Не поднимая всех вопросов, касающихся систем координат и законов механики, остановимся только на тех моментах, которые непосредственно связаны с данной работой.

В теоретической физике принято, что:

• системы отсчета, в которых отсутствуют силы тяготения и справедлив первый закон Ньютона, называются и н е р ц и а л ь н ы м и (ИСО);
• системы отсчета, в которых имеются силы тяготения и не выполняется первый закон Ньютона, называются н е и н е р ц и а л ь н ы м и (НИСО).

ИСО и НИСО. Какова необходимость в таком делении и насколько такое деление соответствует реальной природе?

Собственно, необходимость понятна: современная теоретическая физика опирается в основном на ИСО, особенно ее новые теории. Хотя тут же физика признает, что в реальной природе ИСО не существуют, но, например, систему отсчета, связанную с телом Земля для большинства земных задач степени точности вполне достаточно, чтобы считать их инерциальными. Еще большую степень точности дает система координат, "привязанная" к звездам.

И все же эти "приближенные" ИСО только с той или иной степенью точности могут быть инерциальными. Теоретически же они неинерциальные (НИСО) и этот абсолютный факт в теоретической физике почти повсеместно почему-то, к сожалению, проигнорирован.

В данной работе принято, что в реальной природе могут существовать только НИСО, хотя в некоторых задачах будут рассматриваться движения как будто осуществляющиеся в ИСО, в силу известной привычки и простоты построений в ИСО. Но это в тех случаях, когда это молчаливое допущение не имеет принципиального значения. Поэтому здесь приняты просто системы отсчета (СО).

В этой связи следует еще уточнить представления об инерции. В энциклопедии говорится:

"Закон инерции, один из основных законов механики, согласно которому при отсутствии внешних воздействий (сил) или когда действующие силы взаимно уравновешены, тело сохраняет неизменным состояние своего движения или покоя относительно и н е р ц и а л ь н о й с и с т е м ы о т с ч е т а. В частности, материальная точка в этом случае находится в покое или движется равномерно и прямолинейно." [2] Стр. 271.

Но вспомним хорошо известные движения искусственных спутников Земли или естественного - Луны. При свободном движении по орбите у них центробежная сила, направленная радиально от центра, уравновешена с силой инерции, которая направлена по касательной к орбите движения (перпендикулярно радиальной). Однако при полном уравновешении этих сил, спутники движутся не прямолинейно по касательной, а все время их путь искривляется и они остаются на орбите. Что, разве эти движения происходят не по инерции? По инерции! А разве они движутся прямолинейно? Нет! Следовательно, современная формулировка закона инерции теряет свою корректность.

Чтобы расставить точки над " i " , рассмотрим мысленный эксперимент: представим себе абстрактное пространство, в котором нет ничего кроме тела m1.

Главный закон динамики - второй закон Ньютона, имеет выражение:

F1 = m1 * a, - [1.1]

Но в мысленном эксперименте тело m1 одно и больше ничего нет (в реальной природе такое невозможно), следовательно, неоткуда взяться силе F1, а без нее не появится ускорение a. Но само тело m1 имеет (или излучает) свое гравитационное поле, напряженность которого обратно пропорциональна квадрату расстояния от центра тела m1:

a1 = m1 * G / r^2 , - [1.2]

Таким образом, на сфере с радиусом r вокруг тела m1 имеется напряженность гравитационного поля а1, рис. 1.1.

Теперь представим себе в этом же мысленном абстрактном пространстве другое тело m2, которое находится на расстоянии r от тела m1. При этом тело m1 мысленно пока уберем, рис.1.2. Ситуация повторится, а именно:

F2 = m2 * a, - [1.3]

Но и в этом мысленном эксперименте тело m2 только одно, поэтому сила F2 и ускорение а тоже отсутствуют. А вокруг тела m2 сферически также распространяется гравитационное поле тела m2, которое на сфере с радиусом r будет иметь напряженность а2:

a2 = m2 * G / r^2 - [1.4]

Теперь вернем тело m1 в наше абстрактное мысленное пространство на его первоначальное место, то есть на расстоянии r от m2, рис.1.3.

На тело m1, помещенное в точку m1 (рис.1.3), сразу же начнет действовать сила F1 со стороны тела m2, заставляя двигаться тело m1 с ускорением а'' [1.1] , вектор которого направлен по прямой, соединяющей тела m1 и m2 и направлен в сторону тела m2:

F1 = m1 * a''. - [1.5]

В свою очередь, тело m2 начнет испытывать воздействие от тела m1 с силой F2, побуждающей тело m2 двигаться в сторону тела m1 с ускорением а' - [1.3]:

F2 = m2 * a'. - [1.6]

Но что это за ускорения a'' и a' в формулах [1.5] и [1.6]?

Можно повторить, блестяще выполненные еще Галилеем, эксперименты с падением предметов из разных материалов с высоты башни на Земле или в вакуумной трубке. Тогда еще раз убедимся, что и пух, и камень, и свинец, допустим, падают с одинаковым ускорением (сопротивление воздуха либо не берется во внимание, либо дело происходит в безвоздушной трубке). Отсюда делается однозначный вывод, что ускорением на Земле является ускорение свободного падения, которое, пренебрегая центростремительным ускорением от вращения Земли вокруг своей оси, равно:

aз = Mз * G / Rз^2 , - [1.7]

где: Мз - масса Земли;

G - гравитационная постоянная;

Rз - расстояние от места эксперимента до центра Земли;

аз - ускорение или оно же напряженность от гравитационного поля Земли.

Если точно такие же эксперименты мы проведем, допустим, на Луне, то и там предметы независимо от состава будут падать с одним и тем же ускорением ал, которое, естественно, по модулю отлично от аз, но строго равно:

ал = Мл * G / Rл^2, 1.8

где: Мл - масса Луны;

Rл - радиус Луны.

Отсюда вывод, что на пробное тело, помещенное в гравитационное поле другого тела, действует ускорение, равное напряженности гравитационного поля на сфере с радиусом, равным расстоянию между центрами этих тел.

Таким образом, в наших абстрактных мысленных экспериментах, на тело m1 действует ускорение, равное напряженности гравитационного поля m2 на сфере с радиусом r:

а'' = а2, - [1.9]

а на тело m2 - ускорение, равное:

а' = а1. - [1.10]

Отсюда, выражение [1.5] после подстановки [1.9] примет вид:

F1 = m1 * а2, - [1.11]

а выражение [1.6] после подстановки [1.10] примет вид:

F2 = m2 * а1. - [1.12]

Но а1 и а2 это [1.2] и [1.4]:

а1 = m1 * G / r^2 и а2 = m2 * G / r^2. - [1.13]

Следовательно, тело m1 взаимодействует с гравитационным полем тела m2, а тело m2 взаимодействует с полем тела m1:

F1 = m1 * a2 = m1 * m2 * G / r^2, F2 = m2 * a1 = m2 * m1 * G / r^2. - [1.14]

Из [1.14] видно, что правые части равны, следовательно, равны и левые:

F1 = F2 и m1 * a2 = m2 * a1. - [1.15]

Выражение [1.15] говорит о том, что третий закон Ньютона - это не действие, равное противодействию, а более реально: сила взаимодействия одного тела с гравитационным полем другого тела равна силе взаимодействия второго тела с гравитационным полем первого тела. (НОУ-ХАУ)

Следует обратить внимание и на еще один момент. В теоретической физике вообще и в разного уровня учебниках и пособиях по физике в частности, в уравнении:

F = m * a - [1.16]

масса называется инертной, а в уравнении:

a = m * G / r^2 - [1.17]

масса называется тяжелой или гравитационной.

Из выражений [1.14] и [1.15] довольно четко видно, что разделение массы на тяжелую и инертную не имеет под собой никакой основы и явилось, возможно, результатом того, что в выражениях [1.16] и [1.17] m принимали как массы одного и того же тела. На самом же деле - это разные массы разных тел m1 и m2. Соответственно и ускорения в этих выражениях разные: а2 и а1 от разных тел. Если это не путать, то не возникнет соблазн разделять массы на инертную и тяжелую. (НОУ-ХАУ)

Из вышеприведенных мысленных и реальных опытов видно, что характер поведения тела, находящегося в зоне действия гравитационного поля другого тела, подчиняется свойству этого поля. А одно из свойств этого поля - это одинаковость ускорения, которое приобретают тела независимо от их химического состава, массы и пр., находящихся в среде этого поля.

Кроме этого, ряд оптических экспериментов, которые проводились на Земле, показали, что скорость движения луча света на Земле равна с. Не было ни одного эксперимента, в котором бы установка для определения скорости света находилась в движении относительно Земли. Следовательно, вполне законно предположение, что именно гравитационное поле Земли диктует характер поведения другим участникам: другим телам, лучам и т.д. То есть скорость света равна с относительно Земли.

Учитывая вышеприведенные мысленные и реальные эксперименты, можно также вполне законно предположить, что луч света в эксперименте на Луне будет иметь скорость с относительно Луны (а не Земли), на Марсе - относительно Марса, на Солнце - относительно Солнца и т.д.

В пользу такого предположения говорит и оптический эксперимент, в котором вся установка по определению скорости света, монтировалась на вращающейся платформе. Вращение платформы фактически соответствовало движению установки относительно Земли, хотя сама платформа находилась в покое относительно Земли.

В установке лазерные импульсы света испускались одновременно в обе стороны: по ходу вращения и против. Этим достигалось фактическое движение установки относительно Земли. Чем больше скорость вращения, тем большая скорость установки относительно Земли.