Введение |
1. | Принцип относительности Птоломея--Коперника |
2. | Принцип относительности Галилея |
3. | Ньютоново пространство и время |
4. | Связь между инерциальными системами отсчета при учете предельного характера скорости света |
5. | Последовательность событий во времени и инвариантный интервал в эйнштейновом пространстве |
6. | Индефинитная метрика однородного пространства и времени |
7. | Ковариантность уравнений и объединение физических величин по их закону преобразования |
8. | Координаты в однородном пространстве |
9. | Тяготение и метрика |
10. | Сравнение теории тяготения Эйнштейна с наблюдениями |
11. | Существует ли физическая относительность в неоднородном пространстве? |
12. | Принцип эквивалентности как приближенный принцип |
Заключение |
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.
А.С.Пушкин
Темой нашей книги является вопрос об относительности движения -- вопрос,
весьма близкий к тому, который поставлен в приведенном выше полушутливом
стихотворении Пушкина. Вокруг этого вопроса столетиями велись споры,
достигавшие временами большой остроты. В первых строках своего стихотворения
Пушкин имел в виду спор древнегреческих философов Зенона и Диогена, а "другой
пример" спора есть, очевидно, спор между сторонниками геоцентрической
и гелиоцентрической системы мира (сторонниками учений Птоломея и Коперника).
Не напрасно упомянут и Галилей, выдвинувший свой принцип относительности и тем
самым поставивший весь вопрос по-новому. В XX в., с появлением теории
относительности Эйнштейна, старый спор вновь обострился и продолжается
до сих пор.
Очень часто бывает, что спорящие стороны не могут прийти к общему мнению
потому, что смешивают разные понятия и обозначают их одним термином. Поэтому
для выяснения вопроса необходимо прежде всего проанализировать и уточнить
основные понятия, о которых идет речь, и тем самым избежать их смешения. Если
и тогда останутся разные мнения, то это будут уже расхождения по существу дела.
В случае же теории относительности, где "существо дела" формулировано в виде
уравнений, признаваемых всеми физиками, можно надеяться, что выяснение
и уточнение основных понятий приведет в конце концов к единому пониманию
теории.
Предметом нашего анализа является понятие относительности. Существует
относительность движения в смысле свободы выбора системы отсчета; она
проявляется, в частности, в возможности пользоваться, для формального описания
движения Солнца и планет, как системой Птоломея, так и системой Коперника.
Поэтому свободу выбора системы отсчета можно назвать принципом относительности
Птоломея--Коперника. С другой стороны, существует относительность движения
в смысле Галилея, которая проявляется в том, что в двух инерциальных системах
отсчета (например, в двух кораблях), движущихся прямолинейно и равномерно друг
относительно друга, все физические процессы протекают одинаковым образом. Эту
относительность можно назвать принципом относительности Галилея, или, если
иметь в виду дальнейшие обобщения, принципом относительности Галилея--Лоренца.
Первый вопрос, который нам предстоит разобрать, состоит в следующем.
Является ли принцип относительности Птоломея--Коперника тем же самым, что
и принцип относительности Галилея--Лоренца? На этот вопрос мы даем
отрицательный ответ. Далее необходимо проследить, как отображается тот и другой
принцип в современной теории относительности Эйнштейна; для этого необходимо
дать уточненную физическую и математическую формулировку обоих принципов, что
возможно на основе понятия физической адаптации. Наконец, необходимо решить
вопрос о правильном толковании теории тяготения Эйнштейна. Теория эта обычно
называется общей теорией относительности; такое название было дано ей
Эйнштейном, который видел в ней в первую очередь обобщение понятия
относительности движения. Нам надлежит рассмотреть, действительно ли это
понятие подвергается в ней обобщению, или же в ней обобщаются другие понятия,
выходящие за рамки относительности.
Чтобы правильно ответить на эти вопросы, нужно помнить, что каждая физическая
теория, будучи отражением законов природы, имеет и относительную и абсолютную
сторону. Отсюда возникает еще одна задача, а именно: необходимость вскрыть
и осветить достаточно подробно абсолютные (не зависящие от наблюдателя)
соотношения и понятия как в теории относительности, так и в теории тяготения.
Владимир Александрович ФОК (1898--1974)
Выдающийся отечественный ученый, классик теоретической физики XX века.
Академик АН СССР. Родился в Петербурге. В 1922 г. окончил Петроградский
университет. В разные годы работал в Государственном оптическом институте,
в Физическом институте АН СССР, в Институте физических проблем АН СССР.
С 1932 г. профессор Ленинградского государственного университета и член-корреспондент
АН СССР, с 1939 г. -- академик. Член ряда академий наук и научных обществ.
Удостоен многих национальных и международных наград. Лауреат Государственной
премии СССР (1946) и Ленинской премии (1960).
Основные научные достижения В. А. Фока получены в области квантовой механики,
квантовой теории поля, теории многоэлектронных систем, статистической физики,
распространения радиоволн, теории дифракции, математической физики, теории
гравитации, теории относительности и др. В 1926 г. он дал скалярное релятивистское
обобщение уравнения Шредингера (получившее название уравнения Клейна-Гордона-Фока);
в 1927 г. решил задачу о тепловом пробое диэлектриков; в 1930 г. рассмотрел уравнение
самосогласованного поля в квантовой теории многоэлектронных систем с учетом принципа
Паули и разработал приближенный метод его описания и расчета (метод Хартри-Фока).
Ему принадлежит вывод приближенных уравнений движения системы тел в рамках теории
тяготения А. Эйнштейна. Выполнен ряд фундаментальных исследований по теории
распространения радиоволн и по методологическим вопросам квантовой механики
и теории относительности. Среди его работ: "Проблемы дифракции и распространения
электромагнитных волн" (2-е изд. URSS, 2007), "Работы по квантовой теории поля"
(2-е изд. URSS, 2007), "Теория пространства времени и тяготения" (3-е изд. URSS,
2007), "Начала квантовой механики" (5-е изд. URSS, 2008), "Квантовая физика и строение
материи" (2-е изд. URSS, 2010).