В ньютоновской механике система покоя лаборатории на Земле считается (приблизительно) инерциальной системой отсчета. То, что брошенный мяч не движется прямолинейно, соответствует действию силы тяжести.
В специальной теории относительности у нас нет описания гравитации как силы, поэтому движение мяча показывает, что система покоя лаборатории не является инерциальной системой отсчета. Однако во многих мысленных экспериментах мы применяем специальную теорию относительности к ситуациям на (гипотетической) Земле с поездами и т. д. Таким образом, остальная система отсчета лаборатории молча принимается за инерциальную систему отсчета.
Эта проблема становится еще более заметной, если мы примем терминологию физики пространства-времени Тейлора и Уилера , которая предпочитает использование термина «свободно падающая система отсчета» над «инерциальной системой отсчета» в специальной теории относительности. Поэтому они молча считают оставшуюся раму лаборатории на Земле «свободно падающей», хотя она явно неподвижна относительно Земли.
Итак, мой вопрос: следует ли считать систему покоя лаборатории на Земле инерциальной системой отсчета (= свободно падающей системой) в специальной теории относительности или нет? Может быть, у меня вообще что-то не так с лабораторией и «своей» инерциальной системой? (Тейлор и Уилер, безусловно, предполагают такую ассоциацию, изображая систему отсчета в виде сетки стержней и часов.)
Инерциальная система отсчета в SR должна быть определена как свободно падающая система отсчета. Не существует возможной последовательной структуры для СТО, в которой мы могли бы использовать ньютоновское определение инерциальной системы отсчета. В ньютоновской механике единственный способ узнать, что система отсчета является инерционной, — это знать все силы, действующие на пробную массу, поэтому мы можем судить, подчиняется ли масса законам Ньютона или нет. Для этого требуется, чтобы мы знали, например, все гравитационные силы, действующие на все объекты во Вселенной, как бы далеко они ни находились. В СТО это становится невозможным даже в принципе, потому что мы не можем мгновенно наблюдать вещи на расстоянии.
Однако во многих мысленных экспериментах мы применяем специальную теорию относительности к ситуациям на (гипотетической) Земле с поездами и т. д. Таким образом, остальная система отсчета лаборатории молча принимается за инерциальную систему отсчета.
Эксперименты этого типа можно преобразовать в эквивалентные эксперименты в свободно падающей системе отсчета, и ничего не изменится. Причина, по которой ничего не меняется, заключается в том, что, например, в классическом мысленном эксперименте с поездом нас интересует только горизонтальное движение.
Адомас Балюка