Main menu:

Классическая теория равномерного движения

Еще до Аристотеля древнегреческие математики разработали утонченный метод описания равномерного движения (или движения без ускорения), т. е. прямолинейного движения с постоянной скоростью. Это описание включает в себя два ключевых понятия: событие и линия времени. Хотя эти термины вошли в обиход недавно, идеи, которые они отражают, кажутся почти очевидными. Вместе с тем эти идеи не принадлежат к категории великих идей, общих для всех человеческих культур: они были высказаны в Древней Греции и, насколько известно, нигде более не выдвигались. Без этих представлений Галилей не мог бы приступить к разработке своей теории движения.

Рассмотрим частицу, движущуюся вдоль прямой линии. Древнегреческие математики утверждали, что такая частица находится в определенном месте линии в каждый данный момент времени. Таким образом, они представляли историю движущейся частицы как совокупность событий, каждое из которых происходит в определенном месте и в определенное время. Они изображали моменты времени точками на линии и отождествляли длину отрезка этой линии с продолжительностью интервала времени. В «Физике» Аристотеля приводится диаграмма, где положение и момент времени, характеризующие каждое событие, соединены между собой красной линией. Основываясь на этой диаграмме, Аристотель определил равномерное движение как движение, при котором частица, движущаяся с постоянной скоростью, проходит равные расстояния за равные промежутки времени.

Хотя это представление позволяло Аристотелю сравнивать одну скорость с другой, древнегреческие математики, по-видимому, не дошли до понимания того, что саму скорость можно рассматривать как величину с непрерывным интервалом допустимых значений. Этот важный шаг сделал французский математик Никола Орем примерно в середине XIV в. Орем нарисовал чертеж, где скорость впервые представлена как величина, которая может принимать непрерывную совокупность значений, в зависимости от времени. Полтора века спустя Галилей пришел к такому же выводу.

В физике Ньютона и Галилея все точки пространства и все моменты времени равноправны. Это значит, что за начало координат можно принять любое событие, а роль пространственной и временной осей может выполнять любая прямая, параллельная соответствующим осям. Чтобы подчеркнуть равноправие событий, можно изображать пространственно-временные координаты, не выделяя специальную пару осей, а используя координатную сетку, каждая из точек которой может служить началом координат, а каждая пара пересекающихся линий - играть роль координатных осей.Вплоть до этого места описание равномерного движения одинаково в теориях Ньютона и Эйнштейна. Две теории расходятся в том, как два наблюдателя, равномерно движущиеся относительно друг друга, будут описывать одну и ту же последовательность событий, например в истории равномерно движущейся частицы или фотона. Ясное понимание классической теории и лежащих в ее основе предположений поможет нам понять релятивистскую теорию.