Бегство от удивлений
Шрифт:
А может быть, и школьника.
Что трудно в эйнштейновской физике мира?
Пожалуй, все.
Трудно постичь удивительную особенность света, который, как признал Эйнштейн, распространяется в пустоте с равной скоростью по отношению к любым телам, как угодно движущимся друг относительно друга.
Трудно вообразить отсутствие безоговорочной одновременности удаленных событий.
Трудно согласиться с запретом на сверхсветовые скорости движения тел.
Трудно понять сущность относительности пространства— то, что размеры
Трудно признать относительность времени — то, что темп хода часов неодинаков для наблюдателей, по-разному движущихся относительно этих часов.
Почему это трудно? Очень просто — потому, что все перечисленное кардинально противоречит нашим обыденным привычкам.
Попробуйте перевернуть смысл приведенных утверждений— и они превратятся в банальности, в «общепонятное» и «бесспорное». Ракету мы тогда сумеем разогнать, если захотим, до сколь угодно большой скорости, лишь бы хватило топлива. Доброкачественные, точно выверенные часы у всех пойдут в равном темпе. Ваш рост для любых движущихся наблюдателей будет одинаков. А как же иначе?
А вот как. Пока взаимные движения не очень быстры по сравнению со светом, все сущее отвечает нашим привычкам и нашему жизненному опыту. Но если мы начнем «бегать наперегонки» с самим светом, это нам не удастся. В мире сверхбыстрого о привычках придется забыть. Придется столкнуться с новыми «правилами игры».
То, что они удивительны, для нас не ново. Природа вся удивительна — надо только приглядеться. Пожалуй, самое удивительное в том, что человеческий гений сумел постичь эти странные законы, не побывав в мире сверхвысоких скоростей. Наоборот, особенности сверхбыстрого человек отгадал, обдумывая причины неподвижности. Парадоксальной неподвижности интерференционных полос в опыте Майкельсона.
После того как природа, взглянув на людей через зрительную трубку прибора Майкельсона, задала им очередную загадку, не имело смысла воскрешать почивший эфир. Ведь с самого начала эфир был всего лишь гипотезой, его выдумали ради удобства физического истолкования света. А свет, судя по всему, не очень заботился о собственной понятности для людей.
Но если эфир погиб, свет-то остался. Мир не погас, не погрузился во тьму. Мало того, загубив эфир, свет предъявил свое неведомое прежде «отрицательное» качество.
Его сиятельство свет сказал тогда:
— Уважаемые физики! Поскольку я великолепно обхожусь без эфира и меня не сносит никакой эфирный ветер, я не могу, к сожалению, ничем помочь тем из вас, кто захочет воспользоваться моими услугами, чтобы обнаружить движение Земли по орбите. Извините, но не могу! Так уж я устроен. И так устроен мир.
Это ведь и доказал опыт Майкельсона.
В самом деле, выкиньте из обсуждения знаменитого эксперимента разговоры об эфире. Что тогда останется? Останется вывод: оптическим опытом не удалось обнаружить движение Земли. Только и всего.
Каково движение Земли? Во время эксперимента Майкельсона планета двигалась прямолинейно и равномерно— крошечное искривление ее орбиты (помните, 3 миллиметра на 30 километров!) не могло
Отсюда заключаем: оптическим экспериментом невозможно обнаружить равномерное и прямолинейное движение — причем, разумеется, не только Земли, но и любого другого тела, на котором исполняется эксперимент. Этот вывод и сделал Эйнштейн. И этот вывод стал основой для еще более широкого обобщения, послужившего первым исходным пунктом — первым постулатом теории относительности. Вот он, в чуть упрощенной форме, первый постулат Эйнштейна: никаким физическим экспериментом невозможно обнаружить равномерное и прямолинейное движение. Другими словами, движение инерциальной системы отсчета неотличимо от покоя. Оба состояния равноправны. Важнейшее положение! Оно касается самой сути движения.
Обратите внимание на усиление формулировки. Вместо слов «оптическим экспериментом» употреблены слова «никаким физическим экспериментом». Не слишком ли смело? Кто дал право сделать замену?
Наш старый знакомый — Галилео Галилей.
Когда Галилей, вооруженный своей прозорливой дипломатической мудростью, осторожно и тонко воевал за «еретические» идеи Коперника и доказывал, что Земля обращается вокруг Солнца, а не наоборот, он услышал, в числе множества возражений, и такое (очень, кстати, неплохое для XVI века):
— Если бы Земля двигалась, то птицы, летающие в воздухе, не могли бы поспеть за мчащимися вместе с Землей башнями и деревьями! Так-то, дерзкий сеньор!
В ответ Галилео прибег к сравнению. Ему поневоле приходилось быть не только ученым, но и популяризатором — иначе коллеги-богословы ничего бы не поняли.
Короче говоря, Галилео посоветовал спорщикам отправиться в трюм какого-нибудь корабля, запасясь мухами, бабочками, аквариумом с рыбками, а также кусочком ладана и кувшинами с водой. Пока корабль неподвижен, спорщикам предлагалось поэкспериментировать— попрыгать, покидать всевозможные предметы, внимательно понаблюдать за поведением летающих мух, плавающих рыбок, водяных капель, отвесно падающих вниз, дыма от ладана, поднимающегося прямо вверх.
Далее Галилео заявил:
Заставьте теперь корабль двигаться с любой скоростью, и тогда (если только движение будет равномерным и без качки) во всех названных явлениях вы не обнаружите ни малейшего изменения.
Прыжки и броски не станут труднее или легче, мухи и бабочки будут по-прежнему летать во все стороны, капли будут все так же отвесно падать, а дым отвесно же подниматься. Галилео заключил:
Ни по одному из этих явлений вы не сможете установить, движется ли корабль или стоит неподвижно.
Другими словами и чуть шире: никаким механическим опытом невозможно обнаружить собственное прямолинейное и равномерное движение.
Это утверждение — принцип относительности Галилея. Быть может, логичнее было бы сообщить его читателю пораньше — хотя бы там, где речь шла о падении тел и о ньютоновском законе инерции. Я приберег его до сих пор по единственной причине: уж очень похож принцип относительности Галилея на первый постулат Эйнштейна, о котором вы прочитали на предыдущей странице.