системам, движущимся без ускорения, т.е. инерциальным системам, а общая теория относительности (ОТО) — к системам, движущимся с ускорением, т. е. к неинер-

86

циальным системам. Постулаты А. Эйнштейна довольно просты и понятны:

•все физические законы одинаковы во всех инерциальных системах;

•скорость света (в пустоте) одинакова с точки зрения всех наблюдателей независимо от движения источника света относительно наблюдателя.

Идеи, лежащие в основе теории относительности, высказывались и до Эйнштейна. Так, французский математик А. Пуанкаре опубликовал статью «Об измерении времени», содержащую принцип относительности и анализ понятия синхронизации часов, за десять лет до Эйнштейна. Любопытно, что А. Эйнштейн ее прочитал, но ссылаться на нее стал лишь спустя 50 лет. До Эйнштейна были опубликованы труды К. Гаусса (1777—1855), работы Г. Римана (1826—1866) по неевклидову пространству, создана геометрия Н. И. Лобачевского (1792—1850), описаны преобразования Г. Лоренца (1853—1928).

В известном смысле СТО перебросила мостик между классической механикой и электромагнетизмом.

Предложенные Эйнштейном идеи требовали отказа от прежних представлений, что пространство (х, у, z) и время (t) — различные и не связанные друг с другом параметры движения. Согласно представлениям СТО, мы живем не в трехмерном пространстве, к которому добавляется понятие времени, а в четырехмерном пространстве — времени, где координаты неразрывно связаны друг с другом. Эти понятия СТО кажутся несколько странными и искусственными, но нужно помнить, что явления, предсказываемые этой теорией, справедливы лишь при скоростях ν, близких к скорости света с, тогда как наше мышление основывается на повседневном опыте, в котором столь высокие скорости не проявляются. Если бы мы жили в мире больших скоростей, то все идеи СТО казались бы естественными и легко воспринимались. В сущности, эти воззрения аналогичны представлениям о том, что Земля плоская. Однако, как сказал Эйнштейн: «Здравый смысл

—это наслоение предрассудков, которые человек накапливает до 18-летнего возраста».

Мы же должны следовать великому принципу науки: если экспериментальные факты находятся в противоречии с существующими воззрениями, то надо менять не факты, а воззрения. Сам Эйнштейн постоянно боролся с квантовой теорией, одной из основ которой является вероятностное понимание событий. Он говорил: «God

87

casts the die not the dice» («Бог не играет в кости»). На что ему возражал Н. Бор:

«Однако не наше дело предписывать Богу, как он должен управлять миром/» Как ни странно, Эйнштейн не был одинок в своих привязанностях. Так, Резерфорд запрещал говорить о теории относительности, а Рентген не терпел слово «электрон». Приведем также мысль М. Планка относительно понимания СТО: «Великая научная идея редко внедряется путем постепенного убеждения и обращения своих противников. В действительности дело обстоит так, что оппоненты просто вымирают, а растущее поколение сразу осваивается с новой идеей».

4.1.2.Принцип относительности Г. Галилея

Вклассической ньютоновской механике известен (см. §§ 2.3—2.5) принцип

относительности Галилея:

законы динамики остаются неизменными во всех инерциальных системах отсчета, или, как говорят физики, — инвариантны относительно переноса событий из одной инерциальной системы в другую.

Например, если в системе отсчета К справедливо известное всем уравнение F= та, то оно будет справедливо и в другой системе К', движущейся относительно К с постоянной скоростью ν (рис. 4.1). Чтобы выразить положение тела в одной из этих систем отсчета через координаты другой системы отсчета, в классической механике используют так называемое преобразование Галилея. Рассмотрим точку Ρ (тело) в системе К на расстоянии x от начала координат О (рис. 4.2). Тогда для наблюдателя в системе К' положение тела Ρ меняется по закону х' = x — vt. По-

Рис. 4.1.

В системе К', движущейся с постоянной скоростью V относительно неподвижной инерциальной системы К, законы динамики такие же, как и в системе К.

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

Рис. 4.2. Преобразование Галилея х'= х— vt связывает положение тела Ρ в системах отсчета К и К'.

88

скольку в ньютоновской механике время является абсолютной величиной, т.е. определяется однозначно, а его числовое значение одинаково во всех системах отсчета независимо от их движения, то всегда t' = t. Итак, преобразования Галилея имеют вид:

х' - x — vt и t' = t.

В механике это все понятно, но в применении к электромагнитным явлениям такое преобразование не дает правильного результата. Рассмотрим это на примере заряженного неподвижного проводника, взаимодействующего с неподвижным зарядом q на расстоянии r от него в неподвижной системе K и в движущейся относительно К системе К' (рис. 4.3). В системе К на q действует сила отталкивания Fэл. С точки зрения наблюдателя, находящегося в движущейся относительно К системе К', которая движется по отношению К вправо, наблюдателю в К' кажется, что проводник и заряд движутся влево (вот он, принцип относительности!). Наблюдатель в К' определит силу Fэл, действующую на заряд q, что и неподвижный наблюдатель в К. Но так как заряд q в системе К' движется, то согласно законам электродинамики мы должны учесть и магнитную силу Fмаг в электрическом поле заряженного проводника.

Это известная из электродинамики сила Лоренца, направленная противоположно Fэл. Наблюдатель в системе К' приходит к выводу, что результирующая сила, действующая на заряд q, меньше силы, определенной в К. Очевидно, что это недопустимо. Во-первых, потому, что противоречит реальным экспериментам и измерениям, и во-вторых, это означает, что есть принципиальное

Рис. 4.3. Изменение электромагнитных сил в неподвижной К и подвижной К' системах отсчета.

89

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.