках гипотетических свойств, которыми Вселенная могла
бы обладать в согласии с принятой теорией, мы не будем пренебрегать
космологическими моделями, относительно которых заранее известно, что они
отличаются от
§ 3. ТОЧКА ЗРЕНИЯ
25
реального мира в существенных чертах. Так, например, изучение моделей,
заполненных одним лишь излучением или заполненных равновесной смесью
идеального газа и излучения, может привести к полезным результатам. Мы
считаем, что возможность построить космологические модели, отражающие
существенные черты действительной Вселенной, должна приносить
интеллектуальное удовлетворение и уверенность; в то же время построение
космологических моделей с интересными теоретическими свойствами помогает
раскрывать новые возможности для наблюдений, даже если эти модели
отличаются в какой-то мере от реальной Вселенной. Во всяком случае модели
должны, конечно, строиться в соответствии с принятыми физическими
теориями, так как именно стремление ученого строить свои теории в
логическом соответствии с остальной физикой отличают их от домыслов
чудака.
ГЛАВА II
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
ЧАСТЬ I
ДВА ОСНОВНЫХ ПОСТУЛАТА И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛОРЕНЦА
§ 4. Введение
В этой главе мы кратко изложим принципы, которые лежат в основе
специальной теории относительности Эйнштейна, и кинематические следствия
этой теории. Эта часть теории относительности имеет ограниченную область
применимости, так как она позволяет сравнивать измерения лишь таких
наблюдателей, которые движутся неускоренно относительно друг друга и
находятся в областях пространства и времени, где гравитацией можно
пренебречь. В тех случаях, когда наблюдатели находятся в состоянии более
сложного относительного движения или в областях, где гравитацией
пренебречь нельзя, приходится прибегать к помощи общей теории
относительности.
Можно считать, что специальная теория относительности построена на двух
постулатах. Начнем с их рассмотрения.
§ 5. Первый постулат, или принцип относительности
Первый постулат теории относительности гласит: невозможно обнаружить
равномерное поступательное движение системы в свободном пространстве или
в какой-либо гипотетической эфирной среде, которая могла бы это
пространство заполнять.
Согласно этому постулату можно говорить об относительном движении двух
систем, но бессмысленно говорить об абсолютной скорости отдельной системы
в свободном пространстве. Из постулата следует, что общие законы физики
при описании явлений в свободном пространстве не должны зависеть от
скорости конкретной системы координат, используемой для установления этих
законов, так как в противном случае можно было бы придать некий
абсолютный смысл различным скоростям. Такая формулировка часто
оказывается наиболее удобной для получения следствий этого постулата.
Первый постулат оправдывается общими соображениями простоты и
естественности; он непринужденно входит в ньютоновскую систему понятий,
согласно которой свободное простран-
С; 5. ПЕРВЫЙ постулат, или принцип относительности
27
ство рассматривается как пустое. Однако казалось, что с появлением
эфирной теории света возникла возможность придавать определенный смысл
различным скоростям движения через эфир и что физические законы должны
приобретать особенно простой вид в системе координат, покоящейся
относительно эфира.
Поэтому с точки зрения гипотезы эфира сам постулат либо его следствия
потребовали экспериментальной проверки. Вообще говоря, эффективность
