Касьянов Владимир
6. Кто создал теорию относительности?
Отвечая на вопрос, почему теорию относительности создал все-таки он, а не кто-то другой, Эйнштейн утверждал: "Нормальный взрослый человек вообще не задумывается над проблемой пространства и времени. По его мнению, он уже думал об этой проблеме в детстве. Я же развивался интеллектуально так медленно, что пространство и время занимали мои мысли, когда я уже стал взрослым".
Однако... Были и иные "ненормальные люди", которые всё-таки задумывались о пространстве и времени, а также о явлениях с ними связанными, не только в детском, но и зрелом возрасте. К таким учёным можно отнести Галилея, Максвелла, Физо, Майкельсона, Морли, Миллера, Пуанкаре, Лоренца и многих иных.
Галилео Галилей ещё в 1632 году в книге "Диалоги", рассуждая о главнейших системах мира - птоломеевой и коперниковой, сформулировал принцип относительности, утверждающий эквивалентность различных инерциальных систем отсчёта. Преобразования, связывающие результаты наблюдений относительно двух инерциальных систем отсчёта, получили название преобразования Галилея. Принцип относительности сыграл важную роль как в классической механике, так и в специальной теории относительности.
В 1818 году Френель, основываясь на волновой теории, успешно объяснил явление дифракции. К середине XIX века волновая природа света стала доминирующей концепцией. Так как все известные к тому времени волновые процессы протекали в той или иной среде (вода, воздух), достаточно естественной оказалась модель эфира, некоторой субстанции, возмущения которой проявляются как электромагнитные волны. В 1864 году Максвелл, обобщая экспериментальные открытия Эрстеда, Ампера и Фарадея в 1864 записал систему уравнений, описывающих эволюцию электромагнитного поля. Из этих уравнений следовало, что в пустом пространстве электромагнитные волны распространяются со скоростью света. На основании этого была выдвинута гипотеза о волновой, электромагнитной природе света. Уравнения Максвелла при этом интерпретировались как записанные относительно системы отсчёта, связанной с эфиром. Возник вопрос о взаимосвязи движущихся материальных тел и эфира. В частности, увлекается ли эфир движущимися сквозь него объектами, подобно увлечению воздуха в трюме корабля? Последовала серия экспериментов по выяснению характера увлечения эфира и определения скорости Земли относительно этой субстанции.
В 1851 г. Физо поставил эксперимент по измерению скорости света в движущейся среде, в качестве которой выступал поток воды. Серию следующих важных экспериментов в 1881 г. предпринял Майкельсон. При помощи интерферометра он измерял время прохождения света в двух перпендикулярных направлениях. Ориентация интерферометра изменялась в пространстве, поэтому при отсутствии увлечения эфира Землёй появлялась возможность по разности времён определить абсолютную скорость движения Земли относительно системы отсчёта, связанной с эфиром. Эксперимент дал отрицательный результат, смещение полос интерференционной картины не совпало с ожидаемым (теоретическим). Это могло свидетельствовать либо о полном увлечении эфира, либо о неподвижности Земли. Последняя возможность была маловероятна, так как Земля со скоростью 30 км/c двигается, по крайней мере, вокруг Солнца. Привлечение же гипотезы полного увлечения эфира противоречило наблюдаемой годовой аберрации звёзд, которая в этом случае отсутствовала бы. В дальнейшем эксперименты Майкельсона неоднократно повторялись (Майкельсон и Морли (1887), Морли и Миллер (1902-1904), и т. д.). Для уменьшения потенциального эффекта увлечения эфира установка поднималась в горы, однако получался результат, не совпадающий с ожидаемым.
Были и иные учёные, "приложившие голову и руку" с разработке и становлению теории относительности. Особо важную роль в окончательном формулировке СТО Эйнштейна, сыграли такие выдающиеся учёные как Пуанкаре и Лоренц. Об их вкладе в эту теории, как предшественников Эйнштейна, речь пойдёт ниже.
***
Статья "К электродинамике движущихся тел", положившая начало теории относительности, была написана Эйнштейном за пять недель и завершена в июне 1905 года. Вышла из печати объемом в 30 страниц в берлинском журнале "Annalen der Physik" ("Анналы физики") в сентябре того же года. В статье не было ни одной библиографической ссылки, ни одной цитаты. К сожалению, ее рукопись затерялась в старых архивах этого журнала. И когда Фонд комитета друзей испанской свободы попросил Эйнштейна о материальной помощи, ему пришлось восстановить свою рукопись (переписать заново), чтобы продать ее коллекционерам. В 1944 году библиотека Конгресса США в Вашингтоне купила эти три десятка страничек за 6 миллионов долларов.
Утверждают, что профессор физики Форстер, прочитав статью, честно признался: "Прочел, но ровно ничего не понял", а знаменитый Конрад Рентген долго удивлялся: "Все это никак не укладывается в голове". Физик-теоретик Эренфест полностью разделал его мнение: "Причудливые блики незаземленной мысли". Ну, а Поль Ланжевен даже умудрился подсчитать: мол, теорию относительности понимают только 12 человек в мире - так называемые "апостолы" теории относительности.
Однако Эйнштейн, в ответ на такие "непонятности" напоминал о том, что "Воображение важнее знаний. Самое главное - не прекращать задавать вопросы". Мол, очень важно и жизненно необходимо, представлять (и как можно чаще) самое невероятное, - как это делали наши предки, фантазировавшие о коврах-самолётах, сапогах-скороходах, всевидящих зеркальцах и иных чудесах, которые изначально не существовали в природе. А дальше, мол, произойдёт настоящее чудо - материализация воображаемоего в реальное явление, процесс, продукт и прочее. В том числе, и в невероятную физическую теорию.
Первым из крупных ученых, кто обратил внимание на статью Эйнштейна был Макс Планк (1858-1947) - немецкий физик-теоретик, основоположник квантовой физики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1918), один из руководителей немецкой науки. Планк написал Эйнштейну письмо, в котором сравнил значение его теории с открытием Коперника. Но потом, не без помощи того же Планка, Эйнштейн едва не лишился работы. Тот написал в Бернский университет о том, что в их городе живет гениальный физик, "некто Альберт Эйнштейн". Университетское руководство предложило новоявленному гению предоставить свои научные работы. После ознакомления с содержанием статьи, было высказано единодушное мнение: "Теория какая-то странная. Мало что в ней понятно". И йнштейну было отказано в праве преподавания. И лишь после личного ходатайства Ганса Ладенбурга, - крупного ученого с европейским именем, Эйнштейну разрешили читать необязательный курс лекций в Бернском университете без оплаты. Его курс посещали три человека. Потом он получил место в университете Цюриха, где на его лекции записались 17 студентов. За чтение этих лекций уже платили жалование, хотя и меньшее, чем в патентном бюро. Да и преподавателем Эйштейн оказался не очень хорошим - не мог доступно излагать непростые вопросы физики тех времён.
Эйнштейн прославился и тем, что умел оригинально отвечать на вопросы журналистов. Однажды его спросили, ведет ли он картотеку своих идей. Эйнштейн ответил, что хорошие идеи так редко приходят в голову, что их можно помнить и без картотеки. В 1921 году Эйнштейну присудили Нобелевскую премию по физике. Но в научном мире было столько противников теории относительности, что Нобелевский комитет не осмелился присудить эту премию за теорию относительности. В формулировке сказано: "За открытие закона фотоэлектрических явлений и за другие работы по теоретической физике". Эйнштейн не смог присутствовать на церемонии вручения премии и свою Нобелевскую лекцию прочитал лишь год спустя.