Владимир Львов - Альберт Эйнштейн

• Название: Альберт Эйнштейн
• Автор: Владимир Львов
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1959

Это книга о жизни и научных открытиях одного из величайших физиков нашего времени. Альберт Эйнштейн, мужественный ученый, смело пролагавший новые пути в науке, творец теории относительности, коренным образом изменившей научные взгляды на законы природы, выдающийся борец за мир, изображен автором на широком историческом фоне, в окружении близких ему людей, в борьбе с научными противниками. Рассказывая о сложном и противоречивом жизненном пути ученого, книга в общедоступной форме знакомит читателя с существом замечательных открытий Эйнштейна.

---

Все, что сказано о реальности изменений углового поперечника материальных предметов, в еще более широком смысле верно и для таких коренных форм бытия материи, как «собственные» размеры и временные интервалы движущихся тел.

Итак, вместо «единого» пространства и «единого» времени, распростертых вне и над материей, налицо столько объективно-реальных «пространств» и столько «времен», сколько существует движущихся материальных тел! В рамках этой новой картины изменился немедленно и закон сложения скоростей тел. Стало невозможным складывать скорости так просто, как складывается, скажем, скорость лестницы эскалатора со скоростью пешехода, шагающего по ней. Закон сложения скоростей в новой механике оказался более сложным, чем в старой. Скорость света при этом заняла особое положение: постоянной[21] и не суммируемой с другими скоростями величины. Она расшифровалась, кроме того, как предельная скорость в области равномерных и прямолинейных перемещений тел.

Весь клубок противоречий, столь безнадежно запутавшийся к концу столетия, оказался после этого приведенным в полную ясность. Странный результат опыта Физо, например, расшифровался в совершенном согласии с новой формулой сложения скоростей: если произвести расчет по этой формуле, то скорость света (в движущейся воде) относительно трубы как раз получится на 40 процентов большей, чем та же скорость по отношению к воде. Нулевой результат опыта Майкельсона точно так же получал исчерпывающее объяснение: отсутствие запаздывания в точке встречи двух световых пучков обязано тут не чему иному, как замедлению хода часов и «сплющиванию» отрезков пути, проходимого лучом света вдоль линии движения Земли. Это «сокращение» длины пути и замедление течения времени как раз и обеспечивают единовременный приход двух пучков света к точке финиша.

Скорость же света во всех случаях остается постоянной.

Разъясняя своим читателям этот последний закон, Эйнштейн отмечал, что двигаться с быстротой света, согласно новой механике, могут только волны (и частицы) самого света. Быстрота всех прочих материальных объектов может лишь неограниченно приближаться к этой скорости, но никогда ее не достигать. (Тело, движущееся со скоростью света, «сплющилось» бы в «блин» с нулевой толщиной — случай, немыслимый в реальности! Время для такого тела остановилось бы вовсе — положение, опять-таки говорящее о недостижимости быстроты света.)

Все эти обстоятельства, к слову сказать, сразу же заставляли вспомнить о воображаемом случае, над которым задумывался в юношеские годы Эйнштейн. Речь идет о фотоаппарате, мчавшемся вслед за световыми лучами с тою же скоростью (относительно Земли), что и свет. Мысленный этот опыт приводил, помнится, к абсурду, и причина, как стало ясно теперь, та, что означенный опыт противоречит новой механике. Движение со скоростью света невозможно. И больше того: с какой бы быстротой ни мчался вдогонку за светом фотоаппарат (или человеческий глаз), свет по отношению к нему будет двигаться всегда с одной и той же скоростью — 300 тысяч километров в секунду. Это вытекает из правила сложения скоростей новой механики, или — что то же самое — из закона независимости скорости света от взаимного перемещения источника и приемника. Но здесь же вступает в свои права и принцип относительности, то есть закон независимости хода физических событий от состояния движения «площадки». В самом деле. Если бы по отношению к фотоаппарату, нагоняющему световые волны, быстрота света оказалась уменьшившейся, то это означало бы, что законы световых явлений выполняются по-разному на разных движущихся «площадках». Скорость света зависела бы тогда, скажем, от быстроты ракеты-звездолета, несущей с собой фотоаппарат или любой другой приемник световых лучей! «Интуитивно, — вспоминал Эйнштейн — мне казалось ясным с самого начала, что все должно совершаться по тем же законам» (то есть независимо от того, движется приемник света вслед за светом или покоится на Земле). «Можно видеть, что в этом парадоксе уже содержится зародыш будущей теории относительности…»

Действительно, это было так, и великая теория облекла в научную плоть и кровь то, что смутно угадывалось в дни юности ученого.

Оба закона природы — принцип относительности и закон постоянства скорости света — гармонично согласовывались друг с другом, образовав гранитный фундамент теории. Математически это нашло выражение также и в том, что законы электромагнитного поля (уравнения Максвелла) оказались в рамках новой механики, полностью сохраняющими свою форму при любом переходе от одной равномерно перемещающейся «площадки» к другой. Строгое математическое доказательство этого обстоятельства Эйнштейн считал одним из самых важных достижений своей теории…

И в самом деле, это означало, что постулат относительности великого Галилея, осознанный в XVII веке только для механических явлений, оказывался теперь распространенным и на процессы электромагнетизма (а в принципе и на все физические процессы, происходящие в природе).

Повергнув вековые кумиры абсолютного пространства и абсолютного времени, новая механика, таким образом, отнюдь не погрузила картину мира в хаос зыбкой и текуче-неопределенной «относительности». Как уже говорилось, само название «принцип относительности» не вполне удачно в том смысле, что оттесняет главную суть дела, а именно: независимость законов протекания физических событий от состояния движения «площадки». Этот последний момент составлял основное стихийно-материалистическое ядро классической механики Галилея — Ньютона, и этот же аспект приобрел еще большее значение в новой механике Эйнштейна. В рамках этой последней откристаллизовались и впрямь, как будет видно, новые, еще более глубокие и объективно-всеобщие закономерности, поднимающие бесконечное познание на новую, более высокую ступень. В этом смысле теория относительности с равным правом могла быть названа «теорией абсолютности» и так именно, полушутя-полусерьезно, и называл ее иногда в беседах сам Эйнштейн.

Новая механика, как также было ясно, не «отменяла» старую, но включала ее в себя в качестве частного случая (для скоростей, значительно меньших, чем скорость света). Все инженерные и практические расчеты, делаемые на основе классической механики, получали, таким образом, свое законное место. Лишь при убыстрении тел до скоростей, приближающихся к 300 тысячам километров в секунду, — технике пришлось рано или поздно вступить в эту диковинную область! — классически-механические расчеты должны были отпасть, уступив место механике теории относительности, механике Альберта Эйнштейна.

«…Остается несомненным, — записал в 1908 году Ленин, — что механика[22] была снимком с медленных реальных движений, а новая физика есть снимок с гигантски быстрых реальных движений…»

Среди вскрытых этой физикой новых всеобщих закономерностей и связей особый интерес вызвала формула зависимости между массой тела и его скоростью. По мере того как предмет начинает двигаться быстрее, масса его растет, утверждает эта формула. Когда скорость достигает половины быстроты света, прирост еще сравнительно невелик: полпроцента от величины «массы покоя». Но дальше — больше, и предмет, мчащийся со скоростью, исчисляемой 99 1/2 процента от быстроты света, имеет массу уже в сто раз большую, чем в состоянии покоя! (При дальнейшем приближении к предельной скорости света масса, как говорят в математике, ассимптотически стремится к бесконечности.)

Столь диковинное поведение массы, как оказывалось далее, находится в прямой связи с другою, выведенной из новой механики, закономерностью. Речь шла о формуле пропорциональности между массой любого тела и содержащейся в нем полной энергией.

Е = тс2

Так выглядело это знаменитое и предельно простое соотношение, в котором знаком Е обозначена энергия, т — масса (для состояния относительного покоя), а с2 — постоянный множитель, численно равный квадрату скорости света. Петр Николаевич Лебедев в Москве пятью годами раньше осуществил опыт, из которого вытекала справедливость этой формулы для частного случая массы и энергии света. Эйнштейновская механика распространила ее на все виды материи. О чем говорила эта формула?

Тот факт, что бытие материи немыслимо вне движения и что всякий прирост количественной меры материи должен идти вровень с приростом количественной меры ее движения (и обратно), — эти положения анализировались философским методом диалектического материализма еще задолго до Эйнштейна.

Формула Е = mc2 облекла эти положения в плоть и кровь.

Количественная мера материи в любой ее физической форме — масса — оказалась пропорционально связанной с количественной мерой движения — энергией.