Кабинет физики СПбАППО

 

К ИСТОРИИ ПРИНЦИПА ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Одним из сильнейших аргументов церкви против системы Коперника было следующее утверждение. Если бы Земля действительно двигалась, то летящие птицы отставали бы от движущейся Земли, дальность стрельбы орудий на запад и восток были бы разными, тяжелые тела не падали бы по вертикали.
Эта аргументация была разбита Галилеем. В 1632 г. во Флоренции вышел его знаменитый труд «Диалог о двух главнейших системах мира — птолемеевой и коперниковой», в котором он сформулировал механический принцип относительности. Галилей не имел возможности прямо выступать против авторитета церкви. Поэтому формулировки открытых им законов природы он облекал в оригинальную форму. Вот как выглядела первая формулировка принципа относительности.
«Уединитесь с кем-либо из друзей в просторное помещение под палубой какого-нибудь корабля, запаситесь мухами, бабочками и другими подобными мелкими летающими насекомыми; пусть будет у вас там также большой сосуд с водой и плавающими в нем маленькими рыбками; подвесьте далее наверху ведерко, из которого вода будет капать капля за каплей в другой сосуд с узким горлышком, подставленный внизу. Пока корабль стоит неподвижно, наблюдайте прилежно как мелкие летающие животные с одной и той же скоростью движутся во все стороны помещения; рыбы, как вы увидите, будут плавать безразлично во всех направлениях; все падающие капли попадут в подставленный сосуд, и вам, бросая другу какой-нибудь предмет, не придется бросать его с большей силой в одну сторону, чем в другую, если расстояния будут одни и те же; и если вы будете прыгать сразу двумя ногами, то сделаете прыжок на одинаковое расстояние в любом направлении. Прилежно наблюдайте все это, хотя у нас не возникает никакого сомнения в том, что, пока корабль стоит неподвижно, все должно происходить именно так. Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью, и тогда (если только движение будет равномерным и без качки в ту и другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно... И причина согласованности всех этих явлений в том, что движение корабля обще всем находящимся в нем предметам, так же как и воздуху; поэтому-то я и сказал, что вы должны находиться под палубой...» (подчеркнуто мною.— В, Д.).
Эти рассуждения Галилея теперь резюмированы так: инерциальное движение системы не оказывает влияния на происходящие в ней механические процессы. Или еще короче: во всех инерциальных системах механические явления происходят одинаково. Таким образом, механический принцип относительности является обобщением опытных фактов.
Если принять принцип относительности, то аргументация теологов автоматически разрушается.
Однако нужно было объяснить происхождение морских приливов и отливов. Галилей совершает здесь поучительную, ошибку. Он опирается на следующую аналогию. Если везти в лодке воду, то при всяком ускорении лодки вода поднимается к носу или корме по инерции. Вода океанов на Земле подобна воде  в лодке. При ускорении Земли вода также поднимается или опускается в зависимости от знака ускорения. Неравномерность движения Земли, по Галилею, обусловлена сложением двух движений — суточного и годичного.
Как мы теперь знаем, неинерциальность, вызванная суточным вращением Земли, дает очень слабые эффекты, которые могут быть фиксированы приборами типа маятника Фуко. Неинерциальность от годичного вращения еще менее ощутима. Вопрос о влиянии движения системы на происходящие в ней физические явления обострился в связи с открытием английским астрономом Д. Брадлеем явления аберрации — кажущегося смещения положения звезды, наблюдаемой с Земли. Постепенно физики пришли к необходимости экспериментального обоснования невозможности обнаружить инерциальное движение системы с помощью любого физического эксперимента: оптического, электромагнитного, электро- или магнитостатического и т. д.
Представим себе, что в воображаемой каюте корабля Галилея были бы сосредоточены все мыслимые физические приборы. Можно ли было бы поставить опыт, который показал бы, что наш гигантский космический корабль — Земля движется относительно Солнца со скоростью около 30 км/с? Ведь мы определили эту скорость из астрономических наблюдений, опираясь на теорию Коперника. Нельзя ли результат астрономических наблюдений подтвердить физическим опытом, сидя в «каюте Галилея»?
Ясно, что эта мысль привлекала многих экспериментаторов. Интерес обострялся еще тем, что существовала гипотеза эфира. Считалось, что пространство, кажущееся пустым, заполнено тонкой, неощутимой материальной средой — эфиром. Эта среда не мешает движению планет, но она в то же время упруга, ибо ее колебания передаются со скоростью света и производят оптические и электромагнитные эффекты. Естественно было бы выяснить, целиком или частично увлекается эфир движущейся Землей или он остается неподвижным. Нужен был опыт, который обнаружил бы свойства эфира. Неслучайно все выдающиеся физики прошлого века ломали голову над этой проблемой1. Ставилось много опытов, но без успеха.
В 1880 г. американский физик Альберт Абрахам Майкельсон (1852 — 1931) поставил знаменитый эксперимент со своим интерферометром. Прибор имел фантастическую чувствительность; он мог фиксировать смещения порядка  10-4 мм. Теория пока вывала, что этот прибор мог бы обнаружить движение Земли сквозь эфир. Однако и этот опыт дал отрицательный результат. На основании отрицательных результатов всех опытов в «каюте Галилея» Эйнштейн обобщил принцип относительности Галилея: никаким физическим опытом невозможно обнаружить инерциальное движение системы.
Обобщенный принцип относительности лег в основу новой физической теории — специальной теории относительности Эйнштейна.

1 См. об этом подробнее в книге Дуков В. М. Электродинамика,— М: Высшая школа, 1975.

Оглавление     Предыдущий раздел    Следующий раздел

Рекомендуем использовать новую версию сайта!

Рейтинг@Mail.ru www.EduSpb.com Объединение учителей Санкт-Петербурга www.PackAndCandle.com Индекс цитирования


Hosted by DELFA