Те, кто летал на самолете, помнят ощущение, испытываемое при развороте; кажется, что Земля наклонилась, а самолет продолжает лететь, сохраняя плоскость крыльев горизонтальной. Почему так происходит? Когда самолет поворачивает, пассажир по инерции продолжает двигаться прямо (вернее, стремится продолжать, но вынужден следовать за самолетом из-за реакции стенок самолета и кресла). Всякое отклонение от прямолинейного движения приводит к ускорению. Следовательно, и здесь возникает сила инерции, называемая в этом случае центробежной силой. Так как ускорения всех тел в самолете равны, центробежная сила пропорциональна массам тел, подобно силе инерции в тормозящемся вагоне.
Центробежная сила действует в горизонтальной плоскости, сила тяжести — в вертикальной, так что их равнодействующая наклонна. Самолет наклоняет плоскость крыльев как раз настолько, чтобы она стала перпендикулярной к этой равнодействующей, тем самым как бы применяясь к новому направлению тяжести. Пассажир чувствует, что тяжесть продолжает прижимать его к сиденью кресла, и не испытывает никакой силы, стремящейся стащить его с кресла в сторону. Поэтому он и видит Землю наклонившейся: вертикальным мы привыкли считать направление именно силы тяжести.
Правда, общая сила здесь больше, чем при движении по прямой, потому что равнодействующая сила направлена по гипотенузе треугольника, а она всегда превосходит катеты. Поэтому при развороте пассажир испытывает неприятное чувство. Утверждая выше, что сила тяжести и сила инерции совершенно тождественны по своему действию, мы предполагали, что в любом случае, при наклоне или ускорении, равнодействующие оказались одинаковой величины. То же относится и к наклонному движению вагона.
Эйнштейн, как мы видели, распространил принцип относительности сначала на электромагнитные явления. Это обобщение известно под названием специальной теории относительности. Дальнейшее обобщение возникло из сходства сил инерции и тяготения в достаточно малой области пространства (например, в вагоне). Законы движения одинаковым образом формулируются в инерциальных и неинерциальных системах отсчета, если считать тождественнымисилы тяжести и инерции. На этом построена общая теория относительности Эйнштейна. Существенно, что для этой теории достаточно сходства сил только в сколь угодно малом объеме. Полного сходства между силами инерции и тяжести в большом объеме нет. Так, на вращающемся теле наблюдается хорошо известная всем центробежная сила инерции, которая возрастает при отдалении точки от оси вращения. Невозможно осуществить такую же зависимость силы тяжести от координат в пространстве, не заполненном веществом.
В общей теории относительности закон тяготения Ньютона в привычной нам форме есть лишь только первое приближение к истине. При этом не следует думать, что теория тяготения Эйнштейна заменяет ньютоновское выражение силы тяжести другим, более точным выражением силы: сама сущность взаимодействия дается в общей теории относительности иначе и в простой форме силы выражена быть не может. Эйнштейн сумел так сформулировать закон тяготения, что движение в поле тяжести оказалось всегда равносильным свободному движению по инерции. Иначе говоря, никакой силы тяжести в ньютоновском понимании у Эйнштейна нет: камень падает на Землю и планеты движутся вокруг Солнца, повинуясь только инерции.
На первый взгляд может показаться, что это какой-то невозможный парадокс: ведь свободное движение прямолинейно и равномерно, между тем планеты движутся по эллипсам, камень падает ускоренно. Но к чему относится понятие свободного движения? Очевидно, к пространству, в котором нет никакой материи, к пустому пространству. Чем дальше от Солнца, тем, действительно, меньше его влияние, тем больше радиус орбит и, так сказать, прямее движение планет. Чем дальше от Земли, тем меньше ускорение падающего на нее тела.
Поэтому свободное движение в такой форме, как оно понимается у Ньютона, есть только некоторая идеализация истинного положения вещей. Ведь на самом деле пространства, совсем лишенного материи, не существует. Нет оснований утверждать, что реальные свойства пространства и времени (сокращенно: мира) вблизи материальных тел совершенно такие же, как очень далеко от них.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.