Неоткрытые открытия, или Кто это придумал? - Марина Рабинович

Многие ученые очень болезненно отнеслись к такому повороту, они никак не могли смириться с тем, что эфира не существует. Даже великий голландец Лоренц до самой смерти верил в существование эфира.

Второй постулат Эйнштейна гласит, что скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета. Она не зависит ни от скорости источника, ни от скорости приемника светового сигнала. Скорость света – предельная скорость, ни один из процессов в природе не может иметь скорость большую, чем скорость света.

Из постоянства скорости света вытекают два знаменитых парадоксальных следствия: относительность расстояний и промежутков времени.

Относительность расстояний: расстояние не является абсолютной величиной, а зависит от скорости движения тела относительно данной системы отсчета. Размеры быстродвижущихся тел сокращаются по сравнению с размерами покоящихся тел. При приближении скорости тела к скорости света его размеры будут приближаться к нулю! Нечто похожее высказывал и Лоренц, пытаясь «спасти» эфир в опыте Майкельсона.

Относительность промежутков времени: ход часов в быстродвижущейся системе замедляется по сравнению с часами, находящимися в покоящейся системе отсчета относительно первой.

Эти эффекты физики называют релятивистскими, вкладывая в это тот смысл, что наблюдаются они при скоростях движения, близких к скорости света.

Что же произойдет, если на самом деле попытаться ускорить материальное тело до скорости, близкой к скорости света?

Теория относительности утверждает эквивалентность массы и энергии в соответствии с теперь уже знаменитой формулой: «Энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света».

Вначале увеличение энергии тела сопровождается едва уловимым увеличением массы и, следовательно, инерции тела. Поэтому становится чуть-чуть труднее ускорить его дальше. По мере же приближения к скорости света этот эффект становится все внушительнее, что делает преодоление скорости света невозможным.

В конце 30-х годов ХХ века формула Эйнштейна получила блестящее подтверждение в реакциях деления урана. При этом одна тысячная часть полной массы исчезала, чтобы вновь целиком обнаружиться в виде атомной энергии. Даже в обычных химических реакциях соблюдается эйнштейновское соотношение, только количество вещества, появляющегося или исчезающего во время реакции, меньше одной десятимиллиардной части всей массы, что весьма тяжело зафиксировать современными устройствами.

Подчеркнем, что в специальной теории относительности рассматривается равномерное движение, то есть движение с постоянной скоростью, при котором направление движения не изменяется. Если движение происходит с ускорением, обусловленным внешними силами, например гравитационным притяжением, – в таких случаях специальная теория относительности неприменима.

В 1908 году немецкий математик Герман Минковский, учивший Эйнштейна в Цюрихском политехникуме, создал для специальной теории относительности математический аппарат. В своем знаменитом докладе на съезде немецких естествоиспытателей и врачей 21 сентября 1908 года Минковский сообщал: «Представления о пространстве и времени, которые я собираюсь развить перед вами, выросли на почве экспериментальной физики. В этом заключается их сила. Они приведут к радикальным следствиям. Отныне пространство само по себе и время само по себе полностью уходят в царство теней, и лишь своего рода союз обоих этих понятий сохраняет самостоятельное существование». С тех пор «мир Минковского» стал неотъемлемой частью специальной теории относительности.

Как видим, приписывать создание специальной теории относительности одному человеку, пусть даже гению, не совсем корректно и, говоря по совести, совершенно непорядочно: Эйнштейн воспользовался разработками идей предшественников, чтобы сделать следующий шаг в науке. Но что было бы при отсутствии таких предшественников?

Дифференциальное и интегральное исчисления: Исаак Ньютон и Готфрид Лейбниц

География научных работ, в которых упоминаются имена Лейбница и Ньютона, достаточно широка. Ими были разработаны методы, с помощью которых любой человек, изучив небольшое число правил действия с символами, обозначающими операции дифференцирования и интегрирования, становится обладателем мощного математического аппарата. Этот аппарат широко используется в физике. Открыли математический анализ оба, и это привело к возникновению грандиозного спора о приоритете. О Ньютоне мы еще расскажем, а сейчас несколько слов о втором герое нашего рассказа.

Среди великих ученых прошлого Готфрид Вильгельм Лейбниц занимает одно из первых мест. Во множестве наук он оставил заметный след: он занимался логикой, юриспруденцией, историей и теологией, выдвинул ценные идеи в геологии, языкознании и психологии. Лейбниц – один из крупнейших философов Нового времени, стоящий в одном ряду с Декартом, Спинозой, Кантом, Гегелем. Начиная с ранних лет жизни в течение примерно полувека он был в центре всех интересов своего времени.

Колоссальные знания в области математики Лейбниц приобрел, как ни странно, методом самообразования. И закончил университет за три года. Обиженный отказом ученого совета университета присвоить ему степень доктора права (ему объяснили, что это связано с его юным возрастом), Лейбниц покинул Лейпциг. Так для молодого ученого началась жизнь, полная напряженного труда и далеких путешествий, во время которых молодой ученый несколько раз встречался с русским царем Петром I. От Петра Лейбниц получил титул тайного советника и пенсию в 2000 гульденов.

Всю свою сознательную жизнь он стремился выразить законы мышления в виде стройного математического аппарата. Для этого необходимо, считал Лейбниц, уметь обозначать любые понятия или идеи символами, комбинируя их в особые формулы, и сводить правила мышления к правилам в вычислениях, сделанных по этим символическим формулам. В 1684 году Лейбниц публикует первую работу по дифференциальному исчислению «Новый метод максимумов и минимумов», причем имя Ньютона в первой части даже не упоминается, а во второй заслуги Ньютона описаны не вполне отчетливо. Тогда Ньютон не обратил на это внимания. Его работы по анализу начали издаваться только с 1704 года.

Лейбниц писал: «То, что человек, сведущий в этом исчислении, может получить прямо в трех строках, другие ученейшие мужи принуждены были искать, следуя сложными обходными путями».

По мнению Бертрана Рассела, Лейбниц «был одним из выдающихся умов всех времен, но человеком он был неприятным». Многие биографы сходились во мнении, что он был скуп, хотя сам философ отрицал в себе корыстолюбие.

Во второй половине 1660-х годов молодой кембриджский математик Исаак Ньютон разработал общий метод, названный им методом флюксий, в области, известной нам ныне как математический анализ. Сам Ньютон не представлял всей важности своего исследования. В 1669 году сэр Исаак послал заказчику из Кембриджа довольно темный трактат, посвященный этому предмету; трактат закончен так и не был: Ньютона в это время больше интересовала возможность публикации в «Философских трудах Королевского общества» разработанной им теории оптики. В 1672 году в Париже появляется молодой германский дипломат Готфрид Лейбниц, получивший юридическое и философское образование. С математикой в то время Лейбниц был практически не знаком. Однако, будучи чрезвычайно честолюбивым человеком, он уже тогда обдумывал проект реформирования всей структуры науки (в том числе и математики) на базе универсальной логической символики. Уже на следующий год Лейбниц переезжает в Лондон в составе дипломатической миссии и быстро приобретает связи в научных кругах. За изобретение элементарной вычислительной машины Лейбница избирают членом Королевского общества.

Однако непомерные амбиции Лейбница и, в частности, присвоение им авторства алгебраической последовательности для квадратуры круга, уже опубликованной несколькими математиками, создают ему в ученых кругах скверную репутацию. Эта дурная слава помешала его назначению на пост в Коллеж де Франс в 1675 году. Тем не менее Лейбниц все же стал одним из участников корреспондентской сети Кембриджской ученой коллегии и начал обмениваться письмами с Ньютоном.

В 1676 году Ньютон пишет через Ольденбурга Лейбницу письмо, в котором передает много новых данных о разложении в ряды, сообщает и знаменитый бином (без доказательства); о методе бесконечно малых (то есть о дифференциальном исчислении), однако, в письме не говорится. Впрочем, в следующем письме к Ольденбургу от 24 октября 1676 года Ньютон говорит о новом методе и приводит результаты, достигнутые благодаря его применению. Понять из зашифрованного в письме описания сущность открытия было невозможно, детальное изложение метода скрыто еще более сложной шифровкой.