Ведро Ньютона-Маха

*Ведро Ньютона-Маха* - Мысленный Эксперимент, иллюстрирующий Принцип Маха и предложенный Эрнстом Махом, как критика абсолютного движения Исаака Ньютона и, в частности, Его Ведра, как и самой концепции существования независимого пространства и времени.

## О ведре Ньютона

Само Ведро Ньютона представляет из простой физический опыт:

Берётся ведро, наполняется водой чуть больше половины, к ручке ведра привязывается верёвка и свободно подвешивается к штативу-треноге. Ведро 10 раз поворачивают вокруг вертикальной оси, верёвка при этом скручивается, за счёт чего несколько укорачивается. Затем ведро отпускается. Под действием силы тяжести и моментов сил упругости со стороны верёвки, ведро с водой раскрутится в обратную сторону вокруг той же вертикальной оси. В первоначальные моменты времени, когда мы отпускаем ведро, вода в ведре неподвижна, и её свободная поверхность горизонтальна, а ведро начинает вращаться. В последующие моменты времени, в результате действия моментов сил вязкого трения, вода начинает вращаться вместе с ведром, и свободная поверхность воды принимает вогнутую форму: вода устремляется от оси вращения к стенкам ведра, и уровень воды у стенок ведра повышается.

## Формулировка

### Формулировка Маха

К сожалению, трудно сказать где именно Мах предлагает свою интерпретацию Ведра за отсутствием указания источника и потому цитату такового приходится брать как данность:

*«Опыт Ньютона с вращающимся сосудом с водой показывает только то, что относительное вращение воды по отношению к стенкам сосуда не пробуждает заметных центробежных сил, но что эти последние пробуждаются относительным вращением по отношению к массе Земли и остальным небесным телам. Никто не может сказать, как протекал бы опыт, если бы стенки сосуда становились всё толще и массивнее, пока наконец, толщина их не достигла бы нескольких миль."*

### Рассхожая Формулировка

"*Поместим Ведро Ньютона в систему отсчета, которая вращается вокруг оси тарелки с постоянной скоростью. Допустим, тарелка в этой системе покоится. Однако на самом деле покой является мнимым: выбранная нами система является неинерциальной, и в действительности на песок будет действовать центробежная сила — песчинки станут разлетаться в разные стороны. В инерциальной системе отсчета такие эффекты наблюдаться не будут. Что же делать, если мы не можем привязать оси нашей системы к другим телам? Как понять, в инерциальной системе находится Ведро или в неинерциальной? Говоря проще — образует ли вода в Ведре воронку?*"

## Решения

### Решение Маха

Мах считал, что в действительности абсолютной системы не существует и вращение тела нужно определять в системе отсчета, связанной с удаленными звездами. Другими словами, случай, когда тарелка покоится, а окружающая Вселенная вращается относительно нее с постоянной скоростью, полностью эквивалентен вращению тарелки в покоящейся Вселенной. А если никаких тел во Вселенной, кроме ведра, нет, то задавать вопрос о ее вращении просто некорректно.

Эти соображения привели Маха к формулировке принципа, получившего впоследствии его имя. Заключается принцип в следующих трех утверждениях:

1. Существование пространства и времени неразрывно связано с существованием физических тел. Удаление всех физических тел прекращает существование пространства и времени.
2. Причиной существования инерциальных систем отсчета является наличие далеких космических масс.
3. Инертные свойства каждого физического тела определяются всеми остальными физическими телами во Вселенной и зависят от их расположения.

### Критика решения Маха

Принцип Маха в его исходной формулировке (инертные свойства тела зависят от массы и расположения других тел) не выполняется в теории относительности. Это утверждение следует из того, что *принцип относительности инерции* допускает мгновенность передачи действия на расстояние (принцип дальнодействия), а в основе теории относительности лежит принцип близкодействия (скорость передачи действия конечна и не превышает скорость света в вакууме); в пустом пространстве, согласно специальной теории относительности, все тела обладают инерцией, независимо от наличия или отсутствия других тел; также, известно, что одна и та же сила сообщает данному телу одинаковое ускорение, независимо от наличия или отсутствия рядом других тел.

Имеется ряд неэквивалентных математических формулировок принципа Маха. Некоторые из этих формулировок совместимы с ОТО, другие ей противоречат. Современной физикой признаются только формулировки, совместимые с ОТО.

## Также

О Ведре Ньютона-Маха и связанных с ним проблемах можно прочесть на N+1, откуда и взята расхожая формулировка и большая часть этой статьи.