Классификация физических законов

Здесь полезно привести классификацию физических законов [6], хотя бы без обоснования (для справки).

В соответствии с принципом относительности мы можем утверждать, что законы природы не зависят от выбора наблюдателем инерциальной системы отсчета. Как следствие форма уравнений (математические операторы) также не должна зависеть от такого выбора.

Но принцип относительности ничего не говорит о переменных, на которые действуют инвариантные (пространственно-временные) операторы. Некоторые переменные могут зависеть от выбора системы отсчета. Это характеристики явлений. Другие не зависят от этого выбора. Они — характеристики сущности. Классификация законов опирается на это различие [7].

Уравнения непрерывности. Форма закона (уравнения) остается неизменной относительно преобразования координат и времени, т. е. не зависит от выбора инерциальной системы отсчета. Но сами переменные, входящие в уравнения (например, потенциалы), зависят от него. Имеет место отображение (проецирование, иногда с «искажениями») этих переменных из системы отсчета источника, создающего поля и потенциалы, в систему отсчета, связанную с наблюдателем. Примером могут служить уравнение непрерывности для тока, уравнение непрерывности для скалярного потенциала (условие калибровки Лоренца), уравнения Максвелла, инвариантные относительно преобразования Лоренца и т. д.

Уравнения взаимодействия. Как мы выяснили, взаимодействие есть объективный процесс, не зависящий от выбора наблюдателем инерциальной системы отсчета. Следовательно, форма уравнений сохраняется неизменной. Она не преобразуется при переходе наблюдателя из одной системы отсчета в другую. Слагаемые, входящие в уравнения взаимодействия, должны зависеть только от относительных расстояний и относительных скоростей взаимодействующих объектов. Эта зависимость должна быть таковой, что при переходе наблюдателя из одной инерциальной системы в другую эти относительные величины должны сохраняться неизменными, независимыми от выбора инерциальной системы отсчета. Примером могут служить уравнения Ньютона в классической механике.

К двум указанным видам уравнений можно добавить еще два вырожденных вида:

Уравнения статики, описываемые операторами, зависящими только от координат. Время в них вырождено (отсутствует).

Топологические уравнения. В этих законах вырождено пространство. Примером топологических уравнений могут служить законы теории электрических цепей (законы Кирхгофа, например).

Именно по этой причине законы взаимодействия в приведенной выше классификации не зависят от выбора инерциальной системы отсчета.

Дадим определения:

• 1. Магнитное поле зарядов, порождается движением зарядов и обладает силовыми и энергетическими свойствами; оно может воздействовать на проводник с током с некоторой силой и совершать работу по перемещению этого проводника с током.
• 2. Индукция магнитного поля в данной точке пространства (силовая характеристика магнитного поля) численно равна силе, действующей на неподвижный проводник с током в 1 ампер, длиной 1 метр, расположенный перпендикулярно силовым линиям магнитного поля.

С позиции определения всегда нужно иметь в виду термин «неподвижный». С позиции этого определения и с точки зрения классической механики «магнитное» воздействие со стороны движущегося заряда всегда существует даже в том случае, если заряд (на который действует поле второго, движущегося заряда) покоится в системе отсчета наблюдателя (есть относительное движение зарядов!). Но оно всегда отсутствует, если нет относительного движения зарядов. Мы говорим о «магнитном» взаимодействии, хотя более правильно было бы говорить о взаимодействии посредством векторного потенциала А.

Повторим еще раз для закрепления. Взаимодействие через векторный потенциал А отсутствует только тогда, когда нет относительного движения зарядов, а вовсе не тогда, когда заряд покоится в системе отсчета наблюдателя. Оно возникает всегда, когда есть относительное движение взаимодействующих объектов. Если второй заряд движется относительно первого, он создает дополнительное электрическое поле Е = А/2t в точке, где покоится первый заряд. Именно оно определяет величину силы воздействия.

В специальной теории относительности «все наоборот». На неподвижный заряд поле векторного потенциала А, создаваемое движущимся зарядом, воздействовать не должно, а на движущийся — должно, хотя относительное движение зарядов может отсутствовать!!!

Заметим, что взаимодействие зарядов имеет «пространственный» характер (действие на расстоянии через поля). Взаимодействие электромагнитной волны с зарядом имеет «контактный» характер. Это взаимодействие существует тогда, когда электромагнитная волна «контактирует» с зарядом. Здесь мы также усматриваем принципиальное различие.

Итак, классический принцип относительности выражается в независимости взаимодействия зарядов от выбора наблюдателем инерциальной системы отсчета. Это гарантируется тем, что взаимодействие зависит от относительных расстояний между частицами и их относительных скоростей. Классическое описание взаимодействия носит объективный характер, в отличие от релятивистского.