В главе, посвященной специальной теории относитель­ности, мы видели, что конкретный вид электромагнитного поля зависит от системы отсчета, в которой это поле опи­сывается. В одной системе отсчета поле имеет один вид, в другой — иной. Однако для электромагнитного поля ха­рактерна одна существенная черта: если электромагнит­ное поле имеется в некоторой заданной системе отсчета, то невозможно найти другую систему отсчета, в которой бы это поле отсутствовало. Электромагнитное поле нельзя устранить с помощью движения. Гравитационное поле об­личается от электромагнитного главным образом именно этим свойством. Величина напряженности гравитацион­ного ноля зависит от системы отсчета, в которой мы опи­сываем ноле. Однако в противоположность электромагнит­ному нолю здесь всегда можно найти такую систему от­счета, в которой гравитационное поле в данной точке про­странства равно нулю. Именно это и подразумевается в принципе эквивалентности, когда говорится об эквива­лентности гравитационного поля и поля относительного ускорения. О принципе эквивалентности всегда говорится в связи с общей теорией относительности. В действитель­ности принцип эквивалентности следует уже из закона свободного падения, открытого Галилеем, и относится по своему содержанию к классической физике. Значение прин­ципа эквивалентности состоит не только в том, что он поз­воляет лучше понять сущность гравитационного поля, но у него есть и определенное методическое значение. Исполь­зование этого принципа позволяет уяснить некоторые во­просы и логически просто объяснить ряд явлений природы. Примерами могут служить уже рассмотренные проблемы, связанные с поведением силы тяжести в космическом по­лете. Поясним теперь, как использовать принцип эквива­лентности для объяснения возникновения приливов и от­ливов.

В главе, посвященной специальной теории относитель­ности, мы видели, что конкретный вид электромагнитного поля зависит от системы отсчета, в которой это поле опи­сывается. В одной системе отсчета поле имеет один вид, в другой — иной. Однако для электромагнитного поля ха­рактерна одна существенная черта: если электромагнит­ное поле имеется в некоторой заданной системе отсчета, то невозможно найти другую систему отсчета, в которой бы это поле отсутствовало. Электромагнитное поле нельзя устранить с помощью движения. Гравитационное поле об­личается от электромагнитного главным образом именно этим свойством. Величина напряженности гравитацион­ного ноля зависит от системы отсчета, в которой мы опи­сываем ноле. Однако в противоположность электромагнит­ному нолю здесь всегда можно найти такую систему от­счета, в которой гравитационное поле в данной точке про­странства равно нулю. Именно это и подразумевается в принципе эквивалентности, когда говорится об эквива­лентности гравитационного поля и поля относительного ускорения. О принципе эквивалентности всегда говорится в связи с общей теорией относительности. В действитель­ности принцип эквивалентности следует уже из закона свободного падения, открытого Галилеем, и относится по своему содержанию к классической физике. Значение прин­ципа эквивалентности состоит не только в том, что он поз­воляет лучше понять сущность гравитационного поля, но у него есть и определенное методическое значение. Исполь­зование этого принципа позволяет уяснить некоторые во­просы и логически просто объяснить ряд явлений природы. Примерами могут служить уже рассмотренные проблемы, связанные с поведением силы тяжести в космическом по­лете. Поясним теперь, как использовать принцип эквива­лентности для объяснения возникновения приливов и от­ливов.
Напомним закон движения в гравитационном поле: свободное тело в гравитационном поле движется естест­венно, т. е. так, что в месте его нахождения постороннее гравитационное поле отсутствует. Движение тела уничто­жает постороннее гравитационное поле. Однако в точном соответствии с этим законом могут двигаться маленькие, практически «точечные» тела. Для больших тел положе­ние сложнее.
Пусть в гравитационном поле движется тело больших размеров, т. е. такое тело, в объеме которого гравитацион­ное поле заметно меняется. Вообще говоря, в этом случае напряженность постороннего гравитационного поля в каж­дой точке тела будет различной, если само тело твердое и движется как единое целое (и не вращается), т. е. все точки тела будут двигаться с одним и тем же ускорением. Поэтому движение тела уничтожает повсюду одинаковую часть внешнего поля. Полностью уничтожить внешнее поле во всех точках тела невозможно. Тело больших размеров в гравитационном поле может двигаться лишь так, что поле можно полностью аннулировать только в од­ной его точке. Во всех остальных точках будет оставаться часть постороннего поля или же ускоренное движение бу­дет порождать там дополнительное гравитационное ноле. Вычисления показывают, что такой точкой тела, в которой можно полностью аннулировать постороннее грави­тационное поле, является центр масс. Таким образом, за­кон движения большого тела в гравитационном поле мож­но сформулировать следующим образом: большое тело дви­жется в гравитационном поле так, что уничтожается по­стороннее гравитационное поле в его центре масс.

Рис. 49. Гравитационное поле Луны в системе отсчета, связанной с Землей

 

К примеру, Земля движется в гравитационном поле Луны так, что в центре Земли это поле равно нулю. Уско­ренное движение Земли уничтожает гравитационное поле Луны (а также и все другие посторонние гравитационные поля) в центре Земли.
В той части земного шара (рис 49), которая обращена к Луне (точкаА),лунное гравитационное поле сильнее,чем в центре земного шара О. На противоположной стороне зем­ного шара (точка В) гравитационное поле Луны слабее, чем в центре О. Поэтому в то время, как движение Земли унич­тожает гравитационное поле в центре Земли, на ее сторо­не, обращенной к Луне, остается нескомпенсированным слабое поле. Под действием этого поля в океане образуется прилив. На поверхности же, обращенной в противоположную сторону, движение Земли не только компенсирует лун­ное гравитационное поле, но и создает избыток в виде силы, направленной от Луны. Под влиянием этой силы также об­разуется приливная волна.
На рисунке изображена стрелками та часть гравитаци­онного поля Луны, которое обнаруживает находящийся на Земле наблюдатель. Это гравитационное поле Луны в си­стеме отсчета, связанной с Землей. В системе же отсчета Луны ее собственное гравитационное поле определяется обычным законом гравитации, т. е. оно сильнее всего в непосредственной окрестности Луны и уменьшается об­ратно пропорционально квадрату расстояния. Это еще раз показывает, как сильно зависит вид поля от системы отсче­та, в которой оно описывается. Если нас интересует воз­действие гравитационного поля Луны на земные тела, мы всегда должны рассматривать это поле таким, каким оно является в системе отсчета Земли. И возникновение приливов и отливов также следует описывать в этой си­стеме отсчета. Объяснять возникновение приливов и от­ливов на Земле гравитационным полем Луны в том виде, какой оно имеет в системе отсчета, связанной с Лу­ной, как это, к сожалению, часто делают в учебниках для средней школы, нельзя.
Как видим, принцип эквивалентности позволяет дать очень простое и ясное описание приливных явлений. Из приведенного объяснения вытекает несколько простых следствий.
Напряженность поля, обусловливающего приливы и от­ливы, не зависит от напряженности постороннего гравита­ционного поля в месте, где находится планета. Оно зави­сит только от того, насколько изменяется напряженность постороннего гравитационного поля в объеме планеты. Например, гравитационное поле Солнца в окрестности Земли в 180 раз сильнее поля Луны. Несмотря на это, как известно, солнечные приливы значительно слабее лунных. Причина состоит в том, что изменение гравита­ционного поля Солнца в объеме Земли в 2,2 раза меньше изменения гравитационного поля Луны.
Из предыдущего также следует, что гравитационная си­ла, порождающая приливы и отливы, тем больше, чем больше поперечник планеты. Если при сохранении всех прочих условий поперечник Земли стал бы больше, то и приливная волна была бы выше.