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.


Положение коренным образом изменилось после того, как в 1888 году Генрих Герц создал установку для генерации электромагнитных волн, получил их в своей лаборатории и провел ряд экспериментов по их распространению, отражению, преломлению и регистрации. Оказалось, что электромагнитные волны, полученные Герцем, ведут себя во всех отношениях так же, как световые волны. После этого теория Максвелла стала единственной заслуживающей доверия теорией электромагнитных явлений. И тогда физики поставили перед собой задачу, которая теперь, с учетом нынешних знаний, показалась бы нам очень странной: вывести теорию Максвелла из механики Ньютона.

В те времена (конец ХIХ века) механика считалась (и вполне заслуженно) основой всех естественно-научных знаний. Законы механики управляли движением небесных тел. Законы эти были настолько точны, что в середине ХIХ века два астронома - Леверрье во Франции и Адамс в Англии, - исследуя аномалии в движении планеты Уран, пришли к выводу, что их вызывает некая неизвестная планета. Они указали, где искать эту неизвестную планету, и она была найдена и получила название Нептун. Можно сказать, что Нептун открыт на кончике пера, путем вычислений на основе ньютоновской механики. Механика широко использовалась для расчета машин и механизмов. На основе ньютоновской механики развивались также гидро- и аэродинамика - науки, описывающие поведение жидкостей и газов. Теория тепловых явлений, казалось бы далекая от механики, тоже была с успехом развита на основе механических представлений. Оказалось, в частности, что температура газа есть, по существу, средняя кинетическая энергия его молекул, а давление есть количество движения, передаваемое на стенку, когда молекулы газа об нее ударяются. Другие понятия и тепловые процессы получили чисто механическое объяснение.

Ученый мир поверил, что механика - главная наука, которая может все объяснить. И поэтому утвердилось мнение, что всякий новый научный результат должен быть обоснован с помощью ньютоновской механики. Многие выдающиеся математики и физики пытались получить уравнения Максвелла из уравнений механики Ньютона. При этом они пытались внести в электродинамику представления, понятия и образы классической механики.

В школьном курсе физики, я помню, учительница наша Нина Ивановна Белогорская показала такой опыт. Электрический звонок был помещен под стеклянный колокол, из которого можно было откачивать воздух. Сначала Нина Ивановна замыкала цепь звонка, и мы слышали звук, несколько ослабленный стенками колокола. Потом включался насос, откачивавший воздух из-под колокола. По мере того как воздуха под колоколом становилось все меньше, звук слабел и наконец вовсе затихал. Мы видели сквозь стекло, как молоточек звонка беззвучно бьет по чашечке. Это понятно. Звук может распространяться только там, где есть его носитель - в данном случае воздух. Звуковые волны могут распространяться и в твердом теле, и в жидкости, каждая среда характеризуется своей скоростью распространения звука. Но звуковые волны не могут распространяться в пустоте. Из механики следовало, что волна должна иметь носитель, среду, по которой распространяется. Но электромагнитные волны распространялись в пустоте. В частности, свет от Солнца доходил до Земли, пройдя 150 миллионов километров высокого вакуума. И было непонятно, как электромагнитные волны могут распространяться.

Чтобы разрешить эту трудность, было высказано предположение, что существует среда, которая описывается законами механики, переносит электромагнитные волны и заполняет все пространство, включая пустоту. Эта предполагаемая среда получила название эфира. Название "эфир" сохранилось в нашем лексиконе и носит тот же смысл, что и во второй половине ХIХ века (носитель электромагнитных волн). Когда диктор на радио говорит "Мы в эфире" или ведущий на телевидении сообщает, что передача ведется в прямом эфире, имеется в виду тот самый эфир, носитель электромагнитных волн. Забегая вперед, отметим, что никакого такого эфира не существует и что первым это заявил Альберт Эйнштейн. Не существует механической среды, которая переносит электромагнитные волны. Но в то время, в конце XIX века, многие физики занимались поисками такой среды. Искали на бумаге. Старались придумать. Но было очень трудно найти среду, чтобы она подчинялась законам механики, а в ней распространялись упругие волны, которые можно отождествить с волнами электромагнитными.

Трудности заключались в том, что этой среде - светоносному эфиру - необходимо придать абсолютно несовместимые свойства. С одной стороны, эфир не должен препятствовать движению небесных тел, так что его следует считать некоторой легкой средой, чем-то вроде очень разреженного газа. С другой стороны, скорость упругих волн в ней должна равняться скорости света. Такое возможно только в невероятно плотной среде. Действительно, скорость звука в воздухе равна примерно 300 м/с, скорость звука в воде, грубо говоря, в пять раз больше, а скорость звука в металле составляет 3-5 км/с. Какое же должно быть сочетание плотности и упругости у этой загадочной среды, чтобы удовлетворить столь противоречивым требованиям! Целый ряд выдающихся физиков (Грин, Стокс, Томсон, Хевисайд, Мак-Келлог и др.) потратил немало сил на поиски эфира. Ни один из них не достиг успеха.

 

Случайная статья

Товар добавлен в корзину

Оформить заказ

или продолжить покупки