Fizyka

Wewnątrz i na zewnątrz windy

Prawo bezwładności stanowiło w fizyce pierwszy wielki krok naprzód, było w gruncie rzeczy jej początkiem. Odkryto je na drodze rozważania wyidealizowanego doświadczenia z ciałem poruszającym się wiecznie, bez tarcia i bez działania jakichkolwiek sił zewnętrznych. Przykład ten, a potem wiele innych, pozwolił nam zrozumieć doniosłość wyidealizowanych doświadczeń myślowych. Obecnie będziemy znów rozważać wyidealizowane doświadczenia. Choć mogą się one wydać fantastyczne, to jednak pomogą nam zrozumieć teorię względności w takim zakresie, w jakim to jest możliwe przy użyciu naszych prostych metod. Poprzednio mieliśmy wyidealizowane doświadczenie z pokojem, który poruszał się ruchem jednostajnym. Teraz dla odmiany będziemy mieli spadającą windę. Wyobraźmy sobie wielką windę zawieszoną u szczytu drapacza chmur, znacznie wyższego niż jakikolwiek rzeczywiście istniejący. Lina utrzymująca windę nagle pęka i winda spada swobodnie ku ziemi. W czasie spadania obserwatorzy wewnątrz windy wykonują doświadczenia. Przy ich opisie nie musimy się zajmować ani oporem powietrza, ani tarciem, gdyż nasze wyidealizowane warunki pozwalają je pominąć. Jeden z obserwatorów wyjmuje z kieszeni chustkę i zegarek i upuszcza je. Co się stanie z tymi dwoma ciałami? Dla obserwatora zewnętrznego, który przygląda się wszystkiemu przez okno w windzie, zarówno chustka, jak i zegarek spadają w dół dokładnie tak samo, z jednakowym przyspieszeniem. Pamiętamy, że przyspieszenie spadającego ciała jest zupełnie niezależne od jego masy i że właśnie ta okoliczność wskazała na równość masy grawitacyjnej i masy bezwładnej. Pamiętamy także, iż równość obu mas, grawitacyjnej i bezwładnej, była z punktu widzenia mechaniki klasycznej czystym przypadkiem i nie odgrywała w jej strukturze żadnej roli. Teraz jednak równość ta, znajdująca swój wyraz w jednakowym przyspieszeniu wszystkich spadających ciał, ma zasadnicze znaczenie i stanowi podstawę całego rozumowania.