§ 5. ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ В КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ

Обсуждая великие проблемы космоса, мы почти забыли о нашем отправном пункте — Земле. Законы динамики, открытые в земных экспериментах, были перенесены на астрономическое пространство, в котором Земля несется по" своей орбите вокруг Солнца с такой огромной скоростью! Как же тогда случилось, что мы столь мало замечаем это путешествие в пространстве? Как случилось, что Галилей на движущейся Земле преуспел в открытии законов, которые, согласно Ньютону, строго справедливы только в абсолютно покоящемся пространстве? Мы уже обратили внимание на этот вопрос, когда говорили о воззрениях Ньютона на пространство и время. Мы установили тогда, что внешне как будто бы прямая траектория шара, катящегося по столу, на самом деле должна слегка искривляться вследствие вращения Земли: ведь траектория должна быть прямой не относительно движущейся Земли, а относительно абсолютного пространства. Тот факт, что мы не замечаем этой кривизны, обусловлен малостью проходимого шаром пути и времени наблюдения, в течение которого Земля поворачивается лишь на очень малый угол. Признав это, мы все-таки не уясняем ничего во вращательном движении Земли вокруг Солнца, которое происходит с невероятной скоростью Почему мы этого абсолютно не замечаем?

Это движение при обращении вокруг Солнца, конечно, тоже представляет собой вращение и должно быть доступным наблюдению через земные движения так же, как вращение Земли вокруг ее собственной оси, лишь в гораздо меньшей мере, поскольку кривизна земной орбиты так мала. Но в нашем вопросе мы имели в виду не вращательное движение, а поступательное, которое, конечно, в течение одного дня остается равномерным и прямолинейным.

На самом деле все механические события на Земле происходят так, как если бы этого удивительного поступательного движения не существовало; этот закон выполняется в самом общем

случае для всех систем тел, которые находятся в состоянии равномерного и прямолинейного движения в ньютоновском абсолютном пространстве. Этот закон называют принципом относительности в классической механике; его можно сформулировать различным образом. Сейчас мы будем формулировать его так:

Законы механики в системе координат, движущейся равномерно и прямолинейно в пространстве, имеют тот же вид, что и в системе координат, покоящейся в пространстве.

Чтобы убедиться в истинности этого закона, мы должны лишь отчетливо помнить фундаментальный закон механики — закон импульсов сил — и понятия, входящие в него. Мы знаем, что удар вызывает изменение скорости. Но это изменение совершенно не зависит от того, измеряются ли скорости до и после удара в абсолютном пространстве или в системе координат, которая сама движется с постоянной скоростью а. Если до удара движущееся, тело имело в пространстве скорость см/сек, то наблюдатель, движущийся со скоростью в том же направлении, измерил бы только относительную скорость Когда тело испытывает удар в направлении движения, в результате которого его скорость возрастает до , движущийся наблюдатель измерил бы конечную скорость как Таким образом, изменение скорости, вызванное ударом, равно в абсолютном пространстве. С другой стороны, движущийся наблюдатель находит, что изменение скорости равно

Эти изменения равны. То же самое верно и для непрерывно действующих сил и вызываемых ими ускорений. Действительно, ускорение определялось как отношение изменения скорости к времени, необходимому на это изменение. Поэтому не зависит от того, в каком равномерном прямолинейном поступательном движении (движении переноса) находилась используемая при измерении система отсчета; то же самое верно для

Основой этого закона служит, очевидно, закон инерции, согласно которому движение переноса имеет место в отсутствие сил. Система тел, движущихся в пространстве с одной и той же постоянной скоростью, оказывается, таким образом, не только покоящейся в смысле взаимного расположения тел, но в ней также отсутствуют и силы, проявляющиеся на телах системы как следствие движения. Если же тела системы действуют друг на друга посредством сил, то движения, вызываемые этими силами, будут совершаться в точности так, как будто общего движения

переноса не существует. Таким образом, для наблюдателя, движущегося вместе с системой, движение переноса было бы совершенно неотличимым от состояния покоя.

Опыт, каждодневно повторяемый тысячи раз и состоящий в том, что мы не обнаруживаем ничего, свидетельствующего о движении переноса Земли, являет собой убедительное доказательство этого закона. Но тот же факт можно видеть и в движениях на Земле. В самом деле, когда движение на Земле равномерно и прямолинейно относительно Земли, оно является таковым и относительно пространства, если не учитывать вращательного движения Земли. Каждый знает, что на корабле или в вагоне поезда, движущихся равномерно и прямолинейно, механические процессы протекают в точности так же, как на Земле (которая считается покоящейся). На движущемся корабле, например, камень падает вертикально: он падает вдоль вертикали, которая движется вместе с кораблем. Если бы корабль двигался совершенно равномерно и прямолинейно, без покачиваний и разнообразных толчков, то пассажиры не замечали бы движения до тех пор, пока не заметили бы видимого движения берегов.