Очень многие ассоциируют всё, что так или иначе связано с относительностью, только лишь с именем Альберта Эйнштейна. Что же, этот учёный и правда сделал для физики в этой области очень многое, но вопросы относительности начали интересовать учёных ещё задолго до рождения Эйнштейна.
Существует такой мысленный эксперимент, который называется "Ведро Ньютона". Многие источники называют этот эксперимент парадоксом. В общем-то, справедливо отметить, что тут и правда есть нечто абсолютно парадоксальное.
Про объективность относительности
В статьях на канале мы часто сталкиваемся с ситуациями, когда совершенно невозможно описать объективно движение тела. Представьте себе классическую ситуацию, когда человек едет в поезде без ускорения и при этом окна наглухо закрыты. Пассажир никогда не сможет определить в этом случае едет поезд или покоится. Да и относительно самого пассажира поезд будет покоится и наоборот. Зато вот человек на станции точно скажет. что поезд движется, а он стоит на месте. И ошибётся - ведь и поезд, и человек на станции перемещаются относительно, например, Луны.
В эту игру можно играть бесконечно. Чем глубже будешь ковырять относительности, тем меньше будет понятно что и относительно чего перемещается в пространстве и перемещается ли вообще.
Ньютон понимал эту проблему и предложил мысленный эксперимент для иллюстрирования важности проблемы для осознания всей физики процесса.
В обычном случае мы всегда привязываем один объект к другому и мысленно исходим из того, что движение всегда является относительным. Те самые примеры более чем показательные. Теперь представим, что мы удалились в космическое пространство невероятно далеко от всех существующих планет.
В таких условиях мы не знаем, за что "зацепиться" и относительно чего строить систему отсчёта.
Ведро в пустоте
Теперь представим, что космические корабли бороздят купол большого театра в этом пустом пространстве совершенно случайно вдруг оказалось ведро с водой. Просто повисло в пустоте. И висит там. Или перемещается??? А как узнать? Вот вам и парадокс, и суть всего эксперимента.
Мы можем сказать, что ведро перемещается только в том случае, если сопоставляем его движение с каким-то другим телом, желательно неподвижным для удобства восприятия. Когда тело просто находится в пространстве-времени, то сказать, движется оно или нет попросту нельзя. Более того, если "сказать" это всё-таки можно, то правильно определить не получится.
Добавим воды в проблему
Давайте ухудшим ситуацию. Нальем воды в ведро. Теперь, если ведро вращается вокруг своей осевой линии в пространстве, то вода в ведре должна перемещаться и образовывать что-то типа воронки. Чем не способ определить специфику движения объекта и понять, что именно движется и движется ли?
Всё бы ничего, вот только если система отсчёта перемещается синхронно вместе с ведром, то никакой воронки не возникает. Такой эксперимент был проведен не только мысленно, но и повторялся на лабораторном стенде. Даже в земных условиях с парой систем отсчёта мы уже не сможем говорить точно.
Ньютон эту проблему упростил. Он предположил, что всегда будет существовать некая абсолютная система отсчёта, относительно которой всё происходит. Такой взгляд и правда делает проблему куда более понятной. Но правильной ли? Скорее нет.
Дополнения от Маха и Эйнштейна
Позже к эксперименту с ведром подключился Эрнст Мах, который высказал много дополнений и сформулировал свои знаменитые принципы.
Один из постулатов Маха:
Никто не может сказать, как протекал бы опыт, если бы стенки сосуда становились всё толще и массивнее, пока наконец, толщина их не достигла бы нескольких миль.
Саму логику абсолютной системы отсчёта Мах критиковал и, в общем-то, справедливо. По его мнению вполне возможна ситуация, когда ведро покоится, а окружающая Вселенная вращается относительно него с постоянной скоростью. Этот вариант полностью эквивалентен вращению ведра в покоящейся Вселенной. А если никаких тел во Вселенной, кроме ведра, нет, то задавать вопрос о вращении просто некорректно. Мах связывал существование инерциальных систем отсчёта с наличием "массы" в далёких галактиках.
Он же впервые высказал предположение, что существование пространства-времени неразрывно связано с существованием физических тел. Удаление всех физических тел прекращает существование и пространства, и времени.
Эйнштейн позже принял этот принцип и пошёл чуть дальше. Я разбирал эту идею тут. Мысль пришла к тому, что без материи пространства-времени не существует, а значит и существование систем отсчёта неразрывно связано с наличием материальных тел в этой системе.
Именно так простой эксперимент с ведром стал основой осмысления сложных процессов и понятие относительности как таковой.
Запускать ведро в космос - плохая идея. Ведь анализ процессов способен разрушить догмы стандартного понимания физики.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
✅ Поддержать проект монеткой или задать вопрос можно тут! Здесь же я публикую фрагменты будущей книги, которую могут читать подписчики
👉💖 Ставьте лайки материалу, подписывайтесь на проект!