Представления Ньютона об абсолютном пространстве на первый взгляд кажутся очень убедительными. Действительно, что может быть естественнее предположения, что пространство является чем-то самостоятельным, неподвижным, зависящим от расположения и движения в нем тел, а любое движение рассматривается как происходящее в покоящемся пространстве. Именно таковы наши непосредственные впечатления от движения и пространства.
Представление о покоящемся абсолютном пространстве у человека возникает вследствие того, что он рассматривает физическое пространство как комнату, ограниченную стенами. Правда, эта «комната» — пространство простирается в бесконечность и стен у нее нет, но, несмотря на это, мы привыкли считать, что физическое пространство обладает всеми теми свойствами, что и ограниченная стенами комната. Таково представление об абсолютном пространстве, которое возникает у человека при распространении повседневного опыта на бесконечную вселенную.
Представление о покоящемся абсолютном пространстве у человека возникает вследствие того, что он рассматривает физическое пространство как комнату, ограниченную стенами. Правда, эта «комната» — пространство простирается в бесконечность и стен у нее нет, но, несмотря на это, мы привыкли считать, что физическое пространство обладает всеми теми свойствами, что и ограниченная стенами комната. Таково представление об абсолютном пространстве, которое возникает у человека при распространении повседневного опыта на бесконечную вселенную.
Представления Ньютона об абсолютном пространстве на первый взгляд кажутся очень убедительными. Действительно, что может быть естественнее предположения, что пространство является чем-то самостоятельным, неподвижным, зависящим от расположения и движения в нем тел, а любое движение рассматривается как происходящее в покоящемся пространстве. Именно таковы наши непосредственные впечатления от движения и пространства.
Представление о покоящемся абсолютном пространстве у человека возникает вследствие того, что он рассматривает физическое пространство как комнату, ограниченную стенами. Правда, эта «комната» — пространство простирается в бесконечность и стен у нее нет, но, несмотря на это, мы привыкли считать, что физическое пространство обладает всеми теми свойствами, что и ограниченная стенами комната. Таково представление об абсолютном пространстве, которое возникает у человека при распространении повседневного опыта на бесконечную вселенную.
Однако повседневных впечатлений недостаточно для создания научной теории, для проникновения в сущность явлений природы. Например, уже с давних времен люди
знают тепло и холод, но это не дало им никаких сведении о теплоте как явлении природы. Только научное исследование тепловых процессов открыло человеку сущность теплоты и позволило создать паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и другие тепловые машины. Точно так же обстоит дело с движением и пространством. И здесь каждое наше привычное представление необходимо критически! проанализировать. Только тогда выяснится, что здесь видимость и что соответствует действительности.
Вообразим, что мы находимся в изолированном помещении и наблюдаем за движением тел в нем. Все тела движутся в точности по законам Ньютона. Можем ли мы отсюда заключить, что наше помещение неподвижно относительно абсолютного пространства? Нет, не можем. Ведь законы Ньютона имеют место и тогда, когда помещение движется в абсолютном пространстве равномерно и прямолинейно. Субъективные ощущения также не позволяют решить, движемся ли мы в абсолютном пространстве равномерно и прямолинейно или находимся в покое. Когда лодку несет течение, часто возникает иллюзия, будто лодка стоит на месте, а берега проплывают мимо. Невозможно сказать, движется ли лодка или движутся берега, или же движутся и лодка, и берега. Еще резче проявляется обманчивость субъективных чувств, если стоять на мосту
и пристально смотреть на текущую реку. Вскоре начинает казаться, что мост и берега движутся.
То, что наши чувства не отличают равномерное прямолинейное движение от состояния покоя, было замечено уже давно. Во второй части книги «Дон Кихот», появившейся в 1615 г., Сервантес описывает езду отважного рыцаря Ламанчского и его оруженосца на чудесном коне Клавилено. Герои сидели с завязанными глазами на деревянном коне и представляли себя мчащимися быстрее ветра. На самом деле конь стоял окруженный толпой весельчаков, которые потешались над рыцарем и его оруженосцем. Чтобы эффект был полным, на всадников дули из больших кузнечных мехов, создавая тем самым у них ощущение свистящего ветра.
Не следует думать, что так бесхитростно можно было подшутить только над простодушным Дон Кихотом. Никто из нас с завязанными глазами не мог бы сказать, например, стоит ли на месте или мчится равноверно и прямолинейно автомашина, в которой мы сидим. Отважный рыцарь, однако, должен был бы заметить, что его конь и не начинал двигаться. Ведь вначале движение должно быть ускоренным, а ускорение мы всегда ощущаем.
Неразличимость равномерного прямолинейного движения и покоя была полностью ясна Галилею. В его произведении «Диалог о двух системах мира» (1632 г.) главный герой Сальвиатти говорит: «Заключите себя с каким-нибудь приятелем в возможно просторном помещении под палубою большого корабля и пустите туда мух, бабочек и других подобных маленьких летающих животных. Пусть будет там также большой сосуд с водой и в нем рыбки. Повесьте также на потолок ведро, из которого капля за каплей вытекала бы вода в другой сосуд с узким отверстием, находящийся внизу под ним. Пока не движется корабль, наблюдайте, как эти летающие животные с равною быстротой будут летать во все стороны комнаты. Увидите, что рыбы будут плавать безразлично во все стороны; падающие капли будут попадать все в подставленный сосуд. И вы, бросая приятелю какую-нибудь вещь, не будете принуждены употреблять большую силу для того, чтобы бросить ее в одну сторону, чем в другую, если только расстояния одинаковы. Прыгая, вы будете проходить одинаковые пространства во все стороны, куда бы вы ни прыгали. Наблюдайте хорошенько за всем этим и заставьте привести в движение корабль с какою угодно быстротой. Если движение будет равномерно, вы не заметите ни малейшей перемены во всех указанных действиях и ни по одному из них не в состоянии будете судить, движется ли корабль или стоит на месте. Вы, прыгая, будете проходить по полу те же самые пространства, как и прежде, т. е. вы не сделаете вследствие того, что корабль движется весьма быстро, больших прыжков к корме, чем к носу корабля, хотя в то время, когда вы находитесь в воздухе, пол, находящийся под вами, бежит к части, противоположной вашему прыжку. Бросая вещь товарищу, вам не нужно с большей силой бросать ее, если он будет около носа корабля, вы же около кормы, чем наоборот. Капли будут падать, как прежде, в нижний сосуд…»
Из приведенной цитаты видно, насколько глубоко понимал Галилей движение и покой. В этом вопросе он сумел достигнуть большего, чем живший столетием позже Ньютон. Галилей считал равномерное прямолинейное движение равноправным состоянию покоя, так как ни одно наблюдение, проведенное в изолированном помещении, ни позволяет обнаружить равномерного прямолинейного движения.
Если тело движется в абсолютной системе отсчета равномерно и прямолинейно со скоростью то оно будет покоиться в некоторой другой инерциальной системе, которая движется относительно абсолютного пространства с той же скоростью ѵ в том же самом направлении. С другой стороны, если тело движется в какой-либо инерциальной системе, то оно может быть в покое в абсолютном пространстве (рис. 11). Из эквивалентности состояний покоя и равномерного прямолинейного движения следует, что абсолютное пространство есть не что иное, как одна из инерциальных систем, что мы уже отмечали. Изучая движение, невозможно выделить абсолютное пространство из числа других инерциальных систем. Все инерциальные системы равноправны, и нет никакой причины одну из них называть абсолютной системой. Этот факт отражается в классическом принципе относительности.
Представление о покоящемся абсолютном пространстве у человека возникает вследствие того, что он рассматривает физическое пространство как комнату, ограниченную стенами. Правда, эта «комната» — пространство простирается в бесконечность и стен у нее нет, но, несмотря на это, мы привыкли считать, что физическое пространство обладает всеми теми свойствами, что и ограниченная стенами комната. Таково представление об абсолютном пространстве, которое возникает у человека при распространении повседневного опыта на бесконечную вселенную.
Однако повседневных впечатлений недостаточно для создания научной теории, для проникновения в сущность явлений природы. Например, уже с давних времен люди
знают тепло и холод, но это не дало им никаких сведении о теплоте как явлении природы. Только научное исследование тепловых процессов открыло человеку сущность теплоты и позволило создать паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и другие тепловые машины. Точно так же обстоит дело с движением и пространством. И здесь каждое наше привычное представление необходимо критически! проанализировать. Только тогда выяснится, что здесь видимость и что соответствует действительности.
Вообразим, что мы находимся в изолированном помещении и наблюдаем за движением тел в нем. Все тела движутся в точности по законам Ньютона. Можем ли мы отсюда заключить, что наше помещение неподвижно относительно абсолютного пространства? Нет, не можем. Ведь законы Ньютона имеют место и тогда, когда помещение движется в абсолютном пространстве равномерно и прямолинейно. Субъективные ощущения также не позволяют решить, движемся ли мы в абсолютном пространстве равномерно и прямолинейно или находимся в покое. Когда лодку несет течение, часто возникает иллюзия, будто лодка стоит на месте, а берега проплывают мимо. Невозможно сказать, движется ли лодка или движутся берега, или же движутся и лодка, и берега. Еще резче проявляется обманчивость субъективных чувств, если стоять на мосту
и пристально смотреть на текущую реку. Вскоре начинает казаться, что мост и берега движутся.
То, что наши чувства не отличают равномерное прямолинейное движение от состояния покоя, было замечено уже давно. Во второй части книги «Дон Кихот», появившейся в 1615 г., Сервантес описывает езду отважного рыцаря Ламанчского и его оруженосца на чудесном коне Клавилено. Герои сидели с завязанными глазами на деревянном коне и представляли себя мчащимися быстрее ветра. На самом деле конь стоял окруженный толпой весельчаков, которые потешались над рыцарем и его оруженосцем. Чтобы эффект был полным, на всадников дули из больших кузнечных мехов, создавая тем самым у них ощущение свистящего ветра.
Не следует думать, что так бесхитростно можно было подшутить только над простодушным Дон Кихотом. Никто из нас с завязанными глазами не мог бы сказать, например, стоит ли на месте или мчится равноверно и прямолинейно автомашина, в которой мы сидим. Отважный рыцарь, однако, должен был бы заметить, что его конь и не начинал двигаться. Ведь вначале движение должно быть ускоренным, а ускорение мы всегда ощущаем.
Неразличимость равномерного прямолинейного движения и покоя была полностью ясна Галилею. В его произведении «Диалог о двух системах мира» (1632 г.) главный герой Сальвиатти говорит: «Заключите себя с каким-нибудь приятелем в возможно просторном помещении под палубою большого корабля и пустите туда мух, бабочек и других подобных маленьких летающих животных. Пусть будет там также большой сосуд с водой и в нем рыбки. Повесьте также на потолок ведро, из которого капля за каплей вытекала бы вода в другой сосуд с узким отверстием, находящийся внизу под ним. Пока не движется корабль, наблюдайте, как эти летающие животные с равною быстротой будут летать во все стороны комнаты. Увидите, что рыбы будут плавать безразлично во все стороны; падающие капли будут попадать все в подставленный сосуд. И вы, бросая приятелю какую-нибудь вещь, не будете принуждены употреблять большую силу для того, чтобы бросить ее в одну сторону, чем в другую, если только расстояния одинаковы. Прыгая, вы будете проходить одинаковые пространства во все стороны, куда бы вы ни прыгали. Наблюдайте хорошенько за всем этим и заставьте привести в движение корабль с какою угодно быстротой. Если движение будет равномерно, вы не заметите ни малейшей перемены во всех указанных действиях и ни по одному из них не в состоянии будете судить, движется ли корабль или стоит на месте. Вы, прыгая, будете проходить по полу те же самые пространства, как и прежде, т. е. вы не сделаете вследствие того, что корабль движется весьма быстро, больших прыжков к корме, чем к носу корабля, хотя в то время, когда вы находитесь в воздухе, пол, находящийся под вами, бежит к части, противоположной вашему прыжку. Бросая вещь товарищу, вам не нужно с большей силой бросать ее, если он будет около носа корабля, вы же около кормы, чем наоборот. Капли будут падать, как прежде, в нижний сосуд…»
Из приведенной цитаты видно, насколько глубоко понимал Галилей движение и покой. В этом вопросе он сумел достигнуть большего, чем живший столетием позже Ньютон. Галилей считал равномерное прямолинейное движение равноправным состоянию покоя, так как ни одно наблюдение, проведенное в изолированном помещении, ни позволяет обнаружить равномерного прямолинейного движения.
Если тело движется в абсолютной системе отсчета равномерно и прямолинейно со скоростью то оно будет покоиться в некоторой другой инерциальной системе, которая движется относительно абсолютного пространства с той же скоростью ѵ в том же самом направлении. С другой стороны, если тело движется в какой-либо инерциальной системе, то оно может быть в покое в абсолютном пространстве (рис. 11). Из эквивалентности состояний покоя и равномерного прямолинейного движения следует, что абсолютное пространство есть не что иное, как одна из инерциальных систем, что мы уже отмечали. Изучая движение, невозможно выделить абсолютное пространство из числа других инерциальных систем. Все инерциальные системы равноправны, и нет никакой причины одну из них называть абсолютной системой. Этот факт отражается в классическом принципе относительности.
рис. 11. Движение относительно абсолютного пространства (а).
Система отсчета Т и тело A движутся в абсолютном пространстве водном направлении со скоростью ѵ, тело В пребывает в абсолютном пространстве в покое.
Движение относительно системы отсчета Т (б).
Система отсчета Т и тело A покоятся, тело В движется налево со скоростью ѵ. Из равноправности состояния покоя и равномерного прямолинейного движения следует что система отсчета Т и абсолютное пространство равноправны
Система отсчета Т и тело A покоятся, тело В движется налево со скоростью ѵ. Из равноправности состояния покоя и равномерного прямолинейного движения следует что система отсчета Т и абсолютное пространство равноправны
При описании движения тел все инерциальные системы равноправны. Нет никаких оснований отдавать предпочтение какой-нибудь из них.
Классический принцип относительности выражает относительность скорости. Утверждение: «скорость равна такой-то величине» само по себе не имеет смысла. Скорость можно измерять только относительно некоторого другого тела, выбранного в качестве тела отсчета. С этой точки зрения выражения «пуля летит равномерно и прямолинейно относительно окружающих ее тел» и «пуля покоится, а окружающие ее тела движутся равномерно и прямолинейно в противоположном направлении» равноправны по содержанию. В первом случае телом отсчета является окружающая пулю среда, во втором — пуля. Hи одна из этих систем отсчета не обладает принципиальным преимуществом. Такое положение вещей может поначалу показаться читателю странным, но с этим придется примириться. Классический принцип относительности является одним из законов природы. Он утверждает, что физическое пространство обладает более сложными свойствами чем сколь угодно большая «комната». У «комнаты» всегда имеются неподвижные стены, причем безразлично, реальные они или воображаемые. Пространству же такие стены нельзя приписать даже мысленно. В комнате система отсчета, связанная со стенами, всегда находится в предпочтительном положении, в физическом же пространстве все возможные инерциальные системы равноправны.