Продолжаю рассказывать про то, что я вычитал в «Краткой истории времени» Стивена Хокинга. Это вторая часть рассказа.

Законы движения

Во времена Аристотеля естественным состоянием любого тела считалось состояние покоя. То есть по умолчанию тело никуда не двигается, и начинает двигаться только под действием силы или имульса. «Пока не пнёшь — не полетит». А если прекратить прикладывать силу, то тело остановится. Среди прочего из этого следовало, что на более тяжёлое тело действует большая сила притяжения к Земле и поэтому оно должно падать быстрее, чем лёгкое. В те времена считалось, что все законы можно выводить в уме, а проверять их в экспериментах не обязательно. Действительно, зачем?)

Галилей всё же решил проверить утверждения Аристотеля и стал скатывать по гладкому откосу шары разного веса. Измерения показали, что скорость связного тела увеличивается по одному и тому же закону независимо от веса тела. Например, если взять шар и пустить его вниз по наклонной плоскости с уклоном метр на каждые десять метров, то, каким бы тяжёлым ни был шар, его скорость в конце первой секунды будет один метр в секунду, в конце второй секунды — два метра в секунду и так далее.

Именно из этих экспериментов Галилея Ньютон вывел свои законы движения. Получалось, что на тело, катящееся по наклонной плоскости, всегда действовала одна и та же сила (вес тела), и в результате скорость постоянно возрастала. Отсюда следовало, что в действительности приложенная к телу сила изменяет скорость движения тела, а не просто заставляет его двигаться, как думали раньше. Если перестать прикладывать силу, тело не остановится, а продолжит двигаться с набранной скоростью.

(Не)абсолютная точка отсчёта

В этой истории важен переход в представлениях об абсолютности Земли как точки отсчёта для физических законов. Аристотель считал состояние покоя неким предпочтительным состоянием. В частности считал, что Земля покоится. А из законов Ньютона следовало, что единого эталона покоя не существует. Можно сказать, что тело А находится в состоянии покоя, а тело Б движется относительно тела А с постоянной скоростью или же что тело Б, наоборот, покоится, а тело А движется. Например, можно сказать, что земля покоится, а поезд движется на север со скоростью 90 км/ч, или можно сказать что поезд покоится, а земля под ним убегает на юг.

Из отсутствия абсолютного эталона покоя означает, что невозможно определить, произошли ли некие два события в одной и той же точке пространства, если известно, что они имели место в разные моменты времени. Пусть, например, теннисный шарик падает на стол, отскакивает и через секунду снова падает на стол в той же точке. Тому, кто стоит на земле у железной дороги показалось бы, что точки соприкосновения шарика со столом разделены расстоянием около 40 метров. Нельзя считать положения, фиксируемые разные наблюдателями более предпочтительными. У каждого наблюдателя эти положения будут свои, хотя, зная положение и скорость друг относительно друга, мы могли бы рассчитать, что наблюдает каждый из них.

Неабсолютное пространство

Получилось, что абсолютного пространства нет. Есть только положение вещей в пространстве относительно каких-то точек и наблюдателей, чьё положение можно определить только относительно других точек и наблюдателей, которые можно определить относительно ещё чего-нибудь, но никакое положение нельзя определить абсолютно.

Рассуждения про неабсолютность простанства кажутся очевидными: ну конечно наблюдатель в поезде и на земле по-разному воспримет движение скачущих шариков! Но оказалось, что эта неабсолютность ведёт к другой неабсолютности, которая взрывает мне мозг. Об этом — следующий пост.

Фотка с телефона по запросу «неабсолютное пространство»

Все части серии

1. Эволюция представлений об устройстве Вселенной
2. Неабсолютное пространство
3. Неабсолютное время
4. Взаимодействие света и гравитации
5. Предельная скорость перемещения в пространстве
6. Большой взрыв, большое схлопывание и тепловая смерть
7. Жизненный цикл звёзд и чёрные дыры
8. Квантовая физика и вероятностный мир

Где купить «Краткую историю времени» Хокинга

— Бумажную — на Озоне, я читал её,
— электронную — на Литресе,
— аудиоверсии пока нет.

Как получать свежие посты

— Электронная почта и РСС — туда попадают только посты в блог,
— телеграм-канал, фейсбук и твиттер — туда попадают заинтересовавшие меня ссылки с короткими комментариями,
— инстаграм — туда иногда выкладываю фотки.