Да будет свет! (17)
И все-таки еще одно пояснение. Почему для введения принципов теоретической физики нужен свет и нужны, как минимум, ДВЕ точки, два тела с массой - это я объяснил, но вот как все это вводится в принципы, и как это присутствует в изложенном нами варианте введения таких принципов - может быть, кому-то не очень понятно, так как там этот момент присутствует в неявном виде.
Посмотрим еще раз внимательно на современное определение инерциальной системы отсчета и формулировку первого принципа Ньютона:
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Ясно, что любой физический объект, обладающий массой, является инерциальной системой по отношении к себе самому, то есть с любой "материальной точкой" (телом, физическим объектом, обладающим массой) можно связать ИСО. В самом деле, ведь в такой ИСО точка будет находиться в покое - причем находиться в покое всегда. Но это не очень интересно, так как большого математического и физического смысла это не имеет: понятно, что точка отсчета любой системы координат всегда имеет нулевые координаты. То есть это просто тавтология: "точка отсчета - это точка отсчета", "точка отсчета инерциальной системы находится в покое".
Речь тут о другом: о том, что помимо этой точки, к которой привязана ИСО и которая всегда находится в этой ИСО в состоянии покоя, существуют и еще какие-то ДРУГИЕ точки, тела, которые могут находиться по отношению к точке отсчета (то есть по отношению к первой точке) в состоянии покоя или состоянии ПРД. То есть само понятие инерциальной системы УЖЕ подразумевает наличие, как минимум, двух точек, обладающих массой. Мы не можем определить ИСО только одной точкой - это будет просто тавтология, не имеющего большого смысла. Для определения ИСО нам нужны, как минимум, ДВЕ точки - та, к которой мы привязываем координаты пространства-времени, точка отсчета, и еще какая-то другая точка, отличная от нее.
Но если вторая точка в отношении первой (той, к которой мы привязали начало координат) находится в состоянии покоя или ПРД - то ведь это означает, что первая точка (начало координат) и сама находится в покое или ПРД в отношении второй точки. И мы можем легко перенести точку отсчета во вторую точку, и тогда мы получим вторую ИСО, в которой уже первая точка будет находиться в покое и ПРД. То есть инерциальная система подразумевает наличие ДВУХ равноправных ИСО. Вводя понятие ИСО, мы подразумеваем, что таких ИСО у нас, как минимум, две. И при этом они равноправны по отношению друг другу. То есть понятие ИСО УЖЕ вводит и принцип относительности между этими двумя ИСО.
И что взять за ИСО, какую из этих двух точек - это уже наше решение. Поэтому, строго говоря, модель Солнечной системы Птолемея-Аристотеля нисколько не противоречит модели Коперника-Галилея. Ведь сказать, что Солнце движется вокруг Земли или что Земля вращается вокруг Солнца - это одно и то же. Если Земля вращается вокруг Солнца, то и Солнце вращается вокруг Земли. Все зависит лишь от того, с какой точки наблюдения мы будем это движение описывать - то есть свяжем ли мы систему координат с Солнцем или с Землей. Понятно, что движение при этом будет описываться по-разному. Но система координат, связанная с Землей, принципиально ничем не хуже системы координат, связанной с Солнцем. Это вопрос того, как НАМ УДОБНЕЕ описывать это движение. Скажем, для лучшего представления, как устроена Солнечная система - удобнее, наверное, система Коперника-Галилея, то есть система координат, связанная с центром Солнца. А для описания движения тел при наблюдении в телескоп - удобнее старая система Птолемея-Аристотеля, и астрономия до сих пор ею успешно пользуется.
Таким образом, вводя понятие инерциальной системы, мы УЖЕ подразумеваем ДВЕ точки, два материальных тела, обладающих массой, ДВЕ ИСО. И в нашей формулировке принципов теоретической физики, когда мы говорим об инерциальных системах и физических процессах, УЖЕ подразумевается наличие, как минимум, двух точек и двух ИСО. Которые равноправны, - в том смысле, что мы можем рассматривать все физические процессы из любой из этих двух ИСО и переходить из одной в другую, - но в которых физические процессы протекают по-разному.
Посмотрим еще раз внимательно на современное определение инерциальной системы отсчета и формулировку первого принципа Ньютона:
Существуют такие системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых материальные точки, когда на них не действуют никакие силы (или действуют силы взаимно уравновешенные), находятся в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения.
Ясно, что любой физический объект, обладающий массой, является инерциальной системой по отношении к себе самому, то есть с любой "материальной точкой" (телом, физическим объектом, обладающим массой) можно связать ИСО. В самом деле, ведь в такой ИСО точка будет находиться в покое - причем находиться в покое всегда. Но это не очень интересно, так как большого математического и физического смысла это не имеет: понятно, что точка отсчета любой системы координат всегда имеет нулевые координаты. То есть это просто тавтология: "точка отсчета - это точка отсчета", "точка отсчета инерциальной системы находится в покое".
Речь тут о другом: о том, что помимо этой точки, к которой привязана ИСО и которая всегда находится в этой ИСО в состоянии покоя, существуют и еще какие-то ДРУГИЕ точки, тела, которые могут находиться по отношению к точке отсчета (то есть по отношению к первой точке) в состоянии покоя или состоянии ПРД. То есть само понятие инерциальной системы УЖЕ подразумевает наличие, как минимум, двух точек, обладающих массой. Мы не можем определить ИСО только одной точкой - это будет просто тавтология, не имеющего большого смысла. Для определения ИСО нам нужны, как минимум, ДВЕ точки - та, к которой мы привязываем координаты пространства-времени, точка отсчета, и еще какая-то другая точка, отличная от нее.
Но если вторая точка в отношении первой (той, к которой мы привязали начало координат) находится в состоянии покоя или ПРД - то ведь это означает, что первая точка (начало координат) и сама находится в покое или ПРД в отношении второй точки. И мы можем легко перенести точку отсчета во вторую точку, и тогда мы получим вторую ИСО, в которой уже первая точка будет находиться в покое и ПРД. То есть инерциальная система подразумевает наличие ДВУХ равноправных ИСО. Вводя понятие ИСО, мы подразумеваем, что таких ИСО у нас, как минимум, две. И при этом они равноправны по отношению друг другу. То есть понятие ИСО УЖЕ вводит и принцип относительности между этими двумя ИСО.
И что взять за ИСО, какую из этих двух точек - это уже наше решение. Поэтому, строго говоря, модель Солнечной системы Птолемея-Аристотеля нисколько не противоречит модели Коперника-Галилея. Ведь сказать, что Солнце движется вокруг Земли или что Земля вращается вокруг Солнца - это одно и то же. Если Земля вращается вокруг Солнца, то и Солнце вращается вокруг Земли. Все зависит лишь от того, с какой точки наблюдения мы будем это движение описывать - то есть свяжем ли мы систему координат с Солнцем или с Землей. Понятно, что движение при этом будет описываться по-разному. Но система координат, связанная с Землей, принципиально ничем не хуже системы координат, связанной с Солнцем. Это вопрос того, как НАМ УДОБНЕЕ описывать это движение. Скажем, для лучшего представления, как устроена Солнечная система - удобнее, наверное, система Коперника-Галилея, то есть система координат, связанная с центром Солнца. А для описания движения тел при наблюдении в телескоп - удобнее старая система Птолемея-Аристотеля, и астрономия до сих пор ею успешно пользуется.
Таким образом, вводя понятие инерциальной системы, мы УЖЕ подразумеваем ДВЕ точки, два материальных тела, обладающих массой, ДВЕ ИСО. И в нашей формулировке принципов теоретической физики, когда мы говорим об инерциальных системах и физических процессах, УЖЕ подразумевается наличие, как минимум, двух точек и двух ИСО. Которые равноправны, - в том смысле, что мы можем рассматривать все физические процессы из любой из этих двух ИСО и переходить из одной в другую, - но в которых физические процессы протекают по-разному.