Для того чтобы разобраться в этом отличии, рассмотрим случай полета космического корабля по круговой орбите вокруг планеты. Состояние невесомости в его кабине объясняется тем, что сила притяжения к планете (P3 = mg) в каждый момент полета будет уравновешиваться противоположно направленной центробежной силой (Рц = mv2/R) (рис. 1).
При оптическом восприятии происходящего и при взгляде со стороны легко обнаружить и перемещение корабля, и кривизну орбиты. Это происходит потому, что в качестве базы для наблюдения используется "световое пространство", связанное, по нашим представлениям, с прямолинейным распространением светового луча и не поддающееся гравитационным воздействиям.
Допустим, что по каким-то причинам космонавты не могут использовать оптические наблюдения и вынуждены полагаться на гравитационные и инерционные воздействия. Поскольку они взаимно компенсируются, у космонавтов создается впечатление, что корабль никуда не перемещается и находится в состоянии покоя.
Рис. 1. Силы, действующие на спутник, перемещающийся по круговой орбите вокруг планеты.
Представление об окружающем мире в "гравитационном пространстве" существенно отличается от "светового пространства". Это можно проиллюстрировать таким примером. Допустим, что где-то около нашей планеты мы поместили длинный прямолинейный предмет (рис. 2, а) — таким он будет восприниматься зрительно. Однако, поскольку отдельные части этого предмета по-разному удалены от центра планеты (li>l0), то в "гравитационном пространстве" это тело будет восприниматься изогнутым (рис. 2, 6), так как гравитационные воздействия на отдельных его участках будут разными.
Рис. 2. Представление о материальном теле в "световом" и "гравитационном" пространствах.
С позиции "гравитационного пространства" прямое тело должно быть на всем своем протяжении параллельно поверхности планеты (рис. 2, г), с тем чтобы по всей его длине сохранилось одно и то же ускорение силы тяжести (gi = gj). В этом случае в "световом пространстве" тело будет восприниматься как изогнутое (рис. 2, в). Таким образом, представление о прямой, полученное в "гравитационном пространстве", не будет соответствовать действительности. В этом легко убедиться, поворачивая тело вокруг его продольной оси. Естественно, можно сомневаться в целесообразности использования "гравитационного пространства" в наших выкладках, поскольку "оптическое пространство" дает более правильное представление об окружающем мире. Однако это не так. Во-первых, следует заметить, что "световое пространство" в ряде случаев также подвержено существенным изменениям под действием некоторых внешних факторов (например, закон Фридмана) и потому не может быть признано объективным отражением действительности, во-вторых, в ряде случаев "гравитационное пространство" позволяет получить более правдивую картину мира, чем "световое пространство".
Рассмотрим такой случай. Поместим обычный волчок в бесконечном удалении от каких-либо материальных тел и постараемся решить вопрос, вращается он или нет. Если волчок вращается, то должны появиться центробежные силы, которые будут зависеть от числа оборотов волчка. Но число оборотов возможно определить только относительно какой-то координатной системы, которую можно считать неподвижной. Как же определить эту координатную систему и что значит "неподвижная координатная система"? Обычно в таких случаях, исходя из наших представлений о "световом пространстве", предлагается ориентировать эту систему на "неподвижные звезды".
Этот подход не нов. Почти триста лет назад Ньютоном была предложена концепция неподвижного или абсолютного пространства: "Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешне, остается- всегда одинаковым и неподвижным". Центром абсолютного пространства Ньютон считал Солнце, а координатные оси направлялись к трем "неподвижным звездам". В дальнейшем эта концепция претерпела некоторые изменения и уточнения. Было предложена просто считать, что абсолютная система координат должна строиться относительно "неподвижных звезд".