Общая теория относительности и гравитационные волны - Вебер Дж.
Скачать (прямая ссылка):
2. Электромагнетизм и специальная теория
относительности
В механике Ньютона скорость никогда не рассматривалась как нечто фундаментальное; действительно, она в определенном смысле произвольна. В любом поле сил, в любой мыслимой физической ситуации, можно приступить к рассмотрению явления. в данный момент, произвольно задавая положения и скорости всех частиц. Их последующее поведение определится законами механики, Однако в других областях физики, особенно в области электромагнетизма и связанных с нею областях оптики, существует некая фундаментальная по значению скорость, а именно скорость света. Это не только скорость всех многочисленных типов электромагнитных волн и вакууме; она также входит в основные уравнения электромагнетизма. Если исходить из принципов ньютоновского релятивизма, то окажется, что эта фундаментальная величина — скорость света—должна быть независима от инерциальной системы отсчета, в которой она наблюдается. Принятие этого факта и, следовательно, утверждение принципа относительности Ньютона для электромагнитного случая известно как специальная теория относительности. На революционном характере этой теории постоянно делается ударение, однако часто упускают из виду, что содержащееся в ней подтверждение применимости ньютоновских идей не только к механике, но и к электромагнетизму есть просто подтверждение ньютоновского принципа релятивизма для всей физики. Таким образом, эта теория в некотором смысле глубоко консервативна; принципы, которые, как было установлено, имеют силу в механике, утверждаются как справедливые для всей физики. Специальная теория относительности неизбежно следует из самого утверждения, что единство физики — ее внутренняя основа, ибо было бы нетерпимым, если бы все инерциальные системы, эквивалентные с механической точки Гравитационные волны
241
зрения, били бы различимы с помощью оптических измерений. Сейчас кажется почти невероятным, что возможность такого неравноправия между механикой и электромагнетизмом считалась сама собой разумеющейся в XlX столетии; в то время было нелегко решить, что важнее — универсальная справедливость ньютоновского принципа относительности или абсолютный характер времени, о котором мы упоминали выше.
Простой математический расчет показывает, что скорость света пе может быть одинаковой во всех пнерцнальных системах отсчета, если сохранить предположение об уннвер-* сальном характере времени. Необходимо отказаться от метафизической идеи об абсолютности времени и рассматривать время в физическом смысле, как то, что можно измерять часами. В современной пауке становится все более и более попятным, что беспредметно говорить о каких-либо величинах, пока не установлен способ их измерения. Антинаучно считать время единым, вечно текущим, загадочно неизменным. Мы не можем также допускать, что в некотором неясном смысле время, измеренное часами в одной системе отсчета, равно времени, измеренному в другой. Единственное. что можно утверждать, принимая принцип относительности Ныотопа, называемый в применении ко всей физике специальным принципом относительности Эйнштейна — это эквивалентность всех инерциальпых систем. Итак, необходимо установить новые законы преобразований, основная черта которых заключается в том, что время связывается с пространством. Это свойство обычно понимается как четырехмерная природа пространства — времени. Хотя эту фразу иногда считают звучащей таинственно, идея ее совершенно ясна. Под трехмерной природой пространства подразумевается. что для определения положения тела необходимо сделать три независимых измерения, по их можно смешать при вращении координат. Эти измерения пе являются в каком бы то ни было смысле абсолютными, хотя они позволяют определить пеличиш,і, такие, как расстояние между двумя точками тела, не зависящие от того, под каким углом зрения их рассматривают. Под четырехмерной природой пространства — времени мы понимаем тот факт, что скорость наблюдателя может привести к смешиванию временного интервала с пространственной протяженностью объекта как
IG Дж Пебер Дополнение ПГ. Бонди
раз в таком же смысле. Существенное обстоятельство заключается в замечательной сходности этого явления с тем, чго происходит при вращении трех пространственных координат, и так же, как некоторые величины, например расстояние между двумя точками тела, не зависят от того, как мы их рассматриваем, так и некоторые типы измерений, относящиеся к интервалу, пе зависят от состояния движения наблюдателя. Мет необходимости обращаться здесь к бесчисленному множеству экспериментальных проверок специальной теории относительности или к ее хорошо известным достижениям, как, например, к установлению связи массы и энергии. Было бы, однако, полезно рассмотреть ее алгебраические возможности, вытекающие прямо из четырехмерной природы пространства времени. Существует несколько простых алгебраических структур, соответствующих пространству — времени, и этот факт обеспечивает возможность делать весьма важные заключения. Мы знаем, что в обычном пространстве трех измерений возможность изменения положения наблюдателя уменьшает число допустимых физических законов. .
