– Что все это значит? – задумался Ньютон. – Выгибание поверхности воды центробежными силами однозначно показывает нам: вода крутится. Но относительно чего она движется при этом? Относительно ведра? Нет! Когда скорости воды и ведра сравниваются, вода относительно ведра не движется, но имеет вогнутую форму. А вот когда скорости стенок ведра и воды максимально разнятся и вода движется относительно ведра, ее поверхность как раз гладкая и горизонтальная.
Значит, не в ведре дело. Не его нужно брать в качестве системы отсчета. Значит, истинное кручение воды, о котором однозначно свидетельствует образовавшаяся на поверхности воды воронка, происходит относительно чего-то другого. Чего? Что является той абсолютной системой координат, движение относительно которой выгибает воду в ведре?
Ньютон вздохнул, снял парик, почесал побитую яблоками макушку и решил, что та абсолютная и невидимая глазу координатная сетка, относительно которой крутится ведро и которая заставляет воду выгибаться, это пустое пространство.
– Пустое пространство есть абсолютная система невидимых божественных координат! – сказал Исаак наш Ньютон, как отрезал. – Это сцена, на которой материя разыгрывает свой спектакль!
Сильно. Но непонятно.
Что такое пустое пространство? Это же ничего! И как ничего может выгибать воду? Чем? Как пустое пространство воздействует на реальный материальный объект?
К тому же оставался неясным еще один вопрос: если пространство действительно существует как самостоятельная объективная сущность, почему оно воздействует силовым способом только на тела, изменяющие скорость, а на равномерно движущиеся не воздействует? Почему, если абсолютная неподвижная сетка координат, именуемая пространством, действительно существует в реальности, по ней нельзя засечь равномерное движение? Почему только ускоренное? Тут, уж извините, или трусы наденьте, или крестик снимите; или сетка есть, и мы относительно нее меряем скорость, или здесь какая-то натяжечка у вас произошла, дорогой Исаак!
– А может ли вообще существовать пространство без материи? Имеет ли оно вообще какой-то физический смысл отдельно от материи, как самостоятельная сущность? – задумался Мах. Не является ли пространство без материи такой же нелепостью, как алфавит без букв, шахматы без фигур или лед без воды?
И дальше Мах провел свой знаменитый мысленный эксперимент, который смелостью мысли потряс физиков той эпохи, заставив их разделиться на два лагеря.[4]
Представим себе, предположил Мах, что мы имеем некое тело – то же ведро с водой, например, висящее в безбрежном космосе, где вокруг только далекие звезды. И оно начинает вращаться. Как определить, относительно чего оно вращается? Да очень просто – относительно звезд! Если это тело не ведро, а человек, то он увидит, как вокруг него закружилась звездная сфера. И неважно, сколько там звезд – много или мало, да хоть бы всего одна, все равно мы увидим свое вращение.
А если звезд нет?
Если наша воображаемая вселенная абсолютно пуста? Как тогда засечь вращение? Как определить, вращается наше тело или нет, если вокруг ничего, никаких зацепок? В этом случае утверждение про вращение просто не будет иметь смысла! В этом случае вращение просто неотличимо от невращения. И значит, вода в нашем ведре выгибаться не будет (оно же не вращается, по сути), а если это наше тело в скафандре, наши раскинутые руки не будет растаскивать центробежная сила в разные стороны.
А это значит, по мнению Маха, что центробежная сила образуется не пустым пространством, относительно которого мы вращаемся, а всей материей вселенной, всеми теми миллиардами звезд вселенной, которые гравитируют и относительно которых вращается наша масса.
Это была богатая идея! Мах отказался от ненаблюдаемой и неощущаемой координатной сетки пространства, связав пространство с материей в один неразрывный комплекс. Он убрал недвижный мифический Абсолют и заменил его относительностью вселенской материи, заявив: «А если бы во вселенной была всего одна звезда, вода в нашем ведре выгнулась бы совсем-совсем-совсем чуть-чуть, ничтожно мало!»
4
Не нужно недооценивать силу мысленных экспериментов. Иногда в физике они играют роль едва ли не большую, чем эксперименты натурные. Так, например, Галилей открыл, что тяжелые и легкие тела падают с одинаковой скоростью благодаря мысленному эксперименту, а вовсе не благодаря швырянию предметов с Пизанской башни, о чем гласит легенда, но чему нет никаких достоверных сведений.
Раньше считалось, что тяжелые вещи летят к земле быстрее легких. Галилей опроверг эти идущие еще со времен Аристотеля заблуждения следующим рассуждением. Допустим, мы разделим тяжелое тело на две неравные части. Тогда получается, что более тяжелый кусок прилетит вниз быстрее легкого. А если мы свяжем их веревкой, тогда при падении легкая часть будет тормозить тяжелую, а тяжелая ускорять легкую, и как тогда должно упасть тело – с некоей средней скоростью или, как если бы мы его не разделяли вовсе, ведь мы его соединили обратно веревкой?! А мы можем и не веревкой связать, а просто легкое тело положить сверху на тяжелое! Да и вообще не заморачиваться с разделением, а просто считать, что любое тяжелое тело состоит из тысяч легких, слепленных вместе, при этом легкие должны падать медленнее, чем одно тяжелое, но ведь они вместе одно тяжелое и составляют! Приходим к абсурду, а значит, все тела – и легкие, и тяжелые – падают на землю с одинаковой скоростью. Если конечно, им не мешает воздух» (Г. Галилей, трактат «О движении», 1590).