В. Бояринцев
Из-во Яуза, Москва, 2005
(продолжение)
Принцип относительности, введенный Галилеем для механических систем (а других в то время не было), гласил, что никакими механическими опытами невозмож но установить, покоится данная система или движется рав номерно и прямолинейно.
Другими словами,
если в различных инерциальных (где действуют силы инерции. — В.Б.) системах коорди нат мы будем производить одни и те же механические опыты, то эти опыты во всех случаях дадут один и тот же результат.Галилей заметил, что механика движения, а именно столкновений, полета снарядов и т.д., будет одной и той же как в покоящейся, так и в равномерно движущейся лабораториях.
Пояснить этот принцип можно, приведя пример из книги “Физика для любознательных”[34]: допустим, что один поезд проходит мимо другого с постоянной скоро стью, без всяких толчков, причем все окутано таким гус тым туманом, что вокруг ничего не видно. Могут ли пасса жиры определить, какой из поездов движется? Могут ли им помочь эксперименты по механике? Пассажиры могут наблюдать только относительное движение. Хотя все правила сложения векторов и законы движения выработа ны в движущихся “земных” лабораториях, они тем не ме нее не обнаруживают никакого влияния этого движения. Из принципа Галилея следует, что механическими опытами нельзя обнаружить равномерное и прямолиней ное движение системы отсчета относительно Солнца и звезд. Но ускоренное движение системы отсчета относи тельно Солнца и звезд может сказаться на результатах опытов.
Среди систем координат классической физики особо го внимания заслуживают галилеевы системы. Ни одной из них нельзя отдать принципиального предпочтения, хотя с практической точки зрения целесообразно в зависимости от ситуации считать предпочтительной ту или иную систему отсчета.
Так, для пассажира, едущего в поезде, система коор динат, связанная с поездом, является более естественной системой отсчета, чем система координат, связанная с железнодорожным полотном. В свою очередь, последняя система является более удобной системой отсчета для наблюдателя, не едущего в поезде. Принципиальная равноценность различных галилеевых систем находит свое выражение в том, что формулы для перехода из одной системы в другую одинаковы, изменяется только знак относительной скорости. Так обстоит дело с точки зрения кинематики, но такая же равноценность различных галилеевых систем имеет место и в динамике. В этом и состоит классический принцип относительности.
Специальный принцип относительности распростра няет принцип относительности Галилея на все физические явления, а не только на одни лишь механические движения, для которых он был сформулирован. Иначе говоря, для всех систем координат, движущихся прямолинейно и равно мерно друг относительно друга, любые физические явления должны протекать одинаково, и любые физические опыты должны давать одинаковый результат.
Это положение получило название специального принципа относительности, так как относится к специальному случаю равномерного и прямолинейного движения. Все законы должны выглядеть одинаково как для системы координат, связанной со звездами, так и для любой системы координат, движущейся относительно звезд прямоли нейно и равномерно.
Более общий принцип, охватывающий случаи ускоренного движения систем координат, был назван общим прин ципом относительности.
Но при переходе к специальному принципу относительности классический закон сложения скоростей теперь
должен быть заменен правилом Лоренца.
Лоренц постулировал: “В равномерно движущейся системе можно использовать собственный масштаб времени”. Всякая система имеет свое время. Для пересчета времени одной системы на время другой он создал уравнения, которые получили название преобразований Лоренца.