|
Содержание
Из главы I. Пространство
1. Координаты В сентябре 1905 г. вышел очередной номер журнала "Annalen der Physik", в котором была напечатана статья "К электродинамике движущихся тел", принадлежащая Альберту Эйнштейну, двадцатишестилетнему инженеру патентного бюро в Берне. Появление этой статьи было поворотным моментом в истории физики и, более того, в истории всей духовной жизни человечества. В истории существуют моменты, когда длительное развитие науки и практики приводит к быстрому и резкому подъему кривой познания, когда в течение нескольких дней человечество становится старше, и наука переходит в следующий класс. Так было в древности, когда неизвестный нам мыслитель заявил о шарообразной форме Земли, вопреки очевидной невозможности для антиподов удерживаться на "нижней" поверхности Земли. Так было, когда Коперник отверг очевидную неподвижность Земли и когда Галилею пришла мысль об инерционном движении, которое, вопреки той же очевидности, не требует поддерживающей его силы. Крутой подъем кривой познания произошел в 1826 г., когда Лобачевский заявил о возможности непротиворечивой геометрии, в которой вместо соотношений обычной, евклидовой, геометрии, действуют другие соотношения: сумма углов треугольника меньше суммы двух прямых углов; из точки, взятой вне прямой, можно провести множество прямых, параллельных данной, и т.д. К числу таких поворотных моментов в истории науки принадлежит появление статьи Эйнштейна, в которой была изложена теория относительности. Исходным пунктом теории относительности Эйнштейна было одно, казалось бы, незначительное затруднение теории света. Многочисленные эксперименты показали, что свет распространяется с одной и той же скоростью относительно тел, движущихся прямолинейно и равномерно одно относительно другого. Представим себе путника, который встречает по дороге мчащийся поезд, затем – всадника, пешехода, улитку и вопреки всем известным нам законам сложения скоростей движется с одной и той же скоростью относительно поезда, относительно всадника, относительно пешехода и относительно улитки. Более того, этот путник с одной и той же скоростью проходит мимо поезда, идущего ему навстречу, и мимо стоящего поезда. Такой парадоксальный путник – свет. Свет распространяемся со скоростью 300 тыс. км/сек относительно Земли, когда Земля движется навстречу световому лучу, я с той же серостью, – когда Земля уходит от света и свет нагоняет ее. Этот установленный многократными экспериментами факт находится в противоречии с известным из повседневного опыта и из классической механики правилом сложения скоростей. Если человек идет по коридору железнодорожного вагона в сторону движения со скоростью 5 км/час, а поезд движется по рельсам со скоростью 50 км/час, то скорость человека относительно железнодорожного пути, согласно этому правилу, будет равна 5 + + 50 = 55 км/час. Если он идет против движения поезда, его скорость будет 50–5 = 45 км/час. Свет этому правилу не подчиняется. Если луч света направлен вдоль полотна железной дороги, то свет движется со скоростью 300 тыс. км/сек относительно поезда, относительно Земли, относительно встречного поезда, относительно любого предмета, перемещающегося прямолинейно и равномерно. Противоречие между классическим правилом сложения скоростей и неизменной скоростью света нельзя заметить, пока наблюдаемые скорости тел малы по сравнению со скоростью света. По сравнению со скоростью пешехода, поезда, самолета скорость света можно считать бесконечной, и это не будет сказываться на результатах расчетов; но в случае очень быстрого движения тел приходится принимать во внимание, что скорость света конечна, что она неизменна и одинакова в отношении тел, движущихся с различной скоростью, что свет, таким образом, не подчиняется классическому правилу сложения скоростей. Как же выйти из противоречия между постоянством скорости света и классическим правилом сложения скоростей? Исходя из постоянства скорости света относительно любых равномерно и прямолинейно движущихся тел, Эйнштейн пришел к теории, по-новому трактующей пространство, время и отношение между пространством и временем. Чтобы понять смысл столь широких обобщений, охватывающих основы научной картины мира, нужно коснуться предварительно некоторых геометрических понятий. Геометрия описывает определение свойства реальных предметов и процессов. Некоторые свойства она сопоставляет точкам линии, поверхности или пространства. Каждой такой точке может быть сопоставлено число, указывающее положение точки на линии; два числа, указывающие ее положение на поверхности; три числа, указывающие ее положение в трехмерном пространстве. Какое пространство необходимо для геометрического представления физических свойств, зависит от характера этих свойств. Каждым двум точкам сопоставляется положительное число – расстояние между ними, которое мы находим, зная системы чисел, определяющих положения этих двух точек. Если мы можем это сделать, если мы можем найти расстояние между точками, зная их положение, то говорят, что в пространстве определена метрика, что перед нами метрическое пространство. B дальнейшем мы всегда будем иметь в виду только метрические пространства. В некоторых случаях нам придется выяснить, какая именно метрика определена в данном пространстве, т.е. какова формула, при помощи которой мы получаем расстояния между заданными точками. Рассмотрим сначала положение точки в пространстве, а затем расстояние между двумя точками. Как уже было сказано, можно говорить о положении точки на линии, на поверхности и в трехмерном пространстве. Поверхность и линию тоже можно назвать пространствами, но они не будут трехмерными. Если мы рассматриваем положение предметов на столе, на полу, на поверхности Земля, то достаточно двух чисел, чтобы указать положение точки. Если пространство представляет собой линию, например, если рассматривается расстояние между пристанями на реке (причем игнорируются ширина реки и размеры пристани), то положение точки определяется одним числом. Положение точки на линии может быть определено и выражено числом, если выбрана начальная точка отсчета. Тогда расстояние данной точки от точки отсчета, выраженное в единицах длины, показывает положение данной точки на линии. Разумеется, выбирая различные точки отсчета, мы получим различные числа, измеряющие положение данной точки на линии. Об авторе
Известный отечественный историк естествознания, специалист в области методологии и философии науки. Окончил аспирантуру Института экономики Российской ассоциации научно-исследовательских институтов общественных наук. Работал в Институте истории науки и техники, в Комиссии по истории естествознания АН СССР. В 1937 г. защитил докторскую диссертацию. С 1944 г. занимал пост заместителя директора Института истории естествознания и техники АН СССР. Б.Г.Кузнецов – автор многих книг по истории, методологии и философии науки, получивших широкое признание читателей. Большую популярность имели его трилогия о развитии физической картины мира в XVII–XX вв., одно из лучших в мировой литературе жизнеописаний Альберта Эйнштейна, книги о жизни и научной деятельности Исаака Ньютона, Галилео Галилея, Джордано Бруно, а также многие другие работы о становлении современной научной картины мира. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||