Рекомендуем нашим читателям тонкую и умную статью преподавателя физики Александра Кузнецова: он вполне понятно пишет о вещах, понятных не всем, но для всех важных, составляющих загадочную и изменчивую ткань осязаемой жизни (прот. Павел Карташев).
Все современные люди цивилизованного мира слышали о теории относительности А. Эйнштейна, но немногие могут связно рассказать о ней. На протяжении ста лет длится дискуссия в научных кругах по поводу этих работ одного из трех величайших теоретиков физики (кроме А. Эйнштейна в эту тройку входят И. Ньютон и Н. Бор).
Прежде всего, нужно сказать, что теорий относительности две: специальная теория относительности (СТО) и общая теория относительности (ОТО).
В конце XIX века известный английский ученый лорд Кельвин говорил своему молодому родственнику, пожелавшему посвятить свою жизнь изучению физики, что физическая наука практически сформирована и завершена, что ничего нового открыто быть не может, что осталось лишь «два маленьких облачка на ясном небосклоне физики»: тепловое излучение абсолютно черного тела и проблема эфира, который не удалось обнаружить в опытах Майкельсона по измерению скорости света. Поразительно гордо и самоуверенно звучат эти слова, но в те времена бурного развития науки многие люди действительно считали, что наука в скором будущем узнает все, все объяснит, всем поможет и всех спасет. Это был триумф программы Ф. Бэкона (Англия XVI в.), завещавшего опытный путь познания природы и считавшего его возможности практически безграничными.
Гордость человечества не знала границ: люди чувствовали себя богами и восставали против Истинного Бога. Недаром, в те времена большое распространение имели всевозможные атеистические теории и в околонаучных кругах (теория Дарвина, например), и в психологии (антропоцентризм Фейербаха), и в философии (позитивизм О. Конта, нигилизм Ф. Ницше).
Но из этих «двух облачков» и выросла вся современная физика: квантовая физика и теория относительности. Мир оказался не так уж просто устроен, чтобы до конца постичь его человеческим разумом, и современная наука стала куда более скромной в запросах, претензиях на абсолютное знание и в высказываниях о своем могуществе.
Так вот, все началось с опытов Майкельсона, который изобрел очень точный прибор для определения скорости света – интерферометр Майкельсона. Майкельсон хотел с его помощью обнаружить «эфирный ветер», который, являясь средой распространения света, должен был «сдувать» свет при движении против эфирного ветра и подгонять его при движении света «по ветру». Но ничего подобного обнаружить на опыте не удалось: свет всегда и везде двигался с постоянной скоростью.
Тут настало время Эйнштейна: он смело отказывается от классических представлений об эфире и вводит два постулата СТО (аксиомы, не требующие доказательства):
1. Скорость света во всех инерциальных системах отсчета постоянна;
2. Все процессы во всех инерциальных системах отсчета протекают по одним и тем же законам.
Первое из двух утверждений противоречит классическому закону сложения скоростей, по которому если мы едем навстречу автомобилю, то он приближается к нам быстрее, а если мы уезжаем от него, то он приближается медленнее. Оказывается, свет всегда движется с одинаковой скоростью, хоть мы бежим ему навстречу, хоть убегаем от него! Эйнштейн объяснил уже выработанные до него математические преобразования Лоренца и существование четырехмерного пространства – времени Минковского (польский математик, современник Эйнштейна). Оказывается, что время для разных систем отсчета течет не одинаково, и свойства пространства
зависят от его состояния: скорости, энергии и т.д. Время – это тоже пространство, пройденное светом. Ограниченность скорости света (максимальной скорости распространения любого сигнала) приводит к понятию относительности одновременности. Идентичные часы идут не одинаково в разных системах отсчета: движущиеся часы идут быстрее неподвижных. Таким же образом, получается, что метровая палка, измеренная в момент ее движения, окажется короче. Мы этого не замечаем и не ощущаем, потому что для сколь-нибудь заметного расхождения с привычными свойствами пространства-времени необходима огромная скорость, близкая к скорости света, а это 300 тысяч км/с, что в 10 тысяч раз больше максимально достигнутой человеком скорости!
Второе утверждение (постулат) Эйнштейна просто необходимо для существования науки, потому что иначе пришлось бы констатировать полный агностицизм, совершенную непознаваемость природы, непредсказуемость ее поведения. В различных инерциальных системах отсчета (которых бесконечное множество, которые, другими словами, являются точками зрения наблюдателей, рассматривающих одно и то же явление с разных сторон, с «разных мест в зрительном зале», под разными углами) явления происходили бы по разным законам. И тогда единство Истины рассыпается на бесконечное множество частных представлений, субъективных мнений каждого отдельного наблюдателя, которые не имеют ничего общего, никакого общего закона, «все по-своему правы», а значит Правды общей для всех нет, не может быть, да Она и не нужна вовсе. И чтобы избежать подобного самоубийства науки, Эйнштейн жертвует абсолютным пространством, которое для всех одинаково распространяется, и абсолютностью времени, которое для всех течет одинаково (представления классической механики Ньютона были именно таковы). На основании своих постулатов Эйнштейн получил новые соотношения между массой, импульсом, силой, временем, скоростью, координатами и энергией материального объекта (эти перечисленные физические величины являются основными, определяющими состояние материи параметрами), в которые входит максимальная скорость движения в нашей ограниченной материальной вселенной – скорость света. «Наука спасена», но теперь у каждого наблюдателя одинаковые часы отсчитывают время по-разному, и одинаковые линейки отмеряют разные размеры пространства: время и пространство относительны, зависят от скорости движения наблюдателя и наблюдаемого им объекта.
Из этих соотношений вытекают еще некоторые примечательные выводы:
1. Любое тело, имеющее массу, благодаря своему существованию уже обладает энергией покоя само по себе. Иными словами, можно констатировать: для существования необходима энергия, сила, поддерживающая существование. Энергия лежит в основе всего существующего (этот «научный факт перекликается с богословием Григория Паламы о тварных энергиях и с учением Максима Исповедника о тварных логосах!).
2. До Эйнштейна было очевидно, что для существования энергии нужна масса, теперь это не обязательно. Формулы Эйнштейна объясняют возможность существования безмассовых объектов с энергией и импульсом. Наиболее известной из таких частиц является фотон – квант электромагнитного излучения («частичка света»).
Что Альберт Эйнштейн оставил миру? Часть 2
Подробнее...