Рассмотрим более подробно классическую теорию относительности.
Принцип относительности дан Галилеем (1632 г.); он лишь констатировал, что о любом теле, безотносительно к чему-либо, нельзя сказать, находится ли оно в покое или равномерном прямолинейном движении. Отсюда следует, что положение или движение любого тела может быть обнаружено и измерено только по отношению к положению и движению других тел, независимых от него. Ведь само пространство никаких точек отсчета не имеет. Этот принцип несомненен.
Но он неполон. Для определенности его необходимо дополнить какими-либо условиями и в зависимости от их характера и на его основе может быть построена не одна, а много разных «систем обобщенных знаний» — теорий. Из всех возможных предложений наибольшего внимания заслуживает классическая теория Ньютона, как первая по времени создания, и, так называемая, теория Эйнштейна, как наиболее страстно защищаемая ее сторонниками в настоящее время.
Рассмотрим более внимательно принцип относительности Галилея, который формально признавался и Эйнштейном. В соответствии с этим принципом такие выражения, как «Расстояние Земли от Юпитера» и «Расстояние Юпитера от Земли» совершенно идентичны. То же можно сказать про «Скорость источника света относительно приемника» и «Скорость приемника света относительно его источника».
И яблоко можно рассматривать падающим на Землю с таким же правом, как Землю, падающей на яблоко, — так утверждают релятивисты, последователи Эйнштейна. Но динамика Ньютона вносит в этот вопрос существенный корректив: согласно следствию IV из III закона Ньютона ([6], с. 47) «центр тяжести системы двух или нескольких тел от взаимодействия тел друг на друга не изменяет ни своего состояния покоя, ни движения; поэтому центр тяжести системы всех действующих друг на друга тел… или находится в покое, или движется равномерно и прямолинейно». Поэтому скорость и величина их взаимных перемещений обратно пропорциональна их массам и за одно и то же время яблоко, например, сместится относительно общего центра тяжести системы «Земля-яблоко» на величину в 1026 раз большую, чем Земля. Следовательно, выражение «яблоко падает на Землю» является во столько же раз логичнее, чем обратное!
А гелиоцентрическая система Коперника, исходя из тех же физических представлений, в 300000 раз логичнее геоцентрической системы Птолемея.
Продолжая рассуждать в этом направлении на основании астрономической картины мира, мы неизбежно убеждаемся и том, что все тела Вселенной группируются в пылевые, звездные и галактические системы и их ассоциации, в которых движение всех составляющих подчиняется законам инерции и тяготения так, что центр тяжести каждого образования будет отзываться на внешние воздействия, как единое твердое тело. В пределе, охватывая воображением всю существующую материю в целом, мы придем к представлению об «абсолютном» пространстве, в котором центр тяжести вещества уже не будет иметь никаких измерителей перемещения, то есть будет абсолютно неподвижным. Независимость ни от чего и есть содержание понятия «абсолютный». Заметим, что в законах классической механики абсолютно только ускорение.
Классическая физика считает такую картину мира вполне перспективной, однако изучать движение вещества в абсолютном пространстве (в абсолютной системе отсчета) практически невозможно. Поэтому еще Ньютон считал необходимым выделять для практических целей из абсолютного пространства некоторую ограниченную, подвижную часть ([6], с. 30), «которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное». В качестве предметов, определяющих относительное пространство, естественно выбирать тела с наибольшей массой, собственное движение которых относительно общего центра тяжести рассматриваемых предметов пренебрежимо мало.
Про характерные свойства относительного пространства Ньютон писал ([6], с. 49):
— «Относительные движения друг по отношению к другу тел, заключенных в каком-либо пространстве, одинаковы, покоится ли это пространство, или движется равномерно и прямолинейно без вращения»;
— «Если несколько тел, движущихся как бы то ни было друг относительно друга, будут подвержены действию равноускоряющих сил, направленным по параллельным между собою прямым, то эти тела будут продолжать двигаться друг относительно друга так же, как если бы сказанные силы на них не действовали».
За 200 лет до Циолковского Ньютон предвидел в этом утверждении явление невесомости, всегда сопутствующее свободному космическому полету!
Дальнейшее развитие классической теории относительности, берущей начало от Галилея, можно видеть в трудах Ньютона, Лапласа, Лагранжа, И. В. Мещерского и др. Этому развитию особенно способствовала замена понятия «относительное пространство» на «систему координат». Однако, переоценка значения этой системы иногда приводит к не менее вредным ошибкам, чем ее недооценка: часто забывают, что все координаты существуют только в нашем воображении или на бумаге. С их помощью можно описывать пространственные свойства реальных тел, их взаимное расположение и перемещение, но это не значит, что они физически связаны с этой системой, что, перемещая ее начало, поворачивая ее оси, меняя масштаб или придавая ей ту или иную скорость, мы можем влиять на взаимное расположение, физические размеры или элементы движения реальных тел. Система координат — не более, чем каркас, шаблон или масштаб, приложенный в воображении к изделиям природы для их изучения, но никак с ними не связанная.
Мысленно мы можем создавать любые системы координат. Удачный их выбор может значительно упростить математические выражения, которыми мы описываем предметы и процессы, но управлять ими через преобразование координат, как это думают релятивисты, мы не можем. Эйнштейн, например, прямо писал ([3], с. 425): «Гравитационное поле можно создать простым изменением координатной системы». Классическая физика это категорически отрицает: ведь такое «поле» останется только на бумаге, в виде математических символов, а в природе его не появится только от того, что вместо одних формул мы напишем другие!
Координатная система не имеет массы, вещества. Причинная же связь объективных явлений может осуществляться только со столь же объективными телами и явлениями. Непонимание этого простого закона является одной из наиболее ключевых ошибок релятивизма.
Законы, выраженные в разных координатных системах, не всегда оказываются универсальными: их математическое выражение может сильно меняться в зависимости от выбранной системы координат. Так, например, аналитическое описание эллипса в разных системах различно, но его реальные свойства и параметры (площадь, периметр, эксцентриситет) остаются неизменными. Для проверки объективности закона в этом случае пользуются способом преобразования координат: если, после определенных преобразований, в новой системе математическое выражение данного закона по существу не изменится, такой закон может считаться универсальным в пределах данного типа преобразований, а соответствующие уравнения называются «ковариантными».
Наиболее простая группа преобразований носит имя Галилея. Она относится к случаю параллельного перемещения координатных осей с постоянной скоростью v и излагается во всех курсах аналитической геометрии. Для случая перемещения только вдоль оси Ox имеем:
Эти равенства и носят название преобразований Галилея и лишь в XX веке к ним стали добавлять четвертое равенство
в связи с тем, что релятивисты не считают это равенство само собой разумеющимся, что кстати лишает время объективности, а явления — причинности.
В качестве примера применим это преобразование к распространению света в мировом пространстве. Допустим, что в какой-то точке О произошла вспышка и свет от нее начал распространяться во все стороны с одинаковой скоростью с относительно источника. Через t секунд свет достиг точки K на расстоянии r от места вспышки О. Рассматривая все явления относительно этого последнего положения, напишем следующее уравнение:
Совершенно такое же уравнение может быть написано и относительно другой системы координат O/x/y/z/ движущейся относительно первой вдоль оси Ox с постоянной скоростью v:
Оба уравнения равноправны, так как описывают одно и то же явление в одном и том же пространстве. Поэтому они должны быть совместимы. Подставляя в уравнение (4) формулы преобразования Галилея (1) и (2) и решая его совместно с (3) относительно скорости света в «штрихованной» системе, получим основное выражение классической теории относительности;
