Х Зона

Какова абсолютная скорость Земли? Желание узнать ответ на этот вопрос привело к созданию теории относительности (так называли первый вариант этой теории. Впоследствии, когда Эйнштейн построил новую более общую теорию, первый вариант стали называть частной, а второй вариант — общей теорией относительности. В своей книге я для первого варианта теории с самого начала употребляю название частная теория относительности). Поясним сначала, что имеется в виду под абсолютной скоростью.

Мы уже знаем, что если в некоторой системе отсчета выполняются законы ньютоновой механики, в том числе закон инерции, то эта система отсчета инерциальна. Покоящаяся на поверхности Земли система отсчета является инерциальной потому, что в ней неподвижны стоящие на Земле здания. Точно так же инерциальна система отсчета, находящаяся в поезде, идущем с постоянной по величине и направлению скоростью, поскольку упомянутые здания в этой системе отсчета все движутся с одной и той же постоянной скоростью, противоположной по направлению скорости поезда.

Из приведенных примеров понятно, что система отсчета, движущаяся относительно некоторой инерциальной системы отсчета с постоянной по величине и направлению скоростью, сама инерциальна. Таким образом, инерциальных систем отсчета бесконечно много.

Если ограничиться чисто механическими явлениями, то все инерциальные системы эквивалентны друг другу, ни одна из них не лучше другой, так как любое механическое явление можно наблюдать из какой угодно инерциальной системы отсчета и во всех инерциальных системах ньютоновские законы механики выражаются одинаковым образом. Иначе говоря, если из некоторой инерциальной системы отсчета S1 пересесть в другую инерциальную систему S2, то не получится, что какое-то механическое явление произошло в S1 и не произошло в S2 и при пересадке из S1 в S2 не придется изменять или исправлять законы механического движения тел. Это утверждение составляет содержание принципа относительности Галилея.

Напротив, наблюдатель, находящийся в неинерциальной системе отсчета, например в автомобиле, двигающемся зигзагами, обнаружит, что открывающиеся его взгляду явления не подчиняются законам ньютоновой механики, которые в данном случае нужно исправить, чтобы учесть зигзагообразное движение автомобиля. Необходимость таких обременительных исправлений показывает, что вообще говоря, неинерциальные системы «хуже» инерциальных.

Сказанное относится лишь к чисто механическим явлениям, то есть таким, при наблюдении которых интересуются только ответом на вопрос, как те или иные тела изменяют свое движение под действием внешних сил. Ситуация меняется при учете немеханических явлений, например оптических, электрических или магнитных. Так, согласно уравнениям Максвелла скорость света с в вакууме равна 300 000 километров в секунду. Это утверждение — закон, подтверждаемый также и экспериментально.

Опыт, показавший, что в согласии с уравнениями Максвелла скорость света равна с, выполнен в системе отсчета S1 покоящейся относительно Земли. Если это же наблюдение повторить в другой инерциальной системе S2, например, в поезде, движущемся с постоянной по величине и направлению скоростью, то (по Галилею) для скорости света должен получиться результат, отличающийся от с. Следовательно, уравнения Максвелла, выполняющиеся в S1, должны как-то измениться при переходе к S2. В этом смысле система S2 «хуже» системы S1. Более того, скорость света должна отличаться от с в любой другой инерциальной системе, движущейся относительно системы S1; значит уравнения Максвелла придется исправлять по-своему для каждой движущейся относительно S1 инерциальной системы. Таким образом, при учете оптических и электромагнитных явлений оказывается, что все инерциальные системы отсчета за исключением тех, которые покоятся относительно системы отсчета S1, надо забраковать.

Вывод об исключительном месте Земли (системы S1) был бы чересчур самонадеянным. Скорее, мы на Земле не занимаем столь привилегированного положения. Но где же тогда находится та исключительная инерциальная система отсчета, в которой верны законы электромагнетизма? Такую гипотетическую исключительную систему отсчета назвали в свое время абсолютной системой. Если покоящаяся относительно Земли система отсчета S1 не абсолютна, то спрашивается: с какой скоростью и в каком направлении она движется относительно абсолютной системы отсчета? Вообще для любого тела величину и направление его скорости, регистрируемые из абсолютной системы отсчета, в то время называли абсолютной скоростью этого тела. Для жителей Земли было, конечно, очень интересно узнать, какова абсолютная скорость нашей планеты.