Теория относительности и механическое мировоззрение

Итак, Лауэ говорит о наличии среди физиков оппозиции теории относительности, и притом даже среди известных физиков. Несомненно, что Лауэ имеет в виду в первую очередь немецкого физика Ф. Ленарда, получившего Нобелевскую премию в том же, 1905 г., в котором появилась работа Эйнштейна. Известно, что Ленард впоследствии всячески препятствовал присуждению Нобелевской премии Эйнштейну, и, может быть, этим объясняется, что в формулировке заслуг Эйнштейна, за которые ему была присуждена в 1921 г. Нобелевская премия, теория относительности не упомянута. В годы нацизма Ленард всячески травил Эйнштейна как неарийца и исключил теорию относительности из своей "арийской" физики. Но в рассматриваемые годы Ленард был известным физиком, учеником Герца, сделавшим важные работы по катодным лучам и фотоэффекту. В 1910 г. Ленард выступил на заседании Гейдельбергской Академии наук с речью "Эфир и материя". В этой речи научное кредо Ленарда отчетливо видно из принятого им постулата: "Все, что совершается в этом мире, есть движение, перемещение одного и того же раз навсегда данного вещества".

Далее Ленард пишет: "Мы должны прежде всего ввести основное положение, что вещество, т. е. что претерпевает движение и из чего, по нашему мнению, состоит весь материальный мир, двоякого рода: материя и эфир".

Ленард говорит и о принципе относительности в связи с опытом Майкельсона. "Этот опыт,- говорит Ленард,- показал, что происходит что-то нам пока неизвестное, когда материя движется в эфире с некоторой скоростью. На основании опыта Майкельсона и других подобных ему опытов принцип относительности извлекает лишь ту сухую истину, что невозможно, опираясь на эфир, открыть абсолютное движение, что и сообразно с этим должны иначе сложиться наши понятия о пространстве и времени". Эти "пока" и "лишь" чрезвычайно характерны. Ленард полагает, что должно быть проведено дальнейшее исследование, так сказать, "механизма" принципа относительности, и в связи с этим чрезвычайно сочувственно излагает гипотезу Лоренца-Фитцджеральда. "Я не думаю,- говорит Ленард в заключение своей речи,- чтобы эти затруднения удержали нас от дальнейшей разработки этой картины, ведь иначе во всех подобных случаях нам пришлось бы вообще отказаться от возможности постигнуть природу с механической точки зрения" (курсив мой.- П. К.).

В этом весь гвоздь вопроса. Принцип относительности несовместим с механическим мировоззрением. Это со всей ясностью понял еще М. Планк, который в речи на 82-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Кенигсберге, произнесенной 23 сентября 1910 г. (т. е. в том же году, что и речь Ленарда), говорил: "Мне нет надобности особенно обратить Ваше внимание на то, что с этими положениями (т. е. положениями относительности) механическое мировоззрение никак уже несовместимо. Поэтому тот, кто смотрит на механическое мировоззрение, как на постулат физического мышления, никогда не помирится с принципом относительности" (курсив мой.- П. К.).

Таким образом, принятие теории относительности означало, прежде всего, разрыв с привычным механическим пониманием природы, означало революцию в мировоззрении. Этим объясняется и ожесточенная борьба вокруг этой теории, затянувшаяся на десятилетия. Известную роль сыграло при этом и то обстоятельство, что Эйнштейн допускал иногда теоретико-познавательные формулировки, приближающиеся к формулировкам Маха. За теорию Эйнштейна ухватились идеалисты и даже мистики, спекулирующие на идее четвертого измерения. Все это, разумеется, не могло способствовать росту доверия к теории относительности среди многих физиков. Особенно трудно было расставаться с концепцией эфира. Упоминавшийся уже нами Ми полагал, что учение об электричестве - это физика эфира, и о характере изложения своего учебника писал, что ему "придана форма экспериментального изучения физических свойств эфира".

По мнению Ми, "понятия механики... не должны быть прилагаемы к эфиру, как это следует из опытных данных. Эти понятия и не могут вообще к нему прилагаться". "Постепенное развитие наших знаний,- продолжает Ми,- постоянно все более и более стремится к тому, чтобы рассматривать атомы и молекулы как особенные области эфира, а не эфир как особый род материи. Иными словами, нашей целью является сведение механики к электромагнитным явлениям и законам, а не сведение электромагнетизма к механическим явлениям".

В связи с этим Ми формулирует принцип относительности следующим образом: "Все действия эфира управляются законами такого рода, что наблюдения в материальной системе, движущейся со скоростью, постоянной по величине и направлению, производимые наблюдателем, движущимся вместе с системой, математически точно согласуются с наблюдениями, которые получились бы в системе, состоящей из тех же элементарных частиц, если бы она и наблюдатель находились в абсолютном покое.

Вследствие этого никакими измерениями, даже самыми точными, нельзя определить абсолютную величину скорости, с которой тело движется в мировом пространстве. Абсолютно наблюдаются только изменения скорости или направления движения".

Исследуя результаты этого принципа и, в частности, изменение хода часов в зависимости от движения, Ми приходит к замечательному выводу: "Принцип относительности требует, чтобы поле силы тяжести в системе весомых тел изменялось в зависимости от движения в абсолютном пространстве или, что сводится к тому же, чтобы это поле, подобно электромагнитному, распространялось в пространстве не моментально. Для обоих родов полей должны иметь силу одинаковые законы".

Итак, идея включения гравитации в систему теории относительности была высказана Ми вслед за тем, как она впервые была высказана Эйнштейном в 1907 г. В заключение своей книги Ми говорит: "Принцип относительности замечателен тем, что он утверждает существование внутренней связи между всеми свойствами материи и физическими явлениями. Природа, по-видимому, воспроизводит все богатство физического мира из небольшого числа простых процессов в одной мировой субстанции, подобно тому как математика выводит необозримое множество неизвестных истин из немногих основных, положений - аксиом".

Ми был не одинок в своей попытке совместить теорию относительности с концепцией эфира. Такую попытку предпринимали многие ученые. В 1915 г. в томе, посвященном физике, издания "Культура современности", в котором была помещена и статья Эйнштейна о теории относительности, появилась статья Эмиля Вихерта о механике. В этой статье он подробно останавливается и на теории относительности. В частности, он пишет: "Идеи Эйнштейна, несомненно, содержат много чарующего: привлекательность пространственно-временного воззрения раскрывает нам возможность открытия новых глубоко-идущих объяснений и связей. Тем не менее среди современных физиков имеются многие, и к ним принадлежит референт (Вихерт имеет в виду себя), которые, хотя и охотно признают большое значение исследований Эйнштейна для прояснения наших воззрений, признают также их эвристическую ценность, но которые, однако, думают, что для понимания явлений гипотезы оказываются проще и естественнее, чем эйнштейновский принцип относительности".

При этом Вихерт так же, как и Ми, полагает возможным совмещение гипотез эфира с принципом относительности. Это, конечно, уже совсем другой эфир, и сам Эйнштейн позже допускал возможность существования такой физической среды как арены электромагнитных процессов, не имеющей ничего общего со старым механическим эфиром. И тем не менее даже такой рафинированный эфир не удержался в науке. Теория относительности имеет своим объектом пространство, время и материю, но не эфир.

На теорию относительности предпринимались атаки и с другой стороны, а именно с той самой, о которой писал Лауэ, утверждалась недостаточность ее экспериментального обоснования. Считалось, что опыт Майкельсона, из-за которого, образно выражаясь, "загорелся сыр-бор", может допускать другую интерпретацию. Так, в 1908 г. известный немецкий физик В. Ритц выступил с новым теоретическим истолкованием опыта Майкельсона, предположив, что скорость света зависит от движения источника. Ввиду того что такая гипотеза органически вытекает из эмиссионной теории света Ньютона, теория, основанная на этой гипотезе, получила название эмиссионной теории. Отказ от принципа постоянства скорости света выдвинули независимо от Ритца Толмен, а также Комсток и Кунц в 1910 г. Хотя эмиссионные теории совершенно непринужденно объясняют опыт Майкельсона, они противоречат другим фактам. Еще Декарт, выдвигая принцип мгновенного распространения света, предвидел, что постоянство скорости света вызывает аберрационные эффекты в астрономии. Если же скорость света будет зависеть от движения источника, то эти аберрационные эффекты необычайно усложняются и, например, движение двойных звезд будет выглядеть весьма причудливым (так, при некотором подборе скоростей и расстояний звезда одну половину своей орбиты будет проходить мгновенно). На это указал в 1913 г. голландский астроном де Ситтер. Подобные неправильности в движении двойных звезд никогда не наблюдались. Эмиссионная теория противоречит астрономическим фактам.

Можно отметить, что постулаты Эйнштейна оправдываются всем вековым опытом человечества. Постулат независимости законов природы от скорости движения системы объяснял тот факт, что люди с испокон веков считали землю неподвижной. Постулат независимости скорости света от движения источника объяснял тот факт, что поколение за поколением наблюдали устойчивую неискаженную картину неба. Это было бы невозможным в случае зависимости скорости света от движения источника. Все поведение человека строится на том факте, что скорость света чрезвычайно велика и не зависит от движения источника. Постулат относительности непосредственно связан с глубокой убежденностью основателей естествознания в том, что природа всюду одинакова в своих законах. Нет физики земной, марсианской и т. д.- физика едина для всей вселенной. Факел, зажженный Эйнштейном, был подхвачен его современниками. В разработке и пропаганде теории относительности приняли участие М. Лауэ, М. Планк, А. Зоммерфельд, П. Ланжевен, М. Борн и многие другие. Сам Эйнштейн продолжал разрабатывать программу, намеченную им в упоминавшейся выше работе 1907 г. Выполнение этой программы привело Эйнштейна к созданию общей теории относительности. Об истории создания общей теории относительности пойдет речь в следующей главе.