Замедление времени, притяжение света гравитацией, извлечение энергии, эквивалентной массе – E=mc², все это подтверждено экспериментом, несмотря на кажущуюся невероятность этих явлений.
Свое название Теория относительности получила по принципу относительности, введенному Эйнштейном в качестве развития принципа Галилея. Теперь принцип относительности касается не одних только механических, но и всех физических явлений во Вселенной, включая, разумеется, электромагнитные. Еще одна особенность нового принципа – деление величин на относительные и абсолютные. К последним относятся скорость света, собственное время, etc.
Среди прочего теория отменила ньютоновское «дальнодействие» – представление о мгновенном воздействии одних тел на другие через пустоту. Теперь частицы и тела взаимодействовали с определенной скоростью через электромагнитные и гравитационные поля[1], которые есть особая форма материи, существующая наравне с веществом и способная, в определенных условиях, превращаться в вещество и обратно. Дальнодействие заменилось на близкодействие – принцип, допускающий взаимодействие частиц вещества только через поле или напрямую, при столкновении.
Встречается мнение, что Эйнштейн «ничего не изобрел», а просто систематизировал чужие наработки. Это, конечно, ложное представление. Он, безусловно, использовал в построении своих уравнений расчеты Максвелла, Лоренца etc., но он их… понял, придал им физический смысл, и, что очень важно, объединил разрозненные знания в единую теорию, избавился от ложных догм, вроде эфира, и не только не побоялся сделать парадоксальные выводы, но и физически обосновал их и объяснил. Он доказал, что и мячик, и электрон подчиняются одним и тем же законам, отличным от классических. Он решил все вопросы, упомянутые нами в начале предыдущей главы.
Со временем были получены экспериментальные подтверждения теории. Одно из них — измерение поперечного доплерэффекта. Продольный, нерелятивистский эффект связан с движением звезд относительно Земли, когда спектры элементов[2] сдвинуты со своего места, то есть волны удлинены или укорочены, в зависимости от направления движения звезды (от или к Земле). Но должен быть еще и релятивистский эффект Доплера. Он связан с разницей собственного времени атомов (стандартная длина волны в спектре) и времени звезды, движущейся относительно Земли. В таком случае часы звезды идут медленней и длина волны, получаемой на Земле, растет за счет падения частоты. Чтобы уловить эту разницу и не спутать с обычным эффектом Доплера, звезда должна двигаться строго перпендикулярно лучу зрения. Поскольку столь точно определить направление и скорость звезды современными методами практически невозможно, релятивистский эффект Доплера проверить подобным образом пока не удастся. Зато его можно проверить в ускорителе (синхрофазотроне), разгоняя атомы до субсветовых скоростей. Поставив спектроскоп перпендикулярно потоку частиц, удалось зафиксировать смещение линий, что экспериментально доказало относительность времени.
Астрономия, тем не менее, тоже внесла свой вклад, экспериментально доказав другой вывод теории относительности: вычисленное Эйнштейном в ОТО отклонение света под действием мощных гравитационных полей. Фотон не имеет массы/энергии покоя, но наделен энергией, пропорциональной частоте волны, а следовательно обладает инертной массой и эквивалентной ей «тяжелой», то есть участвует в гравитационных взаимодействиях. Однако заметить это можно лишь в очень мощных гравитационных полях, создаваемых, например, звездами. К счастью, поблизости от земного наблюдателя всегда есть звезда — Солнце. Если между далекой звездой и наблюдателем окажется Солнце, оно своей колоссальной гравитацией слегка «завернет» идущий от звезды свет, и она покажется сдвинутой в сторону от солнечного диска:
На схеме А – земной наблюдатель, В — истинное положение звезды, В’ — положение звезды для наблюдателя. Проверить такое положение можно лишь во время полного солнечного затмения, у края диска нашего светила. Такой опыт был проведен после Великой войны: смещение звезд в сторону от диска было обнаружено на фотоснимках (под микроскопом), что блестяще подтвердило выводы теории.
Это событие породило мировую славу Эйнштейна и его теории, о которой теперь узнали не только специалисты, но принялись писать буквально все издания, включая самые далекие от науки. Слава демиурга современной физики стала столь велика, а личность столь легендарна, что одна канадская школьница прислала ему письмо со словами: «я пишу Вам, чтобы узнать, существуете ли Вы в действительности».
Еще одно экспериментальное подтверждение теории Эйнштейн предсказал сам: «Не исключена возможность того, что теорию удастся проверить для веществ, энергия которых меняется в большей степени (например для солей радия)»[3]. Речь шла о его великой формуле E=mc² и ее проверке в опытах с превращениями ядер. Она действительно была блестяще подтверждена, пусть и не так, как хотел великий ученый. Об атомном проекте, к которому оказался причастен Эйнштейн (и не только как создатель теории, без которой проект был бы немыслим), смотрите в наших будущих публикациях.
_________________________
[1] Поскольку электромагнитные поля, в общих чертах уже описал Максвелл, Эйнштейну «оставалось» описать гравитационные. Так родилась Общая теория относительности.
[2] Атомы всех элементов испускают лучи определенных частот; совокупность этих частот характерна для данного элемента и составляет его спектр.
[3] Эйнштейн А. Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?
© φизика и лиρика, MMXXVI