Владимир Кессельман - На кого упало яблоко

• Название: На кого упало яблоко
• Автор: Владимир Кессельман
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Научпоп
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-91678-135-9

Каждое открытие в физике — лишь последнее звено в длинной череде исследований, опытов и наблюдений. Ученые часто идут параллельными путями и приходят к одним и тем же выводам одновременно — или почти одновременно. И так уж сложилось, что многие законы носят не имена первооткрывателей, а тех, кто лишь обнародовал то, что прежде открыли другие. Борьба за приоритет сопровождает почти все великие научные достижения, и поэтому, по выражению Роджера Бэкона, «наука смотрит на мир глазами, затуманенными всеми человеческими страстями». Ньютон, Лейбниц, Гук, Гюйгенс, сотни других ученых пылко сражались за публичное признание своего первенства — и эта драматически схватка самолюбий продолжается по сей день…

Владимир Кессельман — популяризатор науки, автор многих книг, живет в Израиле.

Книга изготовлена в соответствии с Федеральным законом от 29 декабря 2010 г. № 436-ФЗ, ст. 1, п. 2, пп. 3. Возрастных ограничений нет

---

Благодаря прессе об Эйнштейне и его работах вскоре заговорил весь мир. Мощная пропаганда и простота постулатов теории относительности предрешили ее быструю победу. Страницы английских и американских газет запестрели эффектными заголовками: «Революция в науке», «Ниспровержение механики Ньютона», «Лучи изогнуты, физики в смятении. Теория Эйнштейна торжествует» и т. п.[122]

Тут, однако, следует сказать, что с успехом теории относительности напрямую связано имя Анри Пуанкаре[123]. Но все по порядку.

1728 год. Бредли открывает звездную аберрацию, наблюдаемое смещение положения звезды относительно истинного, которое объяснялось тогда результатом сложения скорости света со скоростью Земли относительно неподвижного эфира. В 1865 году Максвелл вывел уравнения, которые описывали распространение со скоростью света электромагнитных процессов в пространстве. Герц в 1887 году показал, что и сам свет представляет собой электромагнитную волну. Основу теории Максвелла составляли уравнения, определяющие зависимость напряженностей электрических и магнитных полей от координат точек пространства. Но уже со времен Галилея было известно, что сами координаты относительны, что они меняются при переходе от одной системы к другой, движущейся относительно первой. Уравнения же Максвелла не удовлетворяли принципу относительности. Они неодинаковы в различных системах отсчета. Таким образом, хотя большинство законов физики удовлетворяло принципу относительности, законов электричества и магнетизма (электродинамики) это не касалось[124]. Это коренным образом повлияло на физику в целом и привело к пересмотру фундаментальных представлений. Физики решили записывать уравнения Максвелла в некоторой выделенной системе отсчета и отдать ей предпочтение перед всеми другими. Такой системой отсчета должна была быть та, которую можно было считать находящейся в абсолютном покое. И физики принялись определять скорость Земли относительно этой системы отсчета — мирового эфира. С этой целью и был поставлен эксперимент Майкельсона[125], который, однако, ничего не показал. Поэтому следовало предположить, что эфир увлекается Землей, но тогда необъяснимой оставалась аберрация. Проблема казалась неразрешимой.

Именно в этот момент и вступили в игру крупный голландский физик Хендрик Лоренц[126] и гениальный французский математик Анри Пуанкаре. В 1899 году Пуанкаре был профессором математической физики в Сорбонне, где занимался математическим описанием наблюдаемых в физике явлений. В этом качестве он изучал проблемы, возникшие в физике после опытов Майкельсона. Он сразу обратил внимание на предложенную Лоренцем теорию локального времени и сокращения размеров движущихся в эфире тел. В своем курсе «Электричество и оптика» Пуанкаре пишет: «Это странное свойство производит впечатление фокуса, разыгранного природой для того, чтобы было невозможно определить движение Земли посредством оптических экспериментов. Такое положение дел не может меня удовлетворить. Я полагаю весьма правдоподобным, что оптические явления могут зависеть только от относительных движений присутствующих материальных тел»[127].

Тем самым в трех фразах Пуанкаре исключил эфир. В следующем, 1900 году в статье «Теория Лоренца и принцип противодействия» он дал физическую интерпретацию Лоренцева локального времени: это время подвижных наблюдателей, которые настроили свои часы с помощью оптических сигналов, игнорируя собственное движение. В 1902 году Пуанкаре публикует работу «Наука и гипотеза», которая имела большой резонанс в научном сообществе. Там он, в частности, писал: «Не существует абсолютного пространства, и мы воспринимаем только относительные движения. Не существует абсолютного времени: утверждение, что два промежутка времени равны друг другу, само по себе не имеет никакого смысла. Оно может обрести смысл только при определенных дополнительных условиях. У нас нет непосредственной интуиции одновременности двух событий, происходящих в двух разных театрах. Мы могли бы что-либо утверждать о содержании фактов механического порядка, только отнеся их к какой-либо неевклидовой геометрии»[128].

Маловероятно, чтобы Эйнштейн, который читал по-французски и по-немецки одинаково хорошо, не знал эту работу, как, впрочем, и все другие статьи Пуанкаре и Лоренца. На это указывают некоторые исследователи: детальное совпадение в описании процедуры синхронизации часов не может быть случайным. Но сам Эйнштейн знакомство с трудами Пуанкаре отрицал. Он либо не отдавал себе отчета, что «следует платить дань уважения предшественникам, либо, по его мнению, их работы были настолько широко известны, а он пошел настолько дальше них, что указывать источники не имеет смысла»[129].

Почему же считается, что создание специальной теории относительности началось с той, первой работы Эйнштейна 1905 года? Ответ на этот вопрос очень четко сформулирован в широко известной книге В. Паули «Теория относительности», впервые опубликованной в 1921 году в наиболее авторитетной в то время «Энциклопедии математических наук». Изложение истории создания теории относительности Паули заканчивает так: «Основы новой теории были доведены до известного завершения Эйнштейном. Его работа 1905 года была направлена в печать почти одновременно с сообщением Пуанкаре и написана без осведомленности о работе Лоренца 1904 года. Исследование Эйнштейна содержит не только все существенные результаты обеих названных работ, но также прежде всего изложение совершенно нового и глубокого понимания всей проблемы». В совершенно новом и глубоком освещении проблемы, явившемся откровением, и состоит очевидная причина успеха работы Эйнштейна, причина того, что именно эта работа считается самой важной при создании теории относительности.

И напрасно молодой Эйнштейн при написании своей статьи отошел от традиционного стандарта написания научного трактата и не сослался на все заимствованные им источники. В его статье была совершенно оригинальная и самая трудная для понимания часть, касающаяся релятивистской обратимости всех рассматриваемых эффектов. Этого не было ни у кого из его предшественников: ни у Лоренца, ни у Лармора, ни у Пуанкаре в его ранних работах. На эту наиболее парадоксальную сторону новой теории Пуанкаре обратил внимание слушателей только в своем последнем публичном выступлении в Лондонском университете в мае 1912 года (эта лекция под названием «Пространство и время» была опубликована в посмертно изданной в 1913 году книге Пуанкаре «Последние мысли»).

Надо заметить, что Эйнштейн ни в одной публикации не настаивал на своем приоритете в создании теории относительности. Вот что он сказал биографу Карлу Зелигу: «Это несомненно, что специальная теория относительности, если мы рассмотрим ее развитие ретроспективно, созрела для открытия в 1905 году. Уже Лоренц заметил, что для анализа максвелловых уравнений существенны преобразования, которые позднее стали известны под его именем, а Пуанкаре еще более углубил это знание»[130]. В конце жизни, однако, он написал в одном из писем, что не был знаком в 1905 году с работами Пуанкаре, что, вероятно, неправда. По воспоминаниям современников, до публикации своих статей 1905 года Эйнштейн был очень хорошо знаком с основными работами Пуанкаре (и тем более Лоренца) уже содержащими изложение специальной теории относительности, и они произвели на него огромное впечатление. Борн признает: «Доказательство, которым пользовался Пуанкаре, было тем же самым, что и в первой работе Эйнштейна… Означает ли это, что Пуанкаре знал все это до Эйнштейна? Возможно». Интересно, что до конца Первой мировой войны теорию относительности называли теорией Лоренца — Эйнштейна. Объективно Эйнштейна можно обвинить лишь в том, что он не всегда ссылался на «первоисточники». В те годы, в отличие от нашего времени, требования к библиографии в статье в «Анналах» были необязательными.

В соответствии с положениями релятивистской динамики в 1905 году А. Эйнштейн открыл закон взаимосвязи массы и энергии. Исходным пунктом рассуждений, которые привели Эйнштейна к удивительному выводу о том, что масса и энергия едины, было умозаключение, согласно которому свет догнать невозможно. Оказалось, что масса вещества может не сохраняться, частично превращаясь в энергию. Эйнштейн высказал предположение о возможности таких превращений массы в различные формы энергии. Но в двадцатых годах прошлого столетия это было всего-навсего одной из многочисленных гипотез и некоторое время рассматривалось как курьез. Только взрыв бомбы над Хиросимой показал, какое явление описывает такая простая формула.

В одной из статей 1906 года, рассматривая эквивалентность массы и энергии, Эйнштейн прямо упоминает доказательство этой эквивалентности из работы Пуанкаре, опубликованной в 1900 году. Биограф Эйнштейна А. Пайс пишет, что соотношение между массой и энергией, выражаемое формулой Е=mc2, действительно было известно для частных случаев еще за 25 лет до Эйнштейна. И это действительно так. Еще в 1890 году английский физик Хевисайд ввел эту формулу, которую считают «эйнштейновской».