Эйнштейн смыл с физики пятно позора – эфир, и нашел абсолют, от которого измеряются все относительные величины, включая время, пространство и скорость. А заодно объяснил, почему свет нарушает принцип относительности.
Выдающийся французский математик и физик Анри Пуанкаре тщательно разобрал уравнения Лоренца, математический анализ которых издал в 1905 г., за несколько месяцев до того, как Эйнштейн опубликует свою «К электродинамике движущихся тел». Пуанкаре, анализируя гипотезу Лоренца, вычислил, что не только сокращается длина по направлению движения (то есть, сокращается расстояние), но и время начинает течь медленней. Иными словами, расстояние и время есть вещи относительные, изменяющиеся от местонахождения наблюдателя. Этим относительным величинам не хватало малости – абсолюта, который был под самым носом: если в опыте Майкельсона сократилось не только расстояние, но и время, то на сокращенное расстояние свет потратил меньшее время, и значит его скорость не менялась! Но даже Пуанкаре не увидел этого за туманом эфира.
У эфира, тем временем, наблюдался еще один недостаток: он, призванный спасти принцип относительности, грубо его нарушал. Эйнштейн это заметил: «Пусть К — некоторая координатная система, относительно которой эфир Лоренца покоится; тогда уравнения Максвелла—Лоренца будут справедливы прежде всего относительно К. Но те же самые уравнения в совершенно неизменном виде будут справедливы и относительно всякой другой координатной системы К', движущейся равномерно и прямолинейно относительно системы К. Теперь невольно возникает вопрос: почему мы должны приписывать системе К, в отличие от физически совершенно подобной ей системы К', то свойство, что эфир относительно К неподвижен? <…> В этом вопросе можно встать на следующую точку зрения. Эфира вообще не существует»[1].
Поскольку эфир непригоден для сохранения принципа относительности, зачем он, действительно, нужен? Ah ! Да. В нем распространяются волны света. «А в нем ли?» – спрашивает Эйнштейн, и приходит к революционному выводу о корпускулярно-волновой[2] природе света. Свет (и любое электромагнитное излучение) состоит из квантов, энергия которых зависит от частоты волны. Волны света создаются квантами, а не эфиром, и последний отправляется на свалку. «Что касается механической природы лоренцова эфира, то в шутку можно сказать, что А. Лоренц оставил ему лишь одно механическое свойство — неподвижность. К этому можно добавить, что все изменение, которое внесла специальная теория относительности в концепцию эфира, состояло в лишении эфира и последнего его механического свойства»[3]. 25 лет спустя, выдающийся французский физик Луи де Бройль распространяет волновые свойства на все корпускулы. Положено начало квантовой механики.
А как же аберрация? Где так невидимая сила, способная отклонять лучи света? Здесь тоже никакого эфира: аберрация вызвана движением Земли. Орбитальная скорость Земли 30 км/с, или ~1/10 000 скорости света, что дает угол аберрации α=20”. Звезды описывают на небе годовые эллипсы с большой полуосью в 20”. Позже, когда Эйнштейн рассчитает свою Общую теорию относительности, посвященную тяготению, он найдет эту силу — гравитацию. Но об этом расскажем в соответствующем месте.
С эфиром покончено, и надо искать реальную точку отсчета, которая начнет эру релятивистской[4] физики. Эйнштейн проанализировал уравнения Максвелла и Пуанкаре, и нашел тот самый абсолют – скорость света в вакууме! Она неизменна относительно любой системы координат, из чего следует, что течение времени и длина пути понятия относительные, то есть разные в разных системах координат.
_______________
[1] Эйнштейн А. Эфир и теория относительности.
[2] От corpuscule (франц.) – частица.
[3] Эфир и теория относительности.
[4] От relativité (франц.) – относительность.
© φизика и лиρика, MMXIX
Все о теории относительности: