Знание-сила, 1998 № 06 (852) | страница 22
Переживание пространства, Архитектурная фантазия
Механика... Казалось бы, что может подсказать эта созданная несколько столетий назад наука современным физикам, имеющим дело со сверхбыстрыми процессами, с искривленным пространством, с суперэлементарными частицами — кварками? Оказывается, может. И если бы физики были внимательнее к этой старой науке, многие их фундаментальные открытия были бы сделаны значительно раньше. В уравнениях механики были для этого и намеки, и подсказки.
Наверное, об этом можно было бы говорить как о потерянных шансах механики. Хотя виновата не она, а мы, физики, свысока, пренебрежительно относящиеся к перевернутым и переворачиваемым страницам науки. Теория во многом похожа на загадочную картинку, где среди леса чисел и символов прячутся новые принципы и двери в не открытые еще области физики.
Бывает время бросать камни и время их собирать...
Физиков давно интересовал вопрос: если мы находимся внутри изолированной от внешнего мира кабины, без дверей и окон, то как узнать, движется эта кабина или же стоит на месте? Представим себе, например, что небо над нашими головами было бы постоянно затянуто облаками, смогли бы мы тогда установить факт движения Земли в пространстве? А если взглянуть пошире и предположить, что видимая нами часть Космоса — это огромная «камера», то можно ли узнать о ее движении? И вообще, существует ли абсолютное движение по отношению к какой-то первооснове (вакууму, скажем мы сегодня), или все скорости в мире относительны и с этой точки зрения мир иллюзорен?
Знаменитый итальянский астроном и физик Галилео Галилей, рискуя попасть на суд инквизиции, первым попытался ответить на этот вопрос. Он доказывал. что если двигаться совершенно равномерно, без ускорения и без отклонений в стороны, то о движении «кабины» и ее скорости мы никогда и ничего не узнаем. Ньютон подтвердил этот вывод с помощью своих уравнений.
Проблема абсолютной скорости и выбора системы координат с разных точек зрения многократно рассматривалась и последующими поколениями физиков. К сожалению, для них осталось неизвестным, что аналогичная задача, но в значительно более общем виде, решалась математиками. Они же изучали инварианты — выражения, которые в данной системе уравнений остаются неизменными при преобразованиях координат. Было доказано, что в классе уравнений, к которому принадлежат уравнения механики, существуют инварианты двух типов. Во-первых, такие, которые «нечувствительны» по отношению к равномерным (линейным на языке математики) сдвигам пространственных координат при неизменном значении времени. Это как раз — случай, рассмотренный Галилеем. Во-вторых, инварианты, отвечающие сдвигу сразу и пространства, и времени. Один из таких пространственно- временных сдвигов в точности совпадает с преобразованиями теории относительности. Их открыли с большим опозданием, на рубеже XIX и XX веков, когда возникли трудности с объяснением опытов со светом, а могли бы открыть и раньше, если бы физики и математики работали в более тесном контакте.
