Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности - Вейнберг С.
Скачать (прямая ссылка):
«Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным.
Относительное есть его мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное».
Чтобы продемонстрировать то, что он трактовал как эффект вращения относительно абсолютного пространства, Ньютон описал также ряд экспериментов. Наиболее известным из них является эксперимент с вращающимся сосудом (см. [7], стр. 35 русского издания).
«Если на длинной нити подвесить сосуд и, вращая его, закрутить нить, пока она не станет совсем жесткой, затем наполнить сосуд водой и, удержав сперва вместе с водой в покое, пустить, то под действием появляющейся силы сосуд начнет вращаться, и это вращение будет поддерживаться достаточно долго закручиванием нити. Сперва поверхность воды будет оставаться плоской, как было до движения сосуда. Затем сосуд силой, постепенно действующей на воду, заставит и ее участвовать в своем вращении. По мере возрастания вращения вода будет постепенно отступать от середины сосуда и возвышаться по краям его, принимая впалую форму поверхности (я сам это пробовал делать)... Вначале, когда относительное движение воды в сосуде было наибольшее, оно совершенно не вызывало стремления удалиться от оси — вода не стремилась к окружности и не повышалась у стенок сосуда, а ее поверхность оставалась плоской и истинное вращательное ее движение еще не начиналось. Затем, когда относительное движение уменьшилось, повышение ее у стенок сосуда обнаруживало ее стремление удалиться от оси, и это стремление показывало ее постепенно возрастающее истинное вращательное движение, и когда оно стало наибольшим, то вода установилась в покое относительно сосуда».
Ньютоновская концепция абсолютного пространства была отвергнута его знаменитым оппонентом Готфридом Вильгельмом фон Лейбницем (1646—1716), который считал, что не существует философской необходимости в какой бы то ни было концепции пространства, помимо той, что вытекает из связей материальных центов. Эти положения обсуждались в известном цикле писем 118] (переписка 1715—1716 гг.) между Лейбницем и сторонником зо
Гл. 1. Историческое введение
Ньютона Самюэлем Кларком (1675—1729) х). Философы продолжили спор, причем позицию Ньютона защищали Леонард Эйлер (1707—1783) и Иммануил Кант (1724—1804), а критиковал ее епископ Джордж Беркли (1685—1753) в его «Трактате о началах человеческого знания» (1710) и «Аналитике» (1734). Конечно, ни один из этих высокомудрых метафизиков не выдвинул никакой идеи относительно того, как же развить динамическую теорию, которая могла бы заменить ньютоновскую.
Первая конструктивная критика ньютоновского абсолютного пространства была высказана в 1880 г. австрийским философом Эрнстом Махом (1838—1916). В своей книге «Механика и ее развитие» [19] он замечает: «Опыт Ньютона с вращающимся сосудом с водой показывает только, что относительное вращение воды по отношению к стенкам сосуда не побуждает заметных центробежных сил, но что последние побуждаются относительным вращением по отношению к массе Земли и остальным небесным телам. Никто не может сказать, как протекал бы опыт, если бы стенки сосуда становились все толще и массивнее, пока, наконец, толщина их не достигла бы нескольких миль».
Гипотеза о том, что в определении инерциальных систем играют роль «массы Земли и остальных небесных тел», называется принципом Маха. Любому доступен в звездную ночь простой эксперимент, с помощью которого можно уяснить утверждение, называемое принципом Маха. Встанем прежде всего неподвижно и опустим свободно руки. Отметим, что звезды более или менее неподвижны, а наши руки направлены почти строго вниз. Теперь резко совершим полный оборот. Нам покажется, что звезды вращаются вокруг зенита, а руки за счет центробежной силы разойдутся в стороны. Если бы не существовало какой-нибудь взаимосвязи между звездами и нами, определяющей способ введения инерциальной системы, то было бы крайне удивительным совпадение системы, в которой руки висели свободно, и системы отсчета, в которой покоятся реперные звезды.
Аргументацию можно сделать более точной. Строго говоря, поверхность Земли не является инерциальной системой, и, конечно, орбитальное и суточное вращения Земли создают кажущееся вращение звезд, но этот эффект можно исключить в инерциальной системе отсчета, связанной со всей Солнечной системой в целом. В такой инерциальной системе отсчета среднее наблюдаемое вращение галактик относительно какой-либо оси, проходящей через Солнце, меньше 1" за столетие [20, 21]!
Таким образом, мы сталкиваемся с неизбежным выбором: необходимо либо допустить существование ньютоновского абсо-
См. прежде всего пятое письмо Лейбница. § 3. История открытия принципа относительности
31
лютного пространства-времени, которое определяет инерциальные системы и относительно которых реперные галактики покоятся, либо верить, как и Мах, в та, что инерция обусловлена взаимодействием с усредненной массой всей Вселенной. И если Мах прав, то ускорение, сообщаемое частице любой заданной силой, должно зависеть не только от существования фиксированных звезд, но также, очень слабо, и от распределения материи в непосредственной близости от частицы.
