Книга На кого упало яблоко - Владимир Кессельман

1728 год. Бредли открывает звездную аберрацию, наблюдаемое смещение положения звезды относительно истинного, которое объяснялось тогда результатом сложения скорости света со скоростью Земли относительно неподвижного эфира. В 1865 году Максвелл вывел уравнения, которые описывали распространение со скоростью света электромагнитных процессов в пространстве. Герц в 1887 году показал, что и сам свет представляет собой электромагнитную волну. Основу теории Максвелла составляли уравнения, определяющие зависимость напряженностей электрических и магнитных полей от координат точек пространства. Но уже со времен Галилея было известно, что сами координаты относительны, что они меняются при переходе от одной системы к другой, движущейся относительно первой. Уравнения же Максвелла не удовлетворяли принципу относительности. Они неодинаковы в различных системах отсчета. Таким образом, хотя большинство законов физики удовлетворяло принципу относительности, законов электричества и магнетизма (электродинамики) это не касалось[124]. Это коренным образом повлияло на физику в целом и привело к пересмотру фундаментальных представлений. Физики решили записывать уравнения Максвелла в некоторой выделенной системе отсчета и отдать ей предпочтение перед всеми другими. Такой системой отсчета должна была быть та, которую можно было считать находящейся в абсолютном покое. И физики принялись определять скорость Земли относительно этой системы отсчета — мирового эфира. С этой целью и был поставлен эксперимент Майкельсона[125], который, однако, ничего не показал. Поэтому следовало предположить, что эфир увлекается Землей, но тогда необъяснимой оставалась аберрация. Проблема казалась неразрешимой.

Именно в этот момент и вступили в игру крупный голландский физик Хендрик Лоренц[126] и гениальный французский математик Анри Пуанкаре. В 1899 году Пуанкаре был профессором математической физики в Сорбонне, где занимался математическим описанием наблюдаемых в физике явлений. В этом качестве он изучал проблемы, возникшие в физике после опытов Майкельсона. Он сразу обратил внимание на предложенную Лоренцем теорию локального времени и сокращения размеров движущихся в эфире тел. В своем курсе «Электричество и оптика» Пуанкаре пишет: «Это странное свойство производит впечатление фокуса, разыгранного природой для того, чтобы было невозможно определить движение Земли посредством оптических экспериментов. Такое положение дел не может меня удовлетворить. Я полагаю весьма правдоподобным, что оптические явления могут зависеть только от относительных движений присутствующих материальных тел»[127].

Тем самым в трех фразах Пуанкаре исключил эфир. В следующем, 1900 году в статье «Теория Лоренца и принцип противодействия» он дал физическую интерпретацию Лоренцева локального времени: это время подвижных наблюдателей, которые настроили свои часы с помощью оптических сигналов, игнорируя собственное движение. В 1902 году Пуанкаре публикует работу «Наука и гипотеза», которая имела большой резонанс в научном сообществе. Там он, в частности, писал: «Не существует абсолютного пространства, и мы воспринимаем только относительные движения. Не существует абсолютного времени: утверждение, что два промежутка времени равны друг другу, само по себе не имеет никакого смысла. Оно может обрести смысл только при определенных дополнительных условиях. У нас нет непосредственной интуиции одновременности двух событий, происходящих в двух разных театрах. Мы могли бы что-либо утверждать о содержании фактов механического порядка, только отнеся их к какой-либо неевклидовой геометрии»[128].

Маловероятно, чтобы Эйнштейн, который читал по-французски и по-немецки одинаково хорошо, не знал эту работу, как, впрочем, и все другие статьи Пуанкаре и Лоренца. На это указывают некоторые исследователи: детальное совпадение в описании процедуры синхронизации часов не может быть случайным. Но сам Эйнштейн знакомство с трудами Пуанкаре отрицал. Он либо не отдавал себе отчета, что «следует платить дань уважения предшественникам, либо, по его мнению, их работы были настолько широко известны, а он пошел настолько дальше них, что указывать источники не имеет смысла»[129].

Почему же считается, что создание специальной теории относительности началось с той, первой работы Эйнштейна 1905 года? Ответ на этот вопрос очень четко сформулирован в широко известной книге В. Паули «Теория относительности», впервые опубликованной в 1921 году в наиболее авторитетной в то время «Энциклопедии математических наук». Изложение истории создания теории относительности Паули заканчивает так: «Основы новой теории были доведены до известного завершения Эйнштейном. Его работа 1905 года была направлена в печать почти одновременно с сообщением Пуанкаре и написана без осведомленности о работе Лоренца 1904 года. Исследование Эйнштейна содержит не только все существенные результаты обеих названных работ, но также прежде всего изложение совершенно нового и глубокого понимания всей проблемы». В совершенно новом и глубоком освещении проблемы, явившемся откровением, и состоит очевидная причина успеха работы Эйнштейна, причина того, что именно эта работа считается самой важной при создании теории относительности.

И напрасно молодой Эйнштейн при написании своей статьи отошел от традиционного стандарта написания научного трактата и не сослался на все заимствованные им источники. В его статье была совершенно оригинальная и самая трудная для понимания часть, касающаяся релятивистской обратимости всех рассматриваемых эффектов. Этого не было ни у кого из его предшественников: ни у Лоренца, ни у Лармора, ни у Пуанкаре в его ранних работах. На эту наиболее парадоксальную сторону новой теории Пуанкаре обратил внимание слушателей только в своем последнем публичном выступлении в Лондонском университете в мае 1912 года (эта лекция под названием «Пространство и время» была опубликована в посмертно изданной в 1913 году книге Пуанкаре «Последние мысли»).