Философская интерпретация Общей теории относительности - 9
Философская интерпретация Общей теории относительности: ( 1), ( 2), ( 3), ( 4), ( 5), ( 6), ( 7), ( 8)
Да, так вот! Таким образом, как работает «гравитационный механизм» (то есть «механизм» гравитационного притяжения) - этот вопрос для нас еще более прояснился. И единственный вопрос, который пока остается неясным в природе гравитации - это причины «отставания» материи, обладающей массой, в абсолютном времени при ее движении в ходе расширения Вселенной от окружающего пространства, где такой материи нет (что, как следствие, приводит к искривлению трехмерного пространства в четвертом измерении). Но этот вопрос мы более подробно рассмотрит далее.
А пока я бы хотел вернуться к представлению об «абсолютной системе отсчета». Что есть «абсолютное время» в понимании Ньютона (или Мировое время, М-время, в моей терминологии), мы разобрались, и теперь я бы хотел внимательней рассмотреть представления Ньютона об «абсолютном пространстве». Вот как его определял сам Ньютон:
I. Абсолютное пространство по самой своей природе безотносительно к чему бы то ни было внешнему остаётся всегда одинаковым и неподвижным.
Относительное есть его мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное: так, например, протяжение пространств подземного воздуха или надземного, определяемых по их положению относительно Земли. По виду и величине абсолютное и относительное пространства одинаковы, но численно не всегда остаются одинаковыми. Так, например, если рассматривать Землю подвижною, то пространство нашего воздуха, которое по отношению к Земле остаётся всегда одним и тем же, будет составлять то одну часть пространства абсолютного, то другую, смотря по тому, куда воздух перешёл, и, следовательно, абсолютно сказанное пространство беспрерывно меняется.
II. Место есть часть пространства, занимаемая телом, и по отношению к пространству бывает или абсолютным, или относительным. Я говорю «часть пространства», а не положение тела и не объемлющая его поверхность. Для равнообъёмных тел места равны, поверхности же от несходства формы тел могут быть и неравными. Положение, правильно выражаясь, не имеет величины, и оно само по себе не есть место, а принадлежащее месту свойство. Движение целого то же самое, что совокупность движений частей его, т. е. перемещение целого из его места то же самое, что совокупность перемещений его частей из их мест, поэтому место целого то же самое, что совокупность мест его частей, и, следовательно, оно целиком внутри всего тела.
III. Абсолютное движение есть перемещение тела из одного абсолютного его места в другое, относительное-из относительного в относительное же».
Надо признать, что определение Ньютона «абсолютного» и «относительного пространства» выглядит гораздо более мутно и менее убедительно, чем его определение «абсолютного» и «относительного времени». Но попробуем понять, что хотел сказал Ньютон и что мы можем счесть имеющим значимость для современной физики, а что нет.
В первой части Ньютон определяет «абсолютное пространство» как неподвижное, которое всегда остается «одинаковым». А «относительное пространство», по Ньютону, есть некая часть «абсолютного пространства», и эта часть пространства двигается в «абсолютном пространстве» вместе с телами. Все это выглядит довольно странно - особенно когда Ньютон «относительное пространство» по сути почему-то отождествляет с воздухом внутри Земли и вокруг нее. В самом деле, ведь пространство есть просто «пустота», и как и почему часть этой «пустоты» - как «относительное пространство» - движется вместе с телами в какой-то другой «пустоте» - в «абсолютном пространстве», остается совершенно непонятным.
Откуда у Ньютона взялись такие странные представления о пространстве - это вполне понятно. От Аристотеля и греков. Ведь Аристотель определял пространство именно как «место», занимаемое телом, и при этом, по Аристотелю, при движении тела в пространстве его «место» движется вместе с самим телом. И Ньютон лишь определил это «место», занимаемое телом, как «относительное пространство», а то пространство, в котором движется тело вместе с занимаемым им «местом», он определил как «абсолютное пространство». И при этом - поскольку тело находится одновременно и в абсолютном пространстве (которое остается неподвижным), и в относительном пространстве (которое, как «место», занимаемое телом, и как часть абсолютного пространства, движется вместе с телом в абсолютном пространстве) - Ньютон также (опять же следуя Аристотелю) вводит понятия об «относительном месте» и «абсолютном месте», после чего он уже может дать определение «абсолютного движения» и «относительного движения».
На первый взгляд, может показаться, что подобные представления Ньютона о пространстве - как и представления Аристотеля, из которых исходил Ньютон - уже давно устарели и ничего не могут дать для современной физики. Но не будем торопиться.
Для начала попробуем понять, зачем Ньютон - который в физике, конечно, «кое-что понимал» - вводит эти представления об абсолютном и относительном пространстве, а затем - об абсолютном и относительном «месте» и абсолютном и относительном движении. Не просто же так - эти представления ему явно зачем-то понадобились. А делает он это, очевидно, для того, чтобы можно было описывать различные «виды движения»: по мнению Ньютона, движение также может быть «абсолютным» (как перемещение из одного «абсолютного места» в другое) и «относительным», и по своей природе эти два «вида движения» довольно сильно отличаются.
В самом деле, рассмотрим такой совсем простой (можно сказать, «школьный») пример. Допустим, у нас есть два автомобиля, которые находятся рядом и покоятся относительно земли. А затем первый автомобиль по-прежнему остается в покое, а второй начинает двигаться с ускорением относительно поверхности земли и первого автомобиля. Еще со времен Галилея натурфилософы (то есть физики) понимали, что состояние покоя и движения - понятия относительные, и тело, находящееся в покое относительно какого-то другого тела, может при этом двигаться относительно третьего тела. И в нашем примере первый автомобиль - после того, как второй начал двигаться ускоренно - по-прежнему остается в покое относительно поверхности земли, но при этом относительно второго автомобиля он также начинается двигаться ускоренно.
Итак, теперь первый автомобиль находится в покое относительно поверхности земли, но при этом движется ускоренно относительно второго автомобиля, а второй автомобиль движется ускоренно как относительно поверхности земли, так и относительно первого автомобиля. Если рассматривать эти два автомобиля относительно друг друга - то они, как кажется, находятся в равноправном положении: оба они движутся ускоренно относительно друг друга, с тем же ускорением, но в противоположные стороны. Но так ли это? Первый автомобиль по-прежнему находится относительно земли в состоянии покоя, и никакие силы на него и внутри него не действуют (или, точнее сказать, они все уравновешены). А вот второй автомобиль движется под действием силы, которую генерирует его мотор, и при этом внутри этого автомобиля возникают силы инерции. И поэтому движение этих двух автомобилей относительно друг друга вовсе не является одинаковым и «равноправным» - так как они не «равноправны» относительно поверхности земли, третьей системы отсчета. И чтобы как-то определить это различие в характере движения тел относительно друг друга, Ньютон и вводит понятие абсолютного и относительного пространства и абсолютного и относительного движения - так что второй автомобиль движется не только относительно первого, но и в абсолютном пространстве, а первый движется только относительно второго, но в абсолютном пространстве остается на том же месте.
То есть если вдуматься в то, что написал Ньютон, станет ясно, что, говоря об абсолютном и относительном пространстве и абсолютном и относительном движении, Ньютон, в сущности, говорил о том, что системы отсчета вовсе не являются «равноправными», и что «относительность движения» является, так сказать, понятием относительным - так что если у нас два тела движутся относительно друг друга, то это еще вовсе не значит, что они находятся в равноправном положении и что их движение относительно друг друга носит одинаковый характер.
Представление о системах отсчета (инерциальных системах отсчета) в натурфилософию впервые ввел Галилей. Ньютон также использует это представление в своей физике (в частности, «первый закон Ньютона» по сути постулирует существование инерциальных систем отсчета), но все же ясного представления о системах отсчета - как они существуют в современной физике - в натурфилософии во времена Галилея и Ньютона еще не было. И когда Ньютон вводил свое представление об абсолютном и относительном пространстве - он по сути тем самым хотел сказать, что системы отсчета вовсе не являются «равноправными», и одни из них, так сказать, являются более «привилегированными» по сравнению с другими.
Так, в нашем примере, система отсчета, связанная с поверхностью Земли, является более «привилегированной» по сравнению с системами отсчета, связанными с двумя автомобилями (или с какими-либо другими телами на поверхности Земли), и от того, находится ли тело относительно поверхности Земли в покое или в движении, зависит очень многое: ведь в первом автомобиле не возникает никаких сил инерции, а во втором они возникают, хотя относительно друг друга системы отсчета, связанные с этими двумя автомобилями, являются равноправными (оба автомобиля движутся относительно друг друга с ускорением). Или в примере самого Ньютона воздух, находящийся под землей и над землей, хотя находится в покое относительно Земли (то есть относительно системы отсчета, связанной с Землей), при этом все же движется вместе с Землей. Относительно чего? Например, относительно Солнца. И поэтому система отсчета, связанная с Солнцем, оказывается более «привилегированной» (более «абсолютной»), чем система отсчета, связанная с Землей.
Проблема, однако, в том, что система отсчета, связанная с Солнцем, также не является абсолютной. И поэтому эта система отсчета, конечно, вовсе не задает некое абсолютное (неподвижное) пространство. Эта система отсчета является «более абсолютной» (то есть «более привилегированной»), чем система отсчета, связанная с Землей, но абсолютной она не является.
Но что делает систему отсчета, связанную с Солнцем, «более привилегированной» по сравнению с системой отсчета, связанной с Землей? Почему мы утверждаем, что правильней говорить о том, что это все-таки Земля вращается вокруг Солнца, а не Солнце вращается вокруг Земли? Ведь мы вполне можем связать систему отсчета с Землей и рассматривать движение Солнца относительно Земли - как, собственно, в древности в астрономии всегда и делали, описывая движение Солнца, Луны и прочих планет и звезд как движение относительно Земли? И почему в нашем примере с двумя автомобилями система отсчета, связанная с Землей (с поверхностью Земли) оказывается «более привилегированной» по сравнению с системами отсчета, связанными с автомобилями или с какими-либо другими телами на поверхности Земли?
Чисто математически, повторюсь, мы можем связать систему отсчета с любым телом - с автомобилем или с поверхностью Земли, с Солнцем или Землей или Луной. В математическом смысле все такие системы отсчета является абсолютно равноправными, и с каким телом связать систему отсчету - это наш выбор, вопрос нашего «произвола». Однако с физической точки зрения, эти системы отсчета все же не являются равноправными, и при описании движения Земли относительно Солнца, а Солнца - относительно Земли система отчета, связанная с Солнцем, оказывается более предпочтительной - то есть более «объективной» и «абсолютной», - чем система отсчета, связанная с Землей. А в нашем примере, система отсчета, связанная с первым (неподвижным) автомобилем оказывается более предпочтительной, чем система отсчета, связанная со вторым автомобилем - так как первый автомобиль остается неподвижным относительно поверхности Земли. И этот выбор более предпочтительной системы отсчета - как более «объективной» и «абсолютной» - подчеркну, уже имеет под собой объективные физические причины, так как эти системы отсчета - будучи равноправными с чисто математической точки зрения - вовсе не являются равноправными с физической точки зрения.
Почему? Вот на какой вопрос нам нужно ответить. И именно для того, чтобы ответить на этот вопрос, Ньютон и ввел свое представление об абсолютном и относительном пространстве и абсолютном и относительном движении.