Общая теория относительности, разработанная Эйнштейном более века назад, явилась революционной теорией, изменившей мировоззрение не только физиков того времени, но и многих людей, не связанных с наукой.
В основу ОТО было положено равенство инертной и гравитационной массы тела. Этот эвристический принцип получил название «Принцип эквивалентности». Для большей наглядности и доступности основ ОТО Эйнштейн предложил следующую аналогию:
«Закон равенства инертной и тяжелой масс можно сформулировать очень наглядно следующим образом: в однородном гравитационном поле все движения происходят точно так же, как в равномерно ускоренной системе координат в отсутствии поля тяготения.
— Альберт Эйнштейн»
«Для иллюстрации этого принципа Эйнштейн предложил следующий мысленный эксперимент. Пусть тела находятся в лифте небольших размеров, который бесконечно удалён от гравитирующих тел и двигается с ускорением. Тогда на все тела, находящиеся в лифте, действует сила инерции, а тела под действием этих сил будут давить на опору или подвес. То есть тела будут обладать весом.
Если лифт не движется, а висит над какой-то гравитирующей массой в однородном поле, то все тела также будут обладать весом. Находясь в лифте, невозможно отличить эти две силы. Поэтому все механические явления будут в обоих лифтах происходить одинаково.» (https://ru.wikipedia.org/wiki/Принцип_эквивалентности_сил_гравитации_и_инерции)
Однако эта аналогия вызывает много вопросов.
Прежде всего, эти силы отличить можно. Это вопрос на уровне олимпиады по физике для старших школьников. Дело в том, что на тела в движущемся с ускорением лифте действуют силы, вектора которых строго параллельны друг другу. На тела в лифте, который находится в гравитационном поле, действуют силы, вектора которых пересекаются в центре масс гравитирующего тела.
Уточнения, что лифт находится бесконечно далеко от гравитирующего тела, или что размер рассматриваемой области бесконечно мал, не меняют суть происходящего. Вектора сил либо пересекаются, либо нет. Все эти уточнения аналогичны утверждению:
Прямые, пересекающиеся под очень маленьким углом, почти параллельны.
Для математики это абсурд. Почему же это может быть применимо для физики?
Но есть ещё один, более неприятный момент. При формулировке принципа эквивалентности зачастую используют термин «однородное гравитационное поле». А это уже большая методологическая ошибка, так как гравитационное поле не может быть однородным по своей природе.
Понимал ли Эйнштейн ошибочность его формулировки принципа эквивалентности и предложенных им аналогий? Уверен, что да, понимал. Но его теория относительности была настолько революционной для того времени, что бесспорно нуждалась хоть в какой-то наглядной аналогии. Но возможно ли найти наглядное пояснение такому явлению, как гравитация, у которого просто нет аналогий? Думаю, что это неразрешимая задача. Поэтому Эйнштейн был вынужден пойти на эту сомнительную аналогию.
Справедливости ради, говоря о принципе эквивалентности необходимо отметить следующее:
«Исторически этот принцип действительно сыграл большую роль в становлении общей теории относительности и использовался Эйнштейном при её разработке. Однако в само́й окончательной форме теории он на самом деле не содержится, так как пространство-время как в ускоренной, так и в исходной системе отсчёта в специальной теории относительности является неискривлённым — плоским, а в общей теории относительности оно искривляется любым телом и именно его искривление вызывает гравитационное притяжение тел.» (https://ru.wikipedia.org/wiki/Общая_теория_относительности)
Поэтому в наше время, спустя более века после разработки ОТО, уже давно пора перестать ссылаться на какие-то надуманные аналогии при обосновании или объяснении этой теории. Свою роль в своё время они сыграли. Тащить в будущее этот сомнительный багаж бессмысленно.