Здесь уместно вспомнить о мысленном опыте Галилея, проведенном им под палубой корабля. Но возвратимся в вагон поезда.
Вдруг происходит толчок, заставляющий нас наклониться. Одновременно чемодан, ранее неподвижно лежавший на полке, срывается с места и летит поперек купе.
Как объяснить это нам, убежденным в справедливости законов Ньютона и уверенным в том, что до толчка вагон был неподвижен?
Мы вынуждены предположить, что толчок вызван внезапным появлением новой силы, заставившей нас наклониться и вынудившей чемодан, лежавший до того неподвижно, прийти в движение.
Ведь, без проявления этой силы, чемодан не мог бы приобрести ускорение, а долен был оставаться неподвижно!
Но откуда взялась эта сила?
Мы не можем обнаружить никаких предметов, толкнувших чемодан. Даже если бы мы заранее знали о предстоящем толчке, мы не смогли бы обнаружить никаких деформаций чемодана, вследствие которых он начал двигаться.
Несмотря на очевидность, мы вынуждены признать появление новой силы. Силы, заставившей чемодан слететь с полки, а нас наклониться, словом, приведшей в движение все предметы, не прикрепленные к вагону. Причем действие этой силы не связано с деформациями тел, как это всегда бывает при действии сил инерции, введенных в науку Ньютоном.
Физики называют и эти силы силами инерции.
- Минутку, вправе сказать внимательный читатель, Ньютон и мы, следуя ему, назвали силами инерции совсем иное. Ведь Ньютон написал: «Эта сила проявляется единственно тогда, когда другая сила, к нему (в нашем случае к чемодану, Р.Ж.) приложенная, производит изменение в его состоянии».
- Мы убедились в том, продолжит читатель, что «другая сила», в результате действия которой «проявляется» сила инерции, всегда связана с деформацией предметов. А такой деформации при происшествии в вагоне не было.
Читатель прав. Силы инерции, признаки которых описал Ньютон, не имеют ничего общего с силами инерции, вызвавшими происшествие в вагоне.
Так сложилось в истории науки, что два различных явления, две различных силы имеют общее название. Эта ситуация зачастую приводит к недоразумениям. Она заслуживает того, чтобы в ней разобраться.
Давайте возвратимся в наш вагон и откроем шторы.
ИЛЛЮЗИИ И РЕАЛЬНОСТЬ
Мы видели, что наш поезд плавно трогается с места и вагоны соседнего поезда начинают все быстрее мелькать перед нашим окном. Вдруг, когда мимо нас промелькнул последний вагон, мы видим здание вокзала и людей на платформе и понимаем, что ошиблись. Поехал не наш поезд, а соседний!
Иногда, если поезд ведет хороший машинист, мы, не чувствуя толчка и не ощущая других признаков движения, думаем, что поехал соседний поезд. Ошибка выясняется лишь когда за окном возникает не вокзал, а совершенно иной пейзаж.
Тот, кто не испытал подобных иллюзий, должен поверить прочитанному.
Если скорость возрастает медленно и плавно, то трудно установить, что она изменяется, что все происходит в соответствии со вторым законом Ньютона. Создается впечатление, что скорость постоянна, а значит на предметы не действуют силы, вызываемые другими предметами. Создается впечатление, что здесь действует первый закон Ньютона, закон инерции. А в этом случае не только человек, но и приборы не могут установить какой из предметов движется, а какой неподвижен. Или, может быть, оба движутся прямолинейно и равномерно, но движутся по-разному.
Так проявляет себя принцип относительности Галилея, суть которого состоит в равноправии систем, в которых справедлив первый закон Ньютона закон инерции.
Эти системы, на которые не действуют внешние силы, называют инерциальными системами. Встречая это название, мы понимаем, что речь идет о системах, в которых справедлив закон инерции.
Вернемся в вагон, движущийся с постоянной скоростью. Посмотрим на чемодан, неподвижно лежащий на полке, и на предметы, движущиеся за окном.
Принцип относительности Галилея заставляет нас признать, что вагон может считаться неподвижным, а ландшафт
движущимся с постоянной скоростью.
Особенно ясно это для случая двух кораблей, встречающихся в открытом море. Невозможно определить какой из них движется, если не прибегнуть к лагу прибору, показывающему скорость корабля относительно воды.
Теперь, внимание!
Пассажир в вагоне замечает, что какая-то сила заставляет его наклониться, бросает вперед чемодан, спокойно лежавший на полке, и одновременно заставляет остановиться ландшафт, до того пробегавший за окном.
Эйнштейн обратил внимание на то, что тормоза не действуют на телеграфный столб и окружающую местность. Конечно, при торможении колеса деформируют рельсы, увлекая их верхнюю поверхность за собой. Но рельсы прикреплены к шпалам, шпалы связаны с грунтом, а масса Земли столь велика, что тормозящий поезд практически не изменяет ее скорость. После остановки поезда деформации рельсов и грунта исчезают.
Итак, приборы, установленные в вагоне, как и пассажиры отмечают, что во время торможения возникают новые силы, источник которых остается неизвестным. Физики называют эти силы силами инерции. Именно эти силы, фиксируемые приборами, находящимися в поезде, заставляют, с точки зрения пассажира, слететь с полки чемодан. Они же заставляют «остановиться» ландшафт, двигавшийся до того навстречу вагону.