В земных условиях сравнительно просто определить, к какому телу приложена сила. Но представим себя в космическом простран­стве. Мы наблюдаем за какой-нибудь далекой звездой и обнаруживаем, что она ускоренно движется к нам. Предположим, что нам известна ее масса. Тогда мы определим действующую на нее силу и на основании этого можем сделать несколько различных предположений:

1. Звезда неподвижна, никакая сила на нее не действует, а мы падаем на ее поверхность.

2. Мы двигаемся равномерно и прямоли­нейно, а звезда — это гигантский космический корабль, набирающий скорость.

3. И мы и звезда двигаемся под действием разных сил. Может быть, звезду притягивает к себе какое-то огромное, невидимое материаль­ное тело.

Решить, какое из предположений правильно, очень трудно, пока не будут проведены допол­нительные исследования. Эти трудности воз­никают потому, что в неинерциальных системах отсчета, кроме «обычных» сил, появляются еще «фиктивные» силы как внутри системы отсчета, так и вне ее. Пример действия фиктивной силы — ускоренное движение стен шахты, наблюдае­мое из свободно падающей кабины лифта. Фик­тивные силы мы определяем только на основа­нии измерений. Однако внутри неинерциальной системы обычные, нефиктивные силы не менее реальны, чем и вне этой системы.

Вспомним, например, силу перегрузки, ко­торую испытывает космонавт на активном участ­ке траектории космического корабля. Двигаясь ускоренно против силы тяжести, можно создать перегрузку в несколько раз большую, чем си­ла тяжести на поверхности Земли. Недаром перегрузки обычно измеряются в единицах g (g — ускорение силы тяжести на поверхно­сти Земли). Если космонавт испытывает пере­грузку в 5g, то это значит, что его вес стано­вится в пять раз больше, чем на Земле.

Эти силы вызваны инерцией: тело, в соот­ветствии с первым законом Ньютона, стремит­ся сохранить состояние покоя или равномер­ного и прямолинейного движения. Изменение этого состояния приводит, по закону действия и противодействия, к «сопротивлению» тела. Вот почему иногда закон действия и противо­действия записывают в форме:

F-mа=0,

где F — действующая сила, а ma — сила инер­ции. Сила инерции пропорциональна массе тела.

В механике, по существу, приходится иметь дело с двумя видами массы. Чтобы в этом ра­зобраться, запишем второй закон Ньютона и закон всемирного тяготения:

F=mа,

f=gmM/R².

Вторая формула выражает силу взаимного притяжения между массами m и M, R — рас­стояние между телами, а g — так называемая гравитационная постоянная. В одном случае тело находится под действием си­лы F, а во втором — под действием силы при­тяжения f. Должны ли мы в обоих случаях под массой т понимать одну и ту же величину?

Считается, что обе массы одинаковы, хотя в классической механике это ниоткуда не сле­дует и никак не доказывается. Действительно, во втором законе Ньютона масса т — это мера «сопротивляемости» тела действию силы или мера инерции. Чем больше масса, тем больше она сопротивляется воздействию силы и поэ­тому при одном и том же значении действующей силы приобретает меньшее ускорение.

В законе же всемирного тяготения масса т участвует в некоем «таинственном» взаимодей­ствии с другой массой, отделенной от нее рас­стоянием R. Здесь масса «активна» в ее дей­ствии на другую массу, в отличие от «пассивной», сопротивляющейся массы инерции. Эту актив­ную массу называют гравитационной.

Она «имеет право» быть отличимой от инер­ционной массы. Эйнштейн рассматривал все­мирное тяготение не как свойство, присущее материальным телам, а как свойство простран­ства вблизи материальных тел. Он исходил из того, что гравитационное притяжение не зависит от внутренней структуры вещества.

А в природе существуют силы, для которых внутренняя структура тел не безразлична. Маг­нит, например, притягивает далеко не каждое тело. Диамагнитные вещества магнитное поле даже отталкивает. Причина этого в глубоких особенностях атомной и молекулярной струк­туры.

Гравитационное же притяжение масс не за­висит от их химической и физической природы. Кроме того, доказано и опытным путем, и тео­ретически, что скорость падения различных тел на Землю не зависит от их массы. В вакууме пушинка и килограммовая гиря будут падать с любой высоты с одинаковой скоростью.

Утверждая справедливость преобразования Галилея (см. стр. 26), мы выдвинули гипотезу

29