Ньютоновское абсолютное пространство и… ведро?!⁠⁠

С этого поста начнется небольшой цикл, в котором будет рассказываться про то, как в научном мире менялись представления об пространстве и относительности.

Что такое пространство? Казалось бы, простейший вопрос, но над ним ломали головы самые лучшие умы мира. Одним из этих умов был Исаак Ньютон. Все мы в школе учили его законы и формулы, которые до сих пор активно используются для вычисления движений. Для самого же Ньютона, его формулы были лишь хорошим подкреплением его точки зрения на пространство. Один из возможных учителей Ньютона был довольно религиозным человеком, считавшим, что без какого-либо наполнения пространство не может существовать. Но он также говорил, что пространство никогда не бывает пустым, а всегда наполнено духом. Ньютон придерживался похожего мнения, но вместо так называемого духа предположил существование абсолютного пространства.

Для объяснения того, что из себя представляет абсолютное пространство и как Ньютон пришёл к нему, надо рассмотреть пару экспериментов. Первый – это эксперимент с ведром. Для его проведения, как уже понятно, понадобится ведро, веревка, вода и что то за что можно будет подвесить ведро. Нужно привязать верёвку к ручке ведра за один конец, а вторым концом привязать к штативу или чему-нибудь другому, так чтобы ведро висело вертикально и налить в него воды. Потом верёвку и ведро нужно закрутить примерно на 10 оборотов и отпустить, чтобы ведро стало вращаться. В начале вращения ведра, вода в ведре будет иметь плоскую поверхность, дальше вращение ведра будет передаваться воде и в её центре образуется углубление. Получится такой себе водоворот, который даже после остановки вращения ведра будет вращаться самостоятельно.

Сам эксперимент очень простой, но так же, как и вопрос в начале поста, он не менее поломал мозги Ньютону. После проведения этого эксперимента он задался вопросом: «Почему поверхность воды в ведре становится вогнутой?» Многие ответят, что во время вращения вода под действием центробежной силы прижимается к стенкам. Ньютона такой ответ не удовлетворил. Он хотел знать ещё и по отношению к чему вращается вода. Логично было бы предположить, что вода вращается по отношению к ведру, но и тут не всё так просто. В самом начале вращения ведра вода вращалась относительно него и имела плоскую поверхность. Потом она стала вращаться вместе с ним, при этом поверхность воды стала вогнутой. Дальше веревка станет закручиваться в обратную сторону, ведро остановится, а вода продолжит вращения и будет вращаться относительно ведра, но при этом имея вогнутую поверхность. Получается, что вода вращается не относительно ведра.

Дальше Ньютон решил провести мысленный эксперимент. Суть его в том, что раскручивается веревка с привязанными по конца камнями, но она находится в абсолютно пустой вселенной. Веревка, растягиваясь из-за камней, станет вращаться.

И если теперь задаться вопросом «относительно чего вращается веревка», то ответа нет, но Ньютона это не устроило и в качестве ориентира он решил выбрать пространство, в котором всё и происходит. Назвал он его абсолютным пространством – это и есть главный ориентир для определения движения чего-либо. Если объект не перемещается относительно абсолютного пространства, то он не движется, даже если меняет свое положение относительно других объектов в пространстве. То же самое относится и к вращению, и к скорости, и к ускорению. Эта концепция помогла объяснить эксперимент с ведром: в начале вода не вращалась относительно абсолютного пространства, и потому её поверхность была плоской. В конце же, когда ведро закрутило воду, она уже вращалась относительно абсолютного пространства, и поэтому её поверхность стала вогнутой.

Хоть абсолютное пространство Ньютона и объяснило некоторые вещи, но также заставляло задаться массой новых вопросов, и в будущем Эрнст Мах предположил уже свою теорию, которая для многих стала более привлекательной, в том числе и для Эйнштейна…

Источник информации:
Книга "Ткань Космоса" автор - Брайан Грин.