Newton a descris câteva experimente care au demonstrat ceea ce a interpretat ca fiind efectele rotației în raport cu spațiul absolut. Cea mai faimoasă este găleata în rotație:
“O găleată, suspendată de un cablu lung, se rotește atât de mult încât în final cablul este răsucit, apoi este umplută cu apă și este ținut în repaos împreună cu apa; și apoi, prin acțiunea unei forțe secundare, este brusc rotită învârtindu-se în sens contrar și continuă rotirea, în timp ce cordonul se desrăsucește de la sine, după ceva timp, în această mișcare; suprafața apei va fi la început la nivel, așa cum a fost înainte ca găleata să înceapă să se miște; dar, ulterior, găleata, comunicând treptat mișcarea sa apei, o va face să înceapă în mod sensibil să se rotească, iar apa se va retrage puțin câte puțin din mijloc și se va ridica la marginea vasului; suprafața sa luând o formă concavă. (Acest experiment l-am făcut eu.) … La început, când mișcarea relativă a apei din vas era mai mare, această mișcare nu producea nicio tendință de recesiune față de axă, apa nu făcea nici un efort să se miște în sus spre circumferință, ridicându-se pe marginea vasului, rămânând la același nivel și, din acest motiv, mișcarea sa circulară adevărată nu începuse încă. Dar după aceea, când mișcarea relativă a apei a scăzut, înălțarea apei de pe laturile vasului a indicat o încercare de a se retrage de pe axă; iar acest efort dezvăluie mișcarea circulară reală a apei, în continuă creștere până când a atins cel mai mare punct, când apa relativ a fost în repaus față de vas. …“
Concepția lui Newton despre spațiul absolut a fost respinsă de marele său adversar Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716), care a susținut că nu există nici o nevoie filosofică de a concepe spațiul în afară de relațiile obiectelor materiale. Problema a fost dezbătută într-o serie de articole (1715-1716) între Leibniz și suporterul lui Newton, Samuel Clarke (1675-1729), iar filozofii au continuat argumentul, poziția lui Newton fiind apărată de Leonhard Euler (1707-1783) și Immanuel Kant (1724-1804) și atacată de episcopul George Berkeley (1685-1753) în Principiile cunoașterii umane (1710) și Analist (1734). Bineînțeles, niciuna din aceste metafizici nu a dus la nicio idee despre cum să se dezvolte o teorie dinamică pentru a înlocui pe cea a lui Newton.
Primul atac constructiv asupra spațiului absolut newtonian a fost lansat în anii 1880 de către filosoful austriac Ernst Mach (1836-1916). În cartea sa, Die Mechanik în Hirer Entwicklung el remarcă acest lucru
“Experimentul lui Newton cu vasul rotativ de apă ne informează că rotația relativă a apei față de laturile vasului nu produce forțe centrifuge vizibile, ci că forțele sunt generate de mișcarea sa relativă în raport cu masa Pământul și celelalte corpuri cerești. Nimeni nu este competent să spună cum se va produce experimentul în cazul în care părțile laterale ale vasului au crescut în grosime și masă”.
Ipoteza că există o anumită influență a masei Pământului și a celorlalte corpuri cerești care determină cadrele inerțiale, se numește principiul lui Mach.
Există un experiment simplu pe care oricine îl poate face într-o noapte înstelată, pentru a clarifica problemele ridicate de principiul lui Mach. Mai întâi stai în picioare și lasă brațele să se ridice. Observă că stelele sunt mai mult sau mai puțin nemișcate și că brațele tale ajung mai mult sau mai puțin drepte. Apoi, te rotești. Se pare că stelele se vor roti în jurul zenitului și, în același timp, brațele vor fi trase în sus prin forța centrifugală. Ar fi cu siguranță o coincidență remarcabilă dacă cadrul inerțial, în care brațele tale au atârnat liber, s-a întâmplat să fie cadrul de referință în care stelele tipice sunt în repaus, cu excepția cazului în care există o anumită interacțiune între stele și voi care a determinat cadrul tău inerțial.
Acest argument poate fi mai precis. Suprafața pământului nu este tocmai un cadru inerțial și, desigur, rotația și revoluția pământului dau stelelor o mișcare aparentă, dar aceste efecte pot fi eliminate prin utilizarea cadrului inerțial definit de sistemul solar ca întreg. În acest cadru de referință inerțial, rotația medie observată a galaxiilor față de orice axă prin soare este mai mică de aproximativ 1 arcsec/secol!
Se pare că ne confruntăm cu o alegere inevitabilă: fie admitem că există un spațiu-timp absolut newtonian, care definește cadrele inerțiale și față de care se întâmplă ca galaxiile tipice să fie în repaos, sau trebuie să credem pe Mach că inerția se datorează unei interacțiuni cu masa medie a universului. Și dacă Mach are dreptate, atunci accelerația dată unei particule de către o forță dată ar trebui să depindă nu numai de prezența stelelor fixe, ci și, foarte puțin, de distribuția materiei în imediata vecinătate a particulei. Principiul de echivalență al lui Einstein oferă un răspuns la problema inerției care nu se referă la un spațiu absolut newtonian, deși nu este total de acord cu concluziile lui Mach. Problema nu este închisă.
Sursa: Steven Weinberg, Gravitation and cosmology: Principles and applications of the general theory of relativity
Lasă un răspuns