Техника - молодёжи 1938-05, страница 13

ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Перед нами река, текущая со скоростью 6 км/час. Вверх по течению движется пароход, проходящий в стоячей воде 17 км/час. По палубе парохода бежит в сторону течения реки человек; в час он пробегает 10 км. Какова скорость движения человека?

Одного определенного ответа на этот вопрос дать нельзя — их может быть по меньшей мере три, так как не указано,, относительно чего требуется определить скорость движения человека. Если относительно парохода, то она равна, естест венно, 10 км/час; относительно движу щейся в реке воды — 7 км/час, а относительно берега — 1 км\час. Кроме того, человек движется с Землей с какой-то скоростью относительно' Солнца, а вместе с Солнцем — относительно Млечного пути.

Стоя на перроне вокзала, вы разговариваете с Товарищем, выглядывающим из окна вагона. Поезд медленно трогается. Продолжая беседу,' вы идете рядом с поездом, все ускоряя шаг. Вы убеждены, конечно, что вы движетесь; однако и здесь возникает тот же вопрос: относительно чего? Относительно поезда, например, вы неподвижны, а относительно другого какого-нибудь поезда, покидающего вокзал одновременно с первым, но с большей скоростью, вы хотя и движетесь, но в обратную сторону.

Из этих примеров ясно, что движение следует рассматривать только относительно чего-нибудь, при отсутствии же этого «чего-нибудь» понятие движения теряет смысл. Обнаружить прямолинейное и равномерное движение тела, если бы тело находилось в бесконечном пустом пространстве, было бы невозможно.

На пароходе, плывущем с какой угодно большой скоростью, но прямолинейно и равномерно, все движения происходят так, как если бы пароход находился в покое (движение и состояние покоя парохода предполагаются относительно Земли). Если, например, бросить вертикально вверх мяч, он упадет в обоих случаях на то же место, откуда был брошен. Следовательно, сила тяжести действует на мяч, движущийся поступательно вместе с пароходом, точно так, как если бы пароход и мяч. не двигались поступательно. На движущемся пароходе можно так же попасть в цель, находящуюся на нем, как и на неподвижном; предмет, сорвавшийся с вершины мачты, упадет в обоих случаях у ее основания.

Вообразим себя на шаре в пустом мировом пространстве. Пусть Спокойствие, господствующее на нашей воображаемой

планетке, будет настолько > если положить на ее поверхность груды пуха, то без нашего воздействия они совершенно не изменят своей формы. Внезапно появляется издали другой такой же шар. С огромной скоростью проносится он мимо нашего и исчезает в бесконечности. Кратковременное посещение непрошенного гостя вызвало на нашей планетке настоящую катастрофу; сфере свирепствует ураган; в воздухе носятся тучи легких предметов; вода вышла из берегов; жилища превращены в развалины. Во всем этом виноват второй шар.

Обитатели второго шара опишут происшествие точно так же, как и мы. Они скажут, что спокойствие господствовало на их планетке до тех пор, пока внезапно не появился откуда-то несущийся с огромной скоростью наш шар. Ураганом пролетев мимо их планетки, он произвел на ее поверхности страшные разрушения. ВинОю всему, будут утверждать обитатели второго шара, — именно наш шар.

Правы и мы и они. Движение и взаимное тяготение шаров должны были произвести при встрече шаров резкие изменения в состоянии их атмосфер и разрушения на их поверхности. А так как шары одинаковы, то и влияние их друг на друга должно быть одинаковым. Но какой шар двигался? Который из них виновен в «налете» на соседа — наш или второй?

Разрешить спор совершенно невозможно по той причине, что предмет. спора является в данном случае бессмысленным. Обитатели каждого шара могут считать, что встречный шар двигался относительно них с такой же скоростью, с какой они — относительно встречного. Вот единственно правильный и возможный вывод из происшедшего.

Изложенные выше идеи известны в механике под названием «принципа ОТ' носительности Галилея — Ньютона» же «классического принципа относитель-

Опыт показал, однако, что классический принцип не соответствует положению вещей в мире. Он совпадает с наблюдаемыми явлениями лишь в пределах сравнительно небольших скоростей ких, с какими мы имеем дело в технике и повседневной жизни. По мере увеличения скорости движения тел классический принцип все менее отражает происходящее в природе, а при скоростях, сравнимых со скоростью света, он оказывается и вовсе ошибочным.

Так, например, задачу о чело гущем по палубе парохода, мы решили правильно путем арифметического ния и вычитания скоростей лишь потому, что скорости эти были небольшие. Но если бы мы так же складывали скорости порядка 250 тыс. км1сек, найденный ответ был бы очень далек от истины.

Сказанное можно пояснить таким примером. Вообразим, что, изучая геометрию, мы составляем, чертежи на поле. Опыт показывает, что сумма углов треугольника равна двум прямым; веревка, натянутая между кольями, является крат

Рисунки Л. СМЕХОВА

чайшим расстоянием между ними и т. д. Все получается соответственно геометрии Евклида.

Однако по мере увеличения фигур это соответствие будет все более нарушаться. При их размерах порядка сотен километров обнаружатся некоторые невязки, а при величине фигур, измеряемой тысячами километров, мы впадем уже в грубые ошибки и столкнемся с противоречиями. Но все они сразу же устранятся, когда мы обнаружим, что занимаемся планиметрией на сферической поверхности— поверхности земного шара. Тогда мы поймем, почему, например, сумма- ; углов треугольника внезапно оказалась равной даже трем прямым (при расположении углов треугольника, скажем, у; полюса и на экваторе). Только при не-, больших относительно длины земного' | радиуса размерах фигур планиметрия на поверхности Земли практически совпадает с планиметрией на плоскости.

Опыты со скоростями порядка скорости света обнаружили, что классический принцип относительности имеет лишь приближенный характер. В связи с этйм знаменитый физик Эйнштейн выдвинул новый принцип относительности. При малых скоростях эйнштейновский принцип практически так же совпадает с галиле-евским, как сферическая' планиметрия на | Земле с плоскостной при малых размерах фигур. Большие же скорости дают :| совершенно иные результаты, но вполне совпадающие с поставленными опытами. Эти результаты, однако, кажутся на-столько парадоксальными с привычной i нам точки зрения, что с некоторыми из | них интересно познакомиться.

Мерить свет граммами, казалось бы, так же нелепо, как расстояние тоннами | или время литрами. Однако «грамм света» является одним из любопытных следствий принципа относительности Эйнштейна.

Из этого принципа вытекает, что энергия, как и вещество, обладает массой. Непреложным выводом отсюда является [. возможность мерить энергию граммами. Электрический свет — энергия, за коТо-:', рую приходится платить. Поэтому можно |

Доктор Арк-Синус, пытливейший ум нашего столетия, решил познакомиться с | принципом относительности Эйнштейна.'

и