"Природа времени: Гипотеза о происхождении и физической сущности времени" - читать интересную книгу автора (Бич Анатолий Макарович)

1.4. Время в миропонимании Эйнштейна

Революционную ломку классических представлений о мире возглавил Альберт Эйнштейн (1879–1955) {11}. Отказ от абсолютизации пространства и времени, утверждение об их зависимости от гравитации и скорости и, напротив, абсолютизация скорости света — все это с трудом воспринималось современниками. Многим, даже физикам, теория относительности казалась абстрактной и оторванной… от здравого смысла. Эффекты, которые оказалось возможным объяснить с помощью новой теории, представлялись незначительными и малосущественными. Действительно, многие из проявлений природы, которые были предсказаны релятивистской физикой, становятся заметными только при околосветовых скоростях. Неудивительно, что еще в начале 60-х годов Артур Эддингтон, английский астрофизик, позволил себе ироничное высказывание о релятивистской теории — убийственное, как приговор: «красивый, но бесполезный цветок» (и это сказал человек, который первым из ученых еще в 1919 г. в ходе опыта подтвердил отклонение луча света в поле тяготения Солнца).

Ломка фундаментальных представлений всегда сопровождается ожесточенным сопротивлением. Более того, удивительно, что и сегодня, в XXI, веке критика основных базисных постулатов теории относительности не утихает, а, кажется, напротив, усиливается. Впрочем, об этом позже… Свое дело Эйнштейн сделал. Революционный пересмотр основ теоретической физики он возглавил и завершил. (Устоит ли сам Эйнштейн на одной ступени пьедестала истории человечества рядом с такими гигантами, как Будда, Аристотель, Христос, Коперник, Ньютон, Максвелл?..)

Однако рядовой читатель не должен представлять себе, что у Эйнштейна не было предшественников. Мол, было ньютоновское видение мира, а потом появился Эйнштейн и… Так никогда не бывает, и в данном случае релятивистские идеи также витали в воздухе.

В физике (в науке вообще) господствует так называемый принцип соответствия: любая новая теория включает (должна включать) в себя старую как некий частный случай.

Классическая механика Ньютона и философия, вытекающая из нее и обосновывающая ее, были сильно расшатаны всем ходом научной мысли в XIX веке, особенно во второй его половине, прежде всего благодаря открытиям в области электромагнитных явлений.

Но против абсолютизации пространства и времени выступал еще современник Ньютона Г. Лейбниц (1646–1716). Он писал: «Я неоднократно подчеркивал, что считаю пространство, так же, как и время, чем-то чисто относительным: пространство порядком существования, а время порядком последовательностей…» {4}. То есть по Лейбницу время — это только порядок следования явлений. Удивительно современными представляются взгляды Лейбница на пространство. Он считал, например, что в природе никакой абсолютной пустоты без тел нет. (Так и кажется, что вслед за этим утверждением Лейбниц должен заявить, что вообще нет пространства без масс… Впрочем, еще Платон в «Тимее» пытался определить пространство как телесную протяженность материи.)

В период между Ньютоном и Эйнштейном (в XVII–XVIII веках), пожалуй, наиболее ярко выражали противоположные точки зрения на сущность времени взгляды двух следующих ученых.

Богослов Джордж Беркли {1685–1753) исповедовал субъективно-идеалистическую концепцию: «Время есть ничто, если отсечь от него последовательность идей в нашем духе» {4}.

Хорватский математик, астроном и философ Руджер Иосип Бошкович (1711–1787) выражал реляционную точку зрения {4}. Он считал, как пишет Молчанов, что «пространство и время не являются ни субстанцией мира явлений, как это полагал Ньютон, ни выражением его упорядоченности, как учил Лейбниц, а представляют собой «модус» физических взаимодействий, т. е. определение способа, формы или необходимого условия их существования».

Бошкович «поставил под сомнение постулат Евклида о параллельных прямых, высказав тем самым мысль о возможности неевклидовых геометрий».

Опережая время по крайней мере на столетие, Бошкович считал, что протяженность объектов изменяется при их перемещении или изменении взаимного положения. Таким был этот выдающийся человек, о котором, как мне кажется, мы несправедливо мало знаем.

Предшественником Эйнштейна по праву может считаться и знаменитый голландский физик Теневик Антон Лоренц (1853–1928), разработавший теорию, согласно которой при движении физических объектов относительно абсолютной системы (эфира) происходит сжатие этих объектов в направлении движения и замедление хода времени. В своих знаменитых «преобразованиях» он исследовал взаимоотношения между временем и координатами двух систем.

Представление о том, что мир четырехмерный и любое событие в нем может быть описано тремя координатами пространства и одной времени, было, конечно, присуще и классической механике, но при этом время в этом единстве было независимым, так как осознавалось как абсолютная реальность.

Даже такие, казалось бы, чисто эйнштейновские (как может показаться непросвещенным) понятия, как неделимость пространства и времени и криволинейность пространства, были привнесены в науку задолго до Эйнштейна.

Эйнштейн принял идею единства и неделимости пространства и времени от выдающегося немецкого (немецко-литовского?) математика ГерманаМинковского. Ноещев 1901 г. венгерский философ-физик В. Паладий опубликовал трактат «Новая теория пространства и времени», где обосновывал эту идею. Трактат тогда не заметили, нов 1908 г. Минковский идею подхватил.

Впрочем, значительно раньше, еще до Ньютона, Генри Мор объединил пространство и время в единую четырехмерную сущность под общим понятием «протяженность». Но и он, очевидно, не был пионером — вспомним Ибн Сину, ведь этот мудрец жил вХI веке…

Что касается представлений о неевклидовом пространстве, то в законченном виде их сформулировал У. К. Клиффорд еще до рождения Эйнштейна. Однако и у него были предшественники — Лобачевский (Россия), Бойаи[4] (Венгрия), Гаусс и Риман (Германия).

Австрийский физики философ Эрнст Мах (1838–1916) много занимался сопоставлением реального и кажущегося движения. Он выдвинул знаменитый принцип — «Принцип Маха», из которого следует, что инерция каждого отдельного тела (и его масса как мера инертности тел) зависят от величины и распределения всех масс во Вселенной. Сам Эйнштейн, не принимая этого «принципа», все же признавал, что многим обязан Маху.

Очень близок к созданию новой физической теории был знаменитый французский математик (физик и философ) Анри Пуанкаре (1854–1912). Им, в частности, был поставлен вопрос о возможности объективного установления одновременности разноместных событий. Пуанкаре объективно мог создать новую теорию, но не создал, хотя еще в 1904 г., т. е. за год до первой основополагающей публикации Эйнштейна по специальной теории относительности, выступая на одном из конгрессов, говорил: «Возможно, мы должны создать совершенно новую механику… где инерция возрастала бы со скоростью и скорость света являлась бы неодолимым пределом».

О времени, Пуанкаре, в частности, писал: «…время должно определяться так, чтобы уравнения механики были как можно проще. Другими словами, не существует способа измерения времени, который был бы более правильным, чем другой; тот, который принимается, является лишь более удобным» {12}.

Эта позиция Пуанкаре принципиально отличается от понятия времени у Эйнштейна. Сравните высказывание Пуанкаре с выводом, к которому пришел Эйнштейн: «…пространственные и временные данные имеют не фиктивное, а физически реальное значение» {13}.

Выдающиеся экспериментальные работы Майкла Фарадея (1791–1867) и блестящее теоретическое их обоснование и развитие Джеймсом Курком Максвеллом (1831–1879) привели к созданию единой теории электромагнитного поля — электрических, магнитных и оптических явлений. При этом они окончательно отказались от понятия мгновенного дальнодействия, ввели понятие универсального электромагнитного взаимодействия, которое осуществляется с конечной скоростью, максимальная величина которой не превосходит скорости света. Эти работы подняли ряд новых проблем, что, в конце концов, и привело к созданию теории относительности.

Эйнштейн создал две теории относительности: специальную (1905 г.), в которой рассматривается взаимосвязь скорости и времени, энергии и массы, и общую (1916 г.), доказывающую взаимосвязь между материей (гравитацией), временем и пространством {11}.

Эйнштейн принял в качестве исходных основополагающих два постулата, на фундаменте которых построил теории относительности, хотя в этом «фундаменте», как уже отмечалось, находятся знания многих выдающихся ученых. Но именно Эйнштейн «догадался» сложить из этих знаний-блоков фундамент новой физики.

Первый постулат — специальный принцип относительности, согласно которому законы природы остаются неизменными (ковариантными) во всех инерциальных системах отсчета[5] (приоритет в осознании этого принципа принадлежит Пуанкаре и Эйнштейну).

Второй постулат — утверждение о том, что любые взаимодействия во Вселенной не могут осуществляться со скоростями, превышающими скорость света в вакууме (приоритете обосновании этого принципа принадлежит Эйнштейну).

Учитывая, что Эйнштейн полностью отказался от субстанциальной концепции времени, и принимая во внимание вышеизложенные постулаты, порядок во времени, по Эйнштейну, обусловливается реальными физическими процессами, т. е. и пространство, и время имеют физический смысл «только как определение порядка событий, связанных между собой взаимодействиями».

Сам Эйнштейн говорит об этом так: «О точках пространства и моментах времени говорили так, как будто они были абсолютной реальностью. Не замечалось, что истинным элементом пространственно-временной локализации является событие».

Из теории Эйнштейна следует взаимозависимость массы и энергии. Их эквивалентность Эйнштейн выразил формулой, сразу ставшей знаменитой и классической: Е= тс2 (Е — энергия тела; т — масса тела; с — скорость света в вакууме).

Из общей теории относительности также следует, что гравитационные свойства материи, создающей гравитационное поле, тождественны искривлению пространства-времени. Пространство-время наделяют способностью искривляться — деформироваться и, в свою очередь, воздействовать на гравитационные свойства материи. Эйнштейн устанавливает зависимость времени (хода часов) от гравитационного потенциала. Таким образом, пространство и время зависят от событий, но и события, в свою очередь, зависят от искривлений пространства-времени.

Для нас важно, что в соответствии с принципами, принятыми в теориях Эйнштейна, главным содержанием пространства- времени являются события. Эйнштейн в развитие этой точки зрения (и это отличает его от всех предшественников по реляционному видению времени) в общей теории относительности наряду с таким время формирующим фактором, как относительная скорость тел, вводит и такое фундаментальное проявление Природы, как гравитация. Таким образом, он не просто провозглашает, что время есть отношение событий, он указывает, как эти события влияют на время.

Эйнштейн показал, что время, в течение которого свет распространяется от одного тела к другому, зависит как от расстояния между этими телами, так и от того, где находятся часы, т. е. от системы отсчета, а это значит, что промежуток времени между двумя событиями есть величина относительная.

Эйнштейн, опираясь на принцип относительности и на принцип постоянства скорости света, уже в работе «К электродинамике движущихся тел» {11} обосновывает понятие относительности-одновременности. Из него следует, что одновременность двух событий очевидна только для событий, которые произошли недалеко друг от друга. Если события далеко разнесены в пространстве, то их одновременность (или неодновременность) будет зависеть от системы отсчета, относительно которой они наблюдаются. Два события для одного наблюдателя могут оказаться одновременными, а для другого, движущегося относительно первого, — происходящими в разные моменты времени.

Относительность времени и базируется на относительности одновременности разноместных событий.

Эйнштейн оставил без изменения представления классической механики о непрерывном и беспредельно делимом времени. (То есть, время — не дискретно.)

Кратко подведем итоги, что же привнесла теория Эйнштейна в понимание мировых закономерностей, связанных со временем:

— время вместе с пространством составляет четырехмерный мир;

— время не абсолютно, одновременность событий имеет смысл в одной системе отсчета или в инерциальных системах координат;

— сам ход времени зависит от движения и потому относителен. Часы, движущиеся относительно нас (чем больше скорость, тем больше эффект), всегда представляются отстающими. Это означает, что измеряемое ими время замедлено в своем беге;

— на время оказывают влияние силы тяготения — время течет тем медленнее, чем больше гравитация;

— скорость света зависит от гравитации и может изменяться только в сторону уменьшения;

— движущееся тело имеет запас кинетической энергии, и масса этого тела больше, чем масса того же тела в состоянии покоя.

Обратим внимание нато, что, полностью отказавшись от ньютоновского понятия абсолютного времени (единого в мировом масштабе), Эйнштейн не просто показал, что время всегда относительно, он это понятие прочно увязал с воздействием на любое материальное тело внешних факторов — таких как гравитация и скорость тела, зависящая от системы отсчета.

В первой половине XX века Эйнштейн ближе всех подошел к пониманию сущности времени. Однако и ему, и его сторонникам оказалась присуща некоторая непоследовательность. С позиций теории относительности, время всегда зависит от событий материального мира, от взаимодействия масс. Крупные тела (их масса, энергия и движения) порождают гравитационные поля. Время отдельных тел зависит от того, в каком гравитационном поле они находятся, и от относительной скорости их движения. Кроме этих внешних (или как бы внешних) причин, время материальных тел является порождением геометрии пространства. Допускается даже, что время может существовать независимо от материи.

В результате из теории относительности мы знаем, что время объективно существует, знаем, от чего оно зависит, но не знаем, что это такое.

Исходя из своих теоретических разработок, Эйнштейн предвидел различные события, в которых должны проявляться эффекты теорий относительности. Часть этих следствий он представил в виде мысленных экспериментов.

Например, если имеются двое часов, неподвижных относительно друг друга, и расположены они на разных расстояниях от гравитирующего тела, то быстрее будут идти те часы, которые находятся дальше от тела. (На очень далекие от массивного тела часы тяготение практически не оказывает влияния, и там время приобретает наиболее высокий темп.)

Эйнштейн иллюстрирует это положение, привлекая в мысленный эксперимент двух братьев-близнецов.

Если два брата-близнеца живут в одном доме на разных этажах, то быстрее растет тот, который живет ближе к крыше.

Но если один из братьев остался на Земле, а второй (космонавт) улетел в космос и затем вернулся, то, по Эйнштейну, замедляется старение того брата-, который побывал в космосе. То есть время, затраченное на полет, было различным по часам космонавта и по часам его брата-домоседа. Темп времени в космосе был более замедленным. В чем тут дело? Эйнштейн так объясняет этот парадокс. Брат-космонавт при полете испытывал перегрузки (при разгоне и торможении) и, следовательно, испытывал гравитационное воздействие, а гравитация, по Эйнштейну, замедляет время.

Если «перегрузка» действует постоянно, то в другом мысленном эксперименте достигается поразительный эффект. Получается, что если космический корабль летит с неизменной перегрузкой, например 2g, то за 40 лет по корабельным часам он долетит до центра Галактики и вернется обратно, а на Земле за это время пройдет около 60 тысяч лет.

Значительная часть следствий теорий относительности носит характер научного предвидения и оказалась доступной для подтверждения в наблюдениях или экспериментах.

Так, блестяще подтвердилось (по мнению сторонников релятивистской физики), что луч света в сильном гравитационном поле должен изменить траекторию — искривиться. И действительно, 19 мая 1919 г. во время солнечного затмения знаменитый английский астрофизик Артур Эддингтон зафиксировал отклонение луча света от далекой звезды в поле тяготения Солнца.[6]

Начиная с 60-х годов, теория относительности получает все новые и новые экспериментальные и наблюдательные подтверждения. Вот несколько примеров в популярном изложении известного астрофизика проф. И. Новикова. «В 1968 г. американский физик И. Шапиро измерил замедление времени у поверхности Солнца… Он проводил радиолокацию Меркурия, когда тот, двигаясь вокруг Солнца, находился от него с противоположной стороны по отношению к Земле. Радиолокационный луч проходил вблизи поверхности Солнца, и из-за замедления времени ему требовалось чуть больше (времени) на прохождение туда и обратно, чем на покрытие такого же расстояния, когда Меркурий находился вдали от Солнца. Эта задержка (около одной десятитысячной доли секунды) действительно была зафиксирована и измерена» {14}.

Особенно интересно, что замедление течения времени в поле тяготения было измерено непосредственно в лабораторных условиях на Земле. Это сделали в 1960 г. американские физики Р. Паунди Г. Ребка (Гарвардский университет). Они сравнивали ход времени у основания башни и на ее вершине — на высоте 22,6 метра, где ход времени должен быть чуть быстрее. Роль часов играли при этом очень точные приборы, использующие явление излучения в некоторых условиях гамма-лучей строго определенной частоты. Разность хода часов по предсказаниям теории составляла фантастически малую величину — три десятитысячных от миллиардной доли процента. И эта разница была зафиксирована[7] {14}.

В 1977 г. интереснейший эксперимент провели физики из Мэрилендского университета (США). Чрезвычайно точные атомные часы были установлены на самолете, который дважды летал по четырнадцать часов на высоте примерно десять километров. При этом другие атомные часы оставались на Земле. Лазерные сигналы посылались с Земли к отражателям на самолете и возвращались на Землю. Путь летевшего самолета строго контролировался. Установлено, что после каждого из полетов часы, находившиеся в самолете, уходили вперед на 47 миллиардных долей секунды[8] {14}.

Замечательно, что современная техника позволяет заметить такое расхождение в темпах времени двоих часов, синхронизированных в начале эксперимента. Но ученые установили, что если исходить только из эффекта ускорения времени за счет разницы в расстоянии между центром Земли и центрами тяжести часов на Земле и в самолете, то часы в самолете должны были бы уходить вперед на 52 наносекунды. Куда же исчезли 5 миллиардных долей секунды? Оказывается, часы, установленные в самолете, «заметили» — учли замедление времени за счет скорости самолета относительно Земли.

В экспериментах (неоднократно) было доказано, что Эйнштейн был прав, предполагая, что элементарные частицы, будучи разогнанными в ускорителе до околосветовой скорости, должны замедлить темп своего времени.

В эксперименте, проведенном в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН), на мощном ускорителе разгонялись частицы, называемые «мюонами». Частицы эти крайне нестабильны. В состоянии «покоя», т. е. при малых скоростях, продолжительность их жизни — почти мгновение. Всего через две миллионные доли секунды мюон распадается на электрон и два нейтрино. В эксперименте, разумеется, определялось не время жизни отдельных частиц, а период полураспада определенного количества частиц (потом рассчитывалось среднее время жизни условной частицы). Так вот, оказалось, что при околосветовых скоростях движения частиц время их полураспада, а значит, и продолжительность их жизни резко возрастает. Темп времени для них оказывается замедленным. В ЦЕРН мюоны «удалось разогнать до скорости, столь близкой к скорости света, что их масштаб времени растянулся в 24 раза» {15}.

Конечно, приведенными примерами не ограничиваются свидетельства, подтверждающие справедливость теории относительности.

И все-таки, все-таки… Почему растет число научных работ, в которых предпринимаются попытки ее ниспровержения? Неужели все дело только в непонимании эйнштейновских глубин? Почему все чаще звучат голоса тех, кто ощущает ситуацию в теоретической физике как кризисную?

Современная физика, следуя учению Эйнштейна, утверждает, что скорость света в вакууме является предельной, что в мире вообще не может быть никаких сигналов, никаких взаимодействий, которые бы осуществлялись со скоростью, превышающей скорость света. Этот постулат вызывает наибольшее сомнение у критиков теории относительности.

Все началось этак лет 150 тому назад. В XIX веке все физики знали, что Вселенная заполнена эфиром. Что такое эфир? Одно из представлений: это среда (тончайшее вещество) с определенными свойствами, в которой существуют все тела Вселенной.

Ученых давно занимал вопрос, подчиняется ли распространение света в эфире правилу сложения скоростей. Чтобы пояс — нить это правило, часто приводят пример с поездом, движущимся мимо станции, на платформе которой стоит наблюдатель. Предположим, что наблюдатель стоит на месте в точке А, а поезд, продолжая путь, приходит в пункт Б. Скорость, с которой он двигался относительно неподвижного наблюдателя, равна частному отделения расстояния от наблюдателя до пункта Б на время, которое понадобилось поезду, чтобы пройти этот путь. Если же наблюдатель, как только его минует поезд, побежит за ним вслед, то теперь скорость поезда относительно наблюдателя будет меньше, так как уменьшилось расстояние межу точками А и Б (наблюдатель ведь бежал вслед за поездом). И наоборот, если стоящий в точке А наблюдатель в момент, когда мимо него пройдет последний вагон, побежит не за поездом, а в противоположную сторону, то скорость поезда относительно наблюдателя будет увеличена. Закон сложения скоростей распространяется и на все другие явления природы, например на звуковые волны.

В 1851 г. уникальный опыт осуществил известный французский физик Физо. Принципиально идея опыта заключалась в следующем. Свет выходил из одного источника (одной точки), разделялся на два луча и каждый луч направлялся в трубы, по которым под давлением двигалась вода. При этом один луч распространялся по ходу течения воды; второй — против. Пройдя трубы, оба луча сходились в одну точку и вместе приходили к наблюдателю. Расстояния, проходимые лучами, были совершенно одинаковыми. Предполагалось, что луч света, который распространялся по ходу течения воды, будет иметь несколько увеличенную скорость, а луч, распространяющийся против течения воды, наоборот — скорость уменьшенную. А так как световой луч — это волна, то ожидалось, что, придя к наблюдателю, эти лучи будут смещены по фазе, т. е. впадины и гребни одной волны сместятся относительно гребней и впадин другой и, таким образом, будет наблюдаться чередование светлых и темных полос (интерференция).

Физо полагал, что по смещению фаз лучей света удастся подтвердить общее правило сложения скоростей… Увы, результаты опыта оказались ошеломляюще отрицательными. Вывод противоречил законам классической механики. Свет не подчиняется правилу сложения скоростей. Впоследствии и сам Физо, и другие многократно повторяли опыт (в том числе и при движении света в газовой среде), но результат оставался неизменным. Сомнения в его достоверности отпали. Был сделан вывод о том, что при скоростях, сопоставимых со скоростью света, законы ньютоновской физики не срабатывают. Такой вывод не мог оставить физиков равнодушными — рушились представления о применимости законов физики ко всем явлениям, ставилась под сомнение их универсальность.

Стали искать причины, которые бы объяснили результаты опытов, но так, чтобы при этом не разрушались основы физики. И, конечно, объяснение нашлось. «Была принята гипотеза существования неподвижного мирового эфира, согласно которой все тела Вселенной движутся в неподвижном эфире». Физики рассуждали так: «…расстояние между молекулами воды примерно в десять тысяч раз (а между молекулами газа — в сто тысяч раз) больше, чем размеры самих молекул». Атак как все во Вселенной заполнено эфиром, то эфир заполнял и расстояния между молекулами воды в опытах Физо. Получалось, таким образом, что лучи света распространялись в неподвижном эфире, а, следовательно, и не с чем было складывать скорость света. Объяснение было найдено, и, казалось, физики могут спать спокойно. Однако в науке покоя не может быть в принципе. Возник вопрос: если мировой эфир неподвижен и это как бы неподвижная система отсчета, то нельзя ли определить скорость движения Земли относительно неподвижного эфира?

Эксперимент удалось осуществить в 1831 г. американскому ученому Майкельсону. В эксперименте луч света от одного источника, попадая (под углом 45°) на плоскопараллельную пластину, образует два когерентных[9] луча. В дальнейшем направление одного из этих лучей совпадает с направлением движения Земли, направление другого — перпендикулярно ему. В приборе (интерферометре Майкельсона) каждый луч проходил одно и то же расстояние (около 22 м) и попадал к наблюдателю, который по интерференционной картине имел принципиальную возможность установить, как зависит скорость распространения лучей света от их направления относительно движения Земли. Ожидаемая разница во времени прохождения сигналов должна была составить крохотную долю секунды — три, деленное на единицу с шестнадцатью нулями. Но при этом технические возможности прибора позволяли измерить запаздывание, еще в сто раз меньшее. И что же?

Определить скорость движения Земли относительно неподвижного мирового эфира не удалось. И первый опыт Майкельсона, и последующие, включая опыты 1887 г. (совместно с Моряк), четко засвидетельствовали, что движения Земли относительно эфира нет.

Отсюда напрашивался вывод, что либо эфир движется вместе с Землей, либо… его вообще нет. И то и другое совершенно противоречило объяснению результатов опыта Физо. И то и другое потрясло физиков и физику. Прежде всего, был нанесен смертельный удар по теории эфира. И дело тут не только в несоответствии опытов Физо и Майкельсона. Постепенно стало ясно, что эфир (если он есть) представляет из себя субстанцию с противоречивыми свойствами.

С одной стороны, он должен был бы обладать некой «тонкостью», подвижностью и проницаемостью, чтобы не препятствовать движению небесных тел (и макротел, и микротел), а с другой — он должен обладать невероятной жесткостью, чтобы передавать поперечные волны света. В работах Сен-Венана, Релея и Столетова было доказано, что ни одно вещество не может обладать такими свойствами, так как они несовместимы.

Кроме того, в опытах Физо и Майкельсона — Морли было продемонстрировано, что свет не подчиняется правилу сложения скоростей. Нам сегодня даже трудно себе представить, как велико было смущение физиков. Но недаром говорят, что в науке отрицательный результат — это тоже результат.

Когда Майкельсон осуществил свой первый эксперимент, Эйнштейну было два года. До создания специальной теории относительности оставалось двадцать четыре… Ученые теперь должны были отказываться от пространства, заполненного эфиром. Если эфира нет, то не пустота же между небесными телами? Как через пустоту может происходить гравитационное взаимодействие? И как все-таки понимать, что свет не подчиняется правилу сложения скоростей? Движения всех тел подчиняются этому правилу, а свет нет. Что такое свет? К концу века ученые уже были готовы ответить на этот вопрос. В работах М. Фарадея, Дж. Максвелла, Г. Герца было с высокой степенью достоверности доказано, что свет — это колебания электромагнитного поля, которое может распространяться в пространстве в виде электромагнитных волн. Этот вывод также нанес удар по эфиру, ибо оказалось, что для своего распространения свет не нуждается в эфире. Но оставим на время в покое многострадальный эфир.

Одно из важнейших следствий уравнений Максвелла состояло в том, что в вакууме электромагнитные волны распространяются со скоростью света. Эта скорость в вакууме, или, как говорили в прошлом веке, в пустоте, составляет около 300 000 км/с. (Современное наиболее точное значение скорости света — 299 792 456,2 м/с.) Потрясающе огромная скорость, но самым удивительным все же было не это. «Оказалось, что, движется ли наблюдатель навстречу световому лучу или убегает в противоположном направлении, скорость луча относительно него не меняется!.. Странным образом скорость света всегда остается неизменной».

К тому времени, когда «странностями» физики занялся Эйнштейн, выдающиеся ученые Фитцджеральд и Лоренц уже определили свое отношение к проблеме независимости скорости света относительно скорости источника света. Фитцджеральд предложил считать опыт Майкельсона доказательством поразительного факта: не скорость света зависит от скорости его излучателя, а размеры всех тел зависят от скорости их движения относительно наблюдателя. Эту гипотезу обосновал своей электронной теорией Лоренц, а Пуанкаре на ней построил новую теорию относительности… Так называемыми «преобразованиями» Лоренц показал, что собственное время движущегося тела и его размеры также зависят от скорости движения тела относительно наблюдателя. А Эйнштейн, с присущей ему решительностью, обобщил эти гипотезы: «…один и тот же световой луч распространяется в пустоте со скоростью с не только в системе отсчета К, но и в каждой другой системе… движущейся равномерно и прямолинейно относительно К» {11}. Такое экстравагантное понимание света и позволило Эйнштейну произвести, по существу, революцию в области физики — поставить свет в совершенно особое положение. Абсолютизировать свет и сформулировать свой знаменитый второй постулат, процитированный ранее.

Некоторые сторонники теории относительности, признавая, что скорость света определяет предельную скорость любых взаимодействий, утверждают также, что и время — это… только функция скорости света.

Мы ознакомились с некоторыми основными положениями теории относительности. Конечно, это знакомство было недопустимо кратким и поверхностным. Я выделил только два постулата Эйнштейна, поскольку они являются главными в релятивистской физике, связаны с пониманием времени, и поэтому именно они сегодня подвергаются наиболее яростным нападкам со стороны критиков теории относительности.