Фридрих Гернек - Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)

Толкование, которое Лоренц давал своей формуле, не могло, однако, удовлетворить физиков, в особенности потому, что тем самым система, покоящаяся в эфире, являлась как бы привилегированной относительно всех других. Законы механики должны были бы произвольно быть во многом изменены, чтобы такое положение вещей - для которого не было достаточных оснований считалось верным. Контракционная гипотеза осталась чисто механистической попыткой толкования. Она была достойна удивления, но казалась искусственной и малоубедительной.

Специальная теория относительности, как называлась теория Эйнштейна в ее первой стадии, сразу и основательно решила загадку опыта Майкельсона. Эйнштейн перевернул ход мыслей Лоренца: он возвел принцип постоянства скорости света в пустом пространстве, являвшийся у Лоренца следствием, в ранг естественного закона и поставил его как фундаментальное положение в начале всех рассуждений.

Принцип относительности, установленный Галилеем и Ньютоном для механического движения, Эйнштейн перенес из механики в электродинамику движущихся тел. При этом следовало при переходе к другой системе связей соответственно изменить и значение времени, которое у Галилея и Ньютона оставалось неизменным.

Величины времени и величины пространства, выступавшие в классической физике как самостоятельные, были теперь связаны друг с другом посредством скорости света, "сплавлены", как сказал Планк. Или, выражаясь иначе: измерения пространства и времени были объединены в теории относительности под углом зрения независимой от направления постоянной скорости света в вакууме.

Материальный световой эфир был для этого представления не только ненужным, но даже несовместимым с ним. Максвелловское толкование электромагнитного поля как особого состояния в эфире стало беспредметным. Электромагнитное поле, которое уже Фарадей рассматривал как нечто действительное, ощутимое, предметное, в эйнштейновской картине мира, лишенной эфира, окончательно получило характер объективной физической реальности, которая независима от всего вещественного.

Поле выступало наравне с телами. На это постоянно настойчиво указывал Лауэ, в последний раз в 1959 году в своем докладе "Теория познания и теория относительности".

Эти представления Эйнштейна уводили физику далеко вперед. В остальном он мог включить электромагнитную теорию света Максвелла, расширенную Лоренцом, без изменения как готовый раздел в свою теорию относительности.

Лоренц разработал также и математический аппарат: правила вычисления, делающие возможными преобразования естественных законов в тождественных системах, движущихся с равномерной скоростью. Свои уравнения, "преобразования Лоренца", выведенные из максвелловских уравнений электромагнитного поля, сам Лоренц толковал еще механистически и тем самым ошибочно: из различных замеров времени и длин правильным каждый раз будет только один; все остальные искажены эфирным ветром.

Истинный физический смысл преобразований Лоренца впервые раскрыл Эйнштейн. Он объявил равноценными все эти измерения. Каждое верно для той системы, к которой оно относится. Мнимое время преобразований Лоренца есть действительное время. Таким образом, уравнения Лоренца предстали в новом свете. Они были освобождены от шатких лесов механицизма и поставлены на твердую основу диалектики.

Исходя из факта, что абсолютную одновременность двух пространственно отдаленных друг от друга событий физически невозможно представить, так как не существует бесконечно большой скорости сигналов, Эйнштейн сделал вывод, что понятие абсолютной одновременности и выводимое из него понятие абсолютного времени не имеют физического смысла. Требование Маха исключать из физической науки "бессмысленные", то есть не проверяемые опытом, понятия сыграло при этом важную роль.

Ни один физик до Эйнштейна не придал значения гносеологическим следствиям, которые вытекают для проблемы времени из конечной величины скорости света как наибольшей скорости сигналов. То, что скорость света величина не бесконечная, как думал еще Декарт, было известно со времен измерений датского астронома Рёмера, современника Ньютона и Гюйгенса. Лоренц, который ввел понятие "относительное время" в электродинамику, остановился на полпути, не сумев преодолеть механистические предрассудки. Только Эйнштейн существенно способствовал решению вопроса.

Теория относительности впервые за всю историю физического мышления послужила серьезным подтверждением мысли Маркса - высказанной им в 1859 году в другой связи - о времени как количественном бытии движения. Естественнонаучное и теоретико-познавательное значение эйнштейновского понимания времени состояло именно в том, что оно устранило традиционное представление об абсолютном, независимом от движущихся предметов, одинаково действительном для всех систем универсальном времени.

По теории относительности нет предметов без времени и нет времени без предметов. Во вселенной существуют лишь собственные времена различных материальных систем. Эти времена точно совпадают друг с другом только тогда, когда соответствующие системы находятся относительно друг друга в покое.

Релятивистское представление о времени привело к выводу, который для классического физического мышления был совершенно невозможен в движущихся системах время протекает медленнее, чем в тех, которые в отношении к ним находятся в покое.

Быстро движущиеся часы - безразлично, идет ли речь о механических, атомных или световых часах, - отстают, таким образом, в своем ходе от тех часов, которые по сравнению с ними покоятся. Эйнштейн в 1905 году привел в этой связи пример: часы на экваторе идут чуть медленнее, чем точно такие же часы на одном из полюсов Земли. Это явление называют релятивистским растяжением (дилатацией) времени.

Если, например, космонавт в космическом корабле сможет совершить длительное путешествие во вселенной со скоростью, близкой по величине к скорости света, то он по возвращении на Землю будет менее постаревшим, чем его оставшиеся ровесники. Его часы - и часы его жизни - шли бы медленнее, чем на Земле.

Этот "парадокс времени", называемый также парадоксом близнецов, потому что он чаще всего разъясняется на примере, в котором говорится о братьях-близнецах, поставил перед мышлением особенно высокие требования. Он годами стоял в центре споров вокруг теории относительности, был предметом многих недоразумений и поводом ко многим шуткам, подвергался ожесточенным нападкам противников.

Однако в конце 30-х годов удалось физически доказать растяжение времени путем экспериментов с возбужденными атомами водорода и позднее на элементарных частицах космического излучения. При мезонном распаде космического излучения растяжение времени особенно впечатляюще из-за огромной скорости этих частиц. Результаты измерений точно соответствуют величинам, которые Эйнштейн предсказал теоретически.