ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Инерция в теории относительности из "Инерция " В специальной теории относительности Эйнштейна равномерное движение признается относительным, а ускоренное — абсолютным. В течение десяти лет после ее опубликования Эйнштейн думал о том, как представить относительным и ускоренное движение. В 1916 г. он публикует свою общую теорию относительности, включающую специальную как частный случай. И центральным стержнем общей теории относительности стал принцип эквивалентности — ошеломляющее утверждение (за которое Ньютон, безусловно, счел бы Эйнштейна безумцем), что тяжесть и инерция — одно и то же. В конце своей жизни Эйнштейн написал такие слова Ньютон, прости меня В свое время ты нашел тот единственный путь, который был пределом возможного для человека величайшего ума и творческой силы Эйнштейн просил простить его за то, что он создал новую релятивистскую (relativus — относительный) механику, по иному объясняющую явления природы. [c.40] Естественно, механика Эйнштейна никоим образом не устраняет классическую (как, например, геометрия Лобачевского не устраняет евклидову геометрию). Для очень многих случаев жизни, для подавляющего большинства инженерных расчетов механика Ньютона была, остается (и еш е долго будет) основным аппаратом, несмотря на создание новых механик. И (как будет отмечено ниже) неправильно переносить отдельные понятия из новых механик в ньютоновскую, получая таким образом механику, так сказать, эклектическую. [c.41] С точки зрения Маха, космос, лишенньп звезд, не имеет той пространственно-временной структуры, по отношению к которой могла бы вращаться Земля. Для существования гравитационных (или инерциоппых) полей, способных сплющить планету (или поднять жидкость па стенку вращающегося ведра), необходимо существование звезд, создающих структуру пространства-временн. Вначале Эйнштейн надеялся, что принцип Маха может быть введен в теорию относительности он создал модель Вселенной, в которой пространственно-временное строение существует лишь постольку, поскольку существуют создающие ее звезды и другие материальные тела. В последовательной теории относительности,— писал Эйнштейн в первом мате- матическом описании этой модели (1917 г),—не может быть никакой инерции относительно пространства , а лишь инерция масс по отношению друг к другу. Если, следовательно, я удалю какую-то массу достаточно далеко от всех других масс Вселенной, ее инерция упадет до нуля . Позже, однако, он отказался от принципа Маха. [c.42] Физики выражают это другими словами сила тяжести, действующая на предмет, всегда пропорциональна инерционной массе этого предмета. Если предмет А вдвое тяя елее предмета В, его инерция также вдвое больше. Вдвое большая сила тяжести необходима для ускорения предмета А до той же конечной скорости, что и у предмета В. Если бы это было не так, то предметы разной массы падали бы с разными ускорениями. Значит, инерцию можно использовать таким образом, что гравитационное поле будет возникать и исчезать. [c.43] Вообразите в космосе лифт, движугдийся вверх с постоянно нарастаЮЕдей скоростью. Если ускорение постоянно и в точности равно ускорению падающего па Землю предмета, то человек внутри лифта будет себя чувствовать, как на Земле,— таким путем можно не только смоделировать тяготение, но и нейтрализовать его. В падающем же лифте ускорение вниз полностью ликвидирует влияние тяготения. Невесомость, которую испытывают космонавты, объясняется тем, что их корабли, обращаясь вокруг Земли, находятся в состоянии свободного падения (gf=0) все то время, пока ракетные двигатели космического корабля выключены. [c.43] Соответствие между гравитацией и инерцией Эйнштейн объяснил в своей общей теории относительности тяготение и инерция кажутся одним и тем же потому, что они являются одним и тем же. [c.43] Значит, неправильно говорить, что внутри свободно падающего лифта тяготение Земли нейтрализуется оно но нейтрализуется - оно ликвидируется, исчезает. Аналогично этому тяготение во вращающемся космическом корабле или в поднимающемся с ускорением лифте не моделируется, а создается. Гравитационное поле, созданное таким способом, имеет ииую математическую форму, чем гравитационные поля, окружающие планеты, например Землю, но тем не менее это обычное гравитационное поле. [c.43] Но что же происходит в действительности Движется лифт, и его движение создает инерционные явления, или движется Вселенная, создавая гравитационное поле Это неправильная постановка вопроса действительного , абсолютного движения не существует существует лишь относительное движение лифта и Вселенной. Это относительное движение создает силовое поле, которое может называться гравитационным или инерционным в зависимости от выбора системы отсчета если системой отсчета служит лифт, то поле называется гравитационным, если космос, то инерционным. [c.44] Общую теорию относительности можно резюмировать следующим образом. Ньютон разъяснил, что если наблюдатель находится в состоянии равномерного и прямолинейного движения, то нет ни одного механического опыта, с помощью которого он мог бы отличить свое состояние от состояния покоя. Специальная теория относительности распространила это заключение на оптические опыты. Общая теория является обобщением специальной теории на неравномерное движение. Она утверждает, что ни один эксперимент, какого бы вида он ни был, не поможет наблюдателю, в каком бы движении тот ни находился, равномерном или неравномерном, отличить свое состояние от состояния покоя. [c.44] Чтобы понять, почему должны появиться трудности, представим себе космический корабль, покоящийся по отношению к звездам. В центре корабля плавает апти-яблоко с отрицательной массой. Корабль начинает двигаться в направлении к потолку с ускорением Ig. Что произойдет с яблоком С точки зрения наблюдателя, находящегося вне корабля в нпердиальной системе космоса, яблоко по отношению к звездам долн но остаться на том н е самом месте, так как на него не действует никакая сила. [c.45] Если же принять корабль за неподвижную систему отсчета, ситуация полностью изменится. Теперь набл]ода-тель должен предположить наличие ноля тяготения, действующего внутри корабля. Это ноле направит яблоко к потолку с ускорением (по отношению к звездам) 2g. Основной принцип относительности нарушается. Две системы отсчета не взаимозаменяемы. Ииыми словами, понятие отрицательной массы нелегко примирить с общей теорией относительности, тогда как ньютотюнскип подход к инерции свободно его допускает. [c.45] Современные исследования вносят уточнения в релятивистские взгляды на инерцию. Дело в том, что при построении общей теорпи относительности Эйнштейн исходил из принципа эквивалентности (гравитационного ноля и инерции). С помощью этого принципа он и получил основные уравнения теории. Однако необходимо помнить, что принцип эквивалентности не является общим принципом и имеет ограниченную область применимости инерции эквивалентно лишь однородное (т. е. постоянное но величине и направлению) гравитационное ноле. Но ноле можно считать однородным только для очень небольших участков пространства. Например, силовые линии гравитационного ноля Земли расходятся радиально от ее центра. Только внутри объемов пространства, линейные размеры которых во много раз меньше размеров Земли, гравитационное поле Земли можно считать однородным. Поэтому говорят, что принцип эквивалентности локален, т. е. что с помощью перехода в ускоренную систему координат можно исключить гравитационное ноле на отдельных участках пространства, но отнюдь не везде, что очень важно. [c.45] В специальпой теории относительности все инерциаль-ные системы равноправны не потому, что в них уравнения теории пмеют один и тот же вид, а потому, что все физические явления в них имеют один и тот же характер. Лучшее доказательство этого, что никакими опытами, ни механическими, нп электромагнитными, нельзя обнаружить, покоится система или находится в состоянии равномерного двпжеиия. [c.46] Как видим, четкого ответа на то, что такое масса, инерция, а тем более силы инерции с точки зрения их физической сущности (а не в рамках классической механики) мы пока не имеем. [c.46] Вернуться к основной статье