Текст книги "Занимательно о космологии"

Автор книги: Анатолий Томилин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 12 (всего у книги 20 страниц)

Часть третья
Идеи

Глава седьмая

^{содержащая рассказ о великих открытиях XX столетия, а также дающая новую редакцию известного стихотворения Александра Попа}

XX век начинался бурно. По дорогам и улицам городов покатили, пугая лошадей, громыхающие, изрыгающие удушливый дым автомобили. В небе затрещали, зафыркали моторы первых аэропланов. В качестве главной силы технического прогресса утвердилось электричество. Наступило время чудес и для науки.

В 1900 году профессор Берлинского университета Макс Карл Эрнст Людвиг Планк выдвинул удивительную гипотезу, согласно которой поток энергии не мог больше считаться непрерывным, а излучался отдельными порциями – квантами. Родилась квантовая теория. В том же году русский астроном Аристарх Аполлонович Белопольский в лабораторных условиях доказал справедливость эффекта Доплера при оценке скорости движения источников света. Теперь астрофизики могли измерять скорости движения звезд с большой степенью надежности.

В 1901 году молодой немецкий физик Вильгельм Кауфман с помощью тонкого эксперимента доказал, что масса недавно открытого электрона при чрезвычайно быстром его движении изменяется. Это было совершенно непонятно. Масса – почтенная, по утверждению классической теории, постоянная величина оказывалась зависимой от скорости?..

В 1902 году Майкельсон вместе с Морли повторил измерение скорости света и получил 299 890 ± 60 км/час. При этом измеренная величина не менялась ни при каких условиях…

Еще через год в России вышла работа Константина Эдуардовича Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами». В ней была обоснована возможность применения реактивных аппаратов для полетов в космос и разработана теория движения ракет.

Движение, движение! XX век словно брал реванш за неторопливое XIX столетие. Стремление к переменам охватило все отрасли жизни, все слои общества. По всему миру нарастали волны стачек. Напуганное поднимавшейся грозой, правительство царской России спешно ввязалось в войну с Японией. «Маленькая победоносная война! Что может быть лучше для успокоения народа?» Метод испытанный! Метод старый! Но… видимо, слишком старый для нового столетия. Русский пролетариат ответил революцией! По всей огромной стране в 1905 году прокатилась грандиозная «генеральная репетиция Октября».

В том же году в немецком журнале «Анналы физики» появилась статья, озаглавленная «К электродинамике движущихся сред» и подписанная именем А. Эйнштейна. Впрочем, для того, чтобы понять значение этого факта для науки, давайте отойдем на несколько шагов назад… Для разбега…

Может ли «решающий эксперимент» быть неудачным?

Беспокойный характер грядущего столетия начал проявляться еще в недрах умиротворенного XIX века, волнуя и будоража современников. Самой большой неожиданностью явился эксперимент Майкельсона – Морли, поставленный для исследования зависимости скорости света от движения среды.

Результаты этого эксперимента оказали слишком большое влияние на предмет нашей заинтересованности, и потому автор льстит себя надеждой, что читателю будет небезынтересно узнать некоторые подробности о тех, чьи имена отмечены в каталоге истории.

Альберт Абрахам Майкельсон родился 19 декабря 1852 года в небольшом польском городке Стрельно близ Познани и неподалеку от польско-германской границы. Настолько «неподалеку», что в описываемый момент город принадлежал Германии, отойдя к ней усилиями Фридриха Великого в 1772 году вместе со всем Познаньским княжеством. Жизнь под крылом германских кайзеров была, видимо, несладкой, потому что скоро отец семейства Самуил Майкельсон, забрав скромные сбережения, жену Розалию и двухлетнего сынишку, иммигрировал в Америку. Вряд ли имеет смысл описывать иммигрантскую жизнь. По ее результату – Самуил Майкельсон до смерти был владельцем небольшой галантерейной лавки, с трудом и впроголодь кормившей его семью, – ясно, доли в Америке польский иммигрант не обрящил. Его сын Альберт благодаря своей настойчивости поступил в Морскую академию. В срок окончил ее, прослужил положенное время на судах Североамериканского флота и стал преподавателем физики и химии в той же академии. Там он прочел только что изданный труд Максвелла «Электричество и магнетизм» и вместе со всеми физиками земного шара удивился тому, что скорость света оказалась одной из важнейших физических величин. Вот тогда-то и посетила молодого преподавателя идея измерить эту скорость света с предельной точностью. Эта проблема и стала для него делом, которому он посвятил всю свою жизнь.

Позже, уже имея за плечами опыт экспериментальной работы, Майкельсон переехал в Кливленд в Технологический институт Кейса, где познакомился с профессором химии и естественной истории соседнего университета Эдвардом У. Морли.

По свидетельству знавших их, трудно было представить себе более непохожих друг на друга людей. Во-первых, Морли был лет на пятнадцать старше. Разница весьма существенная, если вспомнить, что Майкельсону в 1885 году было всего тридцать три года… Во-вторых, Э. У. Морли происходил из рода англичан-переселенцев, прибывших на берега Нового Света еще в начале XVII века. Для старых американских семейств традиционна гордость своими бродягами предками и пренебрежительное отношение к иммигрантам. Так же традиционна, если не для большинства, то, во всяком случае, для многих, религиозность. Сын священника-конгрегационалиста Эдвард Морли также окончил духовную семинарию. И лишь неожиданно проснувшаяся в нем любовь к химии спасла его от сутаны. Морли остался чрезвычайно религиозным человеком. Даже место профессора в университете он принял с тем условием, что ему разрешат регулярно читать проповеди и играть на органе в часовне. Тем не менее описанные качества не помешали его дружбе с убежденным атеистом Майкельсоном. Внешне разница между обоими профессорами была не менее разительной. Окончив военную академию, Майкельсон на всю жизнь сохранил любовь к подтянутости, был строен, щеголеват в одежде, любил спорт. Он имел очень привлекательную внешность.

Морли был типичным рассеянным профессором XIX века. Огромные рыжие усы и длинные, до плеч, волосы, вечно в движении, вечно обуреваем идеями. Незастегнутая жилетка или мел на брюках – боже, какие пустяки! Он никогда не только не заботился о своей внешности, он даже не подозревал, что она существует.

Однако в работе, в конструировании приборов и в исследованиях у этих столь различных людей обнаруживался удивительный педантизм. И упрямство. Ни тот, ни другой не любили отступать, взявшись за какую-либо проблему. Кроме того, оба были страстные музыканты. И если Морли любил посидеть за органом, извлекая из его труб не только мотивы псалмов, то Майкельсон с детства весьма прилично играл на скрипке.

К 1885 году оба профессора были уже достаточно известны в науке: Морли – скрупулезными исследованиями процентного содержания кислорода в воздухе и относительного веса кислорода и водорода в составе воды, Майкельсон – своими экспериментами по определению скорости света.

В Европе уже несколько лет бушевали страсти вокруг вопроса об эфире. И потому не мудрено, что два английских физика, Уильям Томсон и Джон Уильям Стретт, оба получившие за научные заслуги титулы лордов (соответственно: Кельвина и Рэлея), обратились к Майкельсону с предложением проверить, как влияет среда на скорость света. Предложение было лестным. Майкельсон поделился идеей с Морли. Морли загорелся и тут же великодушно предоставил приятелю подвал, в котором находилась его лаборатория.

И уже первая совместная работа принесла Майкельсону первую ученую степень – доктора философии.

Затем друзья стали готовить второй опыт. О! Он был задуман как настоящий «решающий эксперимент».

«Мы с Майкельсоном приступили к новому эксперименту, – писал Морли отцу-священнику 17 апреля 1887 года, – который должен показать, одинакова ли скорость распространения света в любых направлениях. Я не сомневаюсь, что мы получим окончательный ответ».

Оба экспериментатора были уверены, что, измерив скорость светового луча по направлениюдвижения Земли и против, им удастся уловить разницу, доказать существование «неуловимого эфира» – носителя световых волн – и определить абсолютное движение Земли в пространстве, заполненном все тем же эфиром. Увы, в июле 1887 года, когда опыты были закончены, а результаты сведены воедино и проанализированы, оба исследователя обнаружили, что никакой разницы в скорости света нет. В каком бы направлении наблюдатель ни двигался, упрямая скорость света оставалась одной и той же. Такое заключение казалось абсурдным. Оно противоречило всему человеческому опыту, который говорил, что летящая птица при попутном ветре движется быстрее, чем против ветра. Майкельсон и Морли написали короткое сообщение об отрицательном результате эксперимента, послали его в научный журнал. В том же году оно было напечатано в английском журнале, и об опыте американцев узнал мир.

Пройдет немало времени, и английский физик, философ и общественный деятель Джон Десмонд Бернал назовет это открытие «величайшим из всех отрицательных результатов в истории науки». Однако в 1887 году Майкельсон далеко не был убежден, что «провалившийся» опыт окончательно похоронил эфир. «Проблема по-прежнему ждет своего решения», – публично заявлял он, выступая с лекциями по поводу совершенного. Однако пора, пожалуй, открыть тайну, почему этот неудачный эксперимент так взволновал ученый мир. И почему, заканчивая введение в седьмую главу упоминанием о знаменитой статье Эйнштейна, мы бестактно прерывали повествование в пользу сомнительного эксперимента?.. Пора объясниться!

Увертюра к симфонии относительности

Дело заключалось в том, что результат опыта Майкельсона – Морли не поддавался объяснению с помощью существующих классических теорий. Действительно, в те годы пространство, читатель помнит, считалось чем-то вроде помещения, заполненного эфиром. Эфир был необходим. Во-первых, в нем распространялись световые волны. Можно ли представить себе волны без среды? Пожалуй, такой образ был бы сродни улыбке невидимого кота из чудесной книжки Кэролла «Алиса в Стране чудес». Помните, кот сидел на заборе, улыбался и исчезал. Исчезал до тех пор, пока от него не осталась одна улыбка… Так и волны без среды… Волны в воде – наглядный образ. Волны в воздухе – тоже понятно – звук. Волны в светоносном эфире – свет. Только каков он, этот эфир?

Была и еще одна не менее важная причина заинтересованности физиков-классиков в мировой субстанции. Эфир заполнял пространство. Материя в пространстве находилась в непрерывном движении. Значит, если принять эфир за неподвижную систему отсчета, можно говорить об абсолютном движении, абсолютном пространстве, абсолютном… Короче, представление об эфире, подобно Атланту, держало на своих плечах вселенную Ньютона. А результат эксперимента двух американцев говорил, что никакого эфира нет. Во всяком случае, они не обнаружили «эфирного ветра», дующего в лицо всем пассажирам Земли – корабля, который летит сквозь неподвижную мировую субстанцию, заполняющую пространство. И скорость света оказывалась независимой от движения наблюдателя… Эти результаты заводили классическую мысль в тупик. Может быть, мы все-таки неправильно измеряем?..

И вот на рубеже 1892–1893 годов Лоренц – сам Гендрик Антон Лоренц, – создатель электронной теории, убежденный материалист и авторитет среди ученых, выдвигает совершенно «нелепое» объяснение отрицательного результата опыта Майкельсона – Морли. «Мы действительно не получим никакого результата, – говорит он, – если допустим, что все тела сокращаются в своих размерах по направлению движения…» Ведь тогда прибор американских исследователей вследствие движения Земли несколько укоротится и каждому последующему лучу света придется идти чуть-чуть меньший путь. Лоренц даже вычислил это сокращение. Для земного шара формула давала величину примерно шести сантиметров, на которые должен был укоротиться диаметр нашей планеты. Это сокращение Лоренц объяснил «электромагнитными действиями тех электрических зарядов, которые, как мы видели, находятся в каждом атоме». Ради сохранения эфира Лоренц пожертвовал «здравым смыслом». Так казалось в преддверии XX столетия.

Самое оригинальное заключалось в том, что результаты этой немыслимой теории совпадали с фактами… Все равно большинство физиков были весьма смущены вольным обращением нидерландского профессора Гарлемского исследовательского института со здравым смыслом. Вспоминали изречение Гиббса: «Математик может говорить все, что ему вздумается, но физик должен сохранять хоть каплю здравого смысла».

Смущение усилилось, когда в Гарлем пришло письмо из Дублина. Ирландский физик профессор Тринити-колледжа Джордж Френсис Фитцджеральд сообщал Лоренцу, что уже давно пользуется этой гипотезой в своих лекциях студентам. Беда – ирландец не любил писать… Ввиду чего Лоренц и заметил в дальнейшем, что упоминание о гипотезе сокращения он нашел только в статье физика О. Лоджа. Но в конце концов «дикая» гипотеза Фитцджеральда – Лоренца стала проникать даже в бронированные крепости физиков-ортодоксов. Ведь она одна более или менее объясняла «нелепый» результат опыта, исходя из привычных законов классической физики. Кроме того, оба автора гипотезы говорили только о субсветовых скоростях. В обычном «наглядном» мире это сокращение было ничтожным. Сторонники здравого смысла утешали себя тем, что даже при полете пули (что можно представить себе быстрее?) сокращение длины равно всего одной биллионной доле процента. Разве может уловить такую разницу какой-нибудь реальный прибор?

Однако неприятности на этом не кончились. В 1901 году молодой немецкий физик В. Кауфман доказал, что масса недавно открытой, быстродвижущейся частицы – электрона – непостоянна! Причем ее изменение определяется скоростью движения и подчиняется гипотетическому закону Фитцджеральда – Лоренца. Рухнула еще одна опора, поддерживающая классическую постройку, – постоянство массы.

В 1904 году на конгрессе в Сент-Луисе выступил прославленный французский математик, член Парижской академии наук Анри Пуанкаре. Он заявил о своем убеждении в том, что скоростей больше скорости света существовать в природе не может. Тогда же Пуанкаре впервые высказал принцип относительности как строгое и всеобщее положение. Никакие эксперименты, по мнению французского ученого, проводимые внутри лаборатории, не позволяют установить исследователю – движется его лаборатория равномерно и прямолинейно или находится в покое. Никакие… Впрочем, сделав столь смелое предположение, отрицающее эфир, Пуанкаре спешит оговориться о возможности опровержения результатов эксперимента Майкельсона – Морли более точными измерениями. «Сейчас, – продолжает он в статье „О динамике электрона“, опубликованной год спустя, – во всяком случае, представляется интересным посмотреть, какие следствия могут быть из него выведены». И в этой фразе – весь Пуанкаре-математик, для которого познание физической реальности мира не являлось задачей первостепенной важности. Более того, будучи убежденным сторонником учения о непознаваемости сущности вещей, отрицая связь между сущностью и явлением, Пуанкаре считал, что ценность любой теории заключается не в том, насколько правильно она отражает действительность, а насколько целесообразно и удобно ее применение, философские взгляды Пуанкаре были глубоко рассмотрены и подвергнуты критике Владимиром Ильичем Лениным в работе «Материализм и эмпириокритицизм». Но математиком французский академик был блестящим. Достаточно сказать, что за семь лет после окончания Политехнической школы в Париже им написано сто две научные статьи и заметки! Он был почетным доктором восьми университетов и состоял членом двадцати двух академий…

Он «опередил математические построения Эйнштейна», – пишет известный советский историк науки Б. Г. Кузнецов. Фактически Пуанкаре на фундаменте идей Фитцджеральда – Лоренца возвел первые этажи специальной теории относительности. Об этом мало кто задумывался в то время. Во-первых, как отмечает Д. Д. Иваненко, Пуанкаре сам был не особенно уверен в полученных результатах. Неустойчивая философская платформа и слишком крепкие связи с периодом классической физики делали для него этот шаг особенно трудным. Во-вторых, он опубликовал свою работу в итальянском математическом журнале, практически неизвестном физикам. Тогда как вышедшая следом аналогичная работа А. Эйнштейна появилась в широко читаемом журнале «Анналы физики» и была подхвачена многочисленной армией немецких физиков-теоретиков.

Впрочем, тоже не сразу. Надо сказать, что первые пять лет после опубликования статьи отклики на нее были весьма редкими и весьма недоброжелательными. Причем одним из первых высказался уже знакомый нам В. Кауфман. «Я предвижу, – писал он, комментируя выводы специальной теории относительности, – что общий результат измерений будет несовместим с фундаментальными предположениями Лоренца и Эйнштейна». Еще более скептически описывал существующее положение профессор физики Московского университета А. К. Тимирязев (сын Климента Аркадьевича). В роскошном многотомном сборнике «История нашего времени» можно прочесть: «Весьма характерно, что среди английских физиков, которые все свои идеи воплощают в конкретные образы: всегда стараются построить ясную и понятную всем „модель“, принцип относительности почти не имеет успеха». И далее. «Но, может быть, эта новая теория указала и новые пути? Позволила предсказать новые факты, которые бы не были предвидены другими теориями? И на это придется ответить отрицательно, так как весь ее смысл заключается только в приведении в систему уже известных фактов. И если этой теории или, правильнее, ее уравнениям, составляющим ее содержание, суждено сохраниться, то несомненно, что они должны быть истолкованы иначе; эта теория, несомненно, должна принять другую форму – форму, мыслимую физически, форму, не отрицающую эфира – этого, по словам знаменитого лорда Кельвина, единственного тела, которое известно физикам! …Любопытно отметить, что все сторонники этой новой революционной теории в настоящее время уже заняты другими вопросами, более насущными, и это всего семь лет спустя после ее возникновения».

Здорово сказано, правда? Особенно если учесть, что еще семь лет спустя не теория изменилась в угоду «мыслимой физической форме», а форма изменилась согласно специальной теории относительности. Эфир же пошел на свалку, где уже отдыхали такие понятия, как флогистон, теплород и «страх перед пустотой». Все это были первые приближения, модели, изжившие себя.

Однако А. К. Тимирязев продолжал отрицать новую теорию, несмотря на ее успехи. И он был не одинок.

Эйнштейн стал символом беспокойного XX века. Популярному описанию его идей посвящено множество прекрасных книг и брошюр, статей, очерков и рассказов. Читатель наверняка встречал их. Нам понадобятся лишь некоторые выводы теории относительности, выводы, породившие новое необычное представление сначала о структуре, а потом и о развитии мира, в котором мы с вами живем.

В поисках гармонии вселенной

Когда Альберт Эйнштейн был еще Альбертхеном, брат отца – дядя Якоб – принес ему книжку по алгебре.

– Алгебра – это веселая наука, – говорил он, держа мальчика на коленях. – Когда мы не можем обнаружить зверя, за которым охотимся, мы временно называем его Икс и продолжаем охоту, пока не поймаем и не засунем его в сумку.

И двенадцатилетний Альберт с увлечением выслеживал хитрого Икса в дебрях математических джунглей. Потом он познакомился с геометрией. Стройность, строгость и красота логики Эвклида заворожили его… Ах, как это важно уметь увидеть красоту математического доказательства! Для этого не обязательно быть Эйнштейном и самому искать наиболее выразительное решение. Для этого часто бывает достаточно, чтобы кто-то показал его красоту. В этом, наверное, заключается одна из главных задач настоящего учителя…

Бедный студент-медик, обедавший в семье Эйнштейнов по пятницам, посоветовал Альберту читать научно-популярные книги. И эта литература разбудила в Эйнштейне интерес к тому, как устроен мир.

Особенно большое влияние оказала на формирование мировоззрения юноши книга немецкого врача и философа Людвига Бюхнера «Сила и материя». Материализм и атеистический характер этого сочинения казались необычайно смелыми и новаторскими в годы подъема естествознания в Германии. Книга много раз переиздавалась, несмотря на упрощенный подход к философским вопросам.

Вульгарный и плоский материализм книги Бюхнера был подвергнут критике Ф. Энгельсом и В. И. Лениным. Но его взгляды помогли Эйнштейну навсегда искоренить в себе веру и стать атеистом. Потеряв веру в религиозную догму, Эйнштейн посвятил жизнь поискам гармонии мироздания, способной истиной заместить миф.

Находясь уже в зрелом возрасте, Эйнштейн рассказывал, что когда ему было шестнадцать лет, он впервые задумался о скорости распространения света для двух движущихся относительно друг друга наблюдателей. В те годы Альберт уже достаточно интересовался физикой, чтобы знать о нашумевших результатах опыта Майкельсона и Морли. Вот как сам он свидетельствует об этом. «Нет сомнения, – пишет А. Эйнштейн в письме к Бернарду Джеффу, автору прекрасной биографии Майкельсона, – что опыт Майкельсона оказал значительное влияние на мою работу, поскольку он укрепил мою уверенность в правильности принципа специальной теории относительности. С другой стороны, я был почти полностью убежден в правильности этого принципа еще до того, как узнал об эксперименте и его результате».

В основе классической механики лежали, в частности, два фундаментальных положения. Первое заключалось в механическом законе сложения скоростей. Мы уже приводили пример с движением пассажира вдоль вагона мчащегося поезда. Чтобы немного разнообразить тему, представим себя на палубе парохода во время шторма. Волны бегут в одном направлении и с одинаковой скоростью. По приказанию капитана корабль поворачивается кормой к ветру и устремляется вслед за волнами. Проходит некоторое время. Скорость корабля сравнивается со скоростью волн, и картина шторма вокруг нас застывает. Наш теплоход, словно «Летучий голландец», замер на гребне волны и оказался как бы в мире неподвижных водяных горбов и впадин.

Второе положение – это принцип относительности. Вот как объяснял его сам Эйнштейн: «Представим себе двух физиков, у каждого из которых лаборатория, снабженная всеми мыслимыми физическими аппаратами. Лаборатория одного из физиков находится в открытом поле, а лаборатория другого в вагоне поезда, быстро несущегося в некотором направлении. Принцип относительности утверждает: два физика, применив все аппараты для изучения всех существующих в природе законов – один в неподвижной лаборатории, другой в вагоне, найдут, что эти законы одни и те же, если вагон движется равномерно и без тряски. Если сказать в более абстрактной форме, то это выглядит так: согласно принципу относительности законы природы не зависят от переносного движения систем отсчета». Оговоримся, что до Эйнштейна в формулировке принципа относительности фигурировали не любые возможные законы природы, а лишь законы механики.

Повторяя про себя принципы классической механики, Альберт Эйнштейн возвращался мыслью к результатам опыта Майкельсона. Американцу не удалось обнаружить сложения скорости света со скоростью Земли. Почему?.. Эйнштейн пытался представить себя движущимся вслед за лучом света со скоростью 300 тысяч километров в секунду. Тогда, следуя законам классической механики, он должен был бы видеть свет в виде покоящегося в пространстве переменного электромагнитного поля. Однако представить себе такую картину было невозможно, она просто не имела права на существование.

«Интуитивно мне казалось ясным с самого начала, что с точки зрения такого наблюдателя все должно совершаться по тем же законам, как и для наблюдателя неподвижного относительно Земли, – говорил он в дальнейшем, рассказывая о парадоксе, занимавшем его мысли в пору юности. – В самом деле, как же первый наблюдатель может знать или установить, что он находился в состоянии быстрого равномерного движения?»

Мы, современники XX столетия, привыкли к неожиданным выводам теории. Нас даже удивить, к сожалению, стало трудно открытием парадоксальных явлений или доказательствами того, что еще вчера казалось фантастикой. Это сомнительная привилегия нашего века. В XIX столетии не было ни такого обилия сногсшибательных открытий, ни такой массы научно-фантастических романов, отнимающих у читателей под видом прославления науки способность к удивлению.

Эйнштейн окончил Цюрихский политехникум и после довольно продолжительных поисков устроился на постоянную работу в Берне, заняв скромную должность технического эксперта третьего класса в патентном бюро. Начался самый счастливый и плодотворный период в его жизни. Биографы часто сравнивают это время с годами жизни Ньютона в Вулсторпе во время лондонской чумы.

«Составление патентных формул было для меня благословением, – писал Эйнштейн в своей автобиографии за месяц до смерти. – Оно заставляло много думать о физике и давало для этого повод. Кроме того, практическая профессия – вообще спасение для таких людей, как я: академическое поприще принуждает молодого человека беспрерывно давать научную продукцию и лишь сильные натуры могут при этом противостоять соблазну поверхностного анализа».

В Берне Эйнштейн близко сошелся с несколькими молодыми людьми, интересовавшимися, как и он, физикой и математикой. Образовалась удивительно дружная компания, названная ее членами «академией Олимпией». Молодые люди вместе гуляли, вместе читали философские книги, трудно поддающиеся чтению в одиночку, много спорили и обменивались идеями. Эйнштейн, будучи в жизни весьма непритязательным человеком, был счастлив. «Подумайте, – писал он одному из друзей, покинувшему Берн, – ведь кроме восьми часов работы, остается восемь часов ежедневного безделья и сверх того воскресенье».

Результатом столь интенсивной интеллектуальной жизни и полного пренебрежения к достижению житейских благ явилось то, что в 1905 году Эйнштейн написал несколько научных статей, которые послал в журнал «Анналы физики». Одна из них, как писал он в письме к приятелю, «…исходит из понятий электродинамики движущихся тел и видоизменяет учение о пространстве и времени…». Это и была частная, или специальная, теория относительности. В ней, обобщив классический принцип относительности, выдвинутый Галилеем лишь по отношению к ходу механических процессов, на оптические и любые другие явления и заменив механический закон сложения скоростей постулатом независимости скорости света от скорости движения источника, Эйнштейн построил новую механику. Его теория была свободна от противоречий, с которыми столкнулась классическая теория в объяснении опытов Майкельсона и Кауфмана.

Проницательный читатель уже, наверное, заметил повторение истории с открытием неэвклидовой геометрии.

Отбросив безусловную глобальную справедливость постулата Эвклида о параллельных и заменив его, казалось бы, абсурдным утверждением обратного характера, Лобачевский пришел к открытию новой геометрии.

Точно так же «абсурдный» постулат о постоянстве скорости света привел Эйнштейна к созданию новой механики, отличной от классической механики Ньютона. Аналогию можно продолжить. Точно так же, как мало отличается геометрия Лобачевского для небольших расстояний от геометрии Эвклида, так и механика Эйнштейна дает результаты, практически не отличающиеся от классических результатов для скоростей, много меньших скорости света.

Автор уже говорил о том, что о теории относительности написано много прекрасных книг советскими и зарубежными специалистами. Какая-нибудь из них наверняка лежит и на вашей полке, дорогой читатель. И потому автор не станет изощряться в поисках новых примеров и аналогий. Тем более что в наши дни теория относительности перестала быть чем-то из ряда вон выходящим. С ее парадоксами ребята впервые знакомятся на страницах приключенческих романов, затем учат ее в школе и на первых курсах институтов. Правда, при этом некоторые пользуются модным названием лишь для того, чтобы, взмахнув рукой, произнести сакраментальную фразу: «Все равно все в жизни относительно». Расширяя несколько представление о смысловых особенностях сочетания слов «теория относительности», автор хотел бы напомнить: термин «теория относительности» не имеет в виду относительность человеческих знаний, а лишь относительную равноценность систем отсчета (или систем координат), движущихся с постоянной скоростью друг относительно друга. Не более…

Четвертое измерение

Профессор математики Герман Минковский, лекции которого так старательно некогда прогуливал студент Эйнштейн, с удивлением говорил профессору физики Максу Борну после того, как прочитал статью в «Анналах физики»: «Это было для меня большой неожиданностью. Мой цюрихский студент Эйнштейн?.. Да ведь раньше он был настоящим лентяем и совсем не занимался математикой…»

В Политехникуме Эйнштейн записался сразу на тринадцать математических курсов, из которых шесть читал профессор Минковский. Но бывал на лекциях редко, предпочитая самостоятельно заниматься интересующими его вопросами. Принудительное изучение предметов было для него невыносимо. «В сущности, почти чудо, – писал он в конце жизни, – что современные методы обучения еще не совсем удушили святую любознательность, ибо это нежное растеньице требует наряду с поощрением прежде всего свободы – без нее оно неизбежно погибает». Здесь, надо думать, Эйнштейн несколько сгустил краски.

Однако нелестное мнение о студенте Эйнштейне не помешало Минковскому настолько проникнуться взглядами специальной теории относительности, что он занялся разработкой ее математического аппарата.

Герман Минковский (1864–1909) прожил недолгую и небогатую внешними событиями жизнь. Он родился в России в маленьком местечке Алексоты Минской губернии. А затем, как и Майкельсона, его увезли родители с родины. Но не за океан, а в Германию. Там он окончил гимназию и университет, там выдвинулся своими работами, посвященными геометрической теории чисел. Сейчас он заслуженно считается основателем этой отрасли математики, несмотря на то, что геометрическими методами в теории чисел до него пользовались и другие математики. Уже в конце своей короткой жизни Минковский занялся геометризацией еще одной теории. На этот раз теории физической, носящей сегодня имя специальной теории относительности.