Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки - Ирина Львовна Радунская
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Остановимся на этом подробнее, чтобы нам был более ясен дальнейший ход мысленного опыта. В изолированной от внешнего мира каюте воздух не может ни выйти из нее, ни войти вовнутрь. Если человек в этой каюте разговаривает, то с физической точки зрения он создает звуковые волны, которые распространяются в воздухе от его рта со скоростью звука. Они распространяются во все стороны с одинаковой скоростью. И достигают стен каюты одновременно во всех направлениях, если человек стоит в середине каюты. Пассажир в каюте скажет: скорость звука в моей системе координат одинакова во всех направлениях. Наблюдатель на берегу скажет: в моей системе координат — на неподвижном берегу — скорость звука, распространяющегося в движущейся каюте, в различных направлениях не одинакова. Она больше в направлении движения корабля (на величину его скорости) и меньше в противоположном направлении — также на величину скорости корабля. И никто не удивится и не оспорит эти измерения. Каюта изолирована, воздух в ней заперт, источник звука передвигается вместе с кораблем, и как следствие скорость звука различна для пассажира в корабле и наблюдателя на берегу. Тут полная аналогия с определением скорости пассажира, идущего по палубе.
Эйнштейн, который уверен в универсальности принципа относительности Галилея для всех явлений, а не только для механических, хочет доказать это объективно для оптических явлений. Он ставит вопрос: каков будет результат, если такой же опыт провести, измеряя скорость света?. И Эйнштейн производит мысленный эксперимент, полагая для наглядности, что свет — это волны эфира, подобно тому, как звук — волны в воздухе. Гипотеза эфира не влияет на результат. Она лишь упрощает рассуждения, уменьшает количество необходимых слов, экономит время. Можно «перевести» все рассуждения с «эфирного языка» на «безэфирный» — результаты не изменятся. Но здесь просто нет для этого нужного места. Не посчитал нужным сделать такой перевод и сам Эйнштейн.
Теперь он помещает в центре каюты источник света. Итак, говорит Эйнштейн, имеются две возможности. Первая: каюта увлекает эфир так же, как воздух. Тогда и результат измерения скорости света будет аналогичным опытам со звуком — скорость света зависит от скорости корабля. Наблюдатель на борту корабля и наблюдатель на берегу получат различные результаты для величины скорости света. Их результаты можно сопоставить при помощи формул преобразования Галилея, и опыт совпадет с расчетом.
Вторая возможность: эфир свободно проникает через стенки каюты, они не увлекают эфир в своем движении. Каюта движется сквозь эфир. Как корабль, медленно скользящий по абсолютно гладкому морю, не увлекает частиц воды, а продвигается между ними, так и прозрачные стенки каюты не увлекают эфира, он свободно проникает сквозь стенки. В этом случае наблюдатель, находящийся в каюте, мог бы, не выглядывая наружу, определить, движется корабль или нет: свет достигнет передней стенки каюты позже, чем задней.
Опыт со светом, в случае, когда эфир свободно проникает сквозь стены каюты, не отличался бы от опыта со звуком, если измерять скорость звука не в каюте, а на открытой палубе, где воздух не участвует в движении корабля.
Наблюдатель на палубе скажет: свет бежит к корме быстрее, чем к носу движущегося корабля. Наблюдатель, находящийся на берегу, увидит, что свет коснулся заднего каната, ограждающего палубу, раньше, чем переднего. Но он скажет: скорость света не зависит от движения корабля: различие времени касания лучами света соответствующих канатов определяется тем, что скорость корабля в одном случае прибавляется, а в другом вычитается из скорости света.
Обе возможности, говорит Эйнштейн, неприемлемы. Одна из них заставляет отказаться от предположения о том, что скорость света — постоянная величина, не зависящая от условий опыта и от применяемых приборов. Другая принуждает пренебречь фактом, установленным еще Галилеем: не выходя за пределы каюты, нельзя судить о ее движении. То, что Галилей установил свой принцип для механики, не дает основания для того, чтобы отказаться от него в оптике.
Эйнштейн считает бесспорным, что симметрия явлений природы, заключающаяся в том, что законы природы едины в покоящихся и в движущихся телах, не ограничена механикой. Симметрия справедлива для всех явлений. В этом состоит истинная сущность принципа относительности. Этот принцип шире, чем думал Галилей, для которого механика была основой всех наук.
Эйнштейн убежден: нельзя отказаться ни от принципа относительности, ни от постоянства скорости света. Нужно искать выход из тупика, говорит Эйнштейн, вернее, пишет вместе с другом и сотрудником Инфельдом в замечательной книге «Эволюция физики», вышедшей в 1938 году. В более ранних статьях и брошюрах, посвященных теории относительности, Эйнштейн проводил свои мысленные эксперименты не в каюте корабля, а в купе поезда.
Кредо Эйнштейна — всякая теория должна опираться на реальный опыт — требовало полного доверия к факту постоянства скорости света, неоднократно подтвержденному всеми достоверными экспериментами. Врожденное чувство гармонии убедило Эйнштейна во всеобщей справедливости принципа относительности Галилея, отражающего симметрию природы — в данном случае симметрию покоя и равномерного прямолинейного движения. В чем же просчет мысленного опыта? Где логика рассуждений уводит от действительности? Может быть, вина лежит на математике? Все ли в порядке в самих формулах сложения и вычитания скоростей? В преобразованиях Галилея?
Кораблекрушения не будет!
Эйнштейн снова и снова обдумывает ситуацию. Переход от одной системы координат к другой осуществляется так, как это принято в классической механике. Это простой, механический закон сложения и вычитания скоростей. Он исходит из существования некоего абсолютного времени, единого для всех наблюдателей, для всех систем отсчета. Он исходит из предположения, что во всех системах координат расстояния между телами имеют одно и то же значение. Из этих двух принципов, которые казались всем вполне естественными, и следуют математические формулы преобразования Галилея… На них сосредоточивает свое внимание Эйнштейн. В них видит узкое место.
Не однажды, не дважды — множество раз ученые перестраивали формулы, рожденные теориями, подчиняясь необходимости увязать формулы с реальностью, с опытными данными. И Эйнштейн вынужден ввести в преобразования Галилея изменения. Он вводит небольшие изменения — о них мы еще будем говорить. Он вводит в них скорость света. Картина меняется словно по волшебству! Все становится на свои места! Теперь скорость света постоянна в обеих системах координат — и
