Строго говоря, ни одна система отсчёта реально не существует, поскольку является не сущностью, а лишь удобным базисом для описания
Спрошу тогда по другому: есть ли в природе объекты которые могут быть описаны в этой теории?
Т.е. может быть теория применима к классу умозрительных систем (ну таких как например математическая точка, размера не имеет, но любой способ её изображения порождает точку с размерами, отсюда видно, что математических точек в физическом мире не только нет, но и быть не может) и нет в реальности таких систем, которые удовлетворяют определению инерциальной системы?
Инерциальная система и в самом деле умозрительна
, но это ничуть не снижает ее полезности. Для примера сперва рассмотрим случай "умозрения", когда физический объект солидных габаритов "для простоты рассмотрения" заменяют математической точкой, которой приписывают всю его массу.
С одной стороны такая, на первый взгляд, существенная замена кажется довольно грубой. Однако здесь следует поставить вопрос - "грубо для чего?". Где конкретно возникает ошибка, и насколько она велика? И вот-то выясняется, что ошибка возникает только тогда, когда мы хотим использовать этот объект, как материальное тело - зажарить его на сковородке и сожрать и т.п., но если от него нам нужны только расчетные данные, то замена тела на точку может оказаться вполне допустимой. Более того - вычислительной ошибки от такой замены может и не быть совсем!
Дело тут в том, что многие взаимодействия данного тела с его окружением могут иметь аддитивную природу по отношению к его частям - как будто бы каждая из его мельчайших крупинок взаимодействует по отдельности, а потом эффекты от всех этих взаимодействий складываются. В этом случае суммарный эффект можно вычислить, суммируя не эффекты от каждой крупинки, а суммируя их массу (она и составляет полную масса тела), а точкой приложения сил считать центр тяжести тела. При этом, как не удивительно, вообще никакой ошибки не возникает! Оба варианта вычислений (интегральный по всему объему и средний по центру тяжести) совпадают тожественно!
Это явление еще издревле замечено. Скажем, площадь прямоугольных участков земли можно получить, перемножая их длину на ширину, а, не укладывая их поверхность плитками площадью 1 кв.м. с подсчетом числа этих плиток. А ведь это тот же самый эффект! И он имеет здесь место потому, что средняя ширина у прямоугольника равна его стороне. Но тот же подход допустим при подсчете площадей треугольников и трапеций - тут уже средняя величина вычисляется явно.
Еще в те времена (кажется, XVII век), когда интегралы называли квадратурами, были предложены методы их вычисления без использования формул интегрирования, которых тогда не знали. Для этого значение функции следовало вычислить лишь в отдельных точках (узлах), число которых зависело от сложности вида функции. Для самых простых, линейных функций достаточно было одного узла. Несложно догадаться, что он располагался ровно посредине, т.е. представлял собой среднее значение. А вот для вычисления площади параболы требовалось знать ее значение уже в двух точках, а на этот раз уже не посредине. При этом в обоих этих случаях интеграл/площадь получалась АБСОЛЮТНО точно, а вовсе не приблизительно!
Короче говоря, люди уже давным-давно сообразили, что в конкретных расчетах требуется знание не о всех характеристиках объекта, а лишь о небольшом их числе, которые определяют результат расчета. При этом все остальные характеристики объекта допустимо было из его модели удалить, как на результат моделирования не влияющие. Именно так и появилась в механике традиция заменять материальные тела математическими точками.
А по нынешним временам дела обстоят и того круче! Фактически все математические методы в физике обычно начисто отвлекаются от реальных характеристик объектов, занимаясь исследованием одних лишь закономерностей, относящихся к исследуемому процессу/взаимодействию. Причем, в ряде случаев от реального объекта даже математической точки не остается
. Скажем, в современной (квантовой) химии большинство расчетов совершается на основе понятия энергии. Т.е. здесь для большинства расчетов не важно, где находятся электроны и как выглядят химические связи между атомами в молекуле, а интересует только один единственный параметр - величина энергии, необходимая, чтобы оторвать электрон или разорвать конкретную химическую связь. При этом для большинства случаев существуют справочные таблицы величин таких энергий для типичных связей, когда-то определенные чисто экспериментально (рвали связи и замеряли, сколько требуется энергии для разрыва). О чем тут говорить, если даже такой практичный в строительном деле инструмент, как сопромат, фактически абстрагируется от внешнего вида стройматериалов, оперируя таким понятиями, как прочность? Т.е. там даже объекта "кирпич" нет
, а вместо этого есть таблицы прочности кирпичной кладки, в зависимости от ее толщины и сорта кирпича. Т.е. можно проектировать здания, вообще никогда не видя кирпичей!
С одной стороны такой подход может возмущать, а с другой стороны вызывать зависть. Возмущать из-за того, что видимое многообразие создает ощущение того, что оно исключительно важно, рождает мысли о гармонии ("эко оно как гармонично срослось, что одно подходит к другому"), вызывает желание вникать во все эти многочисленные нюансы, которые обещают знание, и кажется, что вот-вот мы обнаружим что-то такое, на что раньше внимание не обращали, и оно даст нам "ключ" к пониманию... Но реальность оказывается куда прозаичнее - подавляющее большинство этого разноцветного калейдоскопа только пожирает наше внимание, не давая ответов на интересующие нас вопросы. Тогда как та суть, которая содержит в себе эти ответы, вообще никак не проявляет себя визуальными эффектами. Тому наглядное свидетельство - недавнее затрагивание в этой теме темной материи и метрики пространства Вселенной, которая могла бы вызвать аналогичный эффект. И тут-то мы начинаем понимать, что своим существованием и уникальными свойствами весь наш мир обязан метрике - математическому выражению величины расстояния в том пространстве, которому принадлежит мир. Да и формула та до того плюгавенькая и невзрачная, что ее никак не заподозришь в том, что именно от нее зависело то, быть нашему мирозданию или не быть, а если и быть, то каким. И никакие мудрецы древности, которые, на что-то там глядя, медитировали, никогда бы этого обстоятельства не постигли, т.к. просто не там искали. Искали что-то могучее, что всем "дало" полной мерой, а оказалось, что ничего могучего-то и не было, а было пространство (аки "пустота") имеющее строго определенные характеристики, из-за чего устойчивостью в нем обладали не любые структуры, а лишь те, которые этому пространству "соответствовали". А потом на все это "созрело" и дало именно те плоды, которые мы сейчас имеем счастье наблюдать. Поэтому имеет смысл не возмущаться "ограниченностью" ученых, которые пренебрегая прелестями нашего мира, копаются в сухих формулах, а лишь позавидовать их способности видеть существо дела сквозь яркую мишуру.
Ведь тогда получается, что СТО гласит о несуществующем мире.
Где на этот раз ошибка в рассуждениях?
Теория относительности вроде бы вообще отрицает существование инерционных систем
, т.к. полагает, что наличие в мире гравитирующих масс портит всю малину. Или, другими словами, гравитирующая масса "искривляет вокруг себя пространство", что приводит к эффектам, когда законы Ньютона дают большую ошибку. А в этом случае система отсчета, являющаяся инерционной по формальным признакам, ничего не дает, т.к. объекты, задействованные в эффектах тяготения, все равно выпадают из общего правила.
По большому счету понятие "инерционной системы", как и ее обратная сторона - принцип относительности, к настоящему времени прилично устарели, т.к. большинство сложных вопросов механики все равно не разрешимы одним лишь методом переноса оси координат или привязкой ее к какому-то одному из объектов. Причем, произошло это довольно давно - в конце XVIII века, когда Лагранж создал свою механику, отличную от механики Ньютона. Между рождениями обеих механик ровно один век прошел. Так вот лагранжева механика совершенно нуждается в понятии инерционной системы, т.к. одинаково правильно работает во всех системах отчетов, а потому и не различает их по качеству. Но и как можно догадаться, такое "улучшение" не далось бесплатно - лагранжева механика настолько абстрактна, что ее даже в школе не проходят. Да и я вынуждена за собой признать, что не очень-то в ней волоку
. Однако могу сказать, что в этом случае в очередной раз произошло то, что обычно происходит в таких случаях - конкретные понятия устранили, заменив их на абстрактные. Остался лишь математический формализм, не вызывающий возражений и критики
. И это, по-видимому грустная судьба всех наглядных теорий, среди которых механика Ньютона выглядела более, чем изящно. Та же участь постигла и планетарную модель атома, предложенную Бором. Бора тоже "поправили", но снова тоже ценой - наглядная модель превратилась во многоэтажные формулы. А сейчас черте-что творится в гидродинамике, от которой вроде бы ничего такого никак не ожидали. Причем, сюжет "переворота" каждый раз примерно один и тот же - сперва наглядная модель уличается в "неточности", а затем на ее место выдвигается альтернатива, которая и старые задачи решает не хуже прежней, и ту неточность исправила, и в прицеле на будущее дает предсказания, которые со временем сбываются. Казалось бы, только жить да радоваться такой альтернативе. Но как только мы к ней внимательнее приглядимся, то наши волосы встают дыбом от того, как она свои задачи решает. Например, сперва заменяет все координаты/параметры на "абстрактные", по сути переводя задачу в совершенно иное по свойствам пространство (например, шестимерное фазовое), где даже времени порой нет, потом в этом пространстве решается какое-то "вековое уравнение", результаты решения которого переводятся обратно в наше привычное пространство. И вот где-то так везде. После чего начинаешь сильно завидовать ... вокалоидам
, ибо мир, видимо, создан под их мозги, а не под наши.
