Но видим мы не столько глазами, сколько мозгом. И очень скоро приходит правильное понимание. Уже в начальной школе, решая задачки по арифметике про поезд, следующий из пункта А в пункт Б, мы мысленно занимаем правильную позицию: не в движущемся поезде, а снаружи. Либо в пункте А, либо в пункте Б, а то и посередине где-то, где поездам суждено встретиться. Хотя для решения некоторых хитрых задачек бывает лучше занять место (или, выражаясь более научно, установить точку отсчета) в движущемся поезде, а не на твёрдой земле.
Кстати, о твёрдой земле. И здесь многое зависит от точки отсчета. Все мы знаем: солнце встает на востоке, садится на западе и за день проходит по небосводу некоторую часть своего кругового пути. То же самое происходит и с планетами и со звездами.
В очень древние времена точка отсчета движения небесных светил была помещена туда, где находился наблюдатель, то есть на поверхность Земли. По результатам многолетних наблюдений были рассчитаны пути небесных тел. Рассчитаны настолько точно и строго, что благодаря этим расчетам мореходы не терялись в бурном море вдали от надежных берегов. Наблюдения за небом жрецов древней Месопотамии и вычисления ученых Древней Греции помогли португальским мореплавателям в конце 15 столетия открыть морской путь в Индию, а Колумбу – добраться до нового континента! Наука способна творить чудеса, не правда ли?
Кстати, великое открытие Николая Коперника (1473 — 1543), переместившего точку отсчета с Земли на Солнце, в течение долгих лет не признавалось научными авторитетами не столько из-за запретов инквизиции, сколько из-за своей бесполезности. Все небесные таблицы были составлены, исходя из предположения, что центром мироздания является Земля, а не Солнце. Теорию же Коперника следовало «обсчитывать» заново. Свою полезность эта теория показала только спустя шестьдесят лет, после расчетов И.Кеплера (1571 — 1630) и Тихо Браге (1546 — 1601). Окончательный порядок на небесной сфере навел только в 18-м веке французский ученый Пьер-Симон Лаплас (1749 — 1827). То есть, более двух столетий пришлось решать проблемы, вызванные всего-навсего переменой точки отсчета!
Всего-навсего?! Да ведь в механике система отсчета – одно из основных понятий. Почему? Потому что наличие системы отсчета позволяет положение любой точки в пространстве однозначно охарактеризовать тремя числами, которые иначе называются координатами этой точки. Главный закон механики, второй закон Ньютона, связывает силу, действующую на точку, с ускорением этой точки, то есть, со скоростью изменения ее скорости. А зная ускорение точки, можно решить основную задачу механики – вычислить путь, по которому движется данная точка под воздействием силы. Такая возможность, пусть даже теоретическая, позволила уже упомянутому Пьер-Симону Лапласу при описании законов перемещения небесных тел обойтись без упоминания Божественного влияния. В его небесной механике Бог оказался ненужной гипотезой. О чем Лаплас довольно нагло доложил императору Наполеону Бонапарту.
Здесь, кажется, имеется противоречие. Ведь в одной системе отсчета начальные координаты точки будут одни, а во второй, сдвинутой относительно первой, уже совсем другие. Значит, и конечные координаты движущейся точки будут совсем другие! Решение всякий раз зависит от положения точки отсчета, от которой будут отсчитываться координаты всех прочих точек механической системы! За точку отсчета может быть принята любая точка пространства. А значит, и решений уравнений механики может быть бесконечное количество. То есть, никакой определенности?
Ничего подобного! – возразит любой, кто хоть немного разбирается в математике. Поскольку сила, действующая на точку, определяет не скорость этой точки, а скорость изменения ее скорости, решение уравнений механического движения не будет зависеть от начального положения точки отсчета. Более того, если две точки отсчета движутся друг относительно друга с постоянной скоростью, решение уравнений механики в обеих системах отсчета будет одно и то же с точностью до некоторого постоянного числа, определяющего смещение одной системы отсчета относительно другой. То есть, все законы мира сохраняются неизменными вне зависимости от того, где находится точка отсчета, а также от того, покоится ли она или движется равномерно и прямолинейно относительно другой точки отсчета.
Это выдающееся положение торжествовало до тех пор, пока физики, изучая электричество, не открыли удивительный и парадоксальный факт. Скорость света оказалась постоянной в любой системе отсчета, в покоящейся, и в движущейся с любой скоростью! Все здание физики оказалось под угрозой. Электричество и механика порознь приводили к взаимно противоречащим выводам!
Это противоречие было разрешено в рамках специальной теории относительности, которую развил в начале 20-го века А.Эйнштейн (1879 – 1955). Решение указанного парадокса привело к такому серьезному изменению наших взглядов на пространство и время, что имя А.Эйнштейна стало всемирно известным.
И хотя почти всем известно, что старик Эйнштейн придумал теорию относительности, мало кто может сказать, почему эта теория так называется. Да потому, что ее главное утверждение – равноправие всех точек отсчета! Все законы физики выполняются одинаково во всех системах отсчета. Даже если эти системы сдвинуты одна относительно другой, либо движутся равномерно и прямолинейно друг относительно друга.