Анатолий Томилин - Занимательно о космологии

И уже первая совместная работа принесла Майкельсону первую ученую степень — доктора философии.

Затем друзья стали готовить второй опыт. О! Он был задуман как настоящий «решающий эксперимент».

«Мы с Майкельсоном приступили к новому эксперименту, — писал Морли отцу-священнику 17 апреля 1887 года, — который должен показать, одинакова ли скорость распространения света в любых направлениях. Я не сомневаюсь, что мы получим окончательный ответ».

Оба экспериментатора были уверены, что, измерив скорость светового луча по направлению движения Земли и против , им удастся уловить разницу, доказать существование «неуловимого эфира» — носителя световых волн — и определить абсолютное движение Земли в пространстве, заполненном все тем же эфиром. Увы, в июле 1887 года, когда опыты были закончены, а результаты сведены воедино и проанализированы, оба исследователя обнаружили, что никакой разницы в скорости света нет. В каком бы направлении наблюдатель ни двигался, упрямая скорость света оставалась одной и той же. Такое заключение казалось абсурдным. Оно противоречило всему человеческому опыту, который говорил, что летящая птица при попутном ветре движется быстрее, чем против ветра. Майкельсон и Морли написали короткое сообщение об отрицательном результате эксперимента, послали его в научный журнал. В том же году оно было напечатано в английском журнале, и об опыте американцев узнал мир.

Пройдет немало времени, и английский физик, философ и общественный деятель Джон Десмонд Бернал назовет это открытие «величайшим из всех отрицательных результатов в истории науки». Однако в 1887 году Майкельсон далеко не был убежден, что «провалившийся» опыт окончательно похоронил эфир. «Проблема по-прежнему ждет своего решения», — публично заявлял он, выступая с лекциями по поводу совершенного. Однако пора, пожалуй, открыть тайну, почему этот неудачный эксперимент так взволновал ученый мир. И почему, заканчивая введение в седьмую главу упоминанием о знаменитой статье Эйнштейна, мы бестактно прерывали повествование в пользу сомнительного эксперимента?.. Пора объясниться!

Дело заключалось в том, что результат опыта Майкельсона — Морли не поддавался объяснению с помощью существующих классических теорий. Действительно, в те годы пространство, читатель помнит, считалось чем-то вроде помещения, заполненного эфиром. Эфир был необходим. Во-первых, в нем распространялись световые волны. Можно ли представить себе волны без среды? Пожалуй, такой образ был бы сродни улыбке невидимого кота из чудесной книжки Кэролла «Алиса в Стране чудес». Помните, кот сидел на заборе, улыбался и исчезал. Исчезал до тех пор, пока от него не осталась одна улыбка… Так и волны без среды… Волны в воде — наглядный образ. Волны в воздухе — тоже понятно — звук. Волны в светоносном эфире — свет. Только каков он, этот эфир?

Была и еще одна не менее важная причина заинтересованности физиков-классиков в мировой субстанции. Эфир заполнял пространство. Материя в пространстве находилась в непрерывном движении. Значит, если принять эфир за неподвижную систему отсчета, можно говорить об абсолютном движении, абсолютном пространстве, абсолютном… Короче, представление об эфире, подобно Атланту, держало на своих плечах вселенную Ньютона. А результат эксперимента двух американцев говорил, что никакого эфира нет. Во всяком случае, они не обнаружили «эфирного ветра», дующего в лицо всем пассажирам Земли — корабля, который летит сквозь неподвижную мировую субстанцию, заполняющую пространство. И скорость света оказывалась независимой от движения наблюдателя… Эти результаты заводили классическую мысль в тупик. Может быть, мы все-таки неправильно измеряем?..

И вот на рубеже 1892–1893 годов Лоренц — сам Гендрик Антон Лоренц, — создатель электронной теории, убежденный материалист и авторитет среди ученых, выдвигает совершенно «нелепое» объяснение отрицательного результата опыта Майкельсона — Морли. «Мы действительно не получим никакого результата, — говорит он, — если допустим, что все тела сокращаются в своих размерах по направлению движения…» Ведь тогда прибор американских исследователей вследствие движения Земли несколько укоротится и каждому последующему лучу света придется идти чуть-чуть меньший путь. Лоренц даже вычислил это сокращение. Для земного шара формула давала величину примерно шести сантиметров, на которые должен был укоротиться диаметр нашей планеты. Это сокращение Лоренц объяснил «электромагнитными действиями тех электрических зарядов, которые, как мы видели, находятся в каждом атоме». Ради сохранения эфира Лоренц пожертвовал «здравым смыслом». Так казалось в преддверии XX столетия.

Самое оригинальное заключалось в том, что результаты этой немыслимой теории совпадали с фактами… Все равно большинство физиков были весьма смущены вольным обращением нидерландского профессора Гарлемского исследовательского института со здравым смыслом. Вспоминали изречение Гиббса: «Математик может говорить все, что ему вздумается, но физик должен сохранять хоть каплю здравого смысла».

Смущение усилилось, когда в Гарлем пришло письмо из Дублина. Ирландский физик профессор Тринити-колледжа Джордж Френсис Фитцджеральд сообщал Лоренцу, что уже давно пользуется этой гипотезой в своих лекциях студентам. Беда — ирландец не любил писать… Ввиду чего Лоренц и заметил в дальнейшем, что упоминание о гипотезе сокращения он нашел только в статье физика О. Лоджа. Но в конце концов «дикая» гипотеза Фитцджеральда — Лоренца стала проникать даже в бронированные крепости физиков-ортодоксов. Ведь она одна более или менее объясняла «нелепый» результат опыта, исходя из привычных законов классической физики. Кроме того, оба автора гипотезы говорили только о субсветовых скоростях. В обычном «наглядном» мире это сокращение было ничтожным. Сторонники здравого смысла утешали себя тем, что даже при полете пули (что можно представить себе быстрее?) сокращение длины равно всего одной биллионной доле процента. Разве может уловить такую разницу какой-нибудь реальный прибор?

Однако неприятности на этом не кончились. В 1901 году молодой немецкий физик В. Кауфман доказал, что масса недавно открытой, быстродвижущейся частицы — электрона — непостоянна! Причем ее изменение определяется скоростью движения и подчиняется гипотетическому закону Фитцджеральда — Лоренца. Рухнула еще одна опора, поддерживающая классическую постройку, — постоянство массы.