Первооткрыватели. 100 научных сказок - Николай Николаевич Горькавый
Сказка о конторщике Эйнштейне, быстром светлячке и замедленном времени
Однажды вечером королева Никки начала свою очередную сказку:
– Жил-был странный мальчик Альберт Эйнштейн. Он не очень хорошо учился, зато много думал. Например, его очень интересовал вопрос: почему магнитная стрелка всё время направлена на север? Как она узнаёт, где расположен Северный полюс?
Учителя ругали маленького Эйнштейна за нежелание быть как все, а он сидел и размышлял – будет ли видеть бегун своё отражение в зеркале, которое он держит в руке? «Конечно, будет!» – скажет любой человек, когда-либо бегавший с зеркалом по дому или по улице. А если бегун бежит почти со скоростью света? А? Призадумались, бегуны? Вот то-то и оно…
Кое-как закончил Альберт Эйнштейн школу и поступил в университет. И здесь такая же петрушка – какие-то предметы Альберту нравились, и он учился хорошо, а по каким-то неинтересным предметам студент Эйнштейн имел невысокие оценки.
Галатея фыркнула и покосилась на брата. Андрей заёрзал, а Никки продолжала:
– Так и до беды недалеко – и она пришла. Хотел Эйнштейн работать учёным – или хотя бы помощником учёного, но никто из университетских профессоров не захотел взять к себе молодого человека, который слишком много думает над вопросами, которые ему никто не задавал.
И Эйнштейн оказался безработным. У него не было денег даже на еду. Он стал голодать, иногда по неделе ничего не ел. Вот попробуйте неделю ничего не есть – и узнаете, как молодому Эйнштейну было плохо.
– Ужас! – сказала Галатея с круглыми глазами. – Недавно из-за какого-то медицинского анализа мама меня до вечера не кормила – так я чуть не умерла от голода!
– Два года Эйнштейн перебивался случайными заработками, пока друзья не порекомендовали его на место конторщика в патентное бюро.
Усатый начальник бюро взял его на работу, хотя и с большим сомнением.
Эйнштейн очень обрадовался службе – наконец-то он сможет покупать себе еду и книги.
В патентном бюро Эйнштейн разбирал заявки всяких изобретателей, которых, кстати, на свете очень много. Эти люди придумывали самые различные штуки – от самолётов до керосинок. Все изобретатели писали в патентное бюро длинные письма с картинками, требуя себе денег и славы.
Главный бюрократ – начальник патентного бюро – назидательно говорил новому сотруднику, поглаживая свои пышные усы:
– Эйнштейн, если вы будете работать без прилежания, то никогда не станете начальником нашего бюро, а я знаю, что вам этого очень хочется.
– Почему он так решил? – спросила Галатея.
– Все начальники заранее уверены, что остальные люди мечтают занять их место… – усмехнулась Никки.
– Альберт Эйнштейн молчал, делал свою работу, а всё оставшееся время посвящал своей любимой физике и самовлюблённому бегуну, который успевал на ходу смотреться в зеркало.
Очень интриговал Альберта этот бегун. Эйнштейн знал, что великий Галилей открыл принцип относительности. Вот за домашним столом сидит бородатый человек и пьёт чай. Возьмём мысленно этого человека с его столом, бородой и чаем и перенесём в поезд, стоящий на станции. Если бородач не интересуется ничем, кроме своего чая, то он даже не заметит перемещения. А если перенести человека в быстро движущийся поезд? Если рельсы гладкие и поезд движется вперёд очень плавно, то чаепитие бородача тоже ничем не будет нарушено – потому что человек, борода и чашка летят относительно земли с большой скоростью, а относительно друг друга неподвижны. Галилей провозгласил принцип: все физические процессы в равномерно движущемся вагоне будут протекать совершенно так же, как в неподвижном.
– А я пила чай даже в самолёте! – похвасталась Галатея. – Спасибо Галилею.
– Но Эйнштейн никак не мог понять – будет ли выполняться это правило, если поезд начнёт двигаться со скоростью близкой к скорости света? Ведь на таких скоростях происходят удивительные явления.
Представим себе светлячка, который летит и светит вокруг себя своим зелёным фонариком. Теперь сделаем светлячка волшебным, чтобы он мог лететь с очень большой скоростью, близкой к скорости света, выпущенного из фонарика. Вы знаете, с какой скоростью летит свет? Так быстро, что за секунду с небольшим он может достигнуть Луны!
– Брось, Никки, – проворчал Андрей. – Это знает каждый двухнедельный младенец.
– Если принцип Галилея справедлив и для светлячка, то этот симпатичный жучок не увидит никаких изменений в своём свете, который, как был зелёный, таким и останется.
Но, согласно закону Доплера, для покоящегося наблюдателя (то есть бескрылого наблюдателя, стоящего в сторонке) световая волна от улетающего светлячка должна растянуться, как пружина, – значит, цвет фонарика светлячка должен измениться и покраснеть – потому что красные волны длиннее зелёных.
Возникает жуткая путаница.
Светлячок летит, уверенный, что его фонарик светит зелёным светом.
Наблюдатель смотрит вслед быстрому светлячку и видит, что он светит красным.
И оба они совершенно правы!
– Как можно совместить столь разные точки зрения?! – удивилась Галатея.
– Но это ещё не всё. Любое разумное или просто здравомыслящее существо понимает, что скорости движущегося эскалатора и человека, идущего по нему, должны складываться. Значит, когда светлячок летит и светит перед собой своим фонариком, то луч света от летящего жучка должен двигаться быстрее, чем луч света от неподвижного светлячка.
– Конечно, это совершенно очевидно! – сказала здравомыслящая Галатея.
Никки коварно ухмыльнулась:
– Не тут-то было – физика часто противоречит здравому смыслу.
– Может, это здравый смысл противоречит физике? – спросил Андрей.
– Если стоящий наблюдатель измерит скорости лучей света от быстро движущегося светлячка и от сидящего, он получит одинаковые значения! Такой эксперимент провели физики Майкельсон и Морли – и он поставил всех учёных в тупик, в котором они почувствовали себя школьниками-двоечниками.
Светлячок, который втайне от физиков сам измерял скорость света своего фонарика, согласился: с его точки зрения, эта скорость не зависела от скорости полёта, в полном соответствии с принципом относительности Галилея.
– А я-то думала, что принцип Галилея простой, – уныло сказала Галатея. – А он привёл к такой неразберихе!
– Долго думал Эйнштейн над этими загадками, но всё-таки сумел объяснить их. Он сделал неожиданный и дерзкий вывод: время для быстро летящего светлячка течёт медленнее, чем для покоящегося наблюдателя. Только тогда фонарик светлячка будет для него зелёным, а для бескрылого наблюдателя – красным. Только такое замедление времени может объяснить то,
