СИСТЕМЫ ОТСЧЕТА

Система отсчёта (СО), совокупность системы координат и часов, связанных с телом, по отношению к которому изучается движение (или равновесие) других материальных точек или тел.

Уже во времена античной древности философы сомневались в абсолютности движения. В 5-ом веке до нашей эры Зенон Элейский задался вопросом: почему мы считаем, что Земля неподвижна, а стрела, которая представляется нам летящей, движется? Почему бы не остановить стрелу и двинуть Землю?

Аристотель (384 – 322 до н. э.) принял это за отрицание движения. В соответствии с его философским учением абсолютной считалась СО, связанная с Землёй. И это было правильно. Ведь, импульсы летящей стрелы и движущейся с такой же скоростью Земли различаются на 25 порядков. Поэтому, выбором СО в данном случае нельзя было остановить стрелу и двинуть Землю. Однако, связанная с Землёй СО, как теперь нам известно, имеет смысл только в пределах потенциального поля Земли.

Для справки: Потенциальное поле, векторное поле, циркуляция которого вдоль любой замкнутой траектории равна нулю. Если потенциальное поле – силовое поле, то это означает равенство нулю работы сил поля вдоль замкнутой траектории. Потенциальными являются, например, электрическое поле, поле тяготения, поле скоростей при безвихревом движении.

Но, авторитет Аристотеля распространился и на солнечную систему. Доводы перипатетиков (последователей школы Аристотеля) были основаны на том, что все механические явления, происходящие на поверхности Земли, происходят так, будто Земля неподвижна. Так была создана геоцентрическая система мира.

Однако не все были согласны с Аристотелем. К примеру, Гераклит считал, что Меркурий и Венера вращаются вокруг Солнца. А его ученик Аристарх Самосский (3-й век до н. э.) предложил гелиоцентрическую систему мира, в которой он остановил Солнце и заставил все планеты двигаться вокруг него. И это тоже было правильно. Ведь планеты (как теперь нам известно) движутся в пределах потенциального поля Солнца. Поэтому, и СО в этом случае должна быть связана с Солнцем. И, всё же, тогда победил авторитет Аристотеля.

Чтобы доказать недоказуемое, будто всё вертится вокруг Земли, Птолемею (2-й век н. э.) пришлось прибегнуть к математике, предполагая, что рассматриваемая планета (Венера, Марс…) движется равномерно по вспомогательной окружности (эпициклу), в то время как центр этой окружности перемещается по другой окружности с центром в Земле.

Связав СО с Землёй, Птолемей всё же смог с помощью эпициклов создать весьма точную, хотя и неимоверно сложную математическую модель, которая, конечно же, физического смысла не имела.

Лишь спустя почти полторы тысячи лет Коперник поправил Птолемея, «перебив» СО от Земли к Солнцу. В результате мы получили простые и понятные законы Кеплера, описывающие орбитальное движение не только в солнечной системе, но и в потенциальном поле атома.

Вывод: систему отсчета для любого явления нельзя принимать произвольно. Её нужно связывать с центром того поля, в котором это явление рассматривается.

Однако и теперь считается, что любая СО (правда, с оговоркой – инерциальная – ИСО) математически приемлема. Ведь, всякая система отсчёта, движущаяся по отношению к ИСО поступательно, равномерно и прямолинейно, тоже может рассматриваться, как ИСО. Следовательно, теоретически может существовать сколько угодно равноправных ИСО, в которых законы физики одинаковы (так называемый принцип относительности). Но, «беда» в том, что ИСО практически не существуют.

Для справки: ИСО – инерциальная система отсчета, в которой материальная точка находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.

Понятие об ИСО действительно является всего лишь научной абстракцией. Реальная СО связывается всегда с конкретным телом (Землёй, корпусом корабля и т. п.), по отношению к которому и изучается движение тех или иных объектов. Поскольку в Природе нет неподвижных тел или движущихся равномерно и одновременно прямолинейно, то любая реальная система отсчёта может рассматриваться как ИСО лишь приближенно.

на главную

Пивоваров Валерий Иванович
Кишинев, 2005 год.

Литература:
Галилей Галилео, Сочинения, т. 1, М. – Л., 1934.
Богомолов С. А., Актуальная бесконечность (Зенон Элейский, И. Ньютон, Г. Кантор), М. – Л., 1934.
Крылов А. Н., Собр. трудов, т. 7, М. – Л., 1936.
Эйлер Л., Основы динамики точки, М. – Л., 1938.
Даламбер Ж., Динамика, пер. с франц., М. – Л., 1950.
Лагранж Ж., Аналитическая механика, пер. с франц., т. 1–2, М. – Л., 1950.
Жуковский Н. Е., Теоретическая механика, М. – Л., 1950.
Гравитация и относительность (сборник статей). М., Мир, 1965.
Захаров В. Д., Тяготение. От Аристотеля до Эйнштейна, М., Бином, 2003.
Прохоров А. М., Физический Энциклопедический Словарь, М., СЭ, 1983.