Очевидное? Нет, еще неизведанное…

Смилга Вольдемар Петрович

Это, между прочим, и означает, что пространство имеет три измерения!

Не будем очень углубляться в математику и потому не будем особенно расшифровывать наш «саперный» жаргон — «жестко привязать» к физическому телу координатную систему. Просто в случае, когда координатные оси направлены в строго определенные неизменные точки твердого тела, мы говорим, что координатная система «привязана жестко». Лучше всего пояснить это примером.

«Привяжем» Декартову координатную систему к Земле. Начало координат — центр Земли. Ось z направлена от центра к Северному полюсу. Ось x — от центра к точке пересечения Гринвичского меридиана

с экватором (0° широты и 0° долготы). Ось y — от центра к точке 0° широты и 90° восточной долготы.

«Привязать» можно, конечно, и по-иному. Взять за центр другую точку, по-другому расположить оси и т. п.

После небольшого экскурса в математику можно более четко перефразировать определение движения.

Тело относительно данной координатной системы движется, если с течением времени изменяется хотя бы одна из его координат.

Как именно меняются координаты, показывает важнейшая характеристика движения — скорость.

Если не стремиться к строгим формулировкам (это потребовало бы несколько больше математики, чем разрешают каноны популярной литературы), то понятие скорости можно ввести так.

Пусть мы хотим определить скорость тела в какой-то момент времени t₀. Тогда нужно сделать следующее:

определить в выбранной нами системе отсчета положение тела в момент t₀. Иначе говоря, определить его координаты;

посмотреть, где окажется наше тело в какой-то следующий момент t₁ (найти координаты в момент t₁);

определить длину прямолинейного отрезка, соединяющего первую и вторую точки. Эту длину обозначим S(t₁ · t₀);

поделить S(t₁ · t₀) на соответствующий интервал t = (t₁ – t₀). Тогда приближенно абсолютная величина скорости тела в момент t₀ равна [v(t₀)] S/t. Чем меньше мы выберем интервал t, тем точнее отношение S/t будет определять скорость в момент t₀.

А в пределе при t₀ -> 0 наша дробь точно определяет абсолютную величину скорости тела в момент t₀. Это записывают так:

На рисунке иллюстрируются те операции, о которых только что говорилось, для частного случая, когда движение происходит вдоль

прямой линии.

При этом, как видно, начиная с некоторого момента времени, S уменьшается. Это значит, что тело возвращается в начальную точку. В верхней точке кривой скорость равна нулю. Слева от этой точки скорость положительна, а справа — отрицательна. Обратите внимание, что, используя приближенное выражение для скорости, в верхней точке мы не получим нуля.

Уже упоминалось, что одной абсолютной величины еще недостаточно для полной характеристики скорости. Нужно знать направление в котором тело убегает из начальной точки.

Если тело движется не по прямой, то направление его движения изменяется весьма прихотливо, и это отражается в определении скорости. Скорость тела можно считать постоянной только тогда, когда неизменны и ее абсолютная величина и направление движения (равномерное прямолинейное движение). Очевидно, что направление скорости определяется направлением отрезка (S).

А теперь перейдем к самому важному.

Интервал пути S^{– >}, как говорилось выше, определяется в данной выбранной нами системе отсчета. При этом и абсолютная величина и направление S^{– >} зависят от выбора системы отсчета. В одной системе отрезок S^{– >} будет один, а в другой — другой. То есть пройденный путь — величина относительная и зависит от выбора системы отсчета.

Это должно быть всем известно из школьного курса физики, поэтому ограничимся только наглядной «железнодорожной» иллюстрацией.

Путь, который проходит экспресс Москва — Ленинград в системе отсчета, жестко связанной с экспрессом, тождественно равен нулю (поезд все время находится в начале координат, и S^{– >} = 0).

Если систему отсчета связать с товарным поездом, который вышел из Москвы в одно время с экспрессом, но, естественно, отставал по дороге и в момент прибытия экспресса в Ленинград находился в Бологом, то путь, пройденный экспрессом, равен расстоянию Бологое — Ленинград (S^{– >} = 325 километрам).

В системе же отсчета, связанной с Землей, экспресс пройдет расстояние Москва — Ленинград, то есть S^{– >} = 650 километрам. Но так как скорость определяется отношением ^S/_t, то она также оказывается величиной относительной и зависит от системы отсчета.

Между прочим, надо заметить, что подобные примеры довольно часто сложнее, чем четкие математические формулы.

А как интервал времени t? Он, может быть, тоже зависит от системы отсчета?

Может ли оказаться, что, определяя время движения экспресса Москва — Ленинград, мы получим в системе отсчета, связанной с Землей, один результат, а в системе, связанной с самим экспрессом, — другой? Или нелепа сама постановка такого вопроса? Надеюсь, что такой мысли ни у кого не появилось.

Время — физическое понятие, которое ввели, используя опытные данные. В классической физике мы полагаем, что интервал времени t одинаков во всех системах отсчета. И это утверждение сделано как обобщение опытных фактов. Но если, паче чаяния, новые опыты покажут, что в различных системах отсчета интервал времени различен, мы примем это с удивлением, но без ужаса ^[19] .

19

Именно это и пришлось сделать физикам, когда была создана теория относительности. Но пока скорости много меньше световой, можно считать, что интервал t неизменен во всех системах.