Настоящая публикация является завершающей в обсуждении принципа Маха, начатом в публикациях «Принцип Маха. Что останется, если всё убрать?» и «Принцип Маха. Верны ли основы теории относительности?». Напомню, что в 1896 году Эрнст Мах сформулировал набор утверждений, получивших название «Принцип Маха»:
1. Существование пространства и времени неразрывно связано с существованием физических тел. Удаление всех физических тел прекращает существование пространства и времени.
2. Причиной существования инерциальных систем отсчёта является наличие далёких космических масс.
3. Инертные свойства каждого физического тела определяются всеми остальными физическими телами во Вселенной и зависят от их расположения.
В предыдущих публикациях были рассмотрены два первых утверждения из приведенного списка. Сейчас я изложу свою точку зрения на третье утверждение, касающееся инертных свойств физических тел.
Это, пожалуй, самое известное и обсуждаемое утверждение из принципа Маха.
На первый взгляд это утверждение выглядит логичным. Ведь действительно в природе все тела находятся в постоянном взаимодействии, оказывают влияние друг на друга. Поэтому невозможно отрицать влияние всех тел во Вселенной на какое-либо конкретное тело.
Но при более внимательном рассмотрении можно увидеть глубокое расхождение с принципами, на которых базируется классическая физика. Согласно классической физике каждое тело имеет набор определенных свойств, характеристик, признаков, которые определяют взаимодействие этого тела с другими телами. К таким характеристикам относятся масса тела, электрический заряд, энергия, температура и т.д. Классическая физика полагает, что эти параметры определяют характер взаимодействия тел и особенности протекания физических процессов.
При этом считается, что эти характеристики являются атрибутами тела и не зависят от самого взаимодействия, определяемого ими. То есть параметры тела первичны, а взаимодействия вторичны.
Инертные свойства тела определяются его инертной массой. В последнем утверждении принципа Маха предполагается, что инертная масса тела определяется всеми остальными физическими телами во Вселенной и зависит от их расположения. То есть предполагается, что инертная масса тела определяется гравитационным взаимодействием. Это полностью противоречит научной методологии. Ведь если продолжать эту логику, то необходимо сказать, что заряд электрона определяется всеми остальными заряженными телами во Вселенной и зависит от их расположения. И, как следствие, что все электроны имеют различные заряды, поскольку воздействие на каждый электрон различно.
Современная физика также строго придерживается положения, что характеристики тела первичны, а взаимодействия вторичны. Поэтому в современной физике для объяснения природы возникновения массы частиц приходится прибегать к другому взаимодействию, обусловленному полем Хиггса. То есть масса частицы, согласно этому представлению, обусловлена взаимодействием частицы не с гравитационным полем Вселенной, а с полем Хиггса. При этом возникает соблазн назвать это поле пятым фундаментальным взаимодействием. Но фактически это уход от ответа на вопрос о природе массы. Поскольку напоминает очередную матрешку: Гравитационное поле и гравитационное взаимодействие определяется массой тела. Масса тела определяется взаимодействием с полем Хиггса. А чем определяется параметр взаимодействия тела с этим полем? Каким-то иным полем? Можно продолжать бесконечно. (Будет очень смешно, если окажется, что параметр взаимодействия тела с полем Хиггса определяется гравитационным полем)
Из всего сказанного можно сделать вывод, что последнее утверждение принципа Маха противоречит методологическим принципам современной физики.
Рассмотрим еще один аспект принципа Маха. Во всех утверждениях принципа Маха очень произвольно трактуется понятие массы, о физическом смысле которой можно только догадываться.
Термин «Далёкие космические массы» я понимаю как космические объекты, участвующие в гравитационном взаимодействии и характеризующиеся гравитационной массой.
Высказывание «Инертные свойства каждого физического тела определяются всеми остальными физическими телами во Вселенной и зависят от их расположения» я понимаю как то, что инертная масса тела определяется гравитационными массами всех тел во Вселенной.
Поэтому для меня это утверждение принципа Маха означает отказ от принципа эквивалентности гравитационной и инертной массы тела, являющегося одним из базовых постулатов современной физики.
Мах полагает, что все тела имеют гравитационную массу. При этом он отвергает эквивалентность гравитационной и инертной массы, полагая, что инертная масса тела зависит от совокупности гравитационных масс остальных тел во Вселенной, от потенциала гравитационного поля, в котором находится тело.
Просто так такими утверждениями разбрасываться недопустимо. Необходимо приводить хоть какие-то аргументы в пользу этого предположения. Поскольку физика на протяжении всей своей истории развития убеждалась в глубоком родстве явлений инерции и тяготения, подкрепляя это экспериментальными данными. Принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс проложен в основу общей теории относительности, справедливость которой не оспаривается.
Кроме того, Мах подвергает сомнению другой важный принцип физики – принцип близкодействия. Современная физика утверждает, что все взаимодействия между объектами осуществляются с определенной конечной скоростью. Поэтому протекание любых физических явлений определяется только ближайшим окружением и не зависит от состояния бесконечно удаленных объектов во Вселенной.
Исходным положением для рассматриваемых утверждений Маха является его убежденность в том, что у тел нет внутренней причины сопротивляться внешней силе. Неизменность параметров движения физических тел обусловлена совокупным действием всей материи Вселенной, то есть совокупным гравитационным потенциалом. Таким образом, наличие далёких масс стабилизирует параметры движения и определяет инерцию тела. Следовательно, если тело удалить далеко от всех звёзд, то инерция тела уменьшится до нуля. Дискуссии о том, имеет ли инерцию одиночное тело в пустом пространстве, очень популярны. Сам Мах никогда не давал прямой ответ на поставленный вопрос. Но из его принципа следует, что одиночное тело имеет гравитационную массу и окружено гравитационным полем. Но при этом инертная масса равна нулю.
Это полностью расходится с положением общей теории относительности, согласно которой инертная масса любого тела, в том числе и одиночного тела в пустом пространстве, эквивалентна гравитационной массе этого тела. Это обусловлено единой природой инертных и гравитационных явлений. Это единство заключается в том, что оба этих явления обусловлены особенностями движения тела в деформированном пространстве. То есть пространство – это не пустота, как понимал это Мах, а реальная физическая среда, в которой происходит движение тел. Пространство деформируется при движении тела и это приводит к тому, что у тела появляется причина сопротивляться изменению параметров движения. Этот вопрос рассматривался в публикации «Часть 2.15. Почему тела притягиваются? В чем заключается причина инерции?».
Я допускаю, что Мах, как и многие его современники, был сторонником и большим любителем астрологии. Поэтому утверждения из принципа Маха представляются мне не попыткой понять и описать физическую картину мира, а попыткой обоснования астрологии. Ведь если мы согласимся с тем, что далёкие звёзды определяют законы движения всех тел во Вселенной, то можно допустить и то, что эти звёзды определяют судьбу человека. Эти взгляды допустимы для общества 19 века, но совершенно неприемлемы для науки 21 века.
Принцип Маха имеет исключительно историческую и философскую ценность, но не научную.
P.S.
Всё, что связано с принципом Маха мне напоминает обыкновенный хайп.
