Страница 24 из 62
Камень, который в начальный момент не имел горизонтальной составляющей скорости относительно вагона, должен падать отвесно вниз относительно стенок вагона, и закон падения должен быть таким же, как и при падении на Земле. Это, естественно, и наблюдается в действительности.
Вот то обстоятельство, что полная идентичность экспериментов в разных инерциальных системах означает также и одинаковость начальных условий относительно «своей» системы отсчета, иногда упускают из вида и приходят к недоразумениям.
В механике отсутствует одна выделенная система отсчета, все инерциальные системы совершенно равноправны.
Но, может быть, опыты из какой-либо другой области физики — например, опыты со светом, с электромагнитными волнами — помогут установить существование такой особой, выделенной системы?
Этот вопрос оставался открытым до 1905 года, когда Эйнштейн предложил специальную теорию относительности. И можно сказать, что, по существу, именно решение этой проблемы и привело его к созданию своей теории.
Глава VI,
Главу о тяготении (гравитации) положено начинать стандартно — эффектно. «Самое загадочное и неисследованное явление природы».
Действительно, Ньютон только установил, что тяготение существует, а Эйнштейн лишь приоткрыл завесу над его природой (общая теория относительности!).
Тяготение присуще всем без исключения телам.
Тяготение едино по своим свойствам во всей доступной нашему наблюдению части вселенной.
Тяготение проникает всюду, от него нельзя изолироваться, и его нельзя усилить…
Словом, тяготение есть тяготение.
В наши дни тяготение остается, пожалуй, единственным физическим свойством, на которое мы не можем влиять ни в малейшей степени.
Правда, в последнее время всю мировую печать облетели сообщения, что ведутся работы по управлению гравитацией и будто бы уже достигнуты реальные результаты. Но пока трудно судить, что это: плод богатой фантазии репортеров или искаженные сведения о действительных исследованиях.
Появление этой главы в книге — еще одна небольшая «загадка», связанная с тяготением. Мы не будем, к сожалению, касаться общей теории относительности, и потому все, что относится к гравитации, окажется в стороне от темы нашей беседы.
Впрочем, отчасти оправдание можно найти, учитывая, что тематика этой главы косвенно связана и со специальной теорией относительности.
Это замечание в особенности относится к тем страницам, где обсуждается вопрос: конечна или бесконечна скорость распространения тяготения? Анализ подобной проблемы (как и анализ основных понятий механики) — очень разумная тренировка для того, чтобы спокойно принять в дальнейшем идеи теории относительности.
Потому что, — позвольте еще раз напомнить, — пожалуй главная преграда при знакомстве с теорией Эйнштейна — это бессознательная, но глубокая убежденность, что основные понятия классической механики безусловны и как бы «даны свыше».
И напротив, если понять, что физика основана на опыте и априорных понятий не существует, и ясно представлять те гипотезы, на которых основана классическая физика, то теория Эйнштейна не должна казаться менее естественной или более сложной, чем классическая физика.
Все же самое главное оправдание, пожалуй, в том, что с поразительным явлением тяготения связаны удивительные по своей красоте физические теории. Может быть, во всей физике не найдется результатов, которые можно было бы поставить рядом с теориями Ньютона и Эйнштейна.
И наконец, трудно отыскать в истории науки лучший пример, когда работа ученого, казалось бы, над совершенно безнадежной проблемой, работа, невероятная по своей настойчивости, не приводившая ни к чему в течение многих лет, увенчалась бы таким блестящим успехом.
Словом, трудно найти лучший пример торжества «высшей» справедливости в науке…
В 1666 году Ньютон уже владел всеми идеями своей теории. Как ни странно, но, по-видимому, легенда о яблоке истинна.
Ньютон сам рассказывал, что впервые четкая мысль о наличии единой силы, заставляющей все без исключения тела притягиваться друг к другу, появилась у него, когда он наблюдал падение яблока.
Как бы то ни было, сама идея поразительна.
Ньютону известны совершенно, казалось бы, разнородные и, более того, противоречащие друг другу факты.
Он знает, во-первых, законы движения планет, эмпирически найденные Кеплером. Двадцать пять лет потратил Кеплер, чтобы в бесчисленных данных о наблюдаемых положениях планет отыскать скрытые закономерности. После невероятно трудоемкой работы он их находит, но объяснить эти законы не мог, хотя и высказывал мысль о существовании силы тяготения.
С другой стороны, известно, что все тела на Земле стремятся упасть на ее поверхность.
Но если сила, с которой Земля притягивает данное тело, как будто постоянна и, насколько может судить Ньютон, не зависит от расстояния этого тела до центра Земли (во времена Ньютона опытная техника не позволяла заметить изменения веса тела при подъеме его над уровнем океана на 2–3 километра), то законы движения небесных тел таковы, что та гипотетическая сила, которая, по его мнению, их связывает, должна изменяться с расстоянием.
Далее, совершенно неясно следующее. Если есть некая единая сила тяготения, почему же не притягиваются друг к другу предметы на Земле?
Как видите, экспериментальные данные очень запутаны.
Правда, надо признать, что сама идея о наличии какой-то единой силы притяжения витает в воздухе. В этом отношении у Ньютона есть предшественники. Но ни один из сторонников идеи тяготения не в состоянии ни количественно объяснить законы движения планет, ни опровергнуть возражения противников.
Роберт Гук — один из самых ярких и своеобразных ученых в истории физики, — казалось бы, уже открыл закон тяготения. В сочинении «Работа о годичном движении Земли» (1674 год) он пишет:
«Я разовью теорию, которая во всех отношениях согласуется с общепризнанными правилами механики. Теория эта основывается на трех допущениях: во-первых, все без исключения небесные тела обладают направленным к их центру притяжением или тяжестью, благодаря которой они притягивают не только свои собственные части, но также и все находящиеся в сфере их действия небесные тела. Согласно второму допущению, все тела, двигающиеся равномерно и прямолинейно, будут двигаться по прямой линии до тех пор, пока они не будут отклонены какой-нибудь силой и не станут описывать траектории по кругу, эллипсу или какой-нибудь другой, менее простой кривой.
Согласно третьему допущению, силы притяжения действуют тем больше, чем ближе к ним находятся тела, на которые они действуют.
Я не мог еще установить с помощью опыта, каковы различные степени притяжения. Но если развивать эту теорию дальше, то астрономы сумеют установить определенный закон, согласно которому движутся все небесные тела».