Лукреций писал:

Всю, самое по себе, составляют природу две вещи:

Это, во-первых, тела, во-вторых же, пустое пространство,

Где пребывают они и где двигаться могут различно.

Есть ли граница у этого пустого пространства?

Кроме того, коль признать, что пространство

Вселенной конечно,

То если б кто-нибудь вдруг, разбежавшись

в стремительном беге,

Крайних пределов достиг и оттуда, напрягши все силы,

Бросил с размаху копье, то — как ты считаешь? —

оно бы

Вдаль полетело, стремясь неуклонно к намеченной цели,

Или же что-нибудь там на пути ему помешало?

То иль другое признать придется тебе неизбежно,

Но ни одно не дает тебе выхода, и согласиться

Должен ты, что без конца распростерто пространство

Вселенной

Позднее Джордано Бруно не раз повторял, пока его не «утихомирили» па костре: «Пусть эта поверхность будет какой-угодно; но я всегда спрашиваю: что находится за ней?». Этот аргумент легко понять, и его невозможно опровергнуть. Если пространство ограничено, то спрашивается, что же находится за его пределами?

Бесконечно пространство или нет; является ли оно просто соотношением между материальными телами или существует независимо от них само по себе; является ли пространство вместилищем материи, которое можно наблюдать и в отсутствие материальных тел; одинаково ли пространство от точки к точке или же н нем существуют выделенные направления; является ли оно нейтральным или оно управляет телами, находящимися в нем; навестим ли нам сто свойства интуитивно, без внешнего воздействия на наш мозг, или эти свойства получены памп па опыта, вот те вопросы, которые в то или иное время ставились относительно сущности, именуемой «пространством».

Пространство Галилея и Ньютона является евклидовым бесконечным пространством, однородным (его свойства не меняются от точки к. точке), изотропным (одинаковым во всех направлениях), частично заполненным, частично пустым; в нем нет выделенных точек и направлений; оно является вместилищем, пустотой, где находится материя.

«Абсолютное пространство, — писал Ньютон, — по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным». Именно такой взгляд на абсолютное пространство естественно приводит к первому закону движения. В отсутствие сил тело, движущееся в пустоте, в которой нет ни центра, ни выделенного направления, перемещается с постоянной скоростью по прямой линии. Почему, собственно, оно должно двигаться иначе? Этот вопрос, однако, таит в себе предпосылки и рождения и гибели идеи абсолютного пространства. Ибо можно спросить: относительно чего происходит равномерное движение тела? Тело, движущееся равномерно относительно Солнца, перемещается неравномерно относительно Земли. Предположение об абсолютном пространстве дает возможность найти удобную площадку для наблюдения всех явлений: ведь гораздо спокойнее оставаться при мысли, что абсолютное пространство существует независимо от нас.

Ньютон писал:

«Однако совершенно невозможно ни видеть, ни как-нибудь иначе различить при помощи наших органов чувств отдельные части этого пространства одну от другой, и вместо них приходится обращаться к измерениям, доступным чувствам. По положениям и расстояниям предметов от какого-либо тела, принимаемого за неподвижное, определяем места вообще, затем и о всех движениях судим по отношению к этим местам, рассматривая тела лишь как переносящиеся по ним. Таким образом вместо абсолютных мест и движений пользуются относительными; в делах житейских это не представляет неудобства».

Здесь, однако, имеется некая неопределенность, которую признавал Ньютон, и которая стала впоследствии источником одной из увлекательнейших проблем в истории физики. Представим, что первый закон движения выполняется с точки зрения наблюдателя, находящегося на какой-то площадке. Если на тело не действуют силы, то это тело, наблюдаемое с данной площадки, будет равномерно перемещаться по прямой линии с постоянной скоростью. Легко видеть, что если такая площадка существует, то существует и бесчисленное множество других площадок, обладающих аналогичными свойствами: этими свойствами обладают все площадки, движущиеся равномерно относительно первой. Для удобства рассуждений назовем первую- площадку «неподвижным центром Вселенной». Это понятие, возможно, является фиктивным, однако оно столь наглядно, что мы не хотели бы отказываться от него преждевременно. «Центр системы мира, — писал Ньютон, — находится в покое. Это признается всеми, ибо одни принимают находящимися в этом центре и покоящимися Землю, другие— Солнце». Тем не менее для динамики Ньютона и для любых наблюдений в рамках ньютоновской системы абсолютно безразлично, находится ли центр Вселенной в покое или движется равномерно.

Представим, что этот центр мира покоится в центре абсолютного, постоянного и однородного пространства. С точки зрения наблюдателя, находящегося в центре мира, первый закон движения должен выполняться. Представим теперь другую площадку для наблюдения (позже мы назовем все эти площадки «системами отсчета»), которая равномерно перемещается относительно центра Вселенной. С помощью элементарных операций сложения или вычитания нетрудно доказать, что тело, движущееся равномерно относительно центра Вселенной, будет равномерно перемещаться и относительно второй площадки, но с другой скоростью. С точки зрения наблюдателя, находящегося на второй площадке, все законы динамики Ньютона остаются столь же справедливыми. Другими словами, абсолютно невозможно различить площадку, движущуюся равномерно относительно центра Вселенной, и сам центр. Следовательно, положение центра Вселенной необходимо постулировать. Его нельзя установить в рамках системы Ньютона. Если существует площадка, для которой законы Ньютона выполняются, то эти законы останутся справедливыми и для всех других площадок, которые движутся равномерно относительно первой¹⁾.

Непосредственно ощутимое следствие первого закона движения состоит в том, что, находясь в движущемся закрытом помещении, мы не в состоянии понять, каково наше истинное, или абсолютное, движение. Как часто, путешествуя в поезде и видя в окно проходящий мимо другой состав, мы не могли понять, движемся ли мы сами или перемещается другой поезд. К сожалению, железнодорожные покрытия в нашей стране разрушаются столь быстро, что для следующего поколения подобные наблюдения уже не будут достаточно убедительными.

1) Все такие площадки называются инерциальными системами отсчета.

Чтобы движение было незаметным, не должно быть никаких качаний и вибраций, т. е. оно должно быть равномерным. Возможно, что подобные наблюдении удобнее проводить на борту корабля, плывущего по спокойному морю, находись подальше от машинного отделения, или в самолете, летящем в спокойной атмосфере. Через окно мы увидим проходящие мимо облака или текущую морскую воду. Однако мы не в состоянии определить, кто движется — мы пли облака. Земля перемещается по своей орбите со скоростью около 30 км/с; Солнце движется относительно центра нашей Галактики; Галактика сама в целом перемещается. Однако, если отвлечься от слабых эффектов, которые мы объясняем вращением, мы абсолютно не замечаем всех этих движений; мы могли бы даже поворачиваться относительно оси, проходящей через неподвижный центр Вселенной, и тоже не заметили бы этого.