Общая теория относительности и гравитационные волны - Вебер Дж.
Скачать (прямая ссылка):
Если, однако, взглянуть в направлении ускорения Земли, то там окажется Солнце, и этот-то, наиболее важный объект, совершенно естественно считать своего рода причиной орбитального движения Земли. Выражаясь несколько иначе, ньютоновское определение силы позволяет связать наблюдаемую кинематическую величину — ускорение Земли, с чем-то таким, что можно наблюдать оптически, именно с направлением на Солнце. Характерная черта любой удачной научной гипотезы состоит как раз в том, что она объединяет два прежде не связанных между собой типа наблюдения, что 238
Дополнение Il Г. Бонди
и достиг нуто в данном случае. Долговременный успех ньютоновской механики именно в этом и состоял. Более того, мы сталкиваемая здесь с идеей, к которой будем неоднократно возращаться в этой статье, а именно с идеей принципиального единства физики. Физику нельзя подразделить на некоторое число совершенно не связанных разделов, например механику, оптику, учение о теплоте; все эти области связаны друг с другом множеством способов и много исключительно важных общих физических понятий было бы потеряно, если бы человеческий разум не уловил эти связи. Нельзя иметь один тип физики для механики, а другой — для другой области; механика никогда бы не была построена без оптических наблюдений, и пе существует такой вещи, как чисто механический эксперимент. Любой вопрос всегда касается более чем одной области физики и, как мы только что заметили, самое основание механики зависит от единства механических и оптических наблюдений.
Следующий пункт, на который должно быть обращено внимание, это характер системы отсчета, относительно которой измеряется ускорение. Сила в механике Ныотона рассматривается как нечто реальное, имеющее истинный физический смысл. Второй закон Ньютона предполагает, следовательно, что ускорение столь же истинно. Но ускорение есть мера изменения скорости и скорость — мера изменения положения; а положение, скорость и ускорение —- псе некоторым образом относительны. Состояние движения измеряющей системы определяет, какие именно значения каждой из этих переменных получатся при их измерении.
Таким образом, если ускорение — физическая реальность, нечто такое, что может быть отождествлено с действительной физической переменной, именно силой, то приемлемыми при физических наблюдениях окажутся только такие системы отсчета, которые дают для ускорения правильное значение. Если мы имеем такую систему отсчета и берем другую, движущуюся относительно первой без ускорения, т. е. с постоянной скоростью в фиксированном направлении, то скорости, измеренные во второй системе, будут отличаться от скоростей, измеренных в первой, но ускорения, измеренные в каждой из них, будут совпадать. Вторая система будет, следовательно, приемлема в качестве стандартной системы отсчета совершенно так же, как и первая. Гравитационные волны
239
Таким образом, в механике Ныогона отсутствуют выделенные системы отсчета, отсутствует какой-либо стандарт покоя для Вселенной в широком смысле и существует множество систем отсчета, каждая из которых находится в относительном неускоренном движении. Всякая такая система отсчета называется инерциальной, и ускорения, наблюдаемые из инерциальной системы, связаны с силами согласно второму закону Иыотона.
Итак, в ньютоновской механике существует резкое различие между двумя тинами систем отсчета, а именно ипер-циальными и неинерциальными; только силы, измеренные в инерциальных системах, считаются действительными. При измерениях в ускоренной системе отсчета, т. е. в неинер-циальной, возникают фиктивные силы. Наиболее известная из них—-центробежная сила, которая появляется, когда мы имеем дело с вращающейся системой координат; существует также ряд других сил подобного типа.
Так как выяснено, что силы оказываются в любой инерциальной системе отсчета одними и теми же, то все инерииальные системы с точки зрения механики совершенно эквивалентны. Следовательно, можио установить принцип относительности Ньютона:
1. Существует резкое различие между ииерциальными и неинерциальными системами.
2. Любые две иперциальные системы движутся без ускорения друг относительно друга.
3. Любые две иперциальные системы совершенно эквивалентны в механическом смысле и отличить одну от другой с помощью любого критерия, основанного на внутреннем механическом эксперименте невозможно.
Смысл последнего пункта заключается в том, что если, например, мы находимся в плавно движущемся самолете и проводим в нем эксперимент, то ои даст в точности тот же результат, как если бы он был выполнен в наземной лаборатории. Так как физических эффектов скорости не существует, а существуют только эффекты ускорения, то невозможно обнаружить скорость любого объекта с помощью внутреннего эксперимента. Скорость есть величина не абсолютная, но чисто относительная, тогда как ускорение абсолютно.
В дополнение к этим основным принципам можио установить простые математические правила преобразования, 240
Дополнение Il Г. Бонди
связывающие измерения, сделанные в одной системе отсчета, с измерениями, сделанными в другой, когда это потребуется, т. е. когда объект измерения находится вне этих обеих систем. При таких преобразованиях ускорение, естественно, сохраняется, так же как и время, которое в ньютоновской физике считается величиной униьерсалыюй и абсолютной.
