Природа и свойства физического времени - страница 7

Согласно Ньютону, время, использующееся в его втором законе, является абсолютным, а временной промежуток, отсчитываемый на некотором отрезке его «хода», имеет только одну характеристику, а именно длительность. Однако можно предположить, что одной этой характеристикой свойства времени, применяющегося в законах Ньютона, не исчерпываются, и, кроме нее, есть и другие, пока скрытые от нас свойства. Для их определения воспользуемся методом самого Ньютона, о котором он так говорит в своем, уже упомянутом знаменитом сочинении «Математические начала натуральной философии»: «Силы природы ипростейшие законы их действия они (последователи экспериментальной философии. – Л. М.) выводят аналитически из каких-либо избранных явлений, азатем синтетически получают законы остальных явлений».

Чтобы предполагаемые нами свойства времени, употребляемого в научных исследованиях и считающегося абсолютным, стали доступны для дальнейшего анализа, необходимо вывести во втором законе Ньютона время из-под знака дифференциала и представить в явном виде. Откажемся от представления времени в виде всеобщего аргумента и представим его в виде функции других величин, входящих во второй закон Ньютона. С этой целью рассмотрим простейшую задачу динамики.

Пусть материальная точка с постоянной массой m движется под действием постоянной по модулю и направлению силы F вдоль оси X. Несмотря на то что сила и скорость – векторы, из-за совпадения направления движения с направлением действия силы эту задачу можно решать в скалярном представлении.

Запишем второй закон в виде:

и найдем закон движения точки в виде

Так как

Помня, что

Умножая обе части полученного уравнения на dt и снова интегрируя, найдем:

Учитывая начальные условия, получим:

Заметим, что х в нашем случае – строго монотонная функция. Тогда, по соответствующей теореме, она имеет обратную функцию:

Рассмотрим квадрат этой функции:

Умножим числитель и знаменатель правой части на х и поделим на 2, учитывая при этом, что:

Учтем, что произведение

С другой стороны, работа силы F равняется изменению кинетической энергии точки на пути х:

Учитывая, что при

В этом случае получим для квадрата функции Т:

или

где

m – масса;

x – пройденный путь;

E_>кин – кинетическая энергия.

Заметим, что в условиях нашей задачи было постулировано постоянство массы точки и силы, приводящей ее в движение, что в общем случае необязательно. Однако на содержательности дальнейших выводов это обстоятельство, как мы увидим впоследствии, никак не отразится.

Временной интервал, найденный таким образом, определяет собой собственное (внутреннее) время процесса, которое в нашем случае не имеет никакого отношения к скорости движения тела относительно другой системы отсчета, потому что в начале нашего анализа мы приняли проводить его, не используя относительные движения и в нерелятивистском приближении. Впоследствии мы обстоятельно проанализируем теорию относительности Эйнштейна и соотношение ее периодов с нашим исследованием относительно релятивистского приближения. Но для относительных движений, тем не менее, нужно заметить, что в реальности могут быть более сложные случаи, чем мы рассматривали, для которых учитывать их (относительные движения) не только возможно, но и обязательно.