Продолжаем дилетантские очерки на тему специальной теории относительности (СТО), предыдущий здесь. Просьба к наиболее креативной части публики: не адресовать автору возражения, исходящие из твердого убеждения, что СТО неверна. Моя задача донести логику теории – по возможности такой, какова она есть. Но не вынудить в нее «верить». И не выслушать ваши доморощенные встречные теории.
Знаю: странности СТО связаны с тем, что Эйнштейн ввел в физику излишнее понятие «систем отсчета»
Эйнштейн ни при чем! И законы Ньютона невозможно корректно сформулировать, не используя понятие систем отсчета (СО). В школе вопрос проскакивает незамеченным, отсюда ложное впечатление, что системы отсчета вдруг являются в связи с СТО.
Излагая упрощенно, система отсчета это лаборатория, в которой производятся измерения. Имеется в виду, что все приборы относительно лаборатории неподвижны.
Для начала, СО представляет собой воображаемую совокупность часов и линеек. Иногда считают, что они условно «прикреплены» к выбранному телу отсчета. Что вовсе необязательно!
Говоря более точно: система отсчета есть способ назначения событию его координат – пространственных и временных.
Знаю: СТО рассматривает только инерциальные системы отсчета
Все вообще законы физики формулируются в инерциальных системах отсчета (ИСО). Просто потому, что в таких СО законы выглядят проще. Аксиоматика СТО в этом смысле ничем не отличается.
Система отсчета называется инерциальной, если в ней выполняются законы Ньютона. Конечно, имеются в виду скорости, при которых данные законы применимы.
Знаю: любые две ИСО движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно. Если мы знаем одну, то знаем все
Так утверждает дорелятивистская механика, в которой время абсолютно. Относительно движутся только оси пространственных координат. Но будет ли другая система отсчета инерциальной – зависит еще и от установки ее координатных часов! «Система координат», если иметь в виду только пространственные оси – еще не система отсчета.
На самом деле, конечно, никто не оперирует выдуманными осями и часами. Если в выкладках мы учитываем законы Ньютона в стандартной формулировке, значит, пользуемся ИСО. То же относительно законов электродинамики. Ничего больше не требуется.
Знаю: теория относительности утверждает, что все зависит от выбора системы отсчета
Любая физическая теория утверждает то же самое.
Но важно помнить про абсолютность наблюдаемого результата – того, что фиксируется приборами. Например, показание часов, находящихся в точке, где произошло событие, абсолютно. Пусть событие привело к остановке часов, положение стрелок зафиксировалось (так в детективах судят о моменте убийства). Разумеется, оно никак не может зависеть от смены системы отсчета.
Другое дело, что разные часы могут в данное мгновение и в данной точке пространства показать разное время. Но и показания двух разных часов в момент их встречи абсолютны. Точно так же абсолютна отметка о событии на координатной линейке.
Знаю: бывают покоящиеся и движущиеся системы отсчета
Система отсчета неподвижна просто по определению: любые движения задаются относительно нее. Потому при решении задач никогда не подчеркивают «неподвижность» СО.
Но, когда (в учебниках) ищут преобразования координат при переходе между двумя ИСО, вынуждены указать, какую систему отсчета из двух рассматривает на данном этапе как таковую. Что и обозначают иногда словом «неподвижная». Другая рассматривается до поры просто как система движущихся часов и линеек.
Обычно назначают какую-нибудь ИСО в качестве опорной, ее время (и координаты) принимают за абсолют. Впрочем, любую задачу можно решить в любой системе отсчета. Что даже используют для контроля правильности решения: должен получиться тот же самый физический результат.
В принципе, можно использовать и неинерциальную систему, так иногда поступают в физике, если это упрощает дело.
Знаю: любое тело Вселенной испытывает действие сил, инерциальных систем отсчета не бывает в природе
Действие сил можно уравновесить другими силами. Но, в принципе – конечно, не бывает: система отсчета есть абстракция для целей анализа, а не что-то реально существующее.
И она не должна быть непременно связана с телом. К примеру, важнейшую задачу механики: рассеяние частиц – удобно рассматривать в ИСО центра масс системы. В ней ни одна частица не покоится!
Даже для реальной лаборатории неинерциальность не страшна: ее можно учесть поправкой к результатам.
Забавно, когда тезисом «ИСО не бывает!» оперируют в качестве аргумента против СТО. Он ведь должен тогда опрокидывать абсолютно всю физику: любые физические законы формулируют для ИСО, даже если это специально не оговаривается.