5. Принципы теории Эйнштейна

Теперь был расчищен путь для выдвижения новых принципов, которые стали характерными для: физики XX века: теории относительности и квантовой теории. Целью науки в XX веке было построение; простой системы принципов, из которых факты, на- = блюденные физиками XX века, могли быть выведены математически. Больше уже не требовалось, чтобы, эти принципы или какие-либо из их непосредственных следствий находились в согласии с нашим повседневным опытом, или, другими словами, с обыденным здравым смыслом. Требовалась высокая степень логической простоты и согласие с уточненными экспериментами физиков XX века. В 1905 году Альберт Эйнштейн выдвинул свою теорию относитель* ности, которой суждено было стать первым камнем^ в построении здания физики XX века. Его целью было установить простые принципы, из которых' взаимодействие между движением материальных тел и распространением света могло быть выведено без введения гипотезы эфира или гипотезы Лорентца о распределении электрических зарядов в материальных частицах.

Для того чтобы найти эти новые законы, Эйнштейн начал с самого исключительного случая, анализ которого оказался невозможным с точки зрения старых законов движения и распространения света: с эксперимента Майкельсона. Как мы покат зали в § 3, этот эксперимент показал, что ньютоновская теорема относительности действительна также и для явлений распространения света, происходящего на движущихся системах, хотя, согласно ньютоновской механике и оптике, этого не должно было быть. Эйнштейн поэтому отважился на гипотезу, что принцип относительности, возможно, является принципом более высокой степени общности, чем ньютоновские законы движения и теория света, основанная на представлении о существовании эфира. Из последней он взял только один общий результат, который, по-видимому, был правдоподобным обобщением наблюденных фактов: в мире существует система отсчета F, в отношении которой свет распространяется сквозь вакуум с постоянной скоростью с, какой бы ни была скорость источника света в отношении F. Этот принцип называется принципом постоянства (принцип I). В добавление к нему Эйнштейн выдвинул принцип относительности (принцип II), который может быть сформулирован следующим образом: пусть система, F\ движется с постоянной скоростью q по прямой в отношении F. Пусть далее производится любой оптический или механический эксперимент с данными начальными условиями относительно F Тогда принцип относительности гласит, что результат эксперимента не зависит от qy или, другими словами, если начальные условия относительно ^даны, то дальнейшее движение и распространение света в отношении F' тем самым определены; они не зависят от q<

Из этих двух принципов могут быть получены результаты, которые, по-видимому, являются парадоксальными или даже самопротиворечивыми. Рассмотрим луч света, испускаемый источником, находящимся в покое в F. Очевидно, что этот свет распространяется в отношении системы F со скоростью е.; этот же самый источник имеет скорость q в отношении F'.

распространения относительно F' была бы с. Следовательно, один и тот же световой луч распространяется со скоростью с относительно F и с той же самой скоростью с относительно F\ хотя Ff имеет скорость q относительно F. Свет распространяется со скоростью с относительно F или любой другой системы F\ какой бы ни была ее скорость q относительно F. Это значит, что из принципов I и II мы можем вывести самопротиворечивый результат, или, другими словами, что принципы постоянства и относительности противоречат друг другу. На самом же деле это «противоречие» является нелогическим; оно получается только в том случае, если мы к принципам I и II добавим физическую интерпретацию (или операциональные определения) и предположим, что физические тела подчиняются законам ньютоновской механики и что световые волны распространяются в эфире. Коротко говоря, противоречат друг другу система, опирающаяся на принципы (I и II) Эйнштейна, и традиционные законы физики (механики и оптики).

Эйнштейн выдвинул совершенно новую систему физических законов, которая должна была охваты- вать механику и оптику; она должна была дать иной вывод электромагнитной картины мира в новой ; и упрощенной форме. Он начал не с дифференциаль- : ных уравнений электромагнитного поля Максвелла и • не с теории электронов (электрических зарядов) і Лорентца, а с принципов постоянства и относитель- \ ности (I и II). Если мы, как Эйнштейн, допустим, что оба принципа являются справедливыми, то они, і очевидно, должны быть совместимыми. А если так, ; то традиционные законы механики и оптики не могут ! быть точными. Следовательно, эти два принципа Эйнштейна включают необходимость изменения тра- , диционных законов физики (механики и оптики). : Принципы Эйнштейна эквивалентны новой теории j взаимодействия между наблюдаемым движением и распространением света. Подробно следствия этой теории будут изложены в следующем параграфе.