Эйнштейн иллюстрирует выдвинутый им " принцип эквиваленности" в мысленном эксперименте, где использует образ лифта, равноускоренное движение которого происходит в двух разных условиях: в однородном гравитационном поле и в условиях отсутствия гравитации. Данный мысленный эксперимент можно рассматривать с позиций обычной классической физики, так как в нём нет никаких " релятивистких" объектов. Обычные скорости и обычные объекты. Привожу выдержку из книги Леона Купера "ФИЗИКА ДЛЯ ВСЕХ" том 2.
Купер абсолютно точно следует логике и описанию процесса Эйнштейном. А теперь разберём происходящее по элементам:
1. Если лифт неподвижен, то объект, выпущенный наблюдателем, будет просто " висеть", что знают даже современные дети. Действуют на объект в данном случае какие- либо силы(гравитация отсутствует, а гравитационным взаимодействием между корпусом лифта и объектом пренебрегаем, так как оно мало, а время эксперимента незначительно)? Нет.Что произойдет с началом движения лифта " вверх" ( причём не имеет значения с ускорением или лифт будет двигаться равномерно). Налюдатель вместе с лифтом( он видимо имеет контакт и закрепился на корпусе лифта) начнёт движение вверх, а объект? Никакие силы на объект не действуют, а следовательно, согласно закона инерции он останется неподвижным. Об этом и говорит Купер: наблюдателю будет КАЗАТЬСЯ, что тело падает на пол с ускорением, равным по величине ускорению лифта. Но КАЗАТЬСЯ ( иллюзия), не значит реально перемещаться. Купер( и Эйнштейн) утверждают: одно и то же " реальное" движение можно с равным успехом объяснить либо ускоренным движением лифта вверх, либо действием гравитационной силы в противоположном направлении. Это и есть " принцип эквивалентности": однородное гравитационное поле эквивалентно постоянному ускорению. Для сомнений нет места? А давайте разберёмся.
1. В классическом понимании материальные тела имеют такую характеристику как масса( что она из себя представляет не имеет в данном случае значения). Согласно многочисленным экспериментам, два материальных объекта взаимодействуют друг с другом, что мы определяем как взаимное притяжение объектов. Математическое выражение такого взаимодействия, в классической физике, представлено Законом всемирного тяготения. Почему мы говорим о падении объекта и ускорении свободного падения? Так сложилось исторически, чисто субъективный подход. Если одно из тел на много порядков по массе превосходит другое( например Земля и небольшой шар), то в силу закона инерции, больший объект не будет смещаться в сторону малого объекта, а двигаться в пространстве будет только малый объект, что и будет восприниматься наблюдателем как падение малого объекта на большой. При этом ускорение движения малого объекта мы называем ускорением свободного падения. При этом в физике вводится понятие гравитационного взаимодействия и гравитационного поля( без подробностей). Прописные истины? Но в случае, когда лифт находится в гравитационном поле( например Земли), объект будет перемещаться к полу лифта независимо от того, находится лифт в движении или неподвижен, так как движение объекта связано не с движением лифта, а с взаимодействием объекта и Земли( второй объект). Что внутри лифта, что "снаружи" объект будет двигаться совершенно одинаково, причем независимо от того перемещается лифт или неподвижен. Получается, что и Купер и Эйнштейн, приравняли иллюзию движения и реальное движение?
2. Хорошо, пусть их подход верен и справедлив, но они рассматривают процесс только с точки зрения визуального восприятия наблюдателем происходящего. А если рассмотреть возможные варианты происходящего?
1, Если лифт двигаясь вверх остановится не достигнув объекта? Так как на объект никакие силы не действуют, то наблюдатель зафиксирует, что объект остановился на каком то расстоянии от пола лифта? Но если перемещался объект, а не лифт, то он должен иметь какую то скорость перемещения,, а так как он обладает массой( неотемлемое свойство объекта), то в силу свойства инерции( классическая физика) он должен продолжить движение к полу лифта, после остановки лифта? И что увидит наблюдатель?
2. Если после остановки лифт начнёт движение вниз(с точки зрения наблюдателя в лифте), то что увидит наблюдатель? Видимо объект начнёт " движение" ( точнее иллюзия движения) к потолку лифта? А в условиях гравитационного поля? Уже есть некоторые отличия.
3 Пусть наблюдатель находится вместе с объектом посередине лифта, то есть не имеет контакта с корпусом лифта. Что будет, если лифт начнёт движение с ускорением вверх ? Очевидно, что наблюдателю ПОКАЖЕТСЯ, что он и объект движутся к полу лифта, так? Почему покажется? Что мы чувствуем, находясь в транспорте, когда он ускоряется, тормозит или изменяет направление движения? Будет ли в данном случае испытывать схожие ощущения наблюдатель в лифте? Так как и Купер говорит о КАЖУЩЕМСЯ движении, то очевидно, что никаких ощущениий связанных с ускоренным движением лифта наблюдатель испытывать не будет. То есть ему кажется, что он перемещается к полу лифта, но при этом не ощущает того, что ощущаем мы при движении транспорта? И какие выводы он сделает? А что будет ощущать космонавт, находясь по центру помещения в ракете, если она начнёт ускорятся или тормозить и что при этом с ним произойдёт? А что будет с дроном, если он находится в контейнере установленном на платформе и он взлетит и зависнет посередине контейнера, а платформа начнёт движение? А если он зависнет над платформой, которая после этого начнёт движение? Так почему Купер и Эйнштейн приравняли кажущееся движение объекта и " реальное" . Эквивалентность чего констатируют Купер и Эйнштейн? Иллюзии и реальности?
4. Согласно законам физики объект внутри лифта неподвижен( условия эксперимента, нет сил воздействующих на объект), но опираясь на мнение наблюдателя( кажущееся движение объекта к полу лифта) Эйнштейн делает предположение о существовании какого то поля инерции: " термин ПОЛЕ СИЛ ИНЕРЦИИ введён впервые Эйнштейном при формулировке сильного принципа эквивалентности- равномерноускоренное движение системы порождает локальное поле сил инерции, эквивалентное однородному гравитационному полю. Поле сил инерции - это поле порожденное самим процессом инерции(?). Оно возникает внутри и на поверхности протяжённого объекта. Следовательно на этом основании можно говорить, что внутри лифта имеется поле инерции, которое воздействует на объект точно так же как и однородное гравитационное поле? То есть под воздействием данного поля объект перемещается к полу лифта " реально", но как это совместить с вышеизложенным? А есть ли такое поле? Рассмотрим следующие примеры( почему нет?). Вместо лифта имеем ракету, представляющую собой длинный цилиндр с открытыми торцами( для особо дотошливых можно поставить заслонки, которые будут открываться при приближении объекта). Пусть во внешнем пространстве находится объект точно такой же как и внутри ракеты и находящийся в нулевой момент точно напротив объекта и наблюдателя. Соблюдены условия эксперимента Эйнштейна? Да, единственное наблюдатель должен как то закрепляться на стенке ракеты. При включении двигателей( они расположены на внешней стороне ракеты) ракета начнёт движение. Наблюдатель воспримет происходящие точно так же как и в эксперименте с лифтом. Но вот если он не закрепится на стенке ракеты, то при движении ракеты, по его мнению, он и объект начнут движение к торцу ракеты. При приближении к люку он откроется и наблюдатель с объектом окажутся снаружи, а ракета продолжит своё движение. И в этот момент наблюдатель увидит напротив объект, и что он должен при этом подумать и какие выводы сделать? Следует учитывать, что и никаких ощущений( кроме зрительных) он при якобы " движении" не испытывал. А почему Купер говорит о том, что наблюдатель не должен иметь информацию о внешней среде? Каким образом это может повлиять на поле инерции, если оно имеет физический смысл? Нет информации- поле есть и принцип эквивалентности соблюдается, есть информация о внешней среде и поле инерции отсутствует?
5. Если лифт перемещается вверх равномерно, то что увидит наблюдатель? Ну, по видимому, он увидит, что объект движется к полу и чем данное движение обусловлено? Ускорения нет, значит поле сил инерции отсутствует. А чем обусловлено движение объекта? Или всё таки движется лифт?
6. К чему приводит такая логика? Вот два примера из интернета:
1. Если объект находится ПО ЦЕНТРУ лифта в начале движения, то его вес увеличивается, это связано с тем, что вначале движения лифт движется с ускорением вверх, а объект по инерции стремиться остаться на месте, поэтому он начинает сильнее воздействовать на пол лифта, следовательно его вес увеличивается. ( ответ " нейро"). Ну и какое понятие о физике явления будет иметь человек при таком объяснении? Находясь по центру лифта объект воздействует на пол лифта? Вес объекта увеличивается, так как лифт движется вверх с ускорением? Интересно, а что покажут весы, находясь по центру лифта вместе с объектом, при начале движения? Увеличение веса? А при свободном падении объекта и весов? Что такое вес, и что такое масса? Ну ладно, это ответ "ИИ".
2. Вот другой пример:
О какой поступетельной силе инерции говорит автор? За счёт чего в примере Б будет иметь место натяжение нити? Лифт через нить, при своём движении, будет воздействовать на тело, но причем здесь поле инерции эквивалентное полю гравитации? Лифт просто " тянет" за собой тело. Уберите лифт, а тело присоедините к тросу тянущему лифт, эффект будет тот же. Автор этого не понимает? О каком поле сил инерции говорит автор? Куда и за счет чего может падать объект в лифте, когда нет гравитации? Если наблюдатель выпустит объект из рук при движении лифта в условиях отсутствия гравитации, то что произойдёт? Объект в этот момент уже имеет какую то скорость( так как он перемещался вместе с наблюдателем и лифтом), но как только наблюдатель отпустил объект, объект начнёт двигаться равномерно, а лифт продолжит равноускоренное движение. Поэтому у наблюдателя сложится впечатление, что объект движется к полу, на самом деле просто лифт "догоняет" объект. При этом динамика движения объекта в данном случае и в случае такого же движения, но при наличии гравитации, будет разной. В первом случае лифт догоняет равномерно двигающийся вверх объект, во втором объект двигается с ускорением по направлению к внешнему объекту( Земле) и к полу лифта, а лифт одновременно двигается с ускорением к объекту. А как считает автор, что произойдёт, если в начале движения лифта перерезать нить ( наблюдатель выпустил объект из руки)? А если взять весы и объект находящиеся в контакте, но поместить их в верхней части лифта? Что покажут весы при движении лифта вверх? Вес объекта? Как то сомнительно. Но ведь поле сил инерции( по Эйнштейну) присутствует и оно эквивалентно гравитационному, значит весы должны показывать вес объекта? А вот другая выдержка из книги Купера:
Причём луч света будет изгибаться в гравитацинном поле к полу покоящегося лифта, и аналогично в движущемся, но без наличия гравитационного поля. Всё согласно принципа эквивалентности, но!
1. Что увидит наблюдатель, если лифт начнёт двигаться вниз в условиях отсутствия гравитации? Луч света будет изгибаться к потолку лифта? А если лифт будет двигаться равномерно? Параллельно полу в обоих случаях? В другом мысленном эксперименте Эйнштейн утверждает, что луч света в равномерно движущейся системе( правда с точки зрения неподвижного наблюдателя) распространяется по диагональной траектории с наклоном в сторону движения. А если движение системы будет равноускоренное? В всех случаях движение луча света и направление движения системы перпендикулярны друг другу. Почему имеем разницу в траектории движения луча света? Придётся рассмотреть данный случай более подробно в другой статье. Если никакого поля сил инерции внутри лифта нет, то и " изгибания" светового луча так же наблюдаться не должно. И что с этим делать? Верны ли рассуждения Эйнштейна? Ну, по видимому, да. Ведь ученые по этому поводу не спорят, а теория относительности подтверждена в тысячах экспериментов. И иллюзия движения эквивалентна реальному движению. Вот только возникает вопрос: А что из себя представляет реальность? Каким образом познавать мир, если для каждого наблюдателя он свой? Сколько наблюдателей, столько и видов реальности? Или реальность одна, а различно только её восприятие наблюдателями? Придется рассмотреть данную проблему в других статьях.
Купер
иКупер
з