Часть 4

ОПТИКА. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Раздел 14 СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА. ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

14.7. Основные положения специальной теории относительности

В конце XIX в. физикам казалось, что последующие исследования только дополнять наши знания, а фундаментальных изменений не произойдет. Всю эту стройную и незыблемую извне «сооружение» теперь называют классической физикой. Общую гармонию нарушали физики лишь отдельные факты. Таким был, например, результат опыта Майкельсона. Объяснить его с помощью представлений классической физики не удалось. Лучше объяснил этот опыт X. Лоренц с помощью гипотезы сокращение тел. Теория Лоренца не только объяснила результаты опыта Майкельсона, но и по своей формальной математической теорией очень напоминала теорию Эйнштейна. Еще ближе к теории относительности были идеи выдающегося французского математика А. Пуанкаре. Однако теорию относительности создал А. Эйнштейн (а не А. Пуанкаре или X. Лоренц), потому что он глубже исследовал суть явлений.

Любая физическая теория прежде всего определяется не математическим аппаратом, а физическим ее содержанием. Главным направлением исследований X. Лоренца и А. Пуанкаре было приспособление классической физики к новых фактов с целью избавления эфира. Гипотеза сокращения была свободным предположением, которое никак нельзя было обосновать в рамках классической физики.

А. Эйнштейн имел совсем другую цель. Он не приспосабливал старую теорию, а создал качественно новую, которая сумела объяснить все новые факты, отбросив эфир. Основные положения специальной теории относительности А. Эйнштейн изложил в своей статье «К электродинамике движущихся тел» (1905 г.). Созданная А. Эйнштейном специальная теория относительности основывается на двух опытных фактах: принципе относительности и постоянства скорости света.

Принцип относительности - главный постулат теории Эйнштейна - формулируется так: в инерциальных системах отсчета все физические явления происходят одинаково. Иначе говоря, все физические законы в этих системах одинаковы. Следовательно, принцип относительности распространяется на все физические процессы, в том числе и на электромагнитные.

Однако теория относительности основывается не только на принципе относительности. Есть еще второй постулат: скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от направления его распространения, а также от направления и скорости движения источника и приемника.

В отличие от своих предшественников А. Эйнштейн видел в отрицательном результате опыта Майкельсона не случайны трудности, которые требовали того или другого столь же случайного объяснения, а проявление некоторого общего закона природы. Он заключался в том, что невозможно обнаружить прямолинейное и равномерное движение лаборатории относительно эфира (абсолютного пространства) не только механическими, но и оптическими методами. Обобщая этот результат, он выдвинул гипотезу, которая является расширением принципа относительности Галилея и называется принципом относительности Эйнштейна.

Принцип относительности Эйнштейна является таким самым достоверным научным фактом, как и утверждение о атомістичну структуру вещества или закон сохранения энергии. В связи с этим любая идея создание физического прибора (механического, оптического и т.д.) для выявления абсолютного движения системы должно быть безусловно отвергнуто, как и идея вечного двигателя.

Понятно, что принцип относительности делает надуманной и беспредметной гипотезу абсолютного пространства. Если во всех лабораториях, движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, все физические явления происходят одинаково, то нельзя отдать предпочтение одной из них. Одновременно оказываются лишними понятие абсолютного покоя и абсолютного движения. Любое движение относительное и следует иметь в виду лишь движение одного тела относительно другого.

Гипотеза эфира как непрерывного упругой среды внутренне противоречива. Действительно, если справедлив принцип относительности Эйнштейна и физические явления происходят одинаково во всех инерциальных системах, то в одной из этих систем не должен проявляться «эфирный ветер». Это означало бы, что эфир должен быть в состоянии покоя относительно любой из этих лабораторий, что явно бессмысленно. Следовательно, принцип относительности Эйнштейна не совместим с гипотезой о существовании эфира.

Поскольку принцип относительности Эйнштейна вытесняет из физики то гипотетическое упругая среда, в которой, согласно волновой теорией, распространяются электромагнитные (в том числе световые) волны, то перед физиками снова встал вопрос о природе света, которое казалось окончательно решенным. Ответ на него дал А. Эйнштейн, создав 1905 г. основы квантовой теории света.