Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Дискуссии - Наука

А.П. Никитин
Принцип Маха, принцип относительности и движение

Oб авторе


Аннотация

Статья посвящена «многоликому» принципу Маха, принципу относительности и движению материи, которые рассмотрены с точки зрения новой научной парадигмы, в которой все изменения и взаимодействия (в том числе и гравитационные) рассматриваются не как силовые взаимодействия и проявления искривления пространства-времени, а как проявления и следствия движения материи, которое происходит как сток и исток материи и описывается как движение энергии. В статье приведен обзор первоисточников этих принципов, созданных основоположниками. В 1918 году А. Эйнштейн, впервые применив термин «принцип Маха», написал, что ОТО базируется на трех основных положениях, одним из которых был принцип Маха. [1, т.1, с.613]. В настоящее время принцип Маха используется в качестве одного из трёх основных положений новой реляционной теории, разрабатываемой Владимировым Ю.С. [22]. В ходе известного мысленного эксперимента с двумя телами, наряду с принципом Маха и принципом относительности, которые удивительно взаимосвязаны и переплетаются, исследуется энергодинамика движущихся тел и такой таинственный феномен как механическое движение материальных тел в пространстве и времени.

Ключевые слова и фразы: принцип Маха, принцип относительности, движение, инерция, новая научная парадигма, редяционная теория, энергетический потенциал, разность энергопотенциалов, энергодинамика, масса.



«Небо содержит в себе причину своего движения»

Аристотель


«В мире нет ничего, кроме движущейся материи»

Декарт


«Нас может интересовать только одно: познание взаимной зависимости элементов»

Эрнст Мах


«Природа не начинается с элементов, тогда как мы обязаны начинать с них. Несомненной удачей для нас является то, что время от времени мы можем отвести наши глаза от великого единства сущего и дать им отдохнуть на отдельных деталях. Но в конечном счете мы не должны пренебрегать возможностью пополнять и корректировать наши взгляды посредством тщательного рассмотрения тех обстоятельств, которые на время оставались вне нашего внимания»

[2, Э. Мах, «Механика»]


Содержание

1. Введение.

2. Принцип Маха и ОТО.

3. Принцип Маха в реляционной теории Владимирова Ю.С.

4. Принцип относительности.

5. Эксперименты по проверке принципа Маха.

6. Мысленный эксперимент.

7. Движение.

8. Заключение.

Список литературы.


1. Введение

Принцип Маха — принцип, согласно которому инертные свойства материальных тел, т. е. свойство тел оставаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения при отсутствии сил, определяются всей материей Вселенной. Принцип Маха — это в каком-то смысле символ глубины нашего понимания и знания самых фундаментальных законов нашего мира. Согласно принципу Маха инертные свойства материального физического тела определяются всеми остальными материальными физическими телами Вселенной, т. е. источником инерции является ускорение a не относительно абсолютного пространства, как у Ньютона, а относительно системы отсчёта, связанной «с небом неподвижных звезд», масса которых является источником инерции. В механике Ньютона и специальной теории относительности (СТО), напротив, считается, что инертные свойства тел, например, масса, не зависят от наличия или отсутствия других тел. В общей теории относительности (ОТО) от окружающей материи, которая соответствующим образом изменяет метрические свойства пространства-времени, зависят и свойства локально инерциальных систем отсчёта, относительно которых и определяются инертные свойства тел, что в современной физике считается реализацией принципа Маха.

«Но каким образом звезды, находящиеся от нас на расстоянии 109 — 1010 световых лет, могут реагировать на ускорение пробной частицы, происходящее в данный момент и здесь, так, чтобы они успевали в тот же самый момент времени оказать обратное действие на пробную частицу?” [7, с. 471, Дж. Уилер. «Принцип Маха как граничное условие для уравнений Эйнштейна»]

Действительно, каким образом материя Вселенной влияет, и влияет ли, на каждое физическое тело, например на протон или электрон? До настоящего времени нет ответа на эти вопросы.

В ходе данного исследования обнаружилось прямо-таки органическая взаимосвязь принципа Маха, принципа относительности, принципа эквивалентности, массы и движения, отделить которые друг от друга не представляется возможным. Невозможным также оказалось обойтись без обзора и обширного цитирования первоисточников, что, надеемся только поможет данному исследованию.


2. Принцип Маха в ОТО

В 1918 году А. Эйнштейн в статье «Принципиальное содержание общей теории относительности», впервые применив термин «принцип Маха», заявил, что общая теория относительности «покоится на трех основных положениях, которые ни в какой степени не зависят друг от друга»:

«а) Принцип относительности: законы природы являются лишь высказываниями о пространственно-временных совпадениях; поэтому они находят свое естественное выражение в общековариантных уравнениях.

«б) Принцип эквивалентности: инерция и тяжесть тождественны; отсюда и из результатов специальной теории относительности неизбежно следует, что симметричный «фундаментальный тензор» (gμν) определяет метрические свойства пространства, движение тел по инерции в нем, а также и действие гравитации. Описываемое фундаментальным тензором состояние пространства мы будем обозначать как «G-поле)»

в) Принцип Маха: G-поле полностью определено массами тел. Масса и энергия, согласно следствиям специальной теории относительности, представляют собой одно и то же; формально энергия описывается симметричным тензором энергии; это означает, что G-поле обусловливается и определяется тензором энергии материи» [1, т.1, с.613]

Принцип относительности, объединённый с принципом эквивалентности, при распространении на ускоренные (неинерциальные) системы отсчёта, привели Эйнштейна к идее геометризации пространства-времени и созданию общей теории относительности (ОТО) — современной теории тяготения. Но, к сожалению, на этом пути Эйнштейну не удалось, как бы он не старался, «включить» в ОТО принцип Маха, и позже Эйнштейн отошёл от принципа Маха:

«По мнению Маха, в действительно рациональной теории инерция, подобно другим ньютоновским силам, должна происходить от взаимодействия масс. Это мнение я долго считал в принципе правильным. Но оно неявным образом предполагает, что теория, на которой все основано, должна принадлежать к тому общему типу, что и ньютонова механика: основными понятиями в ней должны служить массы и взаимодействия между ними. Между тем нетрудно видеть, что такая попытка решения не вяжется с духом теории поля» [1, СНТ, т.4, с. 259]

Странная получается ситуация, - пишет Я.Б. Зельдович о принципе Маха: «Этот принцип сыграл большую эвристическую роль в создании Эйнштейтом ОТО. Но после создания теории относительности выяснилось, что принципа Маха в ней не содержится... С этой точки зрения, каждое подтверждение теории относительности есть удар по принципу Маха» [14]

«...система, связанная с реликтовым излучением, с общей массой далёкого вещества, действительна физически преимущественна, и она инерциальна в каждой точке. Может быть, это как-то можно трактовать в духе принципа Маха? Мы думаем, что этого делать нельзя. Прямолинейное применение принципа Маха в такой редакции ведёт к следующему. Раз выделена преимущественная система, то даже движение по инерции по отношению к ней (а необязательно с ускорением или вращением) должно вести к отличию в новой системе физических законов от законов в системе преимущественной. Но этого нет...» [15]

Удивительно, что в ОТО закон сохранения энергии ввиду неоднородности времени выполняется только локально, то есть не существует такой величины, чтобы интеграл от неё по пространству сохранялся при движении по времени. Ещё в 1917 году Гильберт писал о законе сохранения энергии в ОТО: «...я утверждаю, что для общей теории относительности, т. е. в случае общей инвариантности гамильтоновой функции, уравнений энергии, которые... соответствуют уравнениям энергии в ортогонально-инвариантных теориях, вообще не существует, я даже мог бы отметить это обстоятельство как характерную черту общей теории относительности».

Тем не менее, мы предлагаем исследовать проблемы, обозначенные в этой статье, с точки зрения новой научной парадигмы и закона сохранения энергии.


3. Принцип Маха

Эрнст Мах сформулировал свой принцип, критикуя механику Ньютона, в своей книге «Механика. Историко-критический очерк её развития» [2] в 1896 году, следующим образом:

«Для меня вообще существует только относительное движение, и я не могу здесь допустить какую-нибудь разницу между движением вращательным и поступательным. Если тело вращается относительно неба неподвижных звезд, то развиваются центробежные силы, а если оно вращается относительно какого-нибудь другого тела, а не относительно неба неподвижных звезд, то таких центробежных сил нет. Я ничего не имею против того, чтобы первое вращение называли абсолютным, если только не забывают, что это означает ничто иное, как относительное вращение относительно неба неподвижных звезд.

Можем ли мы удержать неподвижным сосуд с водой Ньютона, заставить вращаться небо неподвижных звезд и тогда доказать отсутствие центробежных сил?

Опыт этот неосуществим, сама мысль о нем вообще не имеет никакого смысла, ибо оба случая чувственно не могут быть отличены друг от друга. Я считаю поэтому оба случая за один и тот же случай и различение Ньютона за иллюзию». «Я не принимал, что только отдаленные, а не также близкие массы принимают участие в определении скорости тела; я говорю только о влиянии, независимом от расстояния» [2, с.202-203]

Справедливости ради, надо сказать, что эта идея, которую более чётко сформулировал Мах, зрела уже давно. Ещё Аристотель в своём сочинении «О небе» пришёл к выводу:

«…Небо…содержит в себе причину своего движения…» [16, с.309]. И. Ньютон, опираясь на свой эксперимент с вращающимся ведром, считал: «Действующими причинами, из-за которых абсолютные и относительные движения различны между собою, являются центробежные силы, направленные от оси движения. При движении в круге только относительном эти силы не существуют» [17, с.33]

«От инерции материи происходит, что всякое тело лишь с трудом выводится из своего покоя или движения» [17, с.25]

«Но движение и покой, при обычном их рассмотрении, различаются лишь в отношении одного к другому, ибо не всегда находится в покое то, что таковым простому взгляду представляется» [17, с.26]

«Проявления, которыми различаются абсолютное и относительное движение, состоят в силах стремления удалиться от оси вращательного движения, ибо в чисто относительном вращательном движении эти силы равны нулю» [17, с.34]

«Инертное круговое движение какого-либо тела может быть лишь одно в полном соответствии с силою стремления от оси, относительных же движений, в зависимости от того, к чему они относятся, тело может иметь бесчисленное множество» [17, с.35]

По Ньютону: абсолютное пространство — это вместилище для материальных тел и возникновение центробежных сил относительно абсолютного пространства не зависит от наличия масс в этом пространстве, то есть центробежные силы будут возникать и в пустом пространстве.

Английский философ Джордж Беркли в трактате «О движении» («De motu») [18], написанным на латыни, полное название которого: «О движении, или о принципе и природе движения и о причине сообщения движений», критикуя абсолютное пространство Ньютона и, предвосхищая принцип относительности и принцип Маха, писал:

«6.очевидно, что бессмысленно считать тяжесть или силу принципом движения»

«34. …причина существования тел является также причиной их движения и покоя»

«58. ...мы не должны определять истинное место тела как часть абсолютного пространства, которую оно занимает, а истинное, или абсолютное, движение — как перемену истинного, или абсолютного места. Ибо всякое место относительно, так же как и всякое движение. ...если мы допустим, что другие тела уничтожены и, например, существует один лишь земной шар, тогда никакого движения нельзя будет себе представить;»

«59. Далее, представим, существование двух шаров и ничего телесного ещё, кроме них. Затем представим силы, приложенные каким-либо способом; и, что бы мы не понимали под приложением сил, круговое движение двух шаров вокруг общего центра не может быть постигнуто воображением. Теперь предположим, что сотворено небо с неподвижными звездами; и сразу же, через представление приближения шаров к разным частям этого неба, движение станет постижимым».

Идея Маха «красной нитью» проходит почти через все работы А. Эйнштейна периода разработки общей теории относительности, но в статье «Эрнст Мах» по случаю ухода из жизни Эрнста Маха в 1916 году, оценивая его выдающиеся заслуги перед наукой, Эйнштейн наиболее полно описывает вклад Маха в физику, сравнивая с позицией Ньютона по вопросам пространства, времени и механики:

«Ньютон: Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему и остаётся всегда одинаковым и неподвижным»

«Относительное есть его мера или какая-либо его ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел, которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное»

Далее следует соответствующее определение понятия «абсолютного движения» и «относительного движения». Вот оно: «Проявления, которыми различаются абсолютное и относительное движения, состоят в стремлении удалиться от оси вращательного движения, ибо в чисто относительном вращательном движении эти силы равны нулю, в истинном же и абсолютном они больше или меньше, сообразно количеству движения» [17, с.34]

Затем следует описание известного опыта с ведром, который должен служить наглядным обоснованием последнего утверждения.

Очень интересна осуществляемая Махом критика этой точки зрения.

«Когда мы говорим, что тело К изменяет своё направление движения и скорость только под воздействием другого тела К´, мы вовсе не можем прийти к этому познанию, если нет налицо других тел А, В, С,…, относительно которых мы судим о движении тела К. Следовательно, мы познаем, собственно говоря, некоторое отношение тела K к телам А, В, С,...Если же мы не будем принимать в расчет тела А, В, С,...и будем говорить о поведении тела K в абсолютном пространстве, то мы совершим при этом двойную ошибку. Во-первых, мы не можем знать, как вело бы себя тело K в отсутствие тел А, В, С,...Во-вторых, у нас не будет никаких средств, с помощью которых можно было бы проследить за поведением тела K и проверить наши суждения, которые, в силу этого, не будут иметь никакого физического смысла»

«О движении тела K можно судить лишь по отношению к другим телам. А, В, С,... Поскольку в нашем распоряжении всегда имеется достаточное количество жёстко закрепленных или медленно меняющих свое положение друг относительно друга тел, мы не должны вести отсчет относительно какого-то одного определенного тела и исключать из рассмотрения то одно из этих тел, то другое. Отсюда и возникает мнение, будто эти тела несущественны» [из 1, т. IV, с.30-31]

Эрнст Мах: «Было бы возможно, чтобы изолированные тела А, В, С,… играли лишь случайную роль при определении движения тела К, чтобы движение было определено средой, в которой находится тело К. Но тогда было бы необходимо заменить абсолютное пространство Ньютона этой средой. … Пришлось бы поэтому представлять себе какую-нибудь другую наполняющую мировое пространство среду, о свойствах которой, как и о динамическом ее отношении к находящимся в ней телам, мы в настоящее время мало знаем. Само по себе такое соотношение не невозможно. ...Мы в будущем больше еще узнаем об этой гипотетической среде, и с естественнонаучной точки зрения она все еще была бы более ценной, чем рискованная мысль об абсолютном пространстве» [2, с.196]

«Если мы примем во внимание, что мы не можем устранить изолированные тела А, В, С,…и, следовательно, опытом ничего не можем решить относительно их существенной или случайной роли, что эти тела до сих пор были единственным и достаточным средством также средством для ориентирования относительно движений и для описания механических фактов, мы придем к тому заключению, что покуда полезно принимать, что движения определяются этими телами» [2, с.196-197]

«Система мира нам не дана дважды с Землей, покоящейся и вращающейся, а дана только однажды с ее единственно поддающимися определению относительными движениями. Мы поэтому не можем сказать, что было бы, если бы Земля не вращалась. Мы можем единственный данный нам случай объяснять различным образом. Но когда наши объяснения таковы, что они оказываются в противоречии с данными опыта, то именно мы неправильно объясняем. Основные принципы механики могут быть поэтому так составлены, чтобы и при относительных движениях получались центробежные силы» [2, с.197]

«Опыт Ньютона с вращающимся сосудом с водой показывает только то, что относительное вращение воды по отношению к стенкам сосуда не пробуждает заметных центробежных сил, но что эти последние пробуждаются относительным вращением по отношению к массе Земли и остальным небесным телам. Никто не может сказать, как протекал бы опыт, если бы стенки сосуда становились все толще и массивнее, пока, наконец, толщина их не достигла бы нескольких миль. Налицо перед нами только один опыт и нам остается привести его в согласие со всеми остальными известными фактами, но не с произвольными созданиями нашей фантазии» [2, с.197] «...даже в простейшем случае, в котором мы как-будто занимаемся взаимодействием только двух масс, отвлечься от остального мира невозможно» «...все массы находятся в связи друг с другом» [2, с.200] «Во всех процессах природы играют решающую роль разности известных величин u». [2, с.200]

«В одном случае мы не можем заполучить абсолютного пространства, в другом случае нашему познанию доступно лишь ограниченное число масс...» [2, с.201] «Но если и без того малопонятные гипотезы абсолютного пространства и абсолютного времени не выдерживают более критики, то возникает вопрос: каким же образом мы можем придать закону инерции понятный смысл?» [2, с.206]


3. Принцип Маха в реляционной теории Владимирова Ю.С.

Владимиров Ю.С. в статье «Реляционная концепция Лейбница–Маха» [22, с.73] пишет: «Реляционные идеи оказались особенно востребованными в самом начале ХХ века в период создания специальной теории относительности, а затем послужили важным стимулом для Эйнштейна при создании общей теории относительности. Он то и предложил возвести в ранг принципа Маха необходимую ему часть реляционных взглядов Маха. Однако следует подчеркнуть, что возведенное им в ранг принципа составляло лишь часть идей, отстаиваемых Махом. Нам представляется, что в настоящее время следует четко сформулировать суть реляционной концепции (парадигмы, подхода) в виде трех неразрывно связанных друг с другом составляющих (аспектов):

1) реляционного подхода к природе пространства-времени;

2) описания физических взаимодействий на основе концепции дальнодействия (взамен концепции близкодействия);

3) признания обусловленности локальных свойств материальных объектов глобальными свойствами всего окружающего мира.

Эйнштейн же возвел в ранг принципа Маха лишь третью составляющую, причем в усеченном виде, имея в виду обоснование лишь инерции физических тел».

«Согласно реляционному подходу, пространство и время не являются самостоятельными сущностями, как это постулировалось И. Ньютоном, а представляют собой абстракцию от отношений между материальными объектами и событиями с их участием». [22, с.73-74]

Владимиров Ю.С. в [22, с.69 -85] пишет: «Взамен ньютоновой трактовки Мах предлагал ... реляционное понимание природы пространства и времени: «…во временной зависимости выражаются простейшие непосредственные физические отношения. <...> В пространственных отношениях находит свое выражение посредственная физическая зависимость» [23, с. 417].

«И, наконец, к четвертому препятствию следует отнести отсутствие понимания: какой вид физических взаимодействий является ответственным за реализацию принципа Маха, особенно его третьей составляющей». [22]


4. Принцип относительности.

Из истории науки известно, что гипотеза вращения Земли вокруг своей оси привела к рождению идеи относительности, когда почему-то мы, находясь на её поверхности, никак не наблюдаем этого вращения, а все другие небесные тела кажутся нам движущимися относительно Земли. «Отец физики» Галилео Галилей в своей книге «Диалоги о двух системах мира» сформулировал этот принцип для классической механики: «Для предметов, захваченных равномерным движением, это последнее как бы не существует и проявляет своё действие на вещах, не принимающих в нём участия». И. Ньютон в своих «Математических началах натуральной философии» (том I, следствие V) рассматривает движение тел в абсолютном пространстве: «Относительные движения друг по отношению к другу тел, заключённых в каком либо пространстве, одинаковы, покоится ли пространство, или движется равномерно и прямолинейно без вращения»

Через три века после Галилея, который сформулировал принцип относительности только для механических явлений, в 1895 году Анри Пуанкаре в статье «К теории Лармора» формулирует принцип относительности для всех явлений:

«Опыт дал множество фактов, которые допускают следующее обобщение: невозможно обнаружить абсолютное движение материи, или, точнее, относительное движение весомой материи и эфира. Все, что можно сделать, - это выявить движение весомой материи относительно весомой материи». [3, с.7] А в статье «Измерение времени» (1898 г) выдвигает гипотезу постоянства скорости света и условного характера понятия одновременности двух событий: «...принял скорость света постоянной и, в частности, одинаковой во всех направлениях. Это есть постулат» [3, с.19],

«Мы не можем непосредственно на основе интуиции определить ни одновременность, ни равенство двух промежутков времени» [3, с.20]; и в книге «Наука и гипотеза» (1902 г) пишет: “Не существует абсолютного времени. Утверждение, что два промежутка времени равны, само по себе не имеет смысла и можно применять его только условно»

В 1898 -1904 годах А. Пуанкаре в своих работах [3] «Измерение времени», «Оптические явления в движущихся телах», «О принципе относительности пространства и движения», «Настоящее и будущее математической физики», задолго до Эйнштейна, сформулировал основные положения принципа относительности:

«1. Абсолютного пространства не существует, мы знаем только относительные движения.

2. Не существует абсолютного времени. Утверждение, что промежутка времени равны, само по себе не имеет смысла, и можно применять его только условно.

3. Мы не способны к непосредственному восприятию не только равенства двух промежутков времени, но и не можем быть уверенными в одновременности двух событий, происходящих в различных местах.

4. Наконец, сама наша эвклидова геометрия — всего лишь своего рода условный язык.

Таким образом, абсолютное пространство, абсолютное время, даже сама геометрия не имеют характера вещей, обусловливающих собой механику» [3, с.23]

Идею принципа относительности и предельной скорости в природе в 1904 году в своей статье высказывает Х.А. Лоренц: «Положение вещей было бы удовлетворительным, если бы можно было с помощью определенных основных допущений показать, что многие электромагнитные явления строго, то есть без какого-либо пренебрежения членами высших порядков, не зависят от движения системы...На скорость налагается только то ограничение, что она должна быть меньше скорости света». [3, с.19]

А. Пуанкаре в своей статье «О динамике электрона» (1905 г) называет принцип относительности «постулатом относительности Лоренца», а далее А. Эйнштейн в статье «К электродинамике движущихся тел» (1905 г) переводит принцип относительности из гипотезы в ранг фундаментального закона, о чём впоследствии Х.А. Лоренц написал в 1912 году: «Заслуга Эйнштейна состоит в том, что он первый высказал принцип относительности в виде всеобщего строго и точно действующего закона» [3, с.23] В статье «Теория относительности» в 1915 году А. Эйнштейн пишет:

«...физические явления зависят только от движений тел относительно друг друга, т. е. что с физической точки зрения абсолютного движения не существует» [1, т.1, с.412]

“Постулат о равноправии всех таких систем К и K', в которых не существует состояний движения, предпочтительных по сравнению с другими, мы будем называть «специальным принципом относительности».

«Теория Лоренца вызывает недоверие именно потому, что она, по-видимому, противоречит принципу относительности» [1, т.1, с.413]

В Гибсоновской лекции, прочитанной в Университете Глазго в 1933 году, Эйнштейн сказал: «Когда в 1905 году специальная теория относительности провозгласила равноправие всех так называемых инерциальных систем для формулировки законов природы, со всей остротой встал вопрос: не существует ли и более всеобъемлющее равноправие систем координат? Иными словами, если понятие скорости может иметь только относительный смысл, то почему ускорение, несмотря на это, должно оставаться абсолютным понятием? Ведь с чисто кинематической точки зрения относительность любого движения не вызывает сомнения; с физической точки зрения инерциальные системы находятся в привилегированном положении, что делает искусственным использование иначе движущихся систем координат» [1, т.2, с.403]

ОТО уравняло все системы координат, и инерциальные, и неинерциальные, но только с кинематической точки зрения. С энергетической точки зрения, если скорость и ускорение относительны, то относительным должен быть и энерго-гравитационный потенциал, равный квадрату скорости, и, обобщая, так же и энергия движения не может оставаться абсолютным понятием.

«...в однородном гравитационном поле все движения происходят точно так же, как в равномерно ускоренной системе координат в отсутствие поля тяготения» [1, т.2, с.404]

«...разумную теорию гравитации можно построить лишь в результате обобщения принципа относительности» [1, т.2, с.405]

На Наугеймской дискуссии о принципе относительности, эфире и тяготении, состоявшейся в сентябре 1920 года, немецкий физик Филипп Ленард поставил перед Эйнштейном два вопроса: «Первый вопрос: можно ли в случае заторможенного поезда признать невозможным установить, что именно находится в состоянии неравномерного движения, как этого требует общая теория относительности, несмотря на то, что последствия неравномерного движения односторонне обнаруживаются только внутри поезда. Второй вопрос касается логически недопустимого эксперимента: с тоски зрения общей теории относительности, равноценны между собой оба допущения, как то, что Вселенная вращается вокруг Земли, так и то, что вращается Земля, Вселенная же находится в покое; но, так как в первом случае пришлось бы принять для движения Вселенной скорость, превышающую скорость света, - то не означает ли это допущения внутреннего противоречия общей теории относительности, поскольку она же сама исключает возможность скоростей, превышающих скорость света?

Приведём здесь полностью, что важно на наш взгляд для понимания возникновения ОТО, у истоков которой стоял Мах, отрывок из статьи Эйнштейна «Основы общей теории относительности»:

«Классической механике и в не меньшей степени специальной теории относительности присущ некоторый теоретико-познавательный недостаток, который, пожалуй, впервые был ясно отмечен Э. Махом. ...Пусть два жидких тела одинаковой величины и состава свободно парят в пространстве на таком большом расстоянии друг от друга (и от всех прочих масс), что должны приниматься во внимание только те гравитационные силы, с которыми действуют друг на друга части одного и того же тела. ...Но пусть каждая масса, рассматриваемая наблюдателем, покоящимся относительно другой массы, вращается вокруг линии, соединяющей массы с постоянной угловой скоростью (это относительное движение обеих масс всегда возможно установить). Теперь представим себе, что поверхности обоих тел (S1 и S2) измерены с помощью масштабов (покоящихся относительно этих тел); пусть в результате измерения оказалось, что поверхность S1 представляет сферу, а поверхность S2 эллипсоид вращения.

Теперь возникает вопрос: по какой причине тела S1 и S2 ведут себя по-разному? Ответ на этот вопрос может быть только тогда признан удовлетворительным с теоретико-познавательной точки зрения, когда обстоятельство, указанное в качестве причины, является наблюдаемым опытным фактом; ибо принцип причинности только тогда имеет смысл суждения о явлениях в мире опыта, когда в качестве причин и следствий в конечном итоге оказываются лишь наблюдаемые факты.

Механика Ньютона не дает удовлетворительного ответа на этот вопрос. Она говорит следующее. Законы механики справедливы для пространства R1, относительно которого тело S1 находится в покое, но несправедливы для пространства R2, относительно которого находится в покое тело S2. Однако галилеево пространство R1 (и движение по отношению к нему), которое при этом вводится, является фиктивной причиной, а не наблюдаемым фактом. Таким образом, ясно, что механика Ньютона в рассматриваемом случае удовлетворяет требованию причинности не по существу, но лишь кажущимся образом, возлагая ответственность за наблюдаемое различное поведение тел S1 и S2 на фиктивную причину — пространство R1 .

Удовлетворительным ответом на поставленный выше вопрос может быть только следующий: физическая система, состоящая из тел S1 и S2 , сама по себе не дает возможности указать причину, с помощью которой можно было бы объяснить различное поведение тел S1 и S2. Причина должна, следовательно, лежать вне этой системы» [1, т.1, с.455-456]

Критикуя абсолютное движение в абсолютном пространстве в теории Ньютона Мах писал: «Вряд ли есть необходимость заметить здесь, что и в приведенных здесь рассуждениях Ньютон изменяет своему намерению исследовать только ф а к т и ч е с к о е. Об абсолютном пространстве и абсолютном движении никто ничего сказать не может, это чисто абстрактные вещи, которые на опыте обнаружены быть не могут. Все наши основные принципы механики представляют собою … данные опыта об относительных положениях и движениях тел» [19]

В статье «Эфир и теория относительности» (1920 г.) А. Эйнштейн рассматривает принцип Маха в соотношении с «эфиром» и общей теорией относительности:

«Правда, Мах пытался избежать необходимости принимать за реально существующее нечто недоступное наблюдению... Но инерция в случае ускорения относительно далеких масс предполагает прямое действие на расстоянии»

«Мысль Маха находит свое полное развитие в эфире общей теории относительности. Согласно этой теории, метрические свойства пространственно-временного континуума в окрестности отдельных пространственно-временных точек различны и зависят от распределения материи вне рассматриваемой области» [1, т.1, с. 687] «Эфир общей теории относительности есть среда, сама по себе лишенная всех механических и кинематических свойств, но в то же время определяющая механические (и электромагнитные) процессы». [1, т.1, с.687-688]

«Естественно, что большим шагом вперед было бы объединение в одну общую картину гравитационного и электромагнитного полей. Тогда была бы достойна завершена эпоха теоретической физики, начатая Фарадеем и Максвеллом» [1, т.1, с. 689]

«Общая теория относительности наделяет пространство физическими свойствами; таким образом, в этом смысле эфир существует. Согласно общей теории относительности, пространство немыслимо без эфира; действительно, в таком пространстве не только было бы невозможно распространение света,...» «Однако этот эфир нельзя представлять себе состоящим из прослеживаемых во времени частей: таким свойством обладает только весомая материя; точно так же к нему нельзя применять понятие движения» [1, т.1, с.689]

Принцип Маха предполагает дальнодействие, которого в природе, видимо, не существует, и причину инерции необходимо искать не в далёких звёздах, а непосредственно здесь и сейчас. Эта мысль, исходя из нашего опыта, кажется совершенно парадоксальной, потому что рядом с телом нет ничего материального, чем мы привыкли объяснять любое движение, а идея материального эфира отвергнута экспериментами Майкельсона - Морли и теорией относительности Эйнштейна ввиду принципиального отсутствия в нашем мире абсолютной системы отсчёта.


Полный текст доступен в формате PDF (273Кб)


А.П. Никитин, Принцип Маха, принцип относительности и движение // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.25852, 05.11.2019

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru