Вольдемар Смилга - Очевидное? Нет, еще неизведанное…

• Название: Очевидное? Нет, еще неизведанное…
• Автор: Вольдемар Смилга
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Физика
• Год: 1966

Эффектное название, возможно, и интригует, но, уж конечно, ничего не объясняет. А в этой книге довольно серьезно рассказывается о том, чего достигла физика со времен Галилея до Эйнштейна, о явлениях древних, как мир, и, по-видимому, всем знакомых, а в конечном счете — о специальной теории относительности.

---

Пожалуй, стоит пояснить эти несколько абстрактные рассуждения примером.

Совсем недавно в газете появилась заметка «Секундомеры щелкают одновременно». Речь шла о том, что раньше судья на финише беговой дорожки не мог точно зафиксировать момент стартового выстрела. Пока звук доходил от старта к финишу, терялись десятые доли секунды (для стометровой дорожки — больше 0,2 сек.). Теперь к пистолету судьи-стартера приделана лампа-вспышка, синхронно срабатывающая с выстрелом, и судья на финише пускает секундомер, как только увидит свет[14]. Считается, что эти события (выстрел и пуск секундомера) происходят одновременно. Но если рассуждать строго, придется признать, что выстрел на старте (точка X1 и событие А) и пуск секундомера (точка Х2 и событие В) по-прежнему неодновременны. Ведь свету потребовалось время, чтобы добраться до финиша, хоть и ничтожно малое, но все же потребовалось. И то, что судья на финише нажимает секундомер, как раз вызвано вспышкой на старте (событие В причинно связано с А).

Слегка нарушим «детективный» стиль и признаемся, что именно это предположение лежит в основе теории относительности.

Однако самые любопытные выводы получатся, если допустить, что существует максимально возможная конечная скорость передачи сигналов (может быть, скорость света?). Тогда есть и какое-то минимальное время tинф, за которое сигнал от Х1 дойдет в Х2 (от старта к финишу).

Но если так, то любая пара событий в точках Х1 и Х2, разделенных интервалом времени, меньшим времени информации, не может быть связана соотношениями причины и следствия. (Нельзя сообщить на финиш о выстреле судьи стартера быстрее, чем световым лучом. А пока луч идет…)

Значит, если следовать нашему определению, то событию А в точке Х1 будет соответствовать сколь угодно большое число одновременных с ним событий в точке Х2. И раз так — определение не однозначно.

Как видите, приходится обсуждать и такое «очевидное» понятие, как одновременность. Странно, но, по-видимому, одновременность двух физических событий в разных точках пространства отнюдь не самоочевидное понятие.

В общем такой докучливый анализ может порядком утомить.

Поэтому давайте введем гипотезу: «Имеются, по крайней мере принципиально, сигналы, которые распространяются с бесконечно большой скоростью».

Вот эта гипотеза оказывается как раз и неверной.

Теперь можно однозначно определить два одновременных события в разных точках пространства. А значит, можно сравнить ход часов, расположенных в двух различных точках, и установить, в частности, синхронны они или нет.

Неправильное доказательство. Законы тяготения Ньютона справедливы только приближенно.

Откуда взята наша гипотеза? Строго говоря, у физиков не было почти никаких доводов в ее пользу. Впрочем, один был. Дальше мы увидим, что вся теория тяготения основана на предположении, что тяготение распространяется с бесконечно большой скоростью. А теория тяготения Ньютона соблюдается идеально точно. Это опытный факт. Тяготение и есть пример сигнала с бесконечной скоростью. Следовательно, постулат о распространении сигнала с бесконечной скоростью тоже результат опыта.

На этом с определением понятия времени и одновременности покончим и сделаем выводы.

Нет никаких оснований считать, что вся наша система понятий длины и времени справедлива сама по себе. Все положения, все постулаты опираются на опыт и только на опыт. Поэтому можно быть уверенными, что хотя бы приближенно они верны. Но если новые опыты покажут, что, строго говоря, наши выводы несправедливы, мы их изменим. И при этом никакой трагедии не произойдет. Мы просто еще раз отметим, что наши постулаты лишь приближенно описывают реальный мир. И порадуемся тому, как убедительно доказывает нам это «верховный судья физики — эксперимент»[15].

Глава IV,

недостатки которой отчасти искупает эпиграф. В этой главе довольно сухо и многословно объясняется, что такое система отсчета, а также неоднократно повторяется очень существенная мысль: «Пока не указана система отсчета, всякие разговоры о механическом движении совершенно лишены содержания»

Движенья нет, сказал мудрец брадатый.

Другой смолчал и стал пред ним ходить.

Сильнее бы не мог он возразить;

Хвалили все ответ замысловатый.

Но, господа, забавный случай сей

Другой пример на память мне приводит:

Ведь каждый день пред нами солнце ходит,

Однако ж прав упрямый Галилей.

Пушкин

Ньютон. Механика (анализ основных понятий: движение)

Начнем с цитат. Исаак Ньютон — «Математические начала натурфилософии» (из основных определений):

«Абсолютное пространство, благодаря своей природе безотносительно к чему-либо внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным».

«Относительное пространство есть мера или подвижная часть абсолютного пространства; наши чувства обозначают относительное пространство положением относительно каких-либо тел и обыкновенно принимают за пространство неподвижное».

Взгляды Ньютона на пространство и движение.

«Место есть часть пространства, занимаемая телом, и по отношению к пространству бывает или относительным, или абсолютным».

«Абсолютное движение есть перенесение тела из одного абсолютного места в другое. Относительное — из одного относительного места в другое… Мы не без удобства пользуемся в делах житейских относительными местами и движениями вместо абсолютных; в философских же вопросах необходимо отвлечение от чувств. Может оказаться, что в действительности не существует покоящегося тела, к которому можно было бы относить места и движения прочих».

Все это говорит Ньютон-философ. Он, а не физик вводит абсолютное пространство и абсолютное движение.

Абсолютное пространство находится вне связи с материей, вне связи с чем-либо внешним. Это чисто абстрактное, умозрительное понятие. Некое загадочное вместилище божественного начала.

Но Ньютон-философ, Ньютон-богослов верует. Он верует в господа и в абсолютное пространство. Он удивительным образом забыл свое собственное правило: «Не должно требовать в природе других причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений».

Да простит тень великого Ньютона столь непочтительные слова, но факт остается фактом — физического содержания в определении абсолютного пространства нет!

Но вот звучит голос физика: «Впрочем, узнавать истинные движения отдельных тел и отличать их от мнимых очень трудно, потому что части того неподвижного пространства, в которых тела действительно движутся, не могут быть чувственно познаны… Дело, однако, не вполне безнадежно».

Ньютон об абсолютном и относительном движении.

И на поле боя в защиту философа выступает Ньютон-физик, как всегда во всеоружии своего поразительного таланта. Он предлагает способ определения абсолютного пространства. Он полагает, что может найти «истинное движение» — движение относительно абсолютного пространства. И тем не менее…

Впрочем, не стоит преждевременно навязывать выводы; послушаем лучше самого Ньютона:

«Действующими причинами, из-за которых абсолютные и относительные движения различны между собой, являются центробежные силы, направленные от оси движения. При движении в круге только относительном эти силы не существуют. Но они бывают больше или меньше в зависимости от величины абсолютного движения.

Знаменитый ньютоновский опыт с вращающимся ведром!

Подвесим, например, сосуд на очень длинной нити и будем вращать его до тех пор, пока нить не закрутится очень сильно. Потом наполним этот сосуд водой. Если теперь под действием мгновенной силы сосуд станет вращаться в противоположном направлении и это движение будет продолжаться долго, поверхность воды будет сначала плоской, как до движения сосуда[16], но потом, когда сила[17] начнет постепенно действовать на воду, стенки сосуда увлекут воду в своем движении, и она начнет вращаться. Постепенно жидкость отдалится от середины (оси вращения), подымется у стенок сосуда, и в результате образуется некоторое углубление в виде воронки (этот опыт я проделал сам).