Лоран Сексик - Эйнштейн
Пространство не абсолютно. А расстояние? Эйнштейн снова садится в поезд. Хочет измерить расстояние между двумя точками движущегося поезда. Детская забава. Он берет линейку (воображаемую) и отмечает размер. А если ту же самую величину захочет узнать человек, сидящий на насыпи? Длина в поезде, измеренная как расстояние, преодоленное за определенное время, при прохождении через каждую точку, различна в зависимости от скорости! Понятие пространственного расстояния относительно! У поезда нет определенной длины! Она зависит от наблюдателя! Понятие расстояния относительно.
Но время, время-то абсолютно? Можно ли назвать два явления одновременными? По вагонам! Один наблюдатель находится в поезде (назовем его твердым ориентиром), другой сидит на насыпи, глядя на проходящий поезд. Вспыхивают две молнии, назовем их А и В, их лучи соединяются в срединной точке М расстояния между ними, если смотреть с насыпи. Для человека, сидящего на насыпи, молнии А и В? вспыхивают одновременно. Человек в поезде, который, как и поезд, движется по направлению к В увидит молнию В раньше молнии А. Для него (в его системе отсчета) одновременности нет. Абсолютного времени не существует. Время относительно к системе отсчета.
Эйнштейн смотрит, как идет время. Наблюдает за ходом часов, покоящихся в системе отсчета К, и за ходом часов в системе отсчета К', перемещающейся со скоростью v по отношению к К. Он изучает время, разделяющее два такта движущихся часов, если замерять его из покоящейся системы. Для этой цели он использует преобразования Лоренца, которые берут за время первого такта t = 0. На втором такте
где v — скорость системы К' и с — скорость света. Если рассчитывать его из системы К, время между двумя последовательными тактами будет равняться не одной секунде, а
то есть немного больше. Значит, движущиеся часы ходят медленнее, чем покоящиеся! Скорость увеличивает время! Время может растягиваться, как пространство. Возможно, во времени можно будет путешествовать точно так же, как в пространстве? Вот до чего относительность может вскружить голову и околдовать ум!
Что же до общей теории относительности, то ее задачей будет применить правила специальной теории относительности не только к инерционной системе, но и ко всем системам отсчета и к системам, находящимся в движении.
Конечно, эти доказательства упрощенные. Они опираются на статьи, расчеты, от которых кружится голова. Тысячи статей, сотни книг по физике посвящены исследованию этих тайн. Прочтите статью «К электродинамике движущихся тел», и вы получите представление об этих трудах.
Что можно сказать о самой знаменитой формуле:
Е = тс2?
Она не имеет никакого отношения к относительности. Ей посвящена статья под заглавием «Зависит ли инерция тела от содержания в нем энергии?». Формула выведена из мудреных уравнений, основывающихся на работах Максвелла о вакууме и трудах Герца об электромагнетизме. Эйнштейн приходит к мысли о том, что масса тела (т) является мерой содержащейся в ней энергии. Энергия (Е), высвобожденная из тела, преображается в энергию излучения… Если энергия L вариантна, масса изменяется пропорционально L/9x1020.
М = L/V2 -
эта формула получит большую известность в виде
Е = тс2,
где с — скорость света, примерно 300 тысяч км/с.
Энергия, вырабатываемая массой, увеличивается благодаря невероятно большому множителю. Впоследствии ученые поймут, что если найти массу, обладающую самым тяжелым ядром (уран), можно получить колоссальную энергию. Да, в процессе деления тяжелая масса породит невообразимую энергию. Невообразимую, как неописуемы бедствия, которые она будет способна доставить человечеству. Но мы еще в 1905 году. Эйнштейн — ученый, гений. Не пророк. Сорок лет спустя будет создана атомная бомба. Некоторые запишут Эйнштейна в крестные отцы этой катастрофы. Научное чутье оставляет потомству не только блага…
Вопреки распространенному заблуждению Эйнштейн получил в 1922 году Нобелевскую премию за 1921 год не за статью об относительности и не за свой набросок трагически волшебной формулы. «Нобелевка» стала наградой за его исследование светового излучения. Эта работа способствовала революции, произведенной пришествием квантовой физики.
В НАЧАЛЕ БЫЛА ТЬМА
Он уничтожил время, увеличил пространство, отменил понятие абсолютности, одновременности! Он раздробил материю на атомы. Труды Эйнштейна — подвиги Геракла. И все же молодой Альберт не вполне доволен: на заре XX века человечество по-прежнему не знает, откуда берется свет. В этом плане физика по-прежнему пребывает в каменном веке, ученые блуждают в потемках. Всё еще считается, что воздух наполнен эфиром…
Эйнштейн убежден: он должен просветить мир о природе световых явлений. Свет — первоисточник, альфа и омега. По нему будут судить о возрасте планет. Определят дату рождения Вселенной. Разработают теорию Большого взрыва. Пока же здесь царит бестолковщина.
У Эйнштейна была и другая причина заняться проблемой световых явлений. Он предчувствовал: разрешив этот вопрос, он сможет сделать свою специальную теорию относительности общей, создать свою теорию гравитации. Чтобы низвергнуть Ньютона, надо доказать способность света подпадать под воздействие гравитации. Посвящение Эйнштейна: пролить свет на исходные истины, сказать правду о свете.
В статье «Об одной эвристической точке зрения на возникновение и превращение света» будет рассмотрена связь между световым явлением и материей.
Эйнштейн сделал постулатом неизменность скорости света — ту самую скорость света, впервые измеренную в 1676 году в Парижской обсерватории. Однако неизменность противоречила его теории относительности. Теория ложна или скорость света способна меняться?
Он сделал выбор в пользу неизменности скорости, даже если это не согласуется с его теорией относительности. Возвел парадокс в ранг аксиомы, исключение сделал правилом. Ничто не должно быть неизменным, абсолютным… за исключением скорости света!
Еще одна революция в умах. Эйнштейн вообразил, как до него сделал Планк, что свет не состоит из частиц. Свет — нечто вроде волны. Это волна, и более чем волна. Он опирался на труды астрономов, которые за годы до него изучали свечение двойных звезд. Это звезды с равными массами, находящиеся в постоянной ротации, и одна ближе к Земле, чем другая. Анализ их светового излучения доказывает, что время, за которое свет ближайшей звезды доходит до Земли, точно такое же, как и у более далекой. Эйнштейн первым пришел к выводу: распространение света не зависит от его источника. И продолжил рассуждение. Поставил мысленный опыт, попытавшись угнаться за лучом света. И заключил из этого опыта, что скорость света — самая большая, какую только удается развить.
Что делать с призрачным эфиром? Если бы эфир существовал, это «материальное тело», согласно законам Ньютона, прилагало бы дополнительные силу и скорость. Благодаря чему эта скорость превысила бы с. А это входит в противоречие с его постулатом, а потому невозможно. Прощай, эфир… А если свет не распространяется в эфире и распространяется с постоянной скоростью, значит, он распространяется в вакууме. В статье «К электродинамике движущихся тел» заложены характеристики скорости света: он постоянен, распространяется в вакууме, обладает самой большой скоростью, которую невозможно превзойти, а ее значение не зависит от источника. Скорость света в вакууме с, которая до сих пор не использовалась, но уже присутствовала в трудах Максвелла, приобрела, таким образом, свое основополагающее значение константы в структуре пространство — время.
Со скоростью разобрались, а как там с природой и составом света?
Ньютон считал свет корпускулярным явлением — потоком частиц, движущихся… в эфире, который занимает пространство.
По мнению Герца и Максвелла, свет не имеет корпускулярной составляющей, он обладает волновой природой, связанной с быстрыми колебаниями электрических и магнитных полей. Корпускулярная или волновая? Работы Планка подправили теорию Герца. По Планку, свет состоит из квантов, или фотонов. Однако Планк уперся в отсутствие подтверждения этих расчетов опытным путем. По мнению немецкого ученого, излучение света дискретно, однако Планк не уловил произвольность частоты излучения и, в частности, трудность излучения света высокой частоты. Планк думал, что ошибся.
Чтобы попытаться разрешить противоречие между двумя противоположными и несовместимыми версиями (что же такое свет: волна или частицы?), Эйнштейн применит статистическую механику. Он воспользовался теорией вероятностей, перенеся ее в область излучения. Он начал с происхождения световых пучков. Нагретый металл излучает электроны. Полученная световая энергия переносится «квантами» (позже их станут называть фотонами). Это фотоэлектрический эффект (он известен: его открыл Герц в 1887 году, а Ленард[30] получит за него Нобелевскую премию). Энергия квантов пропорциональна частоте нагревания металлического тела (чем больше раскаляется металл, тем больше энергия, тем ярче свет).
