системы Коперника основана на эмпирической значимости теорем.
Конечно, нельзя из наблюдения движения материальных точек, не подверженных действию силы, сделать вывод о том, что система Коперника является инерциальной системой. Полноценным доказательством являются вычисление путей планет на основе содержащей закон инерции механики и достигнутое таким путем согласие с опытом. Мы уже упоминали в главе 1, что для достижения этого соответствия с опытом надо сделать некоторые небольшие поправки к обычно упо-
*) Мы цитируем по работе Ланге в Philosophische Studien 3, 539 (1885- 1886).
требляемой шкале времени, которые переводят ее в инерциальную шкалу времени.
Таким образом, через 350 лет после Коперника мы находим, наконец, у Людвига Ланге определенное завершение линии развития, исходившей из учения Коперника.
Вышеуказанными определениями исключаются многие другие мыслимые системы отсчета, например любая система, которая вращается с постоянной скоростью по отношению к астрономической системе отсчета. Тело, покоящееся в подобной системе, будет испытывать, как указал еще Ньютон, центробежную силу, не содержащуюся в уравнениях движения. Эта сила фактически является лишь другим выражением стремления к прямолинейному движению по отношению к инерциальной системе. Для связанной с Землей, следовательно, вращающейся системы отсчета эта центробежная сила проявляется, например, в сплющивании Земли. Вращение плоскости колебания маятника в произведенном в 1851 г. опыте Фуко (1819-1868) также, несомненно, указывает на вращение Земли, т. е. на неоправданность земной системы отсчета. Вторым доказательством является установка вращающегося компаса в северно- южном направлении (в 1925 г. Майкельсон доказал то же самое посредством опыта с интерференцией света).
Но динамика дает возможность вывести из
Координаты, определяющие положение материальной точки в любой из инерциальных систем,
вычисляются по простой формуле из координат данной точки в одной из этих систем, причем, конечно, ввиду наличия относительного движения обеих систем требуется еще знать время для перехода от одной системы к другой. Оно остается непреобразованным и в этом смысле является «абсолютным». В подобных системах, правда, различаются скорости материальных точек, но ускорения - одни и те же. Поэтому закон движения имеет значение в обеих системах в одинаковой форме. Если дается единственная инерциальная система, то можно ее принять за абсолютную систему отсчета н движение относительно нее - за «абсолютное» движение. Но так как этого не бывает, то говорят о принципе относительности ньютоновской механики. Согласно этому принципу механические опыты не допускают никакого преимущества одной инерциальной системы перед другой.
Однако долгое время предполагали, что преимущество какой-либо системы будет возможно установить другими экспериментами и наблюдениями, а именно теми, в которых изучаются физические действия, распространяющиеся с конечной скоростью; ведь скорости в различных инерциальных системах различны. Эта мысль была важна прежде всего для оптики. Любая теория, которая считала эфир носителем света (сюда относится и электронная теория; гл. 4 и 5), должна была рассматривать систему отсчета, в которой эфир находится в покое, как предпочтительную перед всеми другими системами. Поэтому такая система отсчета определялась как абсолютная. Всегда неявно принималось, что это будет инерциальная система в смысле механики.
В самом деле, открытая в 1728 г. Дж. Брэдли (гл. 4) аберрация звезд допускает простое объяснение, заключающееся в том, что свет в астрономической системе отсчета распространяется по всем направлениям с одной и той же скоростью, измеренной Олафом
Рёмером. Скорость света относительно Земли получается векторным вычитанием скорости Земли. В 1818 г. О. Френель предсказал, а в 1871 г. Джордж Бидел Эйри (1801 -1892) экспериментально подтвердил казавшееся прежде парадоксальным положение, что наполнение телескопа водой, следовательно, изменение скорости света внутри трубы телескопа, не влияет на аберрацию. Теория Френеля перестала быть спорной и привела к точному, экспериментально подтвержденному в 1851 г. Физо значению скорости распространения света в движущихся телах. Если распространение света и движение тела имеют одинаковое или противоположное направления, то скорость тела прибавляется или вычитается из скорости света не полностью. Ей приписывается уменьшающий ее величину множитель- френелевский коэффициент увлечения. Так был дан очень ценный пробный камень для всех последующих теорий оптики движущихся тел.
Опыт Физо долгое время рассматривался как поразительное доказательство существования эфира, проникающего все тела, но не принимающего участия в их движении. Только так можно было понять этот коэффициент Френеля. Теория относительности опровергла этот аргумент. Она доказала, что рассматривавшееся как само собой разумеющееся сложение или вычитание скоростей неправомерно при данных условиях. Таким образом, история опыта Физо является поучительным примером того, какую большую роль в объяснении каждого опыта играют элементы теории; их нельзя даже отделить от него. И если потом теории меняются, то опыт превращается из поразительного доказательства для одной теории в такой же сильный аргумент для противоположной теории.
Но старое представление об аддитивности скоростей света и тел, впрочем, все же сохранилось. Христиан Допплер (1803-1853) на основании волновой теории вывел в 1842 г. заключение, что приближение источника света к наблюдателю увеличивает наблюдаемую частоту, отдаление уменьшает ее. Трудный для
6*
понимания эффект Допплера в течение нескольких десятилетий встречал ожесточенное сопротивление, несмотря на подтверждение, которое он получил в области акустики (гл. 2). Это сопротивление отчасти объясняется действительно спорными астрономическими применениями этого принципа Допплером. И все же Допплер был по существу прав, и астрономия первая дала экспериментальное подтверждение этого принципа. В 1860 г. Эрнст Мах (1838-1916) предсказал, что линии поглощения в спектрах звезд, связанные с самой звездой, должны обнаруживать эффект Допплера; но наряду с ними в этих спектрах существуют линии поглощения земного происхождения, не обнаруживающие эффекта Допплера. Первое соответствующее наблюдение удалось произвести в 1868 г. Вильяму Хюггинсу (1824-1910). В настоящее время точность таких наблюдений при благоприятных условиях так велика, что можно измерить лучевые скорости в 3 • 104
