Банеш Хофман - Альберт Эйнштейн. ТВОРЕЦ И БУНТАРЬ.

А теперь обратимся к содержанию его статьи 1905 г. по проблеме, получившей вскоре название специальной теории относительности. Отметим прежде всего, что Эйнштейн не упоминает особо результат эксперимента Майкельсона — Морли. Создается впечатление, что для его рассуждений этот результат как будто бы ни к чему. Более того, он оставил без внимания выдвинутое им самим всего за несколько недель до этого предположение, что свет должен каким-то образом состоять из квантов.

Как и в предшествующей работе, Эйнштейн начинает с изложения конфликта, выявляющего суть проблемы: в теории Максвелла проводится необоснованное различие между состояниями покоя и движения. Эйнштейн приводит такой пример. Если магнит и виток провода движутся друг мимо друга, в проводе возникает электрический ток. Представим себе, что магнит движется, в то время как виток находится в состоянии покоя. Теория Максвелла прекрасно все это объясняет. А теперь сделаем наоборот — пусть виток провода движется, а магнит находится в состоянии покоя. И снова теория Максвелла дает прекрасное объяснение. Но с физической точки зрения оно уже совершенно иное, несмотря даже на то, что вычисленные токи одинаковы.

Итак, заставив читателя усомниться в правильности максвелловского понимания состояний покоя и движения, Эйнштейн подкрепляет эти сомнения, приводя в качестве доказательства «безуспешные попытки обнаружить какое-либо движение Земли относительно эфира». Таким образом, он формулирует сильный постулат: никакой эксперимент не может обнаружить абсолютный покой или равномерное движение, т. е. пятое следствие Ньютона выполняется для всех разделов физики. Подкрепленный фактами, этот постулат, названный Эйнштейном принципом относительности, безусловно, правдоподобен. Сразу же вслед за ним Эйнштейн формулирует второй принцип, который во всяком случае не менее правдоподобен. Этими двумя искусно нанесенными ударами Эйнштейн подготавливает почву для решительного переворота.

Его второй принцип гласит, что независимо от движения источника свет всегда движется через пустое пространство с одной и той же постоянной скоростью с. Такой постулат, возможно, покажется странным. Если, например, считать, что свет состоит из частиц, то естественным выглядит допущение о зависимости скорости этих частиц от движения источников света. Но с точки зрения волновой теории света второй принцип Эйнштейна приобретает оттенок совершеннейшей банальности. Ибо световая волна, каким бы ни было ее происхождение, возникнув, переносится эфиром с той стандартной скоростью, с которой в эфире распространяются волны. Если это столь очевидно, то почему Эйнштейн возводит это в принцип? Да потому, что в этой же статье он утверждает: «Введение „светоносного эфира“ окажется излишним». Формулируя свой второй принцип, Эйнштейн извлек из понятия эфира все, что действительно необходимо. Отдадим должное его смелости. Не успев выдвинуть квантовую гипотезу о том, что свет должен так или иначе состоять из частиц, он тут же принимает в качестве второго принципа своей теории относительности утверждение, не чуждое волновой теории света, несмотря даже на то, что идею эфира он объявляет «излишней». Здесь вновь поразительным образом проявляется вера Эйнштейна в свое интуитивное постижение сути физических процессов.

Итак, перед нами два принципа. Каждый из них достаточно прост, убедителен и на первый взгляд безобиден. Каждый утверждает идею, находящуюся на грани очевидного. В чем же их опасность для устоявшихся представлений? Где кроется угроза революционного переворота в физике?

В своей статье Эйнштейн пишет, что эти принципы состоят «лишь в кажущемся противоречии». Но что имеет он в виду под этим противоречием? В чем состоит конфликт? И почему это противоречие лишь кажущееся? Что мог Эйнштейн подразумевать под этим?

Постарайтесь внимательно проследить за ходом его мысли. Ваши усилия не пропадут даром. Однако предупреждаем: по мере того как вы будете вникать в суть рассуждений Эйнштейна, вы вдруг поймаете себя на том, что киваете в знак согласия головой. Через некоторое время его доводы станут казаться вам настолько очевидными и не содержащими ничего оригинального, что вы, пожалуй, начнете клевать носом. Затем наступит момент, когда вы с трудом сможете сдержать зевоту. Берегитесь: к этому времени вы зайдете столь далеко, что уклониться от потрясения не удастся, ибо очарование эйнштейновской логики заключается именно в ее кажущейся наивности и простоте.

А теперь рассмотрим два одинаковых равномерно движущихся тела — пусть это будут два технически оснащенных космических корабля, которые показаны ниже на рисунке. Представим себе, что эти корабли — назовем их по первым буквам имен их капитанов А и В — находятся далеко в космосе и, следовательно, не испытывают никаких внешних воздействий. Пусть их равномерное относительное движение происходит со скоростью, скажем, 17 000 км в секунду, как это указано на том же рисунке. В центре каждого корабля находится лампа. Когда А и В оказываются друг против друга, капитаны на мгновение зажигают лампы, посылая, таким образом, световые импульсы вправо и влево. На рисунке показаны корабли и импульсы света мгновением позже. Для удобства мы изобразили их так, как если бы А находился в состоянии покоя.

Итак, почва для вопроса подготовлена. По второму принципу Эйнштейна, скорости световых импульсов не зависят от движения их источников. Следовательно, — и это немаловажно — световые импульсы занимают положения, показанные на рисунке. Капитан А в своем корабле измеряет скорости их распространения и вправо, и влево и обнаруживает, что в обоих случаях скорость имеет одно и то же значение с. Капитан В также проводит соответствующие измерения на борту своего корабля. Он движется относительно А со скоростью 17 000 км в секунду, в то время как посылаемые им световые импульсы не отстают от импульсов, посылаемых А . Вы согласны с этим? В таком случае возникает вопрос: каковы измеренные В скорости импульсов света относительно его корабля?

Можно было бы ожидать, что, с учетом своего движения относительно А, В измерит скорость своих световых импульсов, движущихся относительно его корабля влево, и она окажется равной с + 17 000, а скорость движущихся вправо импульсов — куда меньшей, а именно, с — 17 000.

Но если бы это было так, то нарушился бы первый постулат Эйнштейна. Как же так? Ведь если А и В проводят в точности одни и те же эксперименты на борту своих кораблей и совершают равномерное движение, то они должны получить одинаковые результаты. Таким образом, В, как и А, измерив обе скорости, обнаружит, что они равны с. В самом деле, независимо от того, как быстро движется В относительно А, пытаясь догнать удаляющийся импульс света, свет всегда будет удаляться от него с одной и той же скоростью с. В не может догнать удаляющийся свет точно так же, как на Земле невозможно достичь горизонта. Ни одно материальное тело не может двигаться с быстротой света. В этом поразительном выводе неожиданно заключен ответ на вопрос 16-летнего Эйнштейна о движении за световой волной.