Исаак Ньютон в 1687 г. сформулировал закон инерции так: «всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действие сил не заставит его изменить это состояние». Казалось бы, очевидный Первый закон, на котором базируется вся основа ДИНАМИКИ и преподаётся во всех школах. Но в какой системе отсчёта это явление должно происходить, или к какой системе отсчёта это тело должно принадлежать? Ньютон утверждает: «инерциальной».
Но, к сожалению, в действительности, нам не известна ни одна такая система. «Всё вертИтся и кружИтся, и несЁтся кувырком!» У Ньютона инерциальная система привязана к абсолютному пространству, которое «остаётся всегда одинаковым и неподвижным», а «проявления, которыми различаются абсолютное и относительное движения, состоят в стремлении удалиться от оси вращательного движения, ибо в чисто относительном вращательном движении эти силы равны нулю».
Действительно, если бы небо над Землёй было постоянно затянутым густыми облаками, мы, даже наблюдая за восходами и заходами нашего светила, никогда бы не смогли узнать, кто вокруг кого вращается, возможно, полагая, что именно Земля и является абсолютно неподвижным центром. Наблюдая за ровной гладью воды в озере, не сразу подумаешь, что мы, вращаясь вокруг оси, со скоростью 1700 км/час, продолжаем лететь, относительно нашей ближайшей звезды со скоростью 20 км/сек. Проносимся вокруг центра Галактики, примерно, на скорости 300 км/сек, и, возможно, участвуем вместе с другими звёздными скоплениями в расширении Вселенной тоже с огромными скоростями. Пока мы не заденем, стоящее на земле ведро, вода в нём будет оставаться неподвижной. И даже неодинаковые берега размыва различных рек служили бы нам только многочисленным предположениям. Конечно, по сменам дня и ночи, по периодическим приливам и отливам океанов, по различным фазам биофизических процессов, по наблюдению за падающими или раскачивающимися телами, мы бы, наконец, поняли, что Земля вращается. Ввели бы понятие времени, поскольку это лишь условная мера соотношения неких периодически повторяющихся процессов. Но без звёздного неба, без других планет, этот вывод был бы невозможен. Однако нам повезло и мы, глядя на небо, можем наблюдать «миллиарды неподвижных звёзд».
У Ньютона, закрученное на нити ведро с водой, при вращении образует воронку и это происходит относительно неподвижного абсолютного пространства, следовательно, ускорение по нему абсолютно. Критикуя в теории Ньютона абсолютное движение в абсолютном пространстве, Эрнст Мах в 1896 г. утверждал: "Вряд ли есть необходимость заметить здесь, что и в приведенных рассуждениях Ньютон изменяет своему намерению исследовать только ф а к т и ч е с к о е. Об абсолютном пространстве и абсолютном движении никто ничего сказать не может, это чисто абстрактные вещи, которые на опыте обнаружены быть не могут. Все наши основные принципы механики представляют собою ... данные опыта об относительных положениях и движениях тел".
У Маха это вращение относительно всех удалённых масс. Для него силы инерции и гравитационные силы являются проявлением одной и той же сущности, и ускорение – ПЕРВИЧНО! Действительно, Первый закон Ньютона, назовём его для «условно инерциальной системы», естественным образом приводит к выводу известных формул Второго закона:
Однако, чтобы вывести тело из состояния покоя до равномерного прямолинейного движения, или привести его в состояние покоя, требуется не какая-то обобщённая «эфемерная» сила. Независимо от того будет ли это обычное столкновение тел, либо дуновение ветра, взрыв порохового или ядерного заряда, или электромагнитное воздействие, мы должны понимать, что это заранее обусловленная своим потенциалом, ВНЕШНЯЯ материальная сила, уже готовая воздействовать на тело с ускорением (Авн). Именно, движущаяся МАТЕРИЯ, заполняющая изменяющееся пространство, описывается нами как энергетическое воздействие:
Но для реальной неинерциальной, Земной системы, равенства в уравнении быть не должно: существует трение, сопротивление среды, гравитация, и т.п. Что же будет происходить с этим законом вдали от Солнечной системы, в отсутствии всех «помех» движению, это ещё человечеству предстоит узнать. Согласно принципу Маха «инертные свойства материального физического тела определяются всеми остальными материальными физическими телами Вселенной, т.е. источником инерции является УСКОРЕНИЕ тела (а), и не относительно абсолютного пространства, как у Ньютона, а относительно системы отсчёта, связанной с «небом неподвижных звёзд», масса которых и является источником инерции». Несколько упрощая эти высказывания, можно принцип Маха трактовать как утверждение, что не существует у тела внутренне присущее ему инерционное свойство сопротивлению действию; противодействовать движению тела под действием какой-то силы может только некая другая сила. С другой стороны, с учётом современных знаний, весьма качественных снимков высокого разрешения телескопа Хаббла само понятие «небо неподвижных звёзд» выглядит весьма сомнительным.
Даже не обладая на современном этапе объёмной картой звёздного неба, снимки миллионов совершенно различных по форме, неупорядоченных спиралей галактик показывают, что там нет никаких закономерностей, присущих для идеально инерционной системы отсчёта. Это разно удалённые системы скоплений, вихревых потоков с бесконечным разнообразием их свойств. Да, все они либо излучают, либо поглощают огромное количество энергии, которое в течение многих миллиардов лет привело Вселенную к некому равновесию. Эти излучения всепроникающие. И, возможно, оно в состоянии оказывать воздействия на малозначимые для их существования, точечные объекты, разбросанные обитаемые планеты, наподобие нашей Земли, и на их свойства. А с какими ускорениями происходит процессы в этих колоссальных, находящихся в постоянном движении и взаимодействии галактиках, нам пока неизвестно. Ясно только одно, что нашей земной песчинке радиусом всего 6400 км в этом бесконечном пространстве достаётся ускорение g = 9.8м/cек2 . Таким образом, Мах отказывается признавать инерциальную систему Ньютона, как и «равномерное прямолинейное движение». Для него все движения только относительные. И нет никакой разницы между движением вращательным и поступательным. В этих, на первый взгляд абстрактных рассуждениях Маха об инерции, в начале, кстати, безоговорочно принятых А. Эйнштейном, кроется глубинное противоречие в познании ПРИЧИННЫХ свойств о движении объектов во Вселенной.
Интересно отметить, что Ньютон, «не измышляя гипотез», то есть, не обращаясь к причинам исследуемых фактов, исследуя только сами явления, построил цельную теоретическую основу Физики на зыбком фундаменте «пустого пространства» и на несуществующей «абсолютно инерционной системе». Видимо, он понимал, что на начальном этапе невозможно вникать в естественные причины, полагая, что «они образуют бесконечный ряд окончательных первопричин, а истина так и останется труднодостижимой». Но человечеству трудно с этим согласится. По своему цивилизационному опыту оно убедилось, что никакую болезнь невозможно излечить, исследуя только её симптомы. Нужно докопаться до причин. С эксплуатацией, износом, неисправностями, поломками техники, - нужен тот же подход. И, видимо, поэтому Мах полагает, что «сначала нужно изучить, какая существует зависимость между явлениями, чтобы определить, что является определяющим началом». То есть он идёт дальше, только понятие причины заменяет понятием функции, когда ищет установление «взаимной зависимости» между явлениями.
Земля, Луна и другие планеты совершают свои эллиптические орбиты вокруг Солнца. Причём на определённых участках то ускоряясь, то замедляясь, возможно, не потому, что «падая на него, постоянно промахиваются», как это сказано в наших учебниках, а двигаются почему-то с разным эксцентриситетом и с разным ускорением по своим орбитам совсем по другой причине, как об этом указывал Мах?! Вооружившись снимками космоса, мы уже не можем взять и отбросить принципы Маха, потому что там отсутствует единое абсолютное космическое вращение, что означало бы существование преимущественного направления в пространстве. Там царит Хаос.
Именно этим принципом можно объяснить, кажущуюся парадоксом, природу инерционного влияния удалённых Звёзд, Галактик, на любое тело, находящееся на Земле или где-то во Вселенной. Ускорение физических процессов, постоянно происходящих на них ПЕРВИЧНО. Но мы, являясь только приёмниками многочисленных сигналов в разных диапазонах волн,
пока мало понимая о физической природе этих источников, сами искусственно ограничили их, проводя эксперименты в специфических земных условиях, неизменной скоростью светового потока, забывая о том, что это только предположение, необходимое для теоретических построений, в частности СТО А.Эйнштейна.
И глубоко заблуждаются те, кто полностью отождествляют центробежную и гравитационную силу, надеясь будущую космическую станцию представить в нечто вроде большого колеса, которое должно вращаться вокруг своей оси с такой скоростью, чтобы обеспечить ускорение в 9,8 м/сек2 на его периферии. Если, к примеру, диаметр нашего «колеса» 20 метров и один оборот оно будет совершать за 6,28 сек, то, естественно, на периферии ускорение достигнет 10 м/сек2 . Но космонавтам нужно работать, перемещаться по отсекам, необходимо предусмотреть, как минимум ещё 2-3 метра, а это уже разброс 7 - 10 м/сек2 . Не уверен, что станет комфортной, ситуация, в которой ускорение на разные органы человека будет зависеть от радиуса установки. Иначе говоря, в одном отсеке корабля кровь у астронавта будет притекать к голове, а в другом к ногам, где-то он будет себя чувствовать как на уровне моря, а где-то как на высокогорной вершине.
Что же касается ограничения скорости движения тел скоростью света? Так достаточно порыться в учебниках авиации конца 19 начала 20 века, написанные весьма известными учёными, где без особого труда вы найдёте формулу Хендрика Антона Лоренца, так удачно заимствованную Эйнштейном. Только в ней вместо скорости света введена предельная скорость звука, превысить которую считалось невозможно. Не прошло и 50 лет, как мы пережили этот запрет. В 1895 г.
А Жюль Анри Пуанкаре, задолго до Альберта Эйнштейна, сформулировал основные положения принципа относительности и первым выдвинул ГИПОТЕЗУ постоянства скорости света, правда, подчеркнув: «Это есть постулат!». уже через 10 лет в ранг «строгого и точного закона» его перевёл А.Эйнштейн. Понятно, что у всех теорий и законов свой срок действия, но,…наверное, утверждение физических законов, должно несколько отличаться от юридических, тем более принятых единолично. Ещё через 10 лет Эйнштейн пытался рассмотреть принцип Маха в соотношении с «эфиром» и общей теорией относительности (ОТО), но, надо отдать должное, сам Мах был разочарован Эйнштейном, поскольку всегда пытался избегать принимать за реально существующее то, что недоступно наблюдению.
О принципе Маха Эйнштейн вспоминает часто в своих статьях, пытаясь, каждый раз, встроить этот принцип в ОТО, но поскольку в его теории мера инерции отдельно взятого тела является его полная энергия, то это ему никак не удаётся. ОТО построена на постулате – принципе эквивалентности инерциальной массы и гравитационной массы, или эквивалентности ускорения и поля тяготения. А у Маха, если идти вглубь, инерциальная масса, следовательно, и его структура, это плод от плоти всей материи Вселенной. А она-то везде разная.
Значит и принцип эквивалентности должен нарушаться! ОТО смогло кинематическими построениями, уравнять и инерциальные, и неинерциальные системы координат, но поскольку скорость движения относительна, то и энергия любого объекта, зависящая от квадрата скорости, не является абсолютной. Поэтому у Эйнштейна «в однородном гравитационном поле все движения происходят точно так же, как и в равномерно ускоренной системе координат в отсутствии поля тяготения». Поскольку у него именно инерция сообщает всем телам одно и то же ускорение, Эйнштейн для иллюстрации предложил мысленный эксперимент с лифтом. Человек, стоя на Земле в покоящемся, наглухо закрытом лифте, бросая на пол любой предмет, измерив высоту и время его падения, легко вычислит ускорение падения тела. Спрашивается, покоится ли его кабина, или она, снабжённая реактивным двигателем, движется с ускорением падающего тела? Из самой невозможности этого определения, Эйнштейн делает вывод, что «поскольку никакие эксперименты не позволяют отличить явления, связанные с тяготением, от явлений, характерных для ускоренного движения, то эти эффекты неразличимы». Самое удивительное, что на протяжении уже около столетия из учебника в учебник переходит почти одна и та же картинка , на которую с ссылаются в качестве доказательства этого сомнительного вывода (рис.1).
Однако это утверждение не просто спорное, а ошибочное:
на Земле в лифте (рис.2) тела, падающие из правой и левой руки, строго говоря, будут иметь разные векторы ускорений, направленные к центру Земли, а в лифте, летящем в безвоздушном пространстве, их траектории должны быть параллельны. К тому же, на Земле ускорение падающего тела из поднятой руки будет несколько меньше, чем из опущенной, поскольку она, всё-таки ближе к центру Земли, а в космическом пространстве этой разницы не будет. Кто-то может сказать, что это мелочь. Но в физике именно из-за таких, расходящихся с действительностью "мелочей", появляются новые,до селе невиданные открытия.
У Эйнштейна гравитационное поле может существовать без материи. У Маха наличие инертной массы у тела является следствием гравитационного взаимодействия его со всей материей Вселенной. Если тела из разных веществ имеют одинаковое ускорение, то принцип эквивалентности по Эйнштейну соблюдается, если же нет – (ОТО) Эйнштейна лишь красивое математическое описание предполагаемой пространственно-временной кривизны. Но все методики экспериментальных исследователей этого феномена до сих пор, к сожалению, отличающиеся от методики Ньютона более чем трёхсотлетней давности, отрицательны. Именно поэтому, в конце - концов, Эйнштейн пришёл к выводу, что выполнение принципа Маха «необязательно». Другими словами, принцип Маха и ОТО Эйнштейна являются взаимоисключающими.
Возможно, весь скрытый смысл спора гениальных физиков по ИНЕРЦИИ, заключается в том, будет ли человечество бороздить по просторам Вселенной или, оставаясь на Земле, ограничит своё любопытство созданием высокотехнологичных роботизированных систем для исследования околосолнечного пространства. Что окажется верным нам ещё предстоит узнать.
#инерция#мах#эйнштейн#принципы#ошибки