Земля в беде

Для того чтобы правильно понять смысл этого постулата и доказать его истинность или ложность, нужно обратиться к истории его возникновения. Принцип относительности был введен в научный оборот Галилео Галилеем в его знаменитой работе "Диалог о двух главнейших системах мира - птолемеевой и коперниковой" [13], опубликованной в 1632 году. В этой работе Галилей обосновывал новую для того времени гелиоцентрическую систему мира, опровергая аргументы сторонников геоцентрической системы (напомним, что система Аристотеля - Птолемея ставила в центр Вселенной неподвижную Землю, вокруг которой в порядке удаленности обращались Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, 1022 видимых звезды). Среди прочих сторонники геоцентрической системы выдвигали, например, такой аргумент: "Если бы Земля двигалась по орбите и вращалась бы вокруг своей оси, то мы бы заметили это, так как вращение Земли сбрасывало с нее все предметы, а облака и птицы отставали бы от ее движения." В ответ на это Галилей приводил пример с кораблем, равномерно и прямолинейно движущимся по глади моря. Он писал: "Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью и тогда (если только движение будет равномерным и без качки в ту и другую сторону) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения и ни по одному из них не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно… Бросая какую-нибудь вещь товарищу, вы не должны будете бросать ее с большей силой, когда он будет находиться на носу, а вы на корме, чем когда ваше взаимное положение будет обратным; капли, как и ранее, будут падать в нижний сосуд, и ни одна не упадет ближе к корме, хотя, пока капля находится в воздухе, корабль пройдет много пядей" [13, 147].

В общем виде Галилей сформулировал принцип относительности так: "В каюте корабля, движущегося равномерно и без качки, вы не обнаружите ни по одному из окружающих явлений, ни по чему-либо, что станет происходить с вами самими, движется ли корабль или стоит неподвижно" [13].

В современных учебниках физики принцип относительности Галилея формулируется обычно следующим образом: "Механические явления происходят одинаково в любых двух изолированных материальных системах, движущихся равномерно и прямолинейно одна относительно другой." Из принципа относительности Галилея следует один любопытный вывод: поскольку механические процессы в двух инерциальных (движущихся равномерно и прямолинейно) системах протекают одинаково, то мы можем "привязать" систему отсчета к любому из движущихся тел, выбрав его по собственному произволу. Например, в случае галилеевского корабля и Земли мы можем связать систему отсчета с Землей, и тогда корабль будет двигаться относительно Земли, но мы можем связать систему отсчета и с кораблем, и тогда Земля будет двигаться относительно корабля. Несмотря на столь явную передержку (из двух высказываний: "корабль движется относительно Земли" и "Земля движется относительно корабля" - только первое истинно), последующие поколения физиков некритически восприняли принцип относительности, и с течением времени он превратился в догму.

Однако в середине XIX века вместе с развитием электродинамики выяснилось, что применительно к электромагнитным явлениям принцип относительности не соблюдается. Скажем, если электрический заряд покоится относительно нас, то он создает вокруг себя только электрическое поле и не создает магнитное. Если же этот электрический заряд движется относительно нас равномерно и прямолинейно, то он создает также и магнитное поле.

Другой пример. Представим, что два одинаковых электрических заряда движутся параллельно друг другу с одинаковыми скоростями. Получается, что относительно друг друга эти заряды неподвижны, и благодаря своему электрическому взаимодействию они должны отталкиваться друг от друга. Но для неподвижного наблюдателя эти два заряда будут выглядеть как два параллельных электрических тока, которые силой магнитного взаимодействия будут не отталкиваться, а притягиваться. Получается, что для электромагнитных взаимодействий состояние покоя и состояние равномерного и прямолинейного движения отнюдь не идентичны.