Материал:

Но теперь, кажется, есть уже общепризнанным фактом, что наши представления о пространстве и времени связаны непосредственно с познанием внешнего мира и многие положения, которые мы считаем очевидными, справедливы лишь в пределах нашего повседневного опыта. Они могут оказаться необоснованными предубеждениями, если распространить их на ситуации, необычные для нас.

В истории физики такие случаи - обычное дело. Открытие факта, что Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, противоречило механической интуиции, основанной на повседневном опыте. Когда мы узнаем в школе о противодействии, которое оказывали сначала этой идее, то средневековые ученые, не могли воспринять ее, кажутся нам людьми с ограниченным кругозором. Но мы легко восприняли эту мысль только потому, что привыкли к ней с самых первых своих шагов и восприняли ее до того, как наш критицизм стал достаточно развитым, чтобы серьезно ее обсуждать.

Идея закона Галилея о том, что тело, которое движется, стремится продолжить свое движение, противоречит повседневному опыту и сначала вполне законно подвергалась критике тогдашних физиков. С большим трудом воспринимали эту идею мыслители, пытаясь обобщить абстрактные идеи о движении.

Тот факт, что свет распространяется с конечной скоростью, также противоречит нашей интуиции. Трудно привыкнуть даже к тому, что скорость звука тоже конечна, и когда мы наблюдаем за человеком, рубит далеко от нас лес, и звук удара доходит к нам после того, как мы увидим падение топора, то для осмысления этой необычной ситуации нужно сознательно напрячь голову. Еще больше мы привыкли полагаться на свои глаза, считая, что информация, которую они дают нам о внешнем мире, - это ложное сообщение о событиях, которые происходят в тот момент, когда мы смотрим, В повседневном опыте на поверхности Земли нет ничего, что могло бы разрушить эту иллюзию, но трехсотлетний опыт астрономии и более поздние методы чрезвычайно точного измерения времени заставили нас признать, что скорость света конечна.

Волновая природа света создает для нашей интуиции подобные трудности. Только благодаря сознательному усилию ума мы способны признать, что из-за дифракции волн света на резкой грани свет действительно огибает препятствие.

Таким образом, каждое новое достижение науки заставляет нас покончить со своим каким-то глубоко укоренившимся предубеждением, но, наверное, все предыдущие достижения, за исключением закона Галилея, усваивались легче, потому что мы могли объяснить их языке знакомых механических моделей. Например, конечности скорости звука подготовила нас к признанию конечности скорости света. Обращение световых волн можно наглядно представить себе, наблюдая рябь на поверхности пруда, различия только в масштабе, но эти аналогии не пригодны для усвоения идей теории относительности.

Вероятно, утверждение теории относительности немного задержалось также из-за названия, потому что она наводит на мысль о связи с философской концепцией относительности, согласно которой любая истина рассматривается как относительная. Как мы увидим, нет ничего более далекого от содержания новых достижений теории. В теории относительности законы физики имеют точную и абсолютную форму, лишь некоторые положения, которые наша интуиция воспринимала как абсолютные, оказываются предубеждением.

Абсолютно или относительно?

Два моряка, Джо и Мо, после кораблекрушения оказались на необитаемом острове. Прошло несколько лет. Однажды Джо нашел бутылку, которую волны выбросили на берег. Это была одна из новых огромных бутылок из-под "Кока-колы". Джо побледнел.

"Эй, Мои" - крикнул он. "Мы с тобой уменьшились!"

С этой шутки можно получить серьезный урок: говорить о размерах любого объекта нельзя иначе, как сравнивая их с размерами чего-нибудь другого. Лилипуты считали Гулливера великаном. Жителям Бробдингнеге Гулливер казался маленьким. Пуля для бильярда большая или малая? Разумеется, она очень велика по сравнению с атомом, но крайне мала по сравнению с Землей.

Жюль Анри Пуанкаре, известный французский математик девятнадцатого века, предсказал многие положения теории относительности, подошел к решению этого вопроса таким образом (ученые называют его способ подхода "мысленным экспериментом»: это эксперимент, который можно представить, но на самом деле нельзя выполнить ). Представьте себе, говорит он, что ночью, когда вы крепко спите, все во Вселенной стало в тысячу раз больше, чем прежде. Говоря все, Пуанкаре подразумевает действительно все: электроны, атомы, длины волн света, вас самих, вашу кровать, ваш дом, Землю, Солнце, звезды. Сможете ли вы сказать, когда проснетесь, что произошли какие-то изменения? Можно провести такой эксперимент, который охоты бы, что вы изменились в размерах?

Нет, говорит Пуанкаре, такого эксперимента провести нельзя. Действительно, Вселенная оказался бы таким, каким и был когда-то. Было бы бессмысленно даже говорить, что он стал больше. "Больше" - это значит больше относительно чего-то другого. В этом случае чего-то другого нет. Столь же бессмысленно было бы говорить, что вся Вселенная уменьшился в своих размерах.

Размеры, таким образом, являются относительными. Не существует абсолютного способа определения размеров какого-либо объекта и нельзя сказать, что он имеет такие-то и такие-то абсолютные размеры. Определить размер можно, используя другие мерки, такие как линейка или метровый стержень. Но какая длина метрового стержня? К 1 января 1962 метр определяли как длину конкретного платинового бруска, хранился при постоянной температуре в подвалах Севра, во Франции. С и январе 1962 новым стандартом метра стала длина, составляет 1650763,73 длины волн оранжевых лучей, которые излучает в вакууме атом криптона-86. Конечно, если все во Вселенной, включая и длину волны этого излучения, увеличится или уменьшится в одной и той же пропорции, то никаким экспериментальным способом не удастся заметить это изменение.

То же самое верно и в отношении интервалов времени. "Многие" или "мало" времени нужно Земли для того, чтобы один раз обернуться вокруг Солнца? Маленькому ребенку промежуток времени от одного Нового года к другому кажется вечностью. Геологу, привыкший мыслить периодами, продолжавшихся миллионы лет, один год кажется всего лишь одним мгновением. Интервал времени, как и расстояния в пространстве, невозможно измерить иначе, как сравнивая его с каким-либо другим отрезком времени. Год определяется периодом вращения Земли вокруг Солнца; день - временем, необходимым для одного оборота Земли вокруг своей оси; час - время, в течение которого большая стрелка часов делает один оборот. Всегда один интервал времени измеряется путем сравнения его с другим.

У Г. Уэллса есть известное научно-фантастический рассказ под названием "Новый ускоритель". Из него можно усвоить такой же урок, как и с шутки о двух моряков, но только урок этот касается не пространства, а времени. Один ученый открывает способ ускорения всех процессов в своем организме. Его сердце бьется чаще, его мозг работает быстрее и так далее. Вы догадываетесь, что произойдет. Все в мире будет казаться ему замедленным - почти до полной остановки. Ученый выходит погулять и движется медленно, чтобы из-за трения о воздух не загорелись его штаны. Улица заполнена людьми-статуями. Мужчина застыл в покое в тот момент, когда, обгоняя двух девушек, подмигнул им. В парке играет оркестр, выдавая низкое, хриплое дребезжание. Пчела жужжит в воздухе, двигаясь со скоростью улитки.

Давайте проведем еще один мысленный эксперимент. Предположим, что в определенный момент все в космосе начинает двигаться медленнее или быстрее или полностью останавливается на несколько миллионов лет, начиная затем двигаться снова. Удастся ли заметить это изменение? Осуществить такой эксперимент, конечно, невозможно. Время, как и расстояния в пространстве, относительно.

Многие другие понятия, которые известны нам из повседневной жизни, тоже относительны. Рассмотрим понятие "вверх" и "вниз". В прошлые века людям было нелегко понять, почему человек с противоположной стороны Земли висит вниз головой, а вся кровь не приливает ей к голове. Дети и теперь сталкиваются с такими трудностями, узнав впервые, что Земля круглая.

Если бы Земля была из прозрачного стекла и вы смогли взглянуть в телескоп прямо сквозь нее, то вы действительно увидели бы людей, которые стоят вниз головой ногами на стекле. То есть вам казалось бы, что они стоят вниз головой по отношению к вам. Разумеется, им казалось бы, что вы стоите вниз головой по отношению к ним. На Земле направление "вверх" - это направление от центра Земли. Направление «вниз» - к центру Земли. В межзвездном пространстве нет абсолютного верха и низа, поскольку там нет планеты, которая могла бы быть "системой отсчета".

Представим себе космический корабль в форме огромного бублика, движущийся в Солнечной системе. Он обращается, так что центробежная сила создает искусственное гравитационное поле. Находясь внутри корабля, космонавты могут ходить по наружной стенке этого бублика, как по полу. Для них "вниз" - это от центра корабля, "вверх" - к центру, то есть прямо противоположно тому, что имеет место на планете, которая вращается.

Таким образом, вы видите, что во Вселенной нет абсолютной "верха" и "низа". Вверх и вниз - это направления по отношению к направлению действия гравитационного поля. Было бы глупо говорить, что, пока вы спали, вся Вселенная перевернулся вверх ногами, поскольку нет ничего такого, что могло бы быть системой отсчета при решении вопроса о том, какое положение занял Вселенная.

Другой тип изменения, которая также является относительной, - это изменение объекта при условии его зеркального отражения. Если заглавную букву R напечатать наоборот, как Я, то вы сразу же увидите, что это зеркальное отражение буквы R. Но если вся Вселенная (включая вас) внезапно станет зеркально отраженным, то у вас не будет способа обнаружить подобные изменения. Конечно, если бы только один человек превратилась в свое зеркальное отражение (об этом Г. Уеллстакож написал рассказ под названием "Рассказ Плеттнера"), а Вселенная остался бы прежним, то ей показалось бы, что все стало наоборот. Чтобы прочитать книгу, она должна была бы подносить ее к зеркалу, подобно Алисе в Зазеркалье, которой удавалось читать напечатанную зеркально отраженными буквами поэму, держа ее перед зеркалом. Но если бы все стало наоборот, то никакой эксперимент не обнаружил бы этих изменений.

Или абсолютное движение? Существует ли какой-нибудь класс экспериментов, который бы наверняка установил, движется объект находится в состоянии покоя? Есть движение еще одной относительной категорией, познать которую можно, только сопоставляя местоположение одного предмета с местоположением другого? Или же движения свойственно нечто своеобразное, что делает его отличным от относительных категорий, рассмотренных выше?

Источник: https://studbooks.net/7244/estestvoznanie/kontseptsii_sovremennogo_estestvoznaniya

Смотрите также:








ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
_Роджерс Карл, Брак и его альтернативы