Тред №580120

Картины в масле

На исходные понятия физики, что неудивительно, наложили свой отпечаток наши органы чувств (особенно зрение), среда, в которой мы обитаем (прежде всего, воздух, и в меньшей степени – вода), наши размеры (порядка метра). При этом, и воздух, и вода – достаточно прозрачные среды, а кроме того, они практически не сохраняют следов тела, которое движется сквозь них (за отдельными и непринципиальными исключениями, скажем, инверсионный след после самолета). Если бы мы жили в вакууме, эта особенность нашего восприятия среды была бы выражена еще сильнее. Следствием этого восприятия и является Принцип Относительности Движения Галилея.

Для иллюстрации этого принципа, часто приводится пример пассажира, сидящего в движущемся поезде, и человека, стоящего на перроне. Если поезд движется с постоянной скоростью, то и человек на перроне, и пассажир в поезде оба имеют равные права сказать, что неподвижен именно он, а движется другой человек. Сам Галилей в одной из своих книг приводил несколько более сложный пример (воспроизвожу по памяти, читал эту книгу почти 30 лет назад). В этом примере, корабль двигался с постоянной скоростью вдоль берега, на котором стояли зрители. На мачте корабля сидел матрос, держащий в руках ядро. Когда матрос отпустил ядро, то оно упало возле основания мачты. При этом, для наблюдателей на корабле, это ядро двигалось вертикально вниз по прямой линии, с ускорением. Для наблюдателей на берегу, поскольку относительно них корабль (и ядро вместе с ним) двигался горизонтально с постоянной скоростью, траектория ядра описала параболу.

Что здесь не так? То, что и в первом примере с поездом, и во втором с кораблем, полностью пренебрегается движением пассажира или ядра относительно среды – воздуха. Но давайте будем использовать другую среду: такую, в которой следы остаются. В качестве такой среды выберем сливочное масло при комнатной температуре – мягкое, но держащее форму и сохраняющее следы (треки) тел, которые прошли сквозь него.

Представим себе планету, поверхность которой покрыта сливочным маслом, сквозь которое двигаются аборигены данной планеты. Зрение аборигенов хорошо приспособлено к этой среде, она для них достаточно прозрачна, но при этом они хорошо видят все следы тел, ранее прошедших сквозь масло. Однажды аборигены решили поставить эксперимент с поездом, для проверки Принципа Относительности Движения местного ученого Лео Лея. В первом эксперименте, один наблюдатель стоял на платформе, покрытой маслом, а второй наблюдатель ехал на открытой дрезине по путям, покрытым тем же маслом. Первый наблюдатель отметил, что масло вокруг него неподвижно, а вот второй наблюдатель с большой скоростью движется сквозь масло, оставляя после себя заметный след (трек). Второй наблюдатель, что характерно, отметит то же самое: что поток масла весьма чувствительно бьет ему в лицо, он заметит свой след в масле позади себя, и отметит в то же время, что первый наблюдатель не двигается относительно масла. Заметьте, в данном эксперименте не имеет никакого значения, двигаются ли наблюдатели относительно Земли, платформы, деревьев и т.д. – только относительно среды (масла).

Что касается корабля Галилея, поставим эксперимент с маслом и ядром все-таки на Земле. Поставим два эксперимента: в первом, большой брусок мягкого масла толщиной 3 метра лежит на палубе корабля и двигается вместе с ним относительно берега. На мачте сидит матрос, который держит в руках маленькое урановое ядро (его плотность настолько высока, что масло почти не окажет сопротивления его движению) и в момент времени  t₁  отпускает его над поверхностью масла. На большом расстоянии от корабля, у нас имеются два удаленных наблюдателя, один неподвижен относительно берега, другой – относительно корабля (то есть двигается с той же скоростью в том же направлении). Телескопы этих наблюдателей настроены на брусок масла (то есть телескоп наблюдателя, неподвижного относительно берега, слегка поворачивается вслед за движением бруска, так что брусок на протяжении достаточно длительного времени находится в центре поля зрения телескопа). Что увидят эти наблюдатели?

Оба наблюдателя увидят одну и ту же картину: ядро двигается сквозь масло – относительно масла – вертикально вниз, с ускорением. В момент времени  t₂  ядро достигнет дна бруска масла (то есть палубы). Трек, оставленный ядром в масле, будет прямой (толстая красная линия в желтом масле).
 

 
Обратите внимание – этот трек является не воображаемой траекторией, а вполне материальным объектом. Он объективно существует. На него можно посмотреть, его можно измерить, сфотографировать. Он настолько же материален, как столб или Пизанская башня. И он подчиняется Аксиоме 8 – он выглядит одинаково во всех системах отсчета.

Траектории же физики, по сравнению с такими треками в масле, являются воображаемыми, а не реальными. Допустим, некий наблюдатель установил кинокамеру на свой телескоп и зафиксировал движение ядра сквозь масло. Если его телескоп настроен не на брусок масла, а на какой-то объект на берегу, то на кадрах кинопленки корабль будет двигаться слева направо. Потом этот фильм можно посмотреть на мониторе компьютера - покадрово. Зритель этого фильма может наложить на экран телевизора лист бумаги и отметить на нем последовательные положения ядра при его движении влево и вниз, а затем соединить полученные точки кривой линией. Если для простоты мы не будем учитывать сопротивления масла, то полученная траектория, действительно, будет параболой.

Во втором эксперименте, брусок масла лежит на пирсе, вплотную к которому проходит корабль, и матрос отпускает урановое ядро над поверхностью этого масла. Что теперь увидят удаленные наблюдатели, чьи телескопы настроены на брусок масла (а не на корабль, потому что нас интересует именно трек, оставленный ядром в масле)?

Оба наблюдателя согласятся, что теперь трек, оставленный ядром в масле, является не прямой линией, а параболой (если не учитывать сопротивления масла).
 

 
Этот трек также не воображаемый, а вполне материальный; он объективно существует и подчиняется Аксиоме 8 (выглядит одинаково во всех системах отсчета).

На самом деле, и движение пассажира поезда, и полет уранового ядра с мачты сквозь масло иллюстрируют суть Дуализма Движения не самым лучшим образом. Эти примеры не очень информативны, я разобрал их только потому, что именно они обычно приводятся в учебниках по физике для объяснения Принципа Относительности Движения Галилея. Чтобы показать, что важнейшей, определяющей характеристикой движения является именно движение per medium (сквозь среду), а не движение ad aspicientis (к наблюдателю), нам понадобятся несколько более сложные примеры.

Примечание: текст слегка отредактирован - введен термин "трек" и добавлено сравнение его с воображаемой траекторией.