Прошло более века со времени разработки А.Эйнштейном революционной теории, которая получила название теория относительности. Она включает в себя специальную теорию относительности (СТО), описывающую процессы без учета гравитационных взаимодействий, и общую теорию относительности (ОТО), описывающую тяготение.
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»
И как-то очень незаметно эквивалентность инертной и гравитационной массы трансформировалась в эквивалентность движения в гравитационном поле и в равноускоренной системе.
«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)
Именно эта аналогия представляется очень спорной. Вообще я считаю, что явление гравитации не имеет никаких аналогий. Это абсолютно уникальное явление в природе. Этот вопрос я рассматривал в одной из первых публикаций на канале «Часть 1.5. Зачем Эйнштейн обманул всех физиков?».
При обсуждении приведенной картинки многие читатели отметили очевидные различия ситуаций. На левой картинке все силы направлены вдоль параллельных прямых линий, расположенных вертикально. На правой картинке прямые линии, вдоль которых действуют силы, пересекаются в центре Земли. Если слева два человека внизу и вверху весят одинаково, то справа верхний человек весит меньше нижнего. Слева ускорение падающего шарика неизменно, а справа увеличивается при падении и т.д. Ни о какой идентичности ситуаций говорить не приходится.
Поэтому для меня очевидно, что принцип эквивалентности, понимаемый как эквивалентность движения в гравитационном поле и равноускоренной системе, глубоко ошибочен. При этом я не оспариваю корректность математического аппарата СТО и ОТО, не подвергаю сомнению успехи теории в решении прикладных релятивистских задач.
Я просто не могу согласиться с интерпретацией некоторых положений теории относительности и с трактовкой используемых понятий, которые искажают физический смысл явлений.
Разумеется, что многие читатели не согласны с моей точкой зрения. При этом критики не особенно утруждают себя аргументацией, а просто указывают на ошибочность моих утверждений и предлагают почитать школьные учебники физики. Один из комментаторов дал конкретную рекомендацию: «Читай 10-ю главу 2-го тома (Теория поля) сборника Ландау-Лифшица, Частица в гравитационном поле. И будет вам счастье и просветление».
Должен признаться, что я не помнил того, о чём там идёт речь. Но ссылка на классиков теоретической физики заставила меня освежить в памяти эту тему. Полагаю, что все студенты-физики занимались по этому учебнику. Но, как водится, читали только содержательную часть, то есть те страницы, где приведены формулы с описанием. А всякие предисловия и рассуждения на общие темы просто игнорировались. Но в данном случае мне пришлось прочитать и предисловие в виде первого параграфа указанной главы. Я был просто поражён прочитанным.
Приведу небольшую аннотацию этого параграфа 81, главы 10, тома 2 (Теория поля) из серии "Теоретическая физика" Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц.
В самом начале авторы описывают точку зрения современной физики по вопросу гравитации.
«Гравитационные поля (или поля тяготения) обладают следующим основным свойством: все тела вне зависимости от их массы движутся в них (при заданных начальных условиях) одинаковым образом.
Например, законы свободного падения в поле тяготения земли одинаковы для всех тел, какой бы массой они ни обладали,— все они приобретают одно и то же ускорение.»
Здесь следует отметить, что такой взгляд справедлив только для слабых гравитационных полей, малых скоростей движения и существенной разницы в массах взаимодействующих тел. Это называется приближением пробного тела.
Про́бное те́ло — одна из основных концепций классической теории поля, тело, обладающее настолько малым зарядом в случае применительно к электромагнитному полю или настолько малой массой при изучении гравитационного поля, что оно пренебрежимо мало возмущает внешнее поле.
Дополнительно предполагается, что размеры пробного тела пренебрежимо малы по сравнению с характерными для конкретной задачи расстояниями, то есть принимаются точечными.
При теоретическом рассмотрении полей является абстракцией. Реальные, используемые в физических экспериментах пробные тела есть некоторые более или менее точные приближения к «идеальному» пробному телу.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Пробное_тело
Затем авторы указывают на то, что такой подход позволяет установить аналогию между движением в гравитационном поле и в равноускоренной (неинерциальной) системе.
«…свойства движения в неинерциальной системе отсчета такие же, как в инерциальной системе при наличии гравитационного поля. Другими словами, неинерциальная система отсчета эквивалентна некоторому гравитационному полю. Это обстоятельство называют принципом эквивалентности.»
Как мы видим, под принципом эквивалентности авторы понимают совсем не равенство инертной и гравитационной масс, а эквивалентность движения в гравитационном поле и в равноускоренной системе. Но согласны ли сами авторы с такой точкой зрения и таким подходом? Оказывается, что нет. Авторы решили высказать свою точку зрения на рассматриваемый принцип эквивалентности. И дальнейшее изложение просто поразило меня.
«Однако поля, которым эквивалентны неинерциальные системы отсчета, все же не вполне тождественны с «истинными» гравитационными полями, существующими и в инерциальных системах. Между ними имеется существенное отличие в отношении их свойств на бесконечности. На бесконечном расстоянии от создающих поле тел «истинное» гравитационное поле всегда стремится к нулю. Поля же, которым эквивалентны неинерциальные системы отсчета, на бесконечности, напротив, неограниченно возрастают, или, в крайнем случае, остаются конечными по величине.
Поля, которым эквивалентны неинерциальные системы отсчета, исчезают, как только мы перейдем к инерциальной системе. В противоположность этому, «истинные» гравитационные поля (существующие и в инерциальной системе отсчета) невозможно исключить никаким выбором системы отсчета.»
Что означают эти утверждения? С моей точки зрения, только одно – несправедливость принципа эквивалентности в общепринятом понимании. Авторы не просто усомнились в корректности принципа эквивалентности, они указали на его принципиальную ошибочность с физической точки зрения. Но как быть, ведь на этом принципе строятся все последующие теоретические рассуждения? Авторам приходится искать какие-то оправдания для того, чтобы вернуться к общепринятой системе рассмотрения.
«Единственное, чего можно достичь надлежащим выбором системы отсчета, это — исключения гравитационного поля в данном участке пространства, достаточно малом для того, чтобы в нем можно было считать поле однородным.»
Что это? Корпоративная этика? Жесткая академическая цензура? Нежелание критиковать и подвергать сомнению общепринятые положения? Тогда зачем авторы решили упомянуть об «истинных» гравитационных полях? В результате они заронили зерно сомнения в сознание пытливых читателей и не дали ответ на возникший вопрос. Почему? Я остался в сильном замешательстве после прочитанного.
Я решил выложить текст этого параграфа без изменений в виде публикации «Истинные гравитационные поля и принцип эквивалентности» на своём канале. Для объективности обсуждений этого вопроса я не указал источник материалов и его авторов.
Реакция моих традиционных критиков не заставила себя долго ждать. Вот некоторые комментарии к указанной публикации.
Опять автор ярко демонстрирует непонимание предмета.
Вы не вполне представляете себе понятие система, а уж тем более роль гравитации в формировании систем.
Вот они, плоды системы ЕГЭ! Все рассуждения не несут никакой информации, но грамотность соблюдена.
Автор, стиль изложения материала напоминает монологи бравого солдата Швейка.
Отсюда следует, что автор ничего не смыслит в сути полевой материи.
Конечно, зная авторов этой публикации, чтение комментариев приобретает совсем другой характер. Хочу добавить, что с критическим замечанием отметился и человек, давший мне рекомендацию познакомиться с этой работой. Но он сам не узнал текст классиков теоретической физики. Справедливости ради, следует отметить, что гораздо большему количеству читателей публикация понравилась, что они подтвердили своими лайками. За это я им искренне признателен, за объективность и непредвзятость оценки.
Но вернёмся к принципу эквивалентности. Я считаю, что в приведённой формулировке очевидна несправедливость принципа эквивалентности, на что указали Л.Д.Ландау и Е.М.Лифшиц в работе «Теория поля». При этом, рассматриваемая формулировка принципа эквивалентности кочует из одного учебника в другой, вызывая заслуженную критику и подрывая доверие к основам теории относительности. Всё это не идёт на пользу развития физики. А откровенно ошибочные утверждения, повторяемые во всех учебных пособиях, вызывают только раздражение, подрывают авторитет и репутацию теории.
