Силовое поле

Пусть наблюдатель, следя за движением тела, обнаруживает, что тело движется по криволинейному пути. Тогда он скажет, что на тело должна действовать сила. Этого требуют законы Ньютона.

Допустим, однако, что другой наблюдатель, следящий за той же последовательностью событий, утверждает, что тело движется равномерно и прямолинейно и, стало быть, на тело не действуют никакие силы. Кто же прав? Может ли так оказаться, что два в одинаковой степени искренних и компетентных наблюдателя придут к столь различным выводам в

вопросе о том, какой является траектория тела, прямолинейной или криволинейной? Могут ли быть в равной степени справедливы утверждения, что на тело действует сила и на тело не действуют силы? Можно ли утверждать, что в силу обстоятельств один из наблюдателей в большей мере, нежели другие, правомочен решать о том, что происходит?

Допустим, что жизнь наблюдателя проходит в большом герметическом стеклянном ящике. Предположим, что жилище этого наблюдателя поднято над уровнем Земли на несколько сот метров и падает с этой высоты. Наблюдатель В находится на поверхности Земли и наблюдает за поведением А в мощный телескоп. Для простоты мы будем предполагать, что сопротивления воздуха не существует.

В основе измерений наблюдателя В лежит тот факт, что он считает себя покоящимся на земной поверхности, а наблюдателя А — падающим вертикально с ускорением Все предметы в доме наблюдателя А ведут себя аналогичным образом — картины на стенах, трубка во рту этого наблюдателя, теннисный мячик, который он держит в одной руке, и пружинные весы, которые он держит в другой. Если наблюдатель А бросит через комнату мячик, то наблюдатель В скажет, что мячик описывает в пространстве кривую, называемую параболой, по которой движется любое падающее тело, имеющее скорость в горизонтальном направлении.

Рассмотрим теперь впечатления наблюдателя А. Если он захочет украсить стену картиной, то ему придется лишь поднять ее, прислонить к стене и оставить в таком положении. Вешать ее на крюк не придется. Когда наблюдатель А отнимет свои руки, картина останется там, где он ее только что держал. По утверждению наблюдателя В, стена и картина падают с одинаковой скоростью. Если наблюдатель вынет трубку изо рта и выпустит ее из рук, то трубка останется неподвижно висеть в воздухе, а наблюдателю В будет казаться, что трубка и сам падают рядом. Если наблюдатель бросит через комнату мячик, то он придет к заключению, что мячик движется прямолинейно,

пока не ударится о какой-нибудь предмет в комнате, тогда как, по мнению В, траектория полета мяча криволинейная. Прикрепив к пружинным весам стол, наблюдатель А обнаружит, что вес стола равен нулю, а взобравшись на платформу медицинских весов, он узнает, что его собственный вес также стал равен нулю. Эти опыты убедят наблюдателя А в том, что он находится в состоянии покоя в пространстве, которое свободно от силы тяжести, тогда как наблюдатель В в такой же степени будет убежден, что А падает в однородном силовом поле. Приведенные в предыдущих главах рассуждения позволят нам легко уладить это расхождение во взглядах. Наблюдатель В выбрал систему отсчета, связанную с Землей, тогда как система отсчета наблюдателя А связана со стеклянным ящиком. Эти системы движутся друг относительно друга с постоянным ускорением. Благодаря этому траектория, названная наблюдателем А прямолинейной, по словам В, оказывается криволинейной, а область пространства, свободная, как заявляет А, от действия сил, по утверждению В, находится в однородном силовом поле. И, наоборот, наблюдатель А утверждает, что Земля и наблюдатель В падают на него с постоянным ускорением. Если В позволит мячику катиться по столу, то А скажет, что в действительности мячик описывает в пространстве параболу, и т. п. Иными словами, представление этих наблюдателей оказываются взаимными.