Эйнштейн и теория относительности

На рубеже двух веков предпринята не одна попытка преодолеть разрыв теорий Максвелла и Ньютона. Последняя принадлежит А. Пуанкаре на основе классического принципа относительности Лоренца. Идея эфира в ней сохранена, как и законы движущихся относительно друг друга прямолинейным и равномерным образом систем. Работы Лоренца и Максвелла появились в конце XIX— начале XX веков.

Однако в 1905 г. А. Эйнштейн (1879—1955) опубликовал историческую статью «К электродинамике движущихся сред», где были сформулированы принципы частной теории относительности. «Явления в электродинамике, — писал он, — так же, как и в механике, не обладают свойствами, относящимися к идее абсолютного покоя... законы электродинамики и оптики распространяются на все системы отсчета, включая механические». Эйнштейн предложил в качестве постулата другой тезис, согласно которому «свет распространяется в пустом пространстве с определенной скоростью, которая не зависит от движения испускающего свет тела». Первый постулат элиминирует эфир, второй видимым образом ему противоречит. Однако Эйнштейн переосмысливает традиционные понятия пространства и времени. Контраст с привычным опытом демонстрируют следующие теоремы:

— длина тела, находящегося в движении, больше длины покоящегося тела;

— два одновременных по отношению к наблюдателю явления могут быть неодновременными один по отношению к другому;

— длина стержня связана с направлением его движения: масса тела увеличивается с увеличением скорости.

Наконец, знаменитая формула E = mс ²связала массу с энергией. Все эти выводы были подкреплены множеством экспериментов. Переход от классической механики к частной теории относительности был назван Куном научной революцией, ибо произошла глобальная смена основания теории. Только через одиннадцать лет Эйнштейн предложил более обобщенную, чем прежняя, теорию. Законы физики не меняются в любой системе отсчета, даже в системе, движущейся с ускорением, если учитываются гравитационные эффекты, — такова суть общей теории относительности. Эйнштейн констатирует, что масса тела остается постоянной, если она

Эйнштейн; Планк 651

измерена согласно общему закону гравитации (второму закону динамики: инерционная масса равна гравитационной массе).

Отсюда следует возможность соотнесения любого эффекта ускорения с соответствующими гравитационными полями, что меняет геометрическую структуру пространства. Получается, что любая физическая проблема решается, в конечном счете, через изучение геометрических свойств пространства. Общая теория относительности включает в себя как элемент частную теорию относительности, сохраняя все ее выводы и присоединяя к ним новые, вытекающие из новых экспериментальных данных. Среди последних — точные траектории движения планет, искривление светового луча в гравитационном поле и смещение спектральных линий в зоне света, испускаемого звездами большой массы. Так был открыт путь развития «нормальной» науки со все более мощной разработкой математического аппарата, с одной стороны, и, с другой — с проверкой теоретических конструкций экспериментальными данными, что всегда давало позитивный результат. Из новейших экспериментов на эту тему наиболее интересными представляются те, что связаны с изучением гравитационных волн космического происхождения.