Текст книги "Падение Рыжего Орка (СИ)"
Автор книги: Дарья Волкова
сообщить о нарушении
Текущая страница: 14 (всего у книги 22 страниц)
Мы забежали вперед. Но наша задача — не только изложение идей, главное — описание путей, приведших к тем или иным идеям, к переплетению различных точек зрения; понимание влияния стиля мышления отдельных ученых на ход событий, на результат коллективных усилий. Нам интересны борьба мнений, соперничество, единомыслие, противоборство, то, что составляет, определяет содержание конечного результата общих усилий в деле познания мира, что обусловливает, подготавливает подвиг ученых.
До Эйнштейна опыт Майкельсона — Морли, теории Лоренца и Герца противостояли в полном бессилии справиться с результатами реальных и мысленных опытов, наблюдений и умозаключений по поводу кардинальных проблем мироздания.
Как Эйнштейн пришел к своим феноменальным выводам? От каких противоречий оттолкнулся? Что взял из багажа науки в свое беспримерное путешествие в страну относительности? Попробуем понять и проследить самое ценное и важное для последователей — ход его мыслей… Еще раз окинем мысленным взором поле боя.
Чертики из коробочки
Механика Ньютона и все ее разветвленные следствия, включая кинетическую теорию материи, классическая термодинамика, так же, как все ее обширные ветви в химии, основывались на классическом принципе относительности Галилея. Все они сохраняли свою применимость, а их уравнения оставались неизменными, для процессов во всех телах, движущихся равномерно и прямолинейно.
Теория Максвелла и электронная теория Лоренца не удовлетворяли принципу относительности. Они утверждали возможность обнаружения движения тел относительно эфира, что запрещалось принципом относительности и опровергалось опытом Майкельсона. Примирить эти теории с опытом можно было, только отказавшись от формул, выражающих принцип относительности Галилея, заменив их преобразованиями Лоренца. Тогда автоматически возникало гипотетическое сокращение Фицджеральда — Лоренца и исчезала возможность обнаружения эфирного ветра в опытах Майкельсона. Но физический смысл преобразований Лоренца оставался неясным. Особенно загадочным была входящая в него формальная величина, которую Лоренц назвал «местным временем», или «кажущимся временем». В неподвижных телах эта величина совпадала с абсолютным временем теории Ньютона, но в движущихся телах она отличалась от него тем сильнее, чем больше скорость движения. При этом вновь выступал предельный характер скорости света: в телах, движущихся со скоростью света, «местное время» останавливается. Сам Лоренц при этом продолжал считать покоящийся эфир и абсолютное время Ньютона истинной основой своей теории.
Две величайшие физические теории — механика Ньютона и электродинамика Максвелла — Лоренца противостояли друг другу в неразрешимом противоречии. Именно в это время, в 1905 году среди глубокой тьмы вспыхнул свет. Он исходил из двух статей начинающего ученого, безвестного патентного эксперта третьего класса Эйнштейна, обдумывавшего эти противоречия в свободное от работы время. Он понял, что теория Максвелла несовершенна сразу в двух отношениях: она не удовлетворяет принципу относительности и не описывает микроструктуру света. В двух статьях он устранил эти пороки.
Работая в полном одиночестве, лишенный доступа к научным библиотекам, Эйнштейн многого не знал и ко многому приходил самостоятельно, своими путями. Он не знал работу Лоренца 1904 года, а лишь его работы 1895 года.
Он не был знаком с исследованиями Пуанкаре. В его статье нет ссылки на какие-либо труды предшественников.
В своей статье он опирается лишь на уравнения механики Ньютона и уравнения Максвелла — Герца для пустого пространства. Он проверяет свои результаты на оптических явлениях: аберрации, эффекте Допплера и давлении света. Эти явления, а также движение электронов используются в качестве пробных камней новой теории.
Исходный пункт работы выражен так: «Известно, что электродинамика Максвелла в современном ее виде приводит в применении к движущимся телам к асимметрии, которая несвойственна, по-видимому, самим явлениям». Эйнштейн указывает, что эти асимметрии должны были бы позволить определить, движется ли проводник относительно магнита или наоборот, то есть обнаружить абсолютное движение, что не соответствует свойствам реального мира. Вывод ясен: «Примеры подобного рода, как и неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли относительно «светоносной среды», ведут к предположению, что не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя… Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться «принципом относительности») мы намерены превратить в предпосылку и сделать, кроме того, добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью, не зависящей от состояния движения излучающего тела. Эти две предпосылки достаточны для того, чтобы, положив в основу теорию Максвелла для покоящихся тел, построить простую, свободную от противоречий электродинамику движущихся тел. Введение «светоносного эфира» окажется при этом излишним…»
В этих удивительно ясных фразах ставится четкая задача: создать теорию, симметрия которой полностью соответствует симметрии реального мира, совместить принцип относительности и постоянство скорости света. Два наиболее общих факта, установленных многочисленными и разнообразными опытами. Два факта, ставившие в тупик всех, кто пытался их примирить.
Прежде чем приступить к делу, Эйнштейн замечает: всякая теория должна основываться на кинематике реальных твердых тел, на соотношениях между твердыми линейками, часами и электромагнитными процессами. Недостаточное понимание этого является корнем всех трудностей, которые предстоит преодолеть. Сохраняя уравнения механики Ньютона, Эйнштейн отбрасывает его понятие абсолютного времени и показывает, что понятие одновременности является сложным понятием, зависящим от движения тел. Если учесть это и определить, как при помощи световых сигналов устанавливать ход и показания часов, расположенных в различных местах и перемещающихся друг относительно друга с постоянной скоростью, то противоречие между принципом относительности и постоянством скорости света исчезает. Исчезает роковая асимметрия теории. Ценой этого является замена простых преобразований Галилея более сложными. Эта замена вытекает как математическое следствие новых физических основ. Эйнштейн получает необходимые математические формулы, не зная, что ими уже пользовался Лоренц, подобравший их как удобную математическую гипотезу. Так Эйнштейн, следуя идеологии Ньютона, вывел закон преобразования Лоренца из принципов обобщенного опыта. Именно поэтому Лоренц, получивший свои преобразования в результате математических проб, отвергал все попытки приписать ему честь создания теории относительности и справедливо считал ее создателем Эйнштейна. Он был старше по возрасту, но боготворил Эйнштейна. И они были добрыми друзьями. О теории относительности Лоренц говорил так: «Каждый любитель прекрасного должен желать, чтобы она оказалась правильной».
Еще Ломоносов писал: «Природа весьма проста; что этому противоречит, должно быть отвергнуто». Можно с уверенностью сказать, что Эйнштейн не был знаком с этим высказыванием, но во всем своем творчестве он постоянно следовал этому правилу. Теория должна возводиться на простейшей достоверной основе опытных фактов при наименьшем количестве предположений. В данном случае Эйнштейн взял за основу лишь два факта: скорость света постоянна, принцип относительности верен. Он обошелся всего одним дополнительным замечанием — предписанием того, как устанавливать часы. Из этого, как чертики из коробочки, появилось все: преобразования Лоренца, сокращение Фицджеральда — Лоренца, зависимость течения времени от скорости движения, принцип Допплера, известный ранее из опыта, закон аберрации, тоже известный из опыта, уравнения движения электрона и зависимость его массы от скорости, связь массы и энергии, вычисленная ранее Абрагамом из специальной гипотезы, и в то время недоступная экспериментальной проверке, но приведшая к пониманию строения вещества и к овладению ядерной энергией. Все это богатство содержалось в двух статьях, появившихся с разрывом в несколько месяцев. А равноценным дополнением к ним была третья статья, содержащая открытие квантов света.
Эта третья статья, вместе с фундаментальной работой Планка, стала началом квантовой физики. Первые две завершили величественное здание классической физики. Они, подобно мощной арке, соединили два независимых здания— механику Ньютона и электродинамику Максвелла, каждое из которых выросло так высоко, что оба грозили рухнуть под грузом взаимных противоречий. Теперь они могли стоять вечно и постоянно служить людям во всех технических применениях за исключением полетов в дальний Космос и ядерной техники. Здесь необходимо обращаться к их продолжению — к теории относительности Эйнштейна.
ЛИФТ ЭЙНШТЕЙНА
Старт
Великие мыслители всех эпох стремились в своих построениях охватить многообразие природы с единой точки зрения. Высшим воплощением этих усилий стали философские системы. Каждая из многих противоборствовавших и сменявших одна другую философских систем претендовала на свою исключительную способность стать всеобъемлющей и завершенной системой. Материалистические учения считали философскую систему отражением внешнего мира. Идеалистические учения утверждали, что внешний мир есть плод философских построений. Только диалектический материализм нашел в себе смелость допустить возможность бесконечного развития не только во внешнем мире, но и в самом здании философской системы.
Сейчас нам предстоит совершить великолепный подъем. Подъем на лифте, при помощи которого его создатель поднялся так высоко, как ни до него, ни после него не поднимался одинокий путник. Если бы наука имела вершину, подобную Эвересту, то подвиг Эйнштейна можно было бы сравнить с достижением альпиниста, поднявшегося в одиночку от базового лагеря до вершины, лишь изредка на начальных этапах прибегая к помощи одного-двух спутников. Но наука — не горы. Она не имеет высочайшей вершины. В науке каждая покоренная вершина открывает вид на глубочайшие пропасти и новые вершины, за которыми, сквозь туман, угадываются еще более высокие пики.
Прежде чем начать подъем, полезно еще раз оглядеть фундамент, над которым вознесся лифт. Ибо, как это практикуется теперь многими прогрессивными строителями, этот лифт был сооружен не внутри готового здания, а до него. Он одиноко возвышался над фундаментом, чтобы подымать строительные материалы для возведения будущих этажей.
В глубине многослойного фундамента науки о природе надежной основой лежат представления о том, что мир, в котором мы живем, существует независимо от нас и развивается по своим незыблемым законам. Лежит и уверенность в том, что человеческий разум способен познать этот мир во всех его мельчайших деталях, понять законы его существования и развития, выразить их математическими формулами, хотя это долгий трудный путь, не имеющий конца.
Теория относительности Эйнштейна, созданная им в 1905 году, быстро получила признание специалистов. Их привлекали ясность ее основ и единство методов. Она казалась многим вершиной человеческих возможностей. Неудовлетворенным остался лишь ее создатель. Только ему было ясно несовершенство его творения. Он понимал, что сделал всего лишь первый шаг. Следующий шаг он задумал и осуществил в полном одиночестве. Ведь он оставался в изоляции от других физиков. Его друзья Габихт и Соловин покинули Берн уже в 1905 году. Прекратились даже домашние беседы с Бессо, инженером и сослуживцем по патентному бюро, — беседы, так помогавшие Эйнштейну при создании теории относительности. Бессо в этот период был, пожалуй, единственным связующим звеном с прошлым, он был почти членом семьи Эйнштейна — мужем Анны Винтелер, дочери любимого преподавателя Эйнштейна в кантональной школе в Аарау и сестры его друга Пауля Винтелера, который впоследствии стал мужем сестры Эйнштейна Майи.
Известно, как высоко ценил Эйнштейн свою работу в патентном бюро. Она обеспечивала ему средства для жизни и оставляла по 8 часов в день для занятий физикой. Он и друзьям советовал поступить в патентное бюро. «Подумайте, — писал он Габихту, — ведь кроме восьми часов работы остается 8 часов ежедневного безделья и сверх того воскресенье». Эйнштейн помог Бессо поступить в патентное бюро, и их духовная близость еще более закрепилась. Но не только дружеские и почти родственные связи сближали сослуживцев. Бессо владел обширными познаниями в математике и физике, в философии и технике и даже в социологии и медицине. Он обладал выдающейся способностью выслушивать собеседника и воспринимать новые идеи, иногда высказывая сомнения или уточняя детали. Эйнштейн считал его идеальным резонатором идей. Он делился с ним мыслями о роли принципа относительности в физике, и Бессо первый оценил их революционное значение. Он указал Эйнштейну на ряд неясностей, побуждая его вновь и вновь шлифовать аргументацию. Так родилась знаменитая статья «К электродинамике движущихся тел». Эта статья кончается фразой: «В заключение отмечу, что мой друг и коллега М. Бессо явился верным помощником при разработке изложенных здесь проблем и что я обязан ему за ряд ценных указаний».
Но верный помощник не мог следовать дальше по пути, избранному Эйнштейном. Он, как и все другие, убоялся огромных трудностей, обширных, но туманных перспектив, мешавших решить, куда нужно направить следующий шаг. Путь этот начался с вопроса, возникшего сразу после осознания всеобщего значения принципа относительности. Принцип относительности верен для всех явлений природы, но почему он справедлив только для тел, движущихся прямолинейно и равномерно? Почему он теряет силу, как только тело испытывает ускорение? Почему скорость всегда связана с относительным движением различных тел, а ускорение может быть измерено внутри движущегося тела без всякой связи с другими телами и поэтому должно считаться абсолютным?
Для того чтобы ответить на эти вопросы, требовалось создать новую теорию, способную примирить относительность равномерных движений с абсолютным характером ускоренных движений. Причем математические формулы новой теории должны быть такими, чтобы при отсутствии ускорения они переходили в формулы прежней теории, математическим воплощением которой являются преобразования Лоренца. Эйнштейн ставил перед будущей теорией еще одну задачу. Она должна учитывать и объяснить важнейший факт, остававшийся непонятным со времен Галилея, — факт, вошедший в законы механики Ньютона, но не объясненный, не понятый ни этим титаном, ни его последователями. Этим фактом является глубокая общность ускорения и тяготения. Эквивалентность тяжелой и инертной массы каждого тела, проявляющаяся в том, что все тела падают с одинаковым ускорением. Что же таится за этим многозначительным совпадением?
Жребий брошен
Обдумывая все многообразие фактов, даваемых опытом, и вопросы, недоступные существующим теориям, в том числе его теории относительности, Эйнштейн хотел создать всеобъемлющую теорию, замкнутую в себе. Это значит, что теория должна описывать все факты, входящие в область ее применимости, и предсказывать новые явления. Только таким путем — в духе Ньютона — можно проверять справедливость теории.
Величественная задача. Задача величайшей трудности. Десять лет Эйнштейн отдал размышлениям над этими вопросами. Выводы накапливались медленно, мучительно. Эйнштейн не сообщил ни в своих трудах, ни в автобиографических заметках, когда он понял, что нужно идти дальше. Но уже через два года после формулировки принципа относительности как основного свойства законов природы в неускоренных системах, после разработки теории относительности и ее первых триумфов он в статье «О принципе относительности и его следствиях», поступившей 4 декабря 1907 года в редакцию «Ежегодника радиоактивности и электроники», спрашивает читателя: «Можно ли представить себе, что принцип относительности выполняется и для систем, движущихся относительно друг друга с ускорением?» И продолжает: «Правда, пока еще нет возможности подробно обсуждать здесь этот вопрос. Но поскольку этот вопрос должен возникнуть перед каждым, кто следил за применениями принципа относительности до настоящего времени, я не могу не высказать здесь своего мнения на этот счет».
Эйнштейн снова увлекает читателя в неведомое. Он предлагает рассмотреть две системы: одну, движущуюся с постоянным ускорением, и другую — неподвижную, но находящуюся в однородном, то есть повсюду одинаковом поле тяжести. Первая система, подверженная постоянному ускорению, одинаково ускоряется по отношению к любым телам, свободным от внешних воздействий. Во второй системе все свободные тела ускоряются одинаково, падая в поле тяжести. Это общеизвестный опытный факт, впервые установленный Галилеем. Значит, обе системы ведут себя одинаково относительно всех свободных тел, или, точнее, свободные те-телаведут себя одинаково по отношению к этим системам.
Так возникает первый ответ: наблюдение за поведением свободных тел не позволяет отличить равномерно ускоренное движение от действия однородного поля тяжести. И первый вывод:«…в дальнейшем мы будем полагать полную физическую равноценность гравитационного поля и соответствующего ускорения системы отсчета. Это предположение распространяет принцип относительности на случай равномерно ускоренного прямолинейного движения системы отсчета».
Жребий брошен. Первый шаг сделан. За ним последуют годы трудов и мучительных размышлений.
Прежде чем идти дальше, заметим, что Эйнштейн показал только эквивалентность однородного поля тяжести и равномерно ускоренного прямолинейного движения. Вопрос о неоднородном поле тяжести и неравномерном или непрямолинейном движении остался открытым.
Теперь нужно определить, как следует формулировать законы природы, если система движется с постоянным ускорением или испытывает действие поля тяжести, не изменяющего в пространстве. Можно ли записать законы природы на языке математики так, чтобы их вид не подвергался изменениям при равноускоренных движениях в однородных гравитационных полях. Будет ли эта запись отличаться от той, к которой привела его теория относительности? Естественным кажется отрицательный ответ. Ведь мы знаем законы природы, пригодные в поле тяжести Земли. Они не позволяют предполагать что-либо неожиданное. Но, присмотревшись внимательнее, мы заметим, что все наблюдения осуществлялись в очень узком интервале, когда расстояние от места наблюдения до центра Земли изменялось только на несколько километров, примерно на 1/1000 часть земного радиуса. При этом потенциал поля тяжести, характеризующий энергию тела в гравитационном поле Земли, меняется незначительно.
Анализ показывает, что при таких малых изменениях что-либо заметить очень трудно. Но если измерять точно или производить измерения на сильно различающихся высотах, то влияние изменения поля тяжести станет заметно. Так, например, на высоте 10 км часы идут быстрее, чем на поверхности Земли, примерно на одну десятимиллиардную часть. Секунда на вершине Эвереста почти на одну десятимиллиардную долю короче, чем у поверхности океана. Сейчас, после изобретения атомных часов, это подтверждено с большой точностью. В 1907 году о таком опыте нельзя было и мечтать. Но Эйнштейн нашел более доступную возможность проверки: он оценил, что часы на поверхности Солнца, из-за огромной силы тяжести, действующей там, должны идти на две миллионные доли медленнее, чем на поверхности Земли. Для проверки предсказания можно использовать в качестве часов атомы и сравнить длину волны света, испускаемого ими на Земле и на Солнце (надо рассчитать и измерить сдвиг спектральных линий атомов на Солнце по отношению к спектральным линиям тех же атомов на Земле). Однако в то время и такое измерение было весьма трудным.
Эйнштейн нашел еще одно следствие, вытекающее из распространения принципа относительности на ускоренные системы и на поле тяготения. Он показал, что в ускоренных системах свет распространяется не по прямой, а по кривой линии, форма которой зависит от ускорения. Значит, луч света должен искривляться и в поле тяжести. Искривление луча света должно подтверждаться изменением хода часов. Раз в различных участках поля тяготения время течет по-разному, то есть часы идут с разной скоростью — быстрее там, где оно мало, и медленнее там, где оно велико, то, измеряя скорость света при помощи этих часов, мы получим различные величины. А раз так, то свет ведет себя в поле тяжести, как в среде, где его скорость зависит от свойств среды. Например, в земной атмосфере, плотность которой изменяется с высотой, изменяется с высотой и скорость света. Ведь она постоянна только в пустоте и при отсутствии поля тяжести.
Таким образом, поле тяжести искривляет лучи света в пустоте так же, как их искривляет изменение плотности неоднородной атмосферы.
Вот второе предсказание, которое следует подтвердить или опровергнуть опытом. Искривление лучей света очень мало. Заметить его в лабораторных экспериментах невозможно.
Эйнштейн поясняет, что полученный им результат является прямым следствием связи между массой и энергией. Но если раньше эта связь была установлена только для инертной массы, то теперь стало ясно, что то же самое справедливо для тяготеющей массы. Энергия обладает не только инерцией, но и весом.
Так был совершен первый шаг. Эйнштейну удалось распространить принцип относительности на системы, испытывающие равномерное прямолинейное ускорение и вскрыть глубокую связь между ускорением и тяготением, неведомую ранее связь между массой и энергией. Ему удалось указать на два очень трудных опыта, способных подтвердить новую точку зрения.
Счастливые годы
Еще два года в Берне, где восемь часов службы в патентном бюро давали ежедневно по восемь часов «безделья». Были еще воскресенья, которые Эйнштейн целиком посвящал любимой науке. Вот что он сообщает об этом в автобиографических набросках 1955 года: «Из событий научного характера, которые относятся к тем счастливым годам в Берне, я упомяну лишь одно, которое привело к наиболее плодотворной идее в моей жизни. Специальной теории относительности было уже несколько лет, когда возник вопрос: ограничен ли принцип относительности инерциальными системами, то есть системами координат, которые движутся равномерно друг относительно друга? Врожденный инстинкт подсказывает: «Вероятно, нет!» Однако основное положение всей прежней механики — принцип инерции — как будто бы исключает всякое расширение принципа относительности».
Как примирить инстинкт-интуицию с традиционной механикой? Ведь относительно ускоренной системы изолированное от всяких сил тело не движется равномерно и прямолинейно. Это позволяет отличить ускоренную систему от неускоренной. Есть еще опытный факт эквивалентности инертной и тяжелой массы. Возможно, что, комбинируя этот факт с расширенным принципом относительности, удастся создать физическую теорию тяготения, решить задачу, от которой отказался даже Ньютон. Замыслы Эйнштейна были непривычными и казались невероятными. Но к нему в то время уже прислушивались.
Первым, понявшим, что в физике появился новый гений, стал другой гений — Планк. Его поддержали еще несколько ученых. Цюрихский университет захотел иметь Эйнштейна в числе своих профессоров. Но это было невозможно. По старинным правилам стать профессором мог только доцент. А Эйнштейн не был доцентом. Он не был даже ассистентом, патентный эксперт третьего класса, лишь недавно получивший докторскую степень. Все же выход удалось найти. Пусть Эйнштейн пробудет год в должности приват-доцента. Конечно, это не дает средств к жизни. Поэтому он должен совмещать эту должность с прежней работой в патентном ведомстве. Эйнштейн согласился после многих колебаний и без всякой охоты. Он не хотел тратить часы «безделья» на лекции. Но пришлось согласиться. Это был единственный реальный путь к профессуре. Он совместительствовал целый учебный год.
Летом 1909 года Эйнштейн удостоился первых научных почестей — звания почетного доктора Женевского университета. Но Цюрихский университет избрал его лишь на должность экстраординарного (внештатного) профессора. Оклад такого профессора невысок, и жене Эйнштейна пришлось готовить домашние обеды для студентов, чтобы дополнять бюджет семьи. Экстраординарный профессор в служебные часы читает лекции и занимается со студентами. Часы «безделья» по-прежнему посвящены науке. Из-под его пера одна за другой выходят работы о квантовой природе излучения и квантовой теории теплоемкости. Он решает ряд конкретных задач, относящихся к молекулярному строению вещества. Но он не перестает думать о возможности расширения принципа относительности.
Осенью 1910 года в Пражском университете открылась вакансия ординарного профессора теоретической физики. Ректорат обсуждал возможных кандидатов, советовался с крупными физиками. Планк написал: «Если теория Эйнштейна окажется справедливой, на что я рассчитываю, его следует считать Коперником двадцатого столетия».
16 января 1911 года Эйнштейн, по-видимому впервые, выступил с лекцией о теории относительности перед аудиторией, в которой физики были в меньшинстве. Его доклад на заседании Общества естествоиспытателей в Цюрихе имел название: «Теория относительности». Здесь он впервые знакомит слушателей с поразительным выводом теории: заставив часы проделать длительное путешествие и вернув их на— зад, мы увидим, говорит он, что они отстали от контрольных часов, остававшихся на месте. Более того, «если бы мы поместили живой организм в некий футляр и заставили бы всю эту систему совершить такое же движение вперед и обратно, как описанные выше часы, то можно было бы достичь того, что этот организм после возвращения в исходный пункт из своего сколь угодно далекого путешествия изменился бы как угодно мало, в то время как подобные ему организмы, оставленные в пункте отправления в состоянии покоя, давно уже уступили место новым поколениям. Для движущегося организма длительное время путешествия будет лишь мгновением, если движение будет происходить со скоростью, близкой к скорости света! Это неизбежное следствие наших исходных принципов, к которым нас приводит опыт».
Так родился знаменитый парадокс близнецов. Парадокс, ибо в соответствии с теорией, которую Эйнштейн изложил в докладе, нельзя отличить движущийся объект от неподвижного, и, казалось бы, каждый из близнецов может считать себя неподвижным и поэтому более взрослым, чем его путешествующий брат. Это, конечно, невозможно. Но Эйнштейн не разъяснил слушателям сути парадокса и не показал, как он устраняется.
Мы тоже отложим это на будущее.
С осени 1911 года Эйнштейн стал профессором в Праге, но еще до того, 21 июня, в редакцию журнала «Аннален дер физик» поступила его статья «О влиянии силы тяжести на распространение света». Она начинается так:
«В работе, опубликованной четыре года назад, мы уже пытались ответить на вопрос, влияет ли тяготение на распространение света. Мы снова возвращаемся к этой теме, так как нас не удовлетворяет прежнее изложение вопроса; кроме того, мы теперь еще раз убедились в том, что один из наиболее важных выводов указанной работы поддается экспериментальной проверке. Оказывается, что лучи, проходящие вблизи Солнца, согласно излагаемой ниже теории, испытывают под влиянием поля тяготения Солнца отклонение, вследствие чего должно произойти кажущееся увеличение углового расстояния между оказавшейся вблизи Солнца неподвижной звездой и самим Солнцем почти на одну угловую секунду. Развитие этих идей привело также к некоторым результатам, относящимся к тяготению».
В этой статье Эйнштейн совершенно ясно излагает свое убеждение в том, что равномерное ускорение эквивалентно действию однородного поля тяжести. Принцип эквивалентности станет важнейшей основой будущей теории. Далее он обстоятельно анализирует «тяжесть энергии», показывая, что тело, приобретая энергию, увеличивает не только свою инерцию, но и вес. А следовательно, свет, как одна из форм энергии, подвергается действию поля тяготения. Затем он вновь рассчитывает сдвиг спектральных линий атомов на поверхности Солнца по отношению к спектральным линиям, наблюдаемым в земных условиях. Результат таков: любые часы на поверхности Солнца должны отставать на 2 миллионных доли секунды за секунду по отношению к часам на Земле. Наконец, он вычисляет отклонение луча света, проходящего мимо Солнца, и получает величину 0,83 дуговой секунды. Он пишет: «Было бы крайне желательно, чтобы астрономы заинтересовались поставленным здесь вопросом даже и в том случае, если бы предыдущие рассуждения казались недостаточно обоснованными или фантастическими».
Еще бы, Эйнштейн предлагает отказаться от принципа постоянства скорости света! От принципа, базирующегося на опыте и положенного им самим в основу теории относительности! Теперь он предлагает принять скорость света за величину, характеризующую поле тяжести. Он вступает на путь, на котором с первых шагов видны величайшие трудности.
Бурелом
Уже в начале следующего года Эйнштейн начинает дальнейшее продвижение по избранному пути. 26 февраля 1912 года в тот же журнал поступает статья «Скорость света и статическое гравитационное поле». В ней Эйнштейн уже не ограничивается изложением идей и простыми расчетами, он берется за дело без скидок на математические трудности и впервые получает дифференциальные уравнения для гравитационного поля. Статья начинается так: «В нашей работе, вышедшей в прошлом году, показано, что из гипотезы о физической эквивалентности ускоренной системы координат полю тяжести следуют выводы, хорошо согласующиеся с результатами теории относительности (теории относительности равномерного движения). Но при этом оказалось, что справедливость одного из основных принципов последней, а именно закона постоянства скорости света, ограничена областями пространства — времени, в которых постоянен гравитационный потенциал. Несмотря на то, что этот результат исключает всеобщую применимость преобразования Лоренца, он не должен отпугивать от дальнейшего следования по предложенному пути».
