PhilosofFine

Можно ли отсюда заключить, что система K' (абсолютно) ускорена? Это заключение было бы неправомерным. Систему K' можно с таким же правом считать «покоящейся», предполагая лишь, что в системе K существует однородное гравитационное поле, являющееся причиной ускоренного движения тел относительно K .

Против такого утверждения можно было бы возразить, что не указаны массы, порождающие это гравитационное поле. Однако их можно считать бесконечно удаленными, не вступая в противоречие с основами механики Ньютона. Кроме того, мы не знаем, с какой точностью соответствует действительности закон тяготения Ньютона.

Одно обстоятельство говорит в пользу нашего утверждения. Относительно системы K все массы, независимо от их конкретных физических и химических свойств, падают с одинаковым ускорением. Опыт показывает, что это справедливо и для гравитационного поля, причем с необычайной точностью. Примечательный факт, что мы знаем гравитационное поле как состояние пространства, в котором поведение тел такое же, как и в системе K', делает совершенно естественной гипотезу о том, что в системе K' существует гравитационное поле, по существу тождественное полям тяготения, порождаемым массами в соответствии с законом Ньютона.

При этом способе рассмотрения не существует никакого реального разделения на инерцию и гравитацию, поскольку ответ на вопрос о том, находится ли тело в определенный момент исключительно под действием инерции или под комбинированным воздействием инерции и гравитации, зависит от системы координат, т. е. от способа рассмотрения (здесь приведен «динамический аналог», отражающий суть принципа эквивалентности инертной и гравитационной масс Эйнштейна. - Н. Г.).

Итак, общеизвестные физические факты приводят нас к общему принципу относительности, т. е. к утверждению, что законы природы следует формулировать так, чтобы они выполнялись относительно произвольно движущихся систем координат.

Из сказанного выше непосредственно видно, что общий принцип относительности приводит к теории гравитационного поля. Именно, исходя из инерциальной системы K , в которой гравитационное поле отсутствует, и вводя движущуюся произвольным образом относительно K систему координат K', так что в системе K' существует точно известное гравитационное поле, мы можем определять общие свойства гравитационных полей по общим свойствам тех гравитационных полей, которые получаются при переходе к системе K'.

В то же время неверно обратное утверждение, что всякое гравитационное поле соответствующим выбором системы координат можно исключить, т. е. получить пространство, свободное от тяготения. Например, гравитационное поле Земли нельзя исключить никаким выбором системы координат. Для конечной области это возможно только в случае гравитационных полей весьма специфического вида. Но для бесконечно малой области координаты всегда можно выбрать таким образом, что гравитационное поле будет отсутствовать в ней (курсив наш. - Н. Г.). Тогда можно считать, что в такой бесконечно малой области выполняется специальная теория относительности. Тем самым общая теория относительности связывается со специальной теорией относительности, и результаты последней переносятся на первую [Эйнштейн, 2000. С. 78-80].

Чрезвычайно важной для нас здесь является фиксация необходимости анализа «чрезвычайно малой области» пространства. В контексте приведенных выше рассуждений Эйнштейн фактически предлагает перейти от «работы» с ИСО к «работе» с локально-инерциальными системами отсчета. В частности, он подчеркивает, что «в силу универсальности ускорения в гравитационном поле в системе отсчета, движущейся с ускорением, тело, на которое не действуют силы, будет покоиться или двигаться с постоянной скоростью», т. е. такая система отсчета будет эквивалентна инерциальной системе. Отметим, что это рассуждение справедливо только для случая постоянного гравитационного поля, однако на практике оно справедливо, поскольку условием реализации является малость размеров тела по сравнению с неоднородностями гравитационного поля. Поэтому «свободнопадающую» систему называют локально-инерциальной, на практике подобная система реализуется, например, в космическом корабле после выхода на орбиту вокруг Земли. Отметим, что локально-инерциальная система отсчета будет сохранять свойства однородности и изотропности пространства, т. е. для нее можно сформулировать свой принцип относительности - это и есть обобщенный принцип относительности Эйнштейна.