|
жизни после появления специальной теории относительности заключались в поисках
более общей теории. Как мы видели, Эйнштейн считал искусственным выделение
равномерно и прямолинейно движущихся систем из числа других систем. В
равномерно
и прямолинейно движущихся системах механические процессы происходят
единообразно
и не зависят от движения системы. В системах, движущихся с ускорением,
механические процессы происходят неединообразно, они зависят от ускорения,
ускорение вызывает в этих системах силы инерции, которые нельзя объяснить
взаимодействием сил и которые свидетельствуют о движении системы, придавая
этому
движению абсолютный характер. Поэтому принцип относительности Галилея - Ньютона
применим только к системам, движущимся прямолинейно и равномерно.
Специальная теория относительности утверждает, что в инерциальных системах не
только механические, но и все физические процессы происходят единообразно. Но
дело по-прежнему ограничивается инерциальными системами. Ускорение вызывает
нарушение единообразного хода процессов в системе и демонстрирует свой
абсолютный смысл. Можно ли представить события в ускоренных системах не
нарушающими принципа относительности, т.е. не дающими абсолютных критериев
движения? Можно ли обобщить принцип относительности, полностью доказанный для
инерциальных систем, на ускоренные системы?
173
Положительный ответ был подсказан одной закономерностью, известной с XVII в.
Все тела обладают инерцией, все они оказывают сопротивление воздействующим на
них силовым полям. Мера сопротивления называется инертной массой тела. Далее,
тела обладают как бы восприимчивостью по отношению к силовым полям; например,
электрически заряженные тела восприимчивы к электрическим полям, на них в той
или иной мере действуют электрические силы притяжения и отталкивания. Мера
"восприимчивости" называется зарядом тела. В отношении электрических сил тела
обладают восприимчивостью, т.е. зарядом, не пропорциональным массе. Тело может
обладать большой массой и незначительным электрическим зарядом, и наоборот.
Тело, обладающее массой, может вообще не обладать электрическим зарядом.
Но есть поля, по отношению к которым восприимчивость тела всегда
пропорциональна
его массе. Это поля тяготения, гравитационные поля. Все тела в природе
испытывают притяжение к другим телам. Во всех случаях "восприимчивость" тела к
полю тяготения (ее можно назвать гравитационным зарядом или гравитационной
массой) пропорциональна сопротивлению тела - его инертной массе. Чем массивнее
тело, чем труднее изменить его скорость, чем больше его инертная масса, тем оно
тяжелее, тем в большей степени на него действует притяжение к другому телу.
Поэтому все тела независимо от их инертной массы испытывают одно и то же
ускорение в данном гравитационном поле и падают вблизи поверхности Земли с
одной
и той же высоты с одной и той же скоростью (если не учитывать сопротивление
воздуха).
Когда система тел приобретает ускорение, входящие г нее тела сопротивляются
ускорению пропорционально их инертным массам. Это сопротивление выражается в
толчке в сторону, противоположную ускорению системы. Такой толчок, иначе говоря
- ускорение, направленное в сторону, противоположную ходу поезда, испытывают
пассажиры, когда поезд ускоряет свой ход. Этот толчок приписывают силам инерции,
пропорциональным инертной массе тела. Ускорение, вызванное гравитационным полем,
пропорционально тяжелой массе. Поскольку те и другие массы пропорциональны, мы
не сможем узнать, чем вызваны наблюдаемые ускорения тел, входящих в систему: ее
ускорением или же полем тяготения.
174
Эйнштейн иллюстрировал указанную эквивалентность примером кабины лифта,
движущейся с ускорением в пространстве, свободном от поля тяготения, и
неподвижной кабины, находящейся в поле тяготения. Эти кабины противостоят
ньютоновому ведру, демонстрирующему абсолютный характер ускорений. Представим
себе, говорит Эйнштейн, кабину лифта, неподвижную, подвешенную на канате в поле
тяготения, например в поле тяготения Земли. В кабине стоят люди, они испытывают
давление на свои подошвы и приписывают это давление своему весу. Теперь
представим себе кабину, не испытывающую действия сил тяготения, но уносящуюся с
|
|