Таким образом, с какой бы стороны (из какой бы точки, из какой бы системы отсчета) мы не посмотрели на яблоко или Землю - мы никогда не увидим их полностью и целиком. Мы их увидим лишь частично, в какой-то одной определенной проекции.
Как выкрутились физики?
Но чаще всего для решения большинства задач по механике нам это и не нужно. Нам достаточно заменить трехмерное объемное тело точкой - связав ее, например, с центром массы тела. А точка - она в любой проекции точка. И теперь положение и движение тела в пространстве мы можем описать как движение материальной точки.
Гораздо большее значение форма тела имеет в сопромате и в строительстве: от формы тела зависит его инерция вращения, его прочность при различных нагрузках. И там используется уже тензорная математика, учитывающая форму тела.
Проблема здесь, однако, несколько глубже, чем может показаться. И состоит она в том, что любое тело или другая физическая система всегда присутствует в трехмерном физическом пространстве одновременно полностью и целиком. Но когда мы пытаемся описать положение тела в трехмерном пространстве, или его форму, или его движение - мы вынуждены переходить в какую-либо систему отсчета, при этом утрачивая часть информации об этой физической системе.
Яблоко или Земля объективно, в физическом пространстве, существуют во всех своих возможных проекциях одновременно. Однако для того, чтобы мы могли составить представление об их форме, мы должны задать их проекцию в разных плоскостях и заранее договориться, какие направления в пространстве мы примем выделенными - иначе даже понять и описать, как вращается Земля (по часовой стрелке или против часовой стрелки), будет невозможно.
Абсолютное пространство Ньютона
А теперь попробуем сформулировать ту же мысль в каких-то более ясных терминах.
И тогда эту мысль можно выразить так. В объективном физическом пространстве всякая физическая система всегда существует полностью и целиком, и поэтому можно сказать, что она существует абсолютно - в абсолютном пространстве. А при попытке описать положение, форму или движение какого-либо тела или другой физической системы мы всегда вынуждены переходить к какой-либо конкретной системе отсчета - то есть описываем эту систему уже в относительном пространстве.
Как известно, представление об абсолютном и относительном пространстве ввел еще Ньютон. И у него для этого были весьма веские причины, которые состояли в следующем.
Допустим, что в космическом пространстве находится космический корабль с космонавтами внутри. Если внутри корабля не возникает никаких сил инерции - то космонавты смогут точно сказать, что их корабль либо находится в покое, либо движется равномерно прямолинейно. И для этого, заметим, им не нужны никакие другие (внешние) системы отсчета (другие корабли или звезды). Однако если внутри корабля появятся силы инерции, то космонавты точно смогут сказать, что на корабль подействовала какая-то дополнительная сила, которая придала кораблю ускорение. Из чего Ньютон сделал вывод, что всякое ускорение носит совершенно объективный (абсолютный) характер и никак не зависит от того, из какой системы отсчета мы рассматриваем движение.
А вторая причина состояла в феномене вращательного движения. Если планета Земля (или ведро с водой) вращается вокруг своей оси, то это вращение вовсе не является вращением относительно какой-либо другой системы отсчета. Вращение (с соответствующими возникающими силами инерции) носит совершенно объективный (абсолютный) характер. Из чего Ньютон сделал вывод, что вращение всегда происходит относительно абсолютного пространства - то есть происходит в абсолютном пространстве.
И поэтому Ньютон счел необходимым разделять абсолютное пространство (которое всегда остается неподвижным) от относительного пространства. Вот как он их определял:
"Абсолютное пространство по своей природе, безотносительно к чему-либо внешнему, всегда остаётся неизменным и неподвижным. Относительное пространство — это некое подвижное измерение или мера абсолютного пространства, которое наши чувства определяют по его расположению относительно тел и которое обычно принимают за неподвижное пространство... Абсолютное движение — это перемещение тела из одного абсолютного места в другое, а относительное движение — перемещение из одного относительного места в другое".
Однако при таком определении абсолютного пространства мы тут же сталкиваемся с несколькими серьезными проблемами и неустранимыми противоречиями.
Проблемы Абсолютного пространства Ньютона
Первая проблема состоит в том, что представление об Абсолютном пространстве, как его определил Ньютон, нам ровным счетом ничего не дает.
В самом деле, допустим, что мы даже смогли это Абсолютное пространство каким-то образом обнаружить. То есть нашли какое-то тело или систему отсчета, которая всегда как-то "привязана" к Абсолютному пространству - то есть всегда находится в "абсолютном месте".
Но что нам это даст? Для того, что описать положение и движение других физических систем, нам нужно будет связать систему отсчета с первым телом. Назовем ее Абсолютной системой отсчета. Но любое движение все равно всегда остается относительным, и описание положения и движения тел в такой выбранной Абсолютной системе отсчета ничем не будет отличаться от описания в любой другой инерциальной системе отсчета. И поэтому любую инерциальную систему отчета мы можем принять за "абсолютную" - то есть всегда неподвижную.
Чтобы устранить это противоречие, Ньютон стал утверждать, что Абсолютная система отсчета в реальности, в физическом мире, не существует, и существует она лишь абстрактно, математически, как система отсчета Бога. И в реальности за Абсолютную систему отсчету, как некое приближение к ней, мы можем принять систему отсчета, связанную с далекими звездами, которая для нас всегда остается почти неподвижной.
Но если Абсолютное пространство - это только абстракция и идеализация, то тогда возникает вопрос, почему же у вращающегося и ускоряющего тела возникают ускорения и силы инерции? Ведь не может же идеальное и абстрактное Абсолютное пространство физически воздействовать на тела? Возможно, для самого Ньютона в этом ничего странного не было - ведь верил же он, что гравитационные силы действуют через огромные пространства благодаря Богу. Но для других физиков подобные воззрения Ньютона были неприемлемыми.
Ошибка Ньютона в определении Абсолютного пространства
Из сказанного должно быть ясно, что Ньютон дал неверное определение Абсолютного пространства. Пытаясь что-то объяснить с помощью этого представления, Ньютон ничего не объяснял, и никакого смысла в таком представлении не было. Поэтому неудивительно, что от представления об Абсолютном пространстве физики в итоге отказались - даже в форме неподвижного эфира Лоренца.
И очень зря. Как оказалось, без представления об Абсолютном пространстве многие явления (скажем, те же силы инерции, возникающие при ускорении и всяком вращении) объяснить невозможно. И что такое эти силы инерции и почему они возникают - физики не могут объяснить до сих пор.
Ошибка Ньютона состояла в том, что для того, чтобы сделать Абсолютное пространство чем-то "операционным" - то есть пригодным для использования в физике - он его тут же попытался связать с какой-то Абсолютной системой отсчета. Но поскольку никакого особого смысла в этом нет, и это только порождает неустранимые противоречия, физикам пришлось отказаться от самого представления об Абсолютном пространстве.
Но в том-то и дело, что Абсолютное пространство существует. Существует физически. Однако Абсолютное пространство нельзя свести к неподвижной Абсолютной системе отсчета. И определяется и задается оно вовсе не так, как это попытался сделать Ньютон (через введение неподвижной Абсолютной системы отсчета), а совсем иначе. Как? Об этом - в следующих статьях.
Продолжение: