Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

Галілей кодифікував це у своєму знаменитому твердженні, що закони фізики є однаковими для всіх спостерігачів, які перебувають у стані рівномірного руху, тобто зі сталою швидкістю та прямолінійно (спостерігачі в стані спокою є лише особливим випадком, коли швидкість дорівнює 0). Під цим він мав на увазі, що над таким предметом неможливо провести жодного експерименту, який би визначив, що він не перебуває в стані спокою.

Якщо подивитися на літак у повітрі із землі, легко побачити, що стосовно вас він рухається. Але на землі чи в літаку неможливо провести жодного експерименту, який би визначив, чи це земля, на якій ви стоїте, рухається повз літак, чи навпаки.

Хоча здається неймовірним, що для усвідомлення цього фундаментального факту про наш світ людям знадобилося стільки часу, він дійсно суперечить значній частині нашого чуттєвого досвіду. Значній, проте не всьому. Галілей використовував приклади куль, які скочувалися нахиленими поверхнями, для демонстрації, що те, що філософи минулого вважали фундаментальною рисою світу – гальмівна сила тертя зрештою змушує предмети прийти до стану спокою – була зовсім не фундаментальною, а натомість маскувала реальність, яка лежала в її основі. Галілей помітив, що коли кулі скочувалися з однієї похилої поверхні й закочувалися на іншу, то за умови гладеньких поверхонь кулі підіймалися на ту ж висоту, з якої скочувалися. Але, розглянувши закочування куль на дедалі менш нахилені поверхні, він показав, що для досягнення такої ж висоти, як вихідна, кулям довелося б подолати більшу відстань. З цього він зробив висновок: якщо нахил другої поверхні повністю прибрати, кулі будуть вічно котитися зі сталою швидкістю.

Ця здогадка мала величезне значення та значною мірою фундаментально змінила спосіб нашого мислення про світ. Вона часто називається просто законом інерції – він же перший закон Ньютона – і заклала підґрунтя для другого закону Ньютона, який пов’язує величину зовнішньої сили, що діє на об’єкт, з його спостережуваним прискоренням. Тільки-но Галілей збагнув, що для підтримання руху предмета з постійною швидкістю жодна сила не потрібна, Ньютон дістав змогу зробити логічний наступний крок та висловити думку, що для зміни швидкості потрібна сила.

Віднині небеса й земля не були фундаментально відмінними одне від одного. Прихована реальність в основі руху буденних предметів також робила очевидним, що безкінечний рух астрономічних об’єктів не був надприродним, тим самим формуючи підґрунтя для Ньютонового закону всесвітнього тяжіння, який іще більше послаблював потребу в участі в житті космосу янголів чи інших сутностей.

Таким чином, відкриття Галілея мало фундаментальне значення для становлення фізики такою, якою ми її знаємо нині. Проте не менш фундаментальне значення мало пізніше максвеллівське об’єднання електричної та магнітної сил, що сформувало математичний каркас, на якому збудована вся нинішня теоретична фізика.

Почавши подорож цією багатою інтелектуальною місциною, Альберт Ейнштейн швидко помітив глибоку й непримиренну розколину, що її перетинала: Галілей та Максвелл не могли обидва одночасно мати рацію.

Понад двадцять років тому, коли моя дочка була ще немовлям, я вперше замислився над тим, як пояснити парадокс, над яким сушив голову молодий Ейнштейн, і коли я віз її в машині, гарний приклад у буквальному сенсі слова вдарив мене по голові.

Галілей показав, що, доки я їду спокійно, зі сталою швидкістю й без раптових прискорень, закони фізики в нашій машині нічим не відрізнятимуться від законів фізики, виміряних у лабораторіях у фізичному корпусі, куди я саме їхав на роботу. Якби моя доня гралася на задньому сидіння з іграшкою, вона могла б підкинути її вгору та розраховувати піймати її без жодних несподіванок. Інтуїція, яку її тіло виробило для гри вдома, стала б їй у пригоді й у машині.

Проте поїздка на машині не присипляла її, як багатьох інших малих діточок, а змушувала нервуватися й почуватися незручно. Під час тієї поїздки її закачало й знудило струменем, і блювота полетіла за детально описаною Ньютоном траєкторією з початковою швидкістю, скажімо, 15 миль на годину, і, описавши в повітрі красиву параболу, приземлилася мені на потилицю.

Припустімо, у цей момент моя машина рухалася за інерцією перед червоним світлом із порівняно малою швидкістю, скажімо, 10 миль на годину. З точки зору когось, хто спостерігав би все це із землі, блювота рухалася зі швидкістю 25 миль на годину, себто швидкість машини стосовно нього (10 м/год) плюс швидкістю блювоти (15 м/год), і за цієї вищої швидкості (25 м/год) траєкторію її руху в напрямку моєї (цього разу рухомої) голови знов-таки гарно описав би Ньютон.