§ 74°. Основные положения теории относительности
После того как люди убедились в том, что во всех инерциальных системах механические явления происходят одинаково, в конце XIX в. и в начале XX в. предпринимались многочисленные попытки найти такие явления природы, которые бы менялись при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую. Все они кончались безуспешно. Тепловые, электрические, магнитные, световые и атомные явления происходили во всех системах одинаково. Также одинаково происходили и все биологические явления. Ни одно из них не позволяло обнаружить собственного движения инерциальной системы отсчета.
Основываясь на результатах многочисленных опытов, в 1905 г. Эйнштейн высказал предположение о том, что независимость явлений природы от выбора инерциальной системы является одним из основных законов мироздания. Итак: все физические явления в мире происходят, одинаково во всех инерциальных системах отсчета; во всех этих системах все законы действуют в неизменной форме. Этот вывод стал первым основным положением новой физики, которую принято называть теорией относительности. Ни один из опытов, которые непрерывно производятся до сих пор, не смог опровергнуть этого утверждения Эйнштейна.
Со вторым основным положением теории относительности мы познакомились в § 28. Там было отмечено особое значение закона Галилея, который утверждает, что все тела под действием силы тяжести падают на Землю с одинаковым ускорением. Теперь мы можем сказать, что одинаковость ускорений свободного падения различных тел устанавливает связь между их инертными и гравитационными свойствами. Она означает, что инертные и гравитационные свойства тела определяются одной и той же величиной — массой тела. Поэтому второе основное положение теории относительности формулируется так: инертные и гравитационные свойства тел эквивалентны. Третьим основным положением теории относительности стали результаты опытов по измерению скорости света. Эти опыты начали проводиться во второй половине XIX в. и продолжаются до сих пор. Они обнаружили одно удивительное свойство света. Оказалось, что скорость света не зависит от скорости движения системы отсчета. Или по-другому: скорость света во всех инерциальных системах отсчета одинакова.
Именно этот результат стал третьим основным положением теории относительности, которая теперь является одной из важнейших среди современных теорий строения мира.
Используя эти три основных положения и законы, управляющие отдельными явлениями, А. Эйнштейн (1879—1955) нашел величины, с помощью которых можно характеризовать любое явление и которые не зависят от положения и движения наблюдателя, от выбора системы отсчета. Использование этих основных положений позволило также установить, что свойства времени и пространства в разных системах отсчета различны. Оказалось, что время в быстро движущейся системе течет медленнее, а линейные размеры предметов становятся меньше. Эти же положения позволили объяснить, почему ускорения зависят от скорости движения. Наконец, использование этих положений позволило открыть удивительную связь инертных свойств тела с его полной энергией.
