История и методология естествознания. Кудрявцев С.П. - 33 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Чтобы понять теорию Эйнштейна, обратимся к принципу относительности, сформулированному Галиле-
ем. Согласно его принципу все механические законы одинаковы для всех движущихся систем отсчета, при ус-
ловии, что они движутся равномерно и прямолинейно по отношению к неподвижным звездам. Или иначе – в
движущемся равномерно и прямолинейно корабле, с зашторенными окнами (как в примере Галилея), никакими
мыслимыми опытами невозможно установить, движется ли корабль, или покоится. Корабль, движущийся рав-
номерно и прямолинейно – это пример движущейся системы отсчета, которая называется инерциальной. Гали-
лей в своем принципе относительности ограничился только механическими движениями и только инерциаль-
ными системами отсчета. Эйнштейн обобщает принцип относительности Галилея, распространив его и на элек-
тромагнитные явления и, вообще, на все физические явления. В общей теории относительности Эйнштейн рас-
ширяет принцип относительности Галилея и на системы отсчета, движущиеся любым образом, а не только рав-
номерно и прямолинейно. Но это обобщение вело к коренной ломке обычных представлений о мире и сложив-
шихся научных воззрений. Обратимся к процессу распространения света. Как мы знаем из предыдущего мате-
риала, свет есть электромагнитное явление, это поперечная электромагнитная волна. К середине XIX столетия
была найдена величина скорости света и установлена ее конечность. Встал вопрос о влиянии движения тел на
процессы распространения света. Незадолго до своей смерти Максвелл написал письмо астроному Тодду, в
котором говорил о принципиальной возможности обнаружения движения Земли относительно эфира, гипоте-
тической среды, в которой распространяется свет, но при этом оговаривался, что чувствительность прибора для
обнаружения такого эффекта должна быть очень высока, порядка 10
–8
, и Максвелл считал ее недостижимой в то
время. Однако, в 1881 г. молодой американский ученый Альберт Майкельсон (1852 – 1931) сконструировал
прибор, обладающей такой чувствительностью – знаменитый интерферометр Майкельсона, и попытался проде-
лать этот эксперимент в лаборатории немецкого ученого Г. Гельмгольца в Берлине. Однако, вибрации здания
лаборатории не позволили ему осуществить этот тонкий эксперимент, и Майкельсон переезжает в Потсдам, где
установил свой прибор на прочном фундаменте для большого телескопа. Результат его опыта был отрицатель-
ным. Никакого движения Земли относительно эфира он не обнаружил. Более поздние опыты с усовершенство-
ванным прибором и в сотрудничестве с другими учеными дали также отрицательные результаты. Это противо-
речило всем теориям, существующим в то время, за исключением теории Герца, который предположил, что
эфир, находящийся в движущихся телах, полностью увлекается ими. Но теория полного увлечения эфира про-
тиворечила, в свою очередь, другим фактам, в частности, явлению аберрации. Явление аберрации было открыто
английским астрономом Брадлеем (1693 – 1762). Наблюдая за неподвижными звездами, он заметил, что на са-
мом деле эти звезды в течение года описывают замкнутые траектории. Этот факт Брадлей объяснил движением
Земли относительно неподвижных звезд, т.е. этот факт говорил о неподвижности эфира. Для выхода из этого
противоречия Г. Лоренц (1853 – 1928), автор теории неподвижного эфира, выдвигает гипотезу сокращения
продольных размеров тел, движущихся относительно неподвижного эфира, при этом поперечные размеры тела
остаются неизменными. Этим он объяснил отрицательный результат опыта Майкельсона. Так, появилось зна-
менитое сокращение Лоренца, вошедшее в специальную теорию относительности. В ней формула сокращение
масштабов движущихся тел имеет вид:
2
0
1 β−×= ll , где
c
v
=β
– скорость движения тела; с – скорость света;
l – длина тела в движущейся системе отсчета; l
0
– длина тела в покоящейся системе отсчета. Независимо от Ло-
ренца к такому же выводу пришел ирландский ученый Фитцджеральд (1851 – 1901).
Нельзя сказать, что эта гипотеза сокращения Лоренца–Фитцджеральда удовлетворила ученых. Экспери-
ментаторы ставили новые эксперименты по обнаружению движения Земли через эфир. Теоретики уточняли
теорию электромагнитных явлений в движущихся телах. Пуанкаре и Лоренцу удалось получить удовлетвори-
тельную теорию, описывающую это явление ценой введения специальных преобразований координат и време-
ни при переходе от неподвижных систем координат к движущимся.
В 1905 г., вскоре после работ Лоренца и Пуанкаре, появилась работа Эйнштейна "К электродинамике дви-
жущихся сред", значение которой далеко выходило за рамки этой специальной темы. Эйнштейн поставил во-
прос принципиально: а почему, собственно, опыт Майкельсона должен удаться? Разве Галилей не решил во-
проса в том смысле, что не существует физики земной, корабельной, и т.д., что физика одна для всех инерци-
альных систем. Законы физики, как и механики, так и электродинамики, не зависят от скорости движения сис-
темы отсчета, при условии, что эта скорость не меняется. Поэтому опыт Майкельсона не может удаться, это
противоречило бы фундаментальному научному принципу – принципу относительности.
Но что показывает опыт Майкельсона? То, что скорость света в движущейся системе такая же, что и в по-
коящейся. Распространение света не зависит от движения системы. Эйнштейн считает, что так и должно быть,
это фундаментальный закон природы. Попробуем понять этот принцип Эйнштейна. Допустим, что скорость
света зависит от движения системы, или от движения источника света. К чему бы это привело? Представим
себе, что скорость света уменьшилась и стала сравнима с земными скоростями. Могли ли мы видеть тогда ус-
тойчивую картину явлений, если бы для каждого движущегося предмета была бы своя скорость света? Конечно
нет. В мире с малой скоростью света, меняющейся хаотически от предмета к предмету, было бы невозможно
ориентироваться. Но мир таков, что скорость света очень велика. По Эйнштейну она достигает максимальной
величины скорости любых материальных процессов, является предельной скоростью и совершенно не зависит
от скорости движения как источника, так и наблюдателя – она абсолютный инвариант. И именно это об-
стоятельство обеспечивает возможность ориентировки в мире и возможность его познания. Всякое другое по-
ложение дел невероятно усложнило бы жизнь человека в мире. Эйнштейн сделал важный вывод из факта по-
стоянства скорости света. Он показал, что благодаря этому обстоятельству для каждой системы отсчета может
быть установлено единообразное время. Как мы знаем, Ньютон допускал существование единого абсолютного

Страницы