Недавно один из читателей прислал мне следующий вопрос:
Здравствуйте! Одним из постулатов, на которых основывается теория относительности является утверждение о том, что скорость света не зависит от системы отсчёта. Но ведь по сути это ни на чем не основанная догадка Эйнштейна. С чего он вообще это взял?
Что же, давайте разберёмся в этом вместе. У многих людей, в особенности у людей, которые физику последний раз учили лет двадцать назад в школе может сложиться впечатление, что Эйнштейн основные постулаты теории относительности взял с потолка.
Постулат о равноправии всех инерциальных систем отсчёта мало у кого вызывает сомнения — все же он довольно интуитивен. А вот постулату об инвариантности скорости света повезло меньше. Судя по тем вопросам, что я получаю многие считают его просто прихотью Эйнштейна.
На самом деле это совсем не так. Предпосылки для появления гипотезы о том, что скорость света не зависит от системы отсчёта появились еще в середине 19-го века лет за 20 до рождения Эйнштейна. Произошло это когда британский физик Джеймс Клерк Максвелл опубликовал свои знаменитые уравнения, описывающие электромагнитное поле.
При решении уравнений Максвелла внезапно оказалось, что скорость света совершенно не зависит от системы отсчёта.
Возникло противоречие c первым законом Ньютона, а также с галилеевым принципом относительности. Ведь до этого считалось, что к примеру если человек стоит на пероне, а мимо едет поезд с постоянной скоростью, то можно в качестве системы отсчёта использовать как человека, и тогда он находится в состоянии покоя, а поезд движется, так и поезд, и тогда в этой системе отсчёта, а человек движется относительно поезда, т.е. любая скорость была относительна какой-то системе отсчёта. А из уравнений Максвелла следовало, что скорость света постоянна независимо от системы отсчёта.
В результате возникли попытки разрешить это противоречие с помощью теории эфира. Предполагалось, что свет и электромагнитные колебания распространяются в особой среде называемой эфиром. По мнению многих физиков уравнения Максвелла должны были быть модифицированы для наблюдателей движущихся относительно эфира.
Последовали многочисленные эксперименты, целью которых было обнаружение движения Земли относительно эфира. Наибольшую известность получили эксперименты Майкельсона и Морли, хотя они не были единственными. Несмотря на то, что сложность и точность экспериментов постоянно увеличивалась обнаружить движение Земли сквозь эфир не удалось. Скорость света действительно оказалась одинаковой во всех направлениях.
На этом теория эфира и закончилась бы, но её последователи не сдавались. Физики пришли к предположению, что для тел движущихся сквозь эфир время замедляется таким образом, что скорость света всегда видится одинаковой и они получили... формулы релятивистского замедления времени, сокращения длины, а также преобразования координат (преобразования Лоренца).
Однако вернёмся к Эйнштейну. Он подумал «Бог с ним, с эфиром. Что если скорость света действительно одинакова для всех наблюдателей и не зависит от системы отсчёта?». Из этого простого предположения с помощью смелых рассуждений и железной логики он и вывел теорию относительности.
Но нет, это предположение возникло не на пустом месте. Почти 50 лет после публикации уравнений Максвелла оно лежало у всех на виду. Просто, никто не отваживался поставить под сомнение авторитет Ньютона. Пока наконец этого не сделал Альберт Эйнштейн.
Ставьте палец вверх чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал на youtube. Каждую неделю там выходят видео, где я отвечаю на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!