Готовый перевод Richard Dawkins The Oxford Book of Modern Science Writing / Ричард Докинз Оксфордская книга публикаций современной науки: Albert Einstein from ‘WHAT IS THE THEORY OF RELATIVITY?’ / Альберт Эйнштейн из "Что такое теория относительности?"

Альберт Эйнштейн из "Что такое теория относительности?"

■ Альберт Эйнштейн отлично использовал мысль (проводил мысленные эксперименты) и не только объяснил свои идеи другим но и их развитие в своей голове.

Представляется не совсем верным разместить отрывок Эйнштейна в этом разделе книги.

Я решил включить выдержки из его популярного изложения теории относительности несмотря на то, что английский не является его родным языком, и, что существует более доступные средства с двумя из которых мы вскоре столкнемся.

Вместо этого, вот его более общий очерк, в которой он размышляет о различных классах теорий, делая особый упор на свою собственную. ■

В физике различают несколько типов теорий.

Большинство из них являются конструктивными.

Их задачей является построение картины сложных явлений на основе некоторых относительно простых предположений.

Так, кинетическая теория газов ставит перед собой цель свести к движениям молекул механические, тепловые и кинетические свойства газов.

Когда мы говорим, что понимаем какую-либо группу явлений при¬роды, то это означает, что мы построили конструктивную теорию, охватывающую эту группу явлений.

Помимо этого важнейшего класса теорий существуют другие теории, которые будем называть фундаментальными.

В них используется не синтетический, а аналитический метод.

Исходным пунктом и основой этих теорий являются не гипотетические положения, а эмпирически найденные общие свойства явлений, принципы, из которых следуют математически сформулированные критерии, имеющие всеобщую применимость.

Термодинамика, например, исходит из эмпирического факта, что вечный двигатель невозможен, и отсюда пытается вывести аналитическим путем необходимые условия, которые удовлетворяются во всех случаях.

К достоинствам конструктивных теорий относятся их законченность, гибкость и ясность; достоинством фундаментальных теорий является их логическое совершенство, надежность исходных положений.

Теория относительности принадлежит к классу фундаментальных теорий.

Чтобы понять ее, нужно ознакомиться с принципами, на которых она основана.

Но прежде чем излагать эти принципы, нужно указать, что теория относительности подобна дому с двумя этажами: специальной теорией относительности и общей теорией относительности.

С античных времен известно, что для описания движения тела требуется другое тело, к которому должно быть отнесено движение первого.

Движение железнодорожного поезда описывается по отношению к поверхности земли, движение планет — по отношению ко всей совокупности видимых неподвижных звезд.

Тела, к которым относят движения в физике, называются системами отсчета (координатными системами).

Законы механики Галилея и Ньютона, например, можно сформулировать, только используя некоторую систему отсчета.

Однако состояние движения координатной системы нельзя выбрать произвольно, если предположить выполнимость законов механики (система не должна вращаться и ускоряться).

Системы координат, допускаемые в механике, называются «инерциальными системами».

Однако, согласно механике, природа не определяет однозначно состояние движения инерциальной системы.

Наоборот, хорошо выполняется следующее утверждение: координатная система, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно инерциальной системы, сама является инерциальной.

Специальный принцип относительности представляет собой обобщение этого утверждения на все процессы природы: «каждый универсальный закон природы, который выполняется по отношению к некоторой системе отсчета С, должен также выполняться в любой другой системе С", которая движется равномерно и прямолинейно относительно С.

Другим принципом, на котором основана специальная теория относительности, является принцип постоянства скорости света в пустоте.

Согласно этому принципу, свет в пустоте всегда распространяется с определенной постоянной скоростью (не зависящей от состояния движения наблюдателя и источника света).

Свое убеждение в справедливости этого принципа физики черпают из успехов электродинамики Максвелла — Лоренца.

Оба упомянутые выше принципа убедительно подтверждены экспериментом, но представляются логически непримиримыми.

Специальная теория относительности сумела их примирить ценой видоизменения кинематики, иначе говоря, ценой изменения физических представлений о пространстве и времени.

Стало очевидным, что говорить об одновременности двух событий имеет смысл не иначе как по отношению к некоторой данной координатной системе, и что масштабы, а также ход часов должны зависеть от их состояния движения по отношению к координатной системе.

Но старая физика, включая законы движения Галилея и Ньютона, не совпадает с релятивистской кинематикой.

Последняя приводила к некоторым общим математическим условиям, которым должны были бы удовлетворять законы природы, если потребовать выполнение двух указанных выше принципов.

К ним нужно было приспособить физику.

Наиболее важным результатом было введение нового закона движения для (очень быстро) движущихся материальных точек, который вскоре удалось проверить с электрически заряженными частицами.

Наиболее важный результат специальной теории относительности касался инертной массы материальной системы.

Оказалось, что инертная масса системы должна зависеть от содержащейся в ней энергии; это привело к представлению о том, что инертная масса является не чем иным, как скрытой энергией.

Закон сохранения массы потерял свою независимость и слился с законом сохранения энергии.

Специальная теория относительности, которая явилась просто развитием электродинамики Максвелла — Лоренца, имела последствия, выходящие далеко за ее рамки.

Должна ли зависимость физических законов от состояния движения системы отсчета ограничиваться только системами отсчета, движущимися относительно друг друга прямолинейно и равномерно? Какое отношение имеет природа к вводимым нами системам координат и их движению? Если для описания природы может оказаться необходимым использование систем координат, выбранных нами произвольно, то выбор систем не должен быть ничем ограничен; физические законы должны быть полностью независимы от этого выбора (общий принцип относительности).

Установление этого общего принципа относительности было облегчена тем давно известным экспериментальным фактом, согласно которому вес и инерция тела зависят от одних и тех же констант (равенство инертной и тяжелой масс).

Представим себе систему координат, которая равномерна вращается по отношению к инерциальной (в ньютоновском смысле) системе.

Центробежные силы, которые проявляются относительно этой системы, должны быть по Ньютону приписаны инерции.

Но эти центробежные силы, подобно гравитационным, пропорциональны массам тел.

Нельзя ли в таком случае рассматривать нашу систему координат как покоящуюся и центробежные силы как гравитационные? Такая точка зрения кажется очевидной, но классическая механика не допускает ее.

Это беглое рассмотрение наводит на мысль, что общая теория относительности должна давать законы тяготения, и действительное развитие этой идеи оправдало наши надежды.

Однако путь оказался труднее, чем можно было предполагать сначала, поскольку потребовалось отказаться от эвклидовой геометрии.

Иными словами, законы расположения материальных тел в пространстве не совпадают в точности с законами пространства, предписываемыми твердый телам эвклидовой геометрией.

Именно эта ситуация имеется в виду, когда мы говорим о «кривизне пространства».

Тем самым теряют свой точным смысл в физике фундаментальные понятия «прямой», «плоскости» и т. д.

В общей теории относительности представления о пространстве и времени, или кинематика, перестают быть фундаментальными, независимыми ни от чего понятиями физики.

Геометрические характеристики тел, их поведение и ход часов зависят прежде всего от гравитационных полей, которые в свою очередь создаются материальными телами.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/35417/126985

Переводчики: Irina73