Принцип эквивалентности


Что же в новой теории побудило многих физиков приписывать ускорению относительный характер? Несомненно, причиной явилось прежде всего неправильное понимание одного физического принципа, на почве которого и развивалась общая теория относительности Эйнштейна. Мы имеем в виду принцип эквивалентности поля ускорения и поля тяготения (короче, принцип эквивалентности). Согласно этому принципу, однородное поле тяготения, если его рассматривать в ограниченной области пространства и в ограниченный промежуток времени, не отличимо по своим действиям на физические процессы, происходящие в некоторой неподвижной лаборатории, от того поля, которое получается в результате равноускоренного движения всей лаборатории. Необходимо указать на то, что уже самое понятие «ускоренно движущаяся лаборатория» есть понятие приближенное. Все твердые тела, в том числе те, из которых построена лаборатория, испытывают при ускоренном движении деформации, пренебречь которыми можно лишь при достаточно малых размерах тел.
Упомянутое выше неправильное понимание принципа эквивалентности состоит прежде всего в забвении его локального характера. В падающем лифте предметы действительно как бы лишены тяжести: они падают вместе с лифтом. Но ясно, что падение лифта не может продолжаться неограниченное время. Таким образом, ограничение времени конечным промежутком является существенным допущением. Не менее существенно и ограничение пространственное. Мы уже указывали на необходимость ограничиваться малыми объемами из-за деформации твердых тел. Что касается весьма больших объемов, то здесь неприменимость «принципа эквивалентности» еще очевиднее. Невозможно уничтожить поле тяготения вокруг земного шара:
для этого пришлось бы ввести «ускоренно сжимающуюся» лабораторию (скажем, в виде шарового слоя). «Ясно, что самое сжатие не может не оказать влияния на физические процессы, не говоря уже о том, что оно не может продолжаться неограниченное время.
Локальный характер принципа эквивалентности исключает возможность применения его к физическим объектам, подобным солнечной системе. Действительно, если не ограничиваться объемами и временами, настолько малыми, что в их пределах поле тяготения однородно и постоянно, то это поле нельзя заменить ускорением; также и ускорение не может быть в этом случае заменено тяготением. Другими словами, в больших масштабах и для больших времен ускорение не имеет относительного характера. Поэтому общую теорию относительности нельзя рассматривать как теорию относительности ускорения.
Истинной физической основой теории тяготения Эйнштейна является не принцип эквивалентности, а закон равенства массы инертной и массы тяготеющей. Закон этот не имеет локального характера, и применение его не требует рассмотрения ускоренно движущихся систем отсчета — понятия, не имеющего удовлетворительного определения.