Принцип эквивалентности

Естественно, что нам в большей степени импонирует точка зрения наблюдателя В. Но это недальновидный подход, ибо он вытекает из того, что наши привычки обусловлены жизнью в тех же условиях, что и у наблюдателя В. Если бы мы оказались потомками астронавтов, привыкших к свободному падению, то наши симпатии были бы на стороне наблюдателя А. Однако теория относительности запрещает нам отдавать предпочтение какому-то одному наблюдателю перед остальными. Не должно быть ни пристрастия,

ни предубеждения: любой закон природы должен в одинаковой степени приниматься всеми наблюдателями. Это означает, что любой закон должен иметь инвариантный вид, т. е. оставаться безучастным к переходу от одной системы к другой. Сила тяжести — простая иллюзия. Это, конечно, не означает, что ваш прыжок с крыши не приведет к печальным последствиям. Но Эйнштейн отрицает, что ваше неизбежное падение на Землю вызвано земным притяжением. Несколько ниже мы сможем изложить данное Эйнштейном объяснение последовательности событий в этом примере.

До сих пор мы рассматривали влияние силы тяжести только в небольшой области пространства. В ньютоновской теории считается, что эта область «заполнена» однородным силовым полем. Мы уже видели, что в таком случае его эффекты могут исчезнуть при выборе подходящей системы отсчета. Существование однородного силового поля (этот факт подтверждает наблюдатель В) отрицается наблюдателем А, система отсчета которого движется с постоянным ускорением относительно системы В. Наблюдатель в другой системе отсчета доказывал бы, что существует иное силовое поле. Поэтому можно сказать, что эти силовые поля приписываются наблюдателем Вселенной благодаря той обстановке, в которой он оказывается. Подходящим выбором системы отсчета можно нейтрализовать любое однородное силовое поле. А отсюда следует, что однородное силовое поле представляет собой не свойство наблюдаемых вещей, а искусственно, но в то же время бессознательно созданную наблюдателем фикцию.

Выбрав систему отсчета, наблюдатель А нейтрализует тем самым в своей окрестности то, что наблюдатель В называет полем силы тяжести, но в результате наблюдателю А будет казаться, что В падает на него с ускорением 9,8 м/сек2. Если бы А мог видеть то, что происходит с другой стороны земного шара, и обнаружил бы там летчика С, самолет которого потерпел аварию, то он приписал бы этому летчику ускорение 19,6 м/сек2. Таким образом, наблюдатель А

утверждает, что В находится в силовом поле, а С - в силовом поле удвоенной интенсивности. Самолетам, которые потерпели аварии и падают в разных точках земного шара, наблюдатель А тоже будет приписывать силовые поля различной интенсивности и направления. Следовательно, хотя выбор наблюдателем А системы отсчета и приводит к исчезновению силы тяжести в ее окрестности, но в остальной части пространства дело усложняется тем, что там возникают силовые поля различной величины и направлений. Однако это не имеет значения для А. Выводы, которые можно сделать из этих замечаний, содержатся в принципе эквивалентности Эйнштейна.

Если ограничиться небольшой областью пространства, то покоящееся поле силы тяжести будет эквивалентно системе отсчета, движущейся с постоянным ускорением в свободном от силы тяжести пространстве; нельзя придумать эксперимент, который позволил бы разграничить эти возможности.

Таким образом, мы видим, что, хотя появление поля силы тяжести обусловлено наличием материальных тел, все же любой наблюдатель, подобный обитателю стеклянного ящика, может выбрать себе такую систему отсчета, в которой эффекты поля силы тяжести будут компенсированы. Это означает, что в этой малой области пространства, но не за ее пределами, справедливы принципы специальной теории относительности. Подобный вывод имеет огромное значение, ибо он позволяет нам пользоваться в надлежащих пределах результатами, полученными при рассмотрении пространства-времени, на свойства которого не влияет наличие материальных тел.