Банеш Хофман - Альберт Эйнштейн. ТВОРЕЦ И БУНТАРЬ.

Возьмем, к примеру, другую незыблемую основу теоретической физики — понятие длины. Представим себе стержень, который движется мимо наблюдателей А и В. Для того чтобы измерить длину этого стержня, А отмечает в какой-то определенный момент, иначе говоря, одновременно положение обоих концов стержня. То же самое делает В. Но поскольку по поводу одновременности между А и В имеются разногласия, Л будет утверждать, что В отметил положения концов стержня в разные моменты времени и, таким образом, измеренная им длина не является истинной. То же самое скажет В об измерении, проведенном А. И вообще А к В получат различные значения измеренной таким образом длины.

Из этого следует, что так как одновременность относительна, то относительно и расстояние. И, видимо, эту «эпидемию относительности» остановить невозможно. Скорость, ускорение, сила, энергия — все эти понятия (и не только они) зависят от времени и расстояния; таким образом, изменилась сама структура физики.

Что же можно сказать о связи между измерениями времени и пространства, которые были проведены А и независимо от него В или любыми другими наблюдателями, находящимися на борту кораблей, совершающих равномерное относительное движение? Эйнштейн пытался найти несложное математическое выражение, выводимое из обоих принципов и связывающее их между собой. Избрав этот путь, он пришел не к чему иному, как к преобразованию Лоренца, которое почти наверняка до тех пор не было ему известно.

Вооружившись этим преобразованием, Эйнштейн сделал дальнейшие выводы. Два его принципа могут на первый взгляд показаться безобидными, но логические следствия из них зачастую бросают вызов здравому смыслу. Например, как показал Эйнштейн, А обнаруживает, что часы В идут медленнее, чем его собственные. Придя в себя от изумления — ибо разве не все часы одинаково надежны? — мы вправе будем ожидать, что часы А покажутся В идущими быстрее, чем часы на его корабле. Однако не тут-то было. Каждый из капитанов определит, что на другом корабле часы идут медленнее.

Тут мы снова вспоминаем предположение Фитцджеральда и Лоренца о сокращении тел в направлении их движения через эфир. Эйнштейн получил точно такую же формулу для величины сокращения. Однако в теории Эйнштейна этот эффект носит взаимный, относительный характер: А определяет, что масштабы протяженности корабля В сокращены по сравнению с теми масштабами, которые имеются у него, в то время как В находит, что масштабы А короче, чем у него. Здесь, как нигде, нашла выражение смелость Эйнштейна. Достаточно сравнить его революционные идеи с выводами его старших коллег Лоренца и Пуанкаре. Все трое использовали преобразование Лоренца, а ведь в нем уже неявно содержались самые удивительные следствия. Однако, предлагая свою интерпретацию, ни Лоренц, ни Пуанкаре не осмелились с полным доверием отнестись к принципу относительности. Если А находился в состоянии покоя, то, по их утверждению, масштабы В были бы сокращены. Однако ничего не было сказано о том, что В найдет сокращенными масштабы А. По молчаливому согласию принималось, что В найдет масштабы А увеличенными. Что же касается скоростей фактического хода часов, то ничего подобного рассуждениям Эйнштейна по этому поводу не имело места.

Пуанкаре, один из величайших математиков своего времени, обладал тонкой философской интуицией. В своем основополагающем труде, опубликованном в 1905 г., Пуанкаре продемонстрировал виртуозное владение сложным математическим аппаратом теории относительности. В течение многих лет он проповедовал, что природа физических понятий чисто условна. Он раньше других почувствовал, что принцип относительности, скорее всего, правилен. И все-таки, когда пришло время сделать решительный шаг, мужество изменило ему, и он остался в плену традиционного образа мышления и привычных представлений о пространстве и времени. И если это покажется удивительным, то лишь потому, что мы недооцениваем ту смелость, которая понадобилась Эйнштейну, чтобы выдвинуть принцип относительности в качестве аксиомы, сохранить веру в его правильность и тем самым изменить наши представления о времени и пространстве. Осуществляя эту революцию в физике, Эйнштейн находился под сильным влиянием идей Маха. Еще в студенческие годы Бессо привлек его внимание к книге Маха по критике механики Ньютона. Мах войдет в наш рассказ позднее, хотя энтузиазм, с которым Эйнштейн воспринял его философские идеи, длился недолго. Мах с глубоким скептицизмом относился к таким понятиям, как абсолютное пространство и абсолютное время, — так же, впрочем, как и к атомам. Грубо говоря, он рассматривал науку как нечто подобное тщательной каталогизации данных, и ему хотелось, чтобы все понятия могли быть четко определены с помощью специальных методов. Эйнштейновская трактовка понятия одновременности в свете специальных методов синхронизации ясно свидетельствует о влиянии Маха. Однако и другим ученым — среди них Пуанкаре — идеи Маха также были известны, и тем не менее именно Эйнштейн сделал решающий шаг вперед.

Во взаимном сокращении длин, как и во взаимном замедлении хода часов, нет противоречия. Это чем-то похоже на эффект перспективы. Например, если два человека одинакового роста разойдутся в разные стороны, а затем остановятся и оглянутся, то каждому из них покажется, что другой стал ниже ростом. Мы, взрослые люди, не удивляемся этому взаимному сокращению и не находим в нем противоречия по той простой причине, что привыкли к нему с детства.

Сказанное выше позволяет составить лишь самое поверхностное представление о революционном характере статьи Эйнштейна по теории относительности, опубликованной в 1905 г. После изложения теоретических основ Эйнштейн переходит к математической стороне дела, которая далее занимает в статье основное место. Эйнштейн показывает, каким образом в свете новых идей о пространстве и времени и связанного с ними пересмотра ньютоновской механики уравнения Максвелла все же согласуются с принципом относительности. Например, чем с большей скоростью тело движется относительно экспериментатора, тем большей будет масса этого тела относительно того же экспериментатора. Характерно, что здесь Эйнштейн подводит нас к теоретическому предсказанию, которое может быть подвергнуто экспериментальной проверке. Он приводит формулы, описывающие движение электронов в электромагнитном поле с учетом релятивистского увеличения их масс по мере возрастания их скоростей относительно наблюдателя. Избрав иной путь, в 1904 г. Лоренц сделал, по сути, то же предсказание и успешно сравнил его с результатами, уже полученными ранее одним из экспериментаторов. Нас не должно смущать, что используемые Лоренцом й Эйнштейном формулы эквивалентны, ведь уже говорилось, что оба ученых опирались на одно и то же наследие — теорию Максвелла. Однако стоит отметить различие между этими двумя учеными. В 1906 г. все тот же экспериментатор опубликовал новые результаты и объявил их несовместимыми с предсказанием Лоренца и Эйнштейна и в то же время согласующимися с некоторыми конкурирующими теориями. Лоренца это явно лишило уверенности; Эйнштейн же остался невозмутим. Эти конкурирующие теории он не мог принять по эстетическим соображениям и поэтому без малейших колебаний предположил, что экспериментатор, очевидно, допустил ошибку. Проведенные другими экспериментаторами измерения показали впоследствии, что прав был Эйнштейн.