Эйнштейн и современная картина мира
Доктор физико-математических наук Б. БОЛОТОВСКИЙ.
Многие знают Альберта Эйнштейна только как автора теории относительности. Но его вклад в физику не исчерпывается одной теорией относительности. Были у него и другие работы, которые легли в основу современной науки.
Тем временем два американских физика, Альберт Майкельсон и Эдвард Морли, провели измерения скорости света на Земле в разных направлениях по отношению к движению Земли. Они рассуждали так: если Земля движется в неподвижном эфире, то скорость света на ней в разных направлениях должна быть различна. Если свет распространяется в направлении движения Земли, то Земля его догоняет, поэтому скорость света относительно нее будет меньше, чем скорость света в эфире. Если свет распространяется в направлении, противоположном движению Земли, скорость света на Земле будет больше, чем скорость света в эфире. Во всяком случае, если Земля движется в неподвижном эфире, то можно предполагать, что скорость света в разных направлениях на Земле окажется различной. Измеряя эти различия, можно будет судить о движении Земли относительно неподвижного эфира.
Майкельсон и Морли получили важный результат. Скорость света на Земле, в пределах точности измерений, оказалась одинаковой во всех направлениях. Движение Земли относительно неподвижного эфира обнаружить не удалось. Скорость света, измеренная наблюдателем на движущейся Земле, оказалась такой же, как и в неподвижном эфире.
Результат Майкельсона и Морли заинтересовал Хендрика Лоренца, профессора Лейденского университета в Голландии и крупнейшего теоретика того времени. Тогда считалось, что уравнения Максвелла справедливы для покоящегося эфира. Лоренц исследовал вопрос, какой вид принимают уравнения Максвелла в системе отсчета, движущейся относительно эфира (например, для наблюдателя, движущегося вместе с Землей). Зная результаты Майкельсона и Морли, можно было предположить, что уравнения Максвелла для движущейся системы имеют такой же вид, что и для покоящегося эфира. Действительно, если скорость света имеет одно и то же значение и в покоящемся эфире, и в движущейся системе отсчета, то можно было думать, что и уравнения Максвелла, которые описывают распространение света, имеют одинаковый вид в обеих системах отсчета. Лоренц показал, что при переходе из системы покоя в систему, движущуюся относительно эфира, уравнения Максвелла сохраняют свой вид.
Последнее утверждение означает вот что: конечно, в движущейся системе отсчета электрическое и магнитное поля имеют не такую величину, как в покоящейся. Кроме того, если мы в покоящейся системе измеряем поле в точке с заданными пространственными координатами и в заданный момент времени, то в движущейся системе эта точка имеет другие пространственные координаты, а измерение соответствует другому моменту времени. Но выпишем уравнения Максвелла для полей в покоящейся системе и произведем в этих уравнениях замену: вместо полей в покоящейся системе поставим поля в движущейся и аналогичным образом заменим координаты и время. После такой замены уравнения останутся теми же, но опишут они поля уже в движущейся системе отсчета.
Лоренц нашел формулы пересчета полей и координат из одной системы в другую, получившие название преобразований Лоренца. Он также нашел формулы пересчета для токов и зарядов, но последние содержали неточность, которая была исправлена в работе знаменитого французского математика и физика Анри Пуанкаре. Все эти формулы теперь называются формулами преобразования Лоренца.
Повторю здесь, что Лоренц, проводя свои исследования, считал, что существует одна выделенная система координат, связанная с покоящимся эфиром. Преобразование полей и координат при переходе от системы эфира в какую-либо движущуюся систему есть операция скорее математическая, чем физическая. Полный физический смысл имеют только величины, измеренные в системе, где эфир покоится.
Кроме Лоренца и Пуанкаре следует упомянуть еще нескольких физиков, которые в построении теории относительности шли по тому же пути, то есть исходили из теории светоносного эфира, и внесли важный вклад в развитие теории. Это Джордж Френсис Фитцджеральд и Джозеф Лармор. Дж.Фитцджеральд за несколько лет до Лоренца высказал предположение о сокращении размеров движущегося тела вдоль направления движения. Это сокращение нередко называют сокращением Фитцджеральда - Лоренца. Джозеф Лармор получил преобразование Лоренца независимо от Лоренца и примерно в то же время. Иногда преобразование Лоренца называют преобразованием Лармора - Лоренца.
Эйнштейн шел по другому пути. Точно не известно, знал ли Эйнштейн о работе Майкельсона и Морли по обнаружению движения Земли относительно неподвижного эфира. Идеи относительности он усвоил еще на студенческой скамье. Его товарищ Мишель Бессо порекомендовал ему книгу Эрнста Маха "Механика" (точное название книги - "Механика в ее историческом развитии; историко-критическое изложение").
(Окончание следует.)
Читайте в любое время
