Кудрявцев Степанович - Курс истории физики

Исследуя влияние гравитации на электромагнитные процессы, Эйнштейн приходит к выводу, что световые лучи, распространяющиеся не по оси х, искривляются гравитационным полем; изменение направления световых лучей составляет

на 1 см пути света, где φ означает угол между направлением силы тяжести и светового луча.

Это первые, еще не вполне точные результаты будущей общей теории относительности. Эйнштейну понадобится десять лет, чтобы закончить основы этой теории, используя соответствующий математический аппарат. Мы не будем излагать историю создания этой теории и дальнейшего развития специальной теории относительности. Остановимся лишь на фундаментальной работе Минковского «Пространство и время», опубликованной в 1908 г.

Герман Минковский родился 22 июня 1864 г. на территории Российской империи, в предместье г. Ков-но (ныне г. Каунас Литовской ССР). В детстве он был отправлен в Германию, окончил гимназию в Кенигсберге (ныне Калининград) в 1880 г., получил высшее образование в Кенигсберге и Берлине. Восемнадцатилетним студентом он представил в Парижскую Академию наук сочинение о теории квадратных форм. Сочинение юного математика было удостоено Большого приза по математике. Двадцати трех лет Минковский — приват-доцент Боннского университета, а с 1892 г. экстраординарный профессор этого университета. В 1894—1896 гг, он профессор университета в Кенигсберге, с 1896 по 1902 г. —профессор Высшего технического училища в Цюрихе.

После Цюриха Минковский был профессором Геттингенского университета. В этой должности он и скончался 12 января 1909 г., спустя неполных четыре месяца после того, как 21 сентября 1908 г. он сделал свой знаменитый доклад «Пространство и время» на 80-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Кельне.

Минковский в последние годы жизни активно занимался электродинамикой движущихся сред на основе электронной теории и постулата относительности. Полученные им уравнения, названные позже «уравнениями Минковского», несколько отличаются от уравнений Лоренца, но согласуются с экспериментальными фактами. Электродинамика Минковского — четырехмерная электродинамика. Вместе с двумя докладами— «Принцип относительности» (1907) и «Пространство и время» (1908) —статья Минковского ч«Основные уравнения для электродинамических процессов в движущихся телах» составляет математическую теорию физических процессов в четырехмерном мире, в которой преобразования Лармора —Эйнштейна получают наглядную геометрическую интерпретацию. «Отныне пространство само по себе и время само по себе, —говорил Минковский в своем последнем докладе, —низводятся до роли теней, и лишь некоторый вид соединения обоих должен еще сохранить самостоятельность».

По Минковскому, инвариантность уравнений движения механики по отношению к преобразованию осей координат и по отношению к преобразованиям Галилея означает инвариантность по отношению к преобразованию четырехмерных координат: трех пространственных координат х, у, z и координаты времени, умноженной на мнимое число. Совокупность этих четырех координат Минковский называет «миром». С точкой (х, у, z, t) связана некоторая субстанция, совокупность состояний которой образует «мировую линию». «Весь мир представляется разложенным на такие мировые линии, и мне хотелось бы сразу отметить, что, по моему мнению, физические законы могли бы найти свое наисовершеннейшее выражение, как взаимоотношения между этими мировыми линиями».

Минковский рассматривает группу преобразований координат и времени, обозначаемую им Gc, относительно которой законы природы остаются неизменными. «Систему отсчета можно еще соответственно преобразованиям названной группы Gc произвольно изменять, причем выражение закона природы меняться не будет».

Минковский дает наглядную геометрическую интерпретацию этих преобразований, вводит четырехмерные векторы, различая временно-подобные и пространственно-подобные векторы, а также собственное время мировой точки Р:

С помощью этих понятий Минковский дает четырехмерную формулировку законов механики, и в частности законов движения электрона. «В механике, переработанной таким образом, — пишет Минковский, — сами собой исчезают дисгармонии, мешавшие согласованию ньютоновской механики и современной электродинамики». И действительно, четырехмерный формализм Минковского является адекватным языком релятивистской физики, завершением построения специальной теории относительности. Дальнейшее ее развитие заключалось в решении частных задач механики, электродинамики и термодинамики на основе разработанных принципов В настоящее время теория относительности рассматривается как необходимый элемент современного физического мировоззрения. Утверждения, противоречащие теории относительности, отвергаются как неправильные. Однако в эпоху становления теории относительности такого единодушного признания ее принципов не было. У теории относительности были непримиримые враги, такие, например, как ф. Ленард и И. Штарк. Ее считали ненужной Д. Д. Томсон, его последователи Н. П. Кастерин и А. К. Тимирязев, не желавшие расстаться с привычным эфиром. Они принимали конкретные результаты, зависимость массы от скорости, связь массы и энергии и т. д., но считали, что эти результаты могут быть получены без такого радикального изменения взглядов на пространство и время, как это было у Эйнштейна и Минковского. Но как это всегда было в истории науки, противники теории постепенно уходили, а научная молодежь сразу же принимала новые принципы.

Конец XIX в. ознаменовался повышенным интересом к явлениям прохождения электричества через газы.

Еще фарадей серьезно занимался этими явлениями, описал разнообразные формы разряда, открыл темное пространство в светящемся столбе разреженного газа, фарадеево темное пространство отделяет синеватое, катодное свечение от розоватого, анодного.

Дальнейшее увеличение разрежения газа существенно изменяет характер свечения. Математик Плюкер (1801-1868) обнаружил в 1859 г. при достаточно сильном разрежении слабо голубоватый пучок лучей, исходящий из катода, доходящий до анода и заставляющий светиться стекло трубки, ученик Плюкера Гитторф (1824—1914) в 1869 г. продолжил исследования учителя и показал, что на флюоресцирующей поверхности трубки появляется отчетливая тень, если между катодом и этой поверхностью поместить твердое тело.