Чтение онлайн

Чтобы измерить скорость и ускорение, нужно иметь часы. Часы указывают нам, за какое время тело прошло данный путь. Деля путь на время, находим скорость. Так в случае равномерного движения; в случае неравномерного движения отношение пути к времени дает среднюю скорость тела. Точно так же определяется и ускорение — только вместо пути нужно брать скорость и делить изменение скорости (разность ее значений) на время, за которое скорость изменилась на данную величину.

Механика не существует без времени, и время присутствует в ней, по существу, на тех же правах, на каких пространство присутствует в геометрии.

Измерять время хотелось бы идеально точными, строго ритмично идущими часами. Если же часы то отстают, то спешат, измерения времени, а с ними и измерения скорости и ускорения окажутся неверными. Так равномерное движение покажется нам из-за этого неравномерным.

Выходит, что законы классической механики подразумевают не только инерциальность системы отсчета, лаборатории, в которой проводятся наблюдения. Требуется еще и ритмичность хода часов, по которым отсчитывается в лаборатории время.

Однако же, как проверить часы, как оценить точность, ритмичность их хода?

Есть только один способ — тот же, что и для определения инерциальности лаборатории. Нужно наблюдать за движением тела, не подверженного внешнему воздействию и, пользуясь нашими часами, измерять время, необходимое этому телу для прохождения разных отрезков пути. Если мы найдем, что его скорость на всех этих отрезках одинакова,— значит, наши часы идут достаточно точно.

Такие ритмично идущие часы называют инерциальными.

Но вот что особенно важно. Как бы ни двигались друг относительно друга различные инерциальные часы вместе с различными инерциальными лабораториями, все они показывают одно и то же время. Не только каждые из них идут в неизменном ритме, но этот ритм у всех часов одинаков. Пользуемся ли мы покоящимися часами в нашей собственной лаборатории или смотрим на движущиеся мимо нас часы других лабораторий и ведем по ним отсчет времени — результат измерений всегда один и тот же.

Все инерциальные часы в мире показывают одно и то же время.

Но откуда следует это столь сильное заключение? Точность хода каждых отдельных часов можно проверить и установить с помощью наблюдения за телом, не испытывающим действия сил. Это так, но ведь утверждается, что все такие часы имеют не только постоянный, но и синхронный — все в одном ритме — ход.

Это утверждение нельзя вывести логически из принципа относительности или из закона инерции. Оно не выводится; в механике Галилея — Ньютона оно принимается в качестве аксиомы, играющей ту же роль, что и аксиомы геометрии Евклида.

Ход всех инерциальных часов одинаков. Без этого здание классической механики рушится. Но законы классической механики со всей возможной точностью подтверждаются в огромной области наблюдаемых явлений природы — от движения небесных тел до движений мельчайших частиц, атомов и молекул газов. Значит, верна и исходная аксиома. Добавим — верна во всей этой области явлений.

Классическая механика утверждает синхронность всех инерциальных часов. Тем самым она фиксирует в действительности фундаментальное свойство времени — той физической реальности, для измерения которой и служат часы.

Исследуя движения разнообразных тел природы, земных и небесных, классическая механика выяснила, как мы видим, не только законы, которым подчиняются все эти движения. Она установила и нечто большее: в мире существует время, общее для всех этих тел и одинаково измеряемое всеми инерциальными часами.

Это единое, всеобщее и универсальное время называют абсолютным временем. Абсолютное время отсчитывается для всей Вселенной и ход его везде и всегда одинаков.

Открытие абсолютного времени — таков важнейший результат классической механики. Это достижение стало возможным благодаря ясному и, можно сказать, конструктивному подходу к проблеме времени, принятому Ньютоном. Фактически при построении классической механики он исходил из идеи абсолютного времени как из рабочей гипотезы.

«Гипотез не измышляю», — говорил Ньютон. Но это была гипотеза — гипотеза, к которой подводил весь существующий опыт механики и в первую очередь наблюдения и идеи Галилея, открытие им законов движения маятника, изобретение на их основе надежных маятниковых часов. Их мерный ход наводил на мысль о непрерывном и всеобщем мировом времени. Под их ритмичный ход, можно сказать, и строилась новая физика Галилея и Ньютона и прежде всего их механика, которая стала классической теорией абсолютного времени.

Всеобщий, абсолютный характер времени в механике Галилея — Ньютона самым решительным и очевидным образом проявляется во взгляде на одновременность событий. Раз имеется полная согласованность, синхронность хода всех часов, то два каких-то события, одновременность которых мы установили по каким-то одним часам, будут одновременны и по всем другим часам тоже. Одновременность — факт, не зависящий от системы отсчета. Это понятие не относительное, а абсолютное: что одновременно, то одновременно с любой точки зрения, в любой инерциальной системе отсчета.

Вот как сам Ньютон определяет время в знаменитой книге «Математические начала натуральной философии», вышедшей ровно 300 лет тому назад, в 1687 году*). «Абсолютное, истинное математическое время, само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью».

*) Перевод ее с латыни сделал знаменитый математик и механик академик А. Н. Крылов.

Это определение дается в самом начале «Начал».

Под «истинным математическим временем» Ньютон понимал то время, которое фигурирует в математической формулировке законов движения. Абсолютное время служит как бы идеальной мерой длительности всех механических явлений. Оно идеально в том же смысле, в каком идеально равномерное и прямолинейное движение. Строго равномерного движения мы не наблюдаем из-за трения и иных обстоятельств, которые нужно считать случайными. От них, правда, можно избавиться в той или иной степени, и чем слабее их влияние, тем ближе мы к идеалу равномерного движения.