Миронов В.В. Современные философские проблемы естественных_ технических и социогуманитарных наук (2006) (1184475), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Но как найти эту «хотя бы однуи инерциальную систему? Например, является ли таковой система отсчета, связанная с Землей? Мы знаем, что на Земле с достаточной степенью точности соблюдается принцип инерции, и тем не менее Земля — система неинерциальная: она вращается вокруг Солнца и вокруг собственной оси. Но может быть, инерциальна система, связанная с Солнцем? Тоже, строго говоря, нет, нбо Солнце вращается вокруг центра Галактики.

Но если ни одна реальная система отсчета не является строго инерциальной, то не оказываются ли фикцией основные законы механики? Поиски ответа на этот вопрос и привели к понятию абсолютного пространства. Оно представлялось совершенно неподвижным, а связанная с ним система отсчета — строго инерциальной. В связи с этим предполагалось, что по отношению к абсолютному пространству законы механики и выполняются совершенно строгим образом. 1ОО 2, философские проблемы естествознания Преобразования Гилилея и пространственно-временные представления классической физики.

Принцип относительности Галилея, с одной стороны, опирался, а с другой — требовал вполне определенных представлений о пространстве и времени. Чтобы сделать эго обстоятельство вполне ясным, мы дадим сейчас более строгую формулировку принципа относительности. Переход от одной инерциальной систегаы к другой представляет собой некоторое преобразование координат, получившее название преобразований Галилея, и принцип относительности классической механики может быть математически с(рого сформулирован как принцип ковариантности' законов механики относительно преобразований Галилея.

Пусть мы имеем две системы отсчета К и К; движущиеся равномерно и прямолинейно относительно друг друга. Примем, что система Кнсподвижна, а система К'движется относительно К со скоростью к Оси координат в обеих системах можно считать параллельными, а начала координат — совпадающими в начальный момент времени ( = 0 (если эти условия не выполнены, то систему можно преобразовать чисто геометрически путем поворота осей и переноса начала координат) (см, рис, 1). Для простоты мы изображаем на рисунке лишь две оси.

Выразим координаты материальной точки А в системе К'через ее координаты в системс К. (На рис. 1 координаты у и е вообще не меняются: у'=у; х'=д) Что касается координаты х', то х' = х — 00'. х' т Рис. ( Но 00 — зто расстояние, пройденное системой К'со скоростью р за время (, протекшее с начального момента, когда 0 и 0' совпадали, те. 0(у — р(.

Следовательно, х' = х — тв К этим трем уравнениям (уже в период возникновения теории относительности) бьшо добавлено уравнение ('= (. У Галилея это уравнение не фигурировало явно, ибо казалось настолько самоочевидным, что формулировать его никому не приходило в голову. ( Инвариантность — неизменность значений физических величин; ковариантность— неизменность вила. формы связеи физических величин. 10! 2.! . Философские проблемы физики Итак, полная система преобразований Галилея выглядит следующим образом: х' = х — гт; б' = Х, у =ут ~ = т.

По отношению к этим преобразованиям законы механики коварна этны, в чем и находит свое выражение принцип относительности классической механики. В преобразованиях Галилея отражены основные свойства пространства и времени, как они понимались в классической механике. Каковы же эти свойства? 1. Пространственнзяе и временные координаты входят в уравнения неравноправным образом. Пространственная координата в движущейся системе зависит и от пространственной и от временной координаты в неподвижной сис~еме (х'= х — и), Временная же координата в движущейся системе зависит только от временной координаты в неподвижной и никак не связана с пространственными (т' = г). Таким образом, время мыслится как нечто совершенно самостоятельное по отношению к пространству. 2.

Основными метрическими характеристиками пространства и времени являются расстояние между двумя точками в пространстве (длина) и расстояние между двумя событиями во времени (промежуток). В преобразованиях Галилея зафиксирован абсолютный характер длины и промежуткаа. В о~ношении временного промежутка это непосредственно видно из уравнения Р = т.

Время не зависит от системы отсчета, оно одно и то же во всех системах, везде и всюду течет совершенно равномерно и одинаково. Короче, это именно ньютоновское абсолютное, истинное время. Столь же абсолютный характер носит и основная пространственная характеристика — Ллина. Пространство-время в специальной теории относительности Принцип относительности и принцип постоянства скорости света. В рамках классической механики абсолютные пространство и время стали чем-то неуловимым — физический эксперимент фактически ничего не мог о них сказать. В силу принципа относительности состояние равномерного прямолинейно~о движения неотличимо от состояния покоя, а значит, движение относительно абсолютного пространства нельзя обнаружить никакими механическими экспериментами.

Однако в Х!Х в, развитие электродинамики, казалось, наконец-то открыло перед физикой возможность уловить абсолюпюе пространство. С точки зрения волновой теории света последнее представляется в виде колебаний универсальной мировой среды — эфира. Основные уравнения электродинамики — уравнения Максвелла — содержат коэффициент Ш2 2.

Философские проблемы естествознания 1 —, где с — скорость света. Вставал естественный вопрос: скорость света по с отношению к чему? Столь же естественным был и ответ: по отношению к эфиру Из анализа явления аберрации звезд следовало, что эфир неподвижен, а раз так, то в любой системе отсчета, движущейся относительно эфира, скорость света должна бьиа быль равной векторной сумме скоростей си и, где с — скорость света относительно эфира, а р — скорость движения системы отсчета относительно эфира. Неподвижный мировой эфир было естественно связать с абсолютным пространством, и тогда, найдя разность между скоростью света в эфире и скоростью света в данной системе отсчета, мы могли бы определить скорость движения этой системы относительно эфира, те. ее абсолютную скорость в абсолютном пространстве.

Эта идея и легла в основу знаменитого опыта Майкельсона — Морли, при проведении которого ставилась цель обнаружить движение Земли по отношению к эфиру Однако опыт Майкельсона (неоднократно и с большой тщательностью повторявшийся) дал отрицательный результат. Согласно основной идее опыта, должна была быть обнаружена разница в скорости света в направлении движения Земли и перпендикулярно к этому направлению. Но скорость света оказалась одной и той же во всех направлениях. Опыт Майкельсона свидетельствовал, что и оптическими (электромагнитными) экспериментами невозможно обнаружить абсолютное движение и физически отличить состояние покоя от состояния равномерного прямолинейного движения. Классический принцип относительности утверждал эту невозможность лишь в отношении механических экспериментов, так как законы механики ковариантны относительно преобразований Галилея.

Но законы электродинамики (уравнения Максвелла) как раз не ковариантны относительно этих преобразований — в них входит скорость света, которая имеет значение с лишь в системе отсчета, связанной с эфиром. Следовательно, в системах, движущихся относитель! но эфира, коэффициент в уравнениях Максвелла имеет вид — и, значит, стр уравнения меняются при переходе от одной системы отсчета к другой. Итак, классический принцип относительности не распространялся на электромагнитные явления, ограничиваясь лишь сферой явлений механических. Огромная заслуга А. Эйнштейна состояла в том, что, отталкиваясь в своих рассуждениях от результата опыта Майкельсона, он сформулировал обобщенный принцип относительности, который можно назвать принципом относительности Эйнштейна: никакими физическими опытами (механическими, электромагнитными и т.д.), производимыми внутри данной системы отсчета, нельзя установить различие между состоянием покоя и равномерного прямолинейного движения.

2.1. Философские проблемы физпки 103 Опыт Майкельсона свидетельствовал также и о фактически наблюдаемом постоянстве скорости света, но совместить эти два принципа— принцип относительности и принцип постоянства скорости света — казалось невозможным, ибо онн противоречили друг другу. Однако действительно ли в данном случае возникает непреодолимое противоречие? Здесь мы подходим к центральной идее Эйнштейна, имеющей огромное гносеологическое значение.

Принцип относительности всесторонне подтвержден опытом и не может быть отвергнут. Принцип постоянства скорости света представляет прямое и наиболее естественное обобщение опытных данных и также должен быть принят. Но как же быть с возникающим противоречием? Выход, предложенный Эйнштейном, прост, как истина: подтвержденные опытом принципы не могут противоречить лруг к другу Если тем не менее возникает противоречие, то его источник следует искать в некоторых явно не сформулированных предпосылках. Такими предпосылками являются наши обычные, повседневные представления о пространстве и времени, закрепленные в классической механике. Их-то Эйнштейн и подверг радикальному пересмотру.

Свойства пространства и времени были приведены в соответствие с вьпекаюшими из опыта постулатами. Подход Эйнштейна содержит в себе гносеологический урок, который при всей его внешней простоте стоит сформулировать специально. Если опытный материал приводит к некоторым положениям, представляющимся несовместимыми друг с другом, то надо четко выделить те условия, при которых производится сопоставление.

Обычно эти условия касаются наиболее привычных черт окружающего нас мира и принимаются нами как нечто само собой разумеющееся. В этом случае наука не должна останавливаться перед пересмотром таких, само собой разумеющихся, а на деле оказывающихся лишь первым приближением к действительности представлений. Преобразования Лоренца и пространственно-временные представления специальной теории относительности. При распространении принципа относительности на электромагнитные явления его математическая формулировка должна быть изменена.

Уравнения Максвелла не ковариантны относительно преобразований Галилея, следовательно, нужна иная группа преобразований, согласно которым следует переходить от одной инерциальной системы отсчета к другой так, чтобы уравнения Максвелла прн этом оставались коварнантными. Эта группа преобразований была найдена в конце Х1Х в. Х. Лоренцем и получила название преобразований Лоренца, которые составляют математическую основу специальной теории относительности.

Характеристики

Список файлов книги