Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)

Гернек Фридрих

Несмотря на то что зеркальный интерферометр, гениально придуманный и с непревзойденной тщательностью и точностью построенный Майкельсоном, должен был показать даже крохотную долю действия, которое ожидалось теоретически, всякий эффект отсутствовал. Повторение эксперимента Морли и Миллером в 1904 году также дало негативный результат: не проявилось никакого признака или воздействия эфирного ветра. Скорость света в пустом пространстве оказалась при всех условиях опыта неизменной по времени. Она была независимо от направления одинакова и равна примерно 300 тыс. километров в секунду.

Исход эксперимента Майкельсона не согласовывался

с господствующим представлением о световом эфире. Он очень разочаровал физиков. Но, как каждое разочарование, если только оно основательно и окончательно, он означал также шаг вперед.

Вначале пытались разобраться с опытом Майкельсона и его загадочным результатом в рамках механистической картины природы. Новые факты исследований постоянной скорости света пытались привести в соответствие со старыми теоретическими положениями. Эти попытки делал прежде всего Лоренц, в мышлении которого глубоко укоренился механистический взгляд на природу.

Лоренц примкнул к гипотезе, выдвинутой до него ирландским физиком Фитцджеральдом, который предполагал, что предметы укорачиваются в направлении своего движения соответственно их скорости в абсолютно неподвижном эфире. Благодаря этому изменению формы - как результату движения в эфире и в соответствии с массой, которая определяется через скорость, временное различие выравнивается и тем самым устраняется действие эфирного ветра. Если дело обстоит именно так, опыт Майкельсона не мог дать никакого иного результата. Лоренц также учил вычислению по формуле притяжения тел, названному в его честь "преобразованием Лоренца".

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.