Можна уявити собі розчарування читача, який закінчив попередній розділ. Цілий розділ було присвячено пошукам системи відліку, в якій швидкість світла незалежно від напрямку була б c, і все марно. Сподівалися пов'язати цю систему з джерелом світла — не вдалося. Явище річної аберації зір підтверджує, що середовище, в якому поширюється світло, також не є шуканою системою. Результат досліду можна пояснити лише за допомогою гіпотези світового ефіру, але це пояснення суперечить досліду Майкельсона — Морлі. Дослід Майкельсона — Морлі свідчить, що швидкість світла відносно Землі за всіма напрямками однакова. Оскільки Земля не перебуває в привілейованому положенні щодо інших тіл Всесвіту, то байдуже, відносно чого вимірювати швидкість світла у вакуумі; в результаті ми завжди матимемо с. Однак це здається абсурдом! Ви сидите, наприклад, у космічному кораблі, що мчить до Сонця, і отримуєте під час вимірювання швидкості світла, яке йде від Сонця, те саме число, що й на Землі.
Проте розсудливі читачі можуть сказати: «Не біда, що все заплутано. Більша частина книги ще попереду, може, там усе поступово й з'ясується». Справді, тут, як і під час читання захопливого роману, нетерплячий читач може зазирнути в кінець книги, якщо не стає терпцю чекати на розв'язку. А що мали відчувати вчені, які самі ставили ці досліди? Їм не було звідки дізнатися остаточну відповідь. Щоб розв'язати цю проблему, робилися різні припущення. Експерименти ставилися один за одним, а труднощі не зникали. Результат досліду Майкельсона — Морлі остаточно заплутав проблему. Тепер навіть не знали, за що взятися. Дослід повторювали неодноразово, дедалі збільшуючи точність вимірювань. Але досліди з дедалі більшою точністю підтверджували, що швидкість світла відносно Землі однакова за всіма напрямками.
Зазвичай учений відкриває нові закони, спираючись на усталені ідеї та уявлення. Але одного чудового дня виявляється, що непорушні досі істини більше не годяться. Для пояснення нових явищ старі ідеї виявляються непридатними, а інших ідей поки що немає. Ученим деякий час доводиться, образно кажучи, брести навпомацки. Відкриттю нового заважає ще й те, що деякі вчені, хто більшою, хто меншою мірою, перебувають у полоні старого способу мислення. Щоб вийти зі сліпого кута, треба сміливо відкинути старе й знайти нове, яким би незвичним і чужим воно спочатку не здавалося. Рано чи пізно період невідання скінчиться — сміливому мислителеві вдасться знайти нову провідну ідею. Стануть зрозумілими причини всіх труднощів, що траплялися дотепер, і перед наукою відкриються нові, ширші перспективи.
Після досліду Майкельсона — Морлі у фізиці почався саме такий «смутний» час. Результати дослідів, описаних у попередньому розділі, та інших аналогічних їм дослідів намагалися пояснити різними способами.
Наприклад, нідерландський фізик Г. А. Лоренц припускав, що тіла, які рухаються в абсолютному просторі, скорочуються в напрямку руху.
Обравши відповідну величину скорочення, він справді зумів узгодити свою теорію з результатом досліду Майкельсона — Морлі. Незважаючи на це, теорію Лоренца не можна було вважати розв'язанням проблеми по суті, бо вона не пояснювала, з яких причин тіла, що рухаються в абсолютному просторі, повинні скорочуватися в напрямку свого руху. Проте теорія Лоренца містила цінну ідею, яку пізніше змогла використати теорія відносності.
Глибше, ніж Лоренц, зрозумів проблему французький математик Анрі Пуанкаре. Він здогадався, що класичний принцип відносності треба замінити загальнішим принципом. Пуанкаре сформулював узагальнення, яке пізніше стали називати спеціальним принципом відносності. Крім того, Пуанкаре вдалося вивести низку формул теорії відносності. Таким чином, уже в 1904 р. Пуанкаре був на межі відкриття теорії відносності, але переступити цю межу йому не вдалося. Причина, мабуть, полягала в його філософських поглядах. Пуанкаре вважав, що одні й ті самі явища природи завжди можна описувати кількома рівноправними теоріями. Проте він не обмовляв, що одна з цих теорій відображає природу, а інші є штучними побудовами. Природно, що подібні погляди не сприяли створенню нової теорії. Пуанкаре не надавав своїм дослідженням з теорії відносності особливого значення.
Він не розумів повністю фізичного змісту своїх формул. Творцем нової теорії? став 26-річний експерт Бернського патентного бюро Альберт Ейнштейн. Його стаття «До електродинаміки рухомих тіл» з'явилася 1905 р. Цей рік став роком народження теорії відносності.
Що ж зробив Ейнштейн?
Виявити абсолютну систему відліку в досліді Майкельсона — Морлі всупереч сподіванню не вдалося. Ейнштейн знайшов у собі сміливість сказати, що, отже, міркування, які породжували надію відшукати абсолютну систему відліку, були необґрунтованими. Закони природи мають бути такими, щоб вони не давали жодної надії на відкриття абсолютної системи відліку. Абсолютної системи відліку в природі не існує. Це означає, що всі інерціальні системи, як і раніше, залишаються рівноправними, жодна з них не вирізняється серед інших. Ейнштейн сформулював так званий спеціальний принцип відносності: для опису явищ природи всі інерціальні системи рівноправні. Іншими словами, якщо закон природи має місце в одній системі відліку, то він справедливий і в усіх інших системах відліку, що рухаються відносно першої рівномірно й прямолінійно.
З досліду Майкельсона — Морлі випливало, що швидкість світла відносно Землі за всіма напрямками дорівнює c. Оскільки явища, зумовлені неінерціальністю Землі як тіла відліку в досліді Майкельсона — Морлі, незначні, то можна сказати, що швидкість світла в зв'язаній із Землею інерціальній системі незалежно від напрямку дорівнює с. Ейнштейн припустив, що цей результат є законом природи, який має місце в усіх інерціальних системах. Швидкість світла в усіх інерціальних системах незалежно від напрямку є с — ось інший (поряд з принципом відносності) наріжний камінь теорії відносності. Легко помітити, що спеціальний принцип відносності є узагальненням класичного принципу відносності. В останньому йдеться лише про механічний рух і його закони, у першому ж — про всі явища природи та їхні закони.
Геній Ейнштейна саме в тому й виявився, що він, спираючись на результати досліду Майкельсона — Морлі, поширив сферу дії принципу відносності на всі явища природи, тоді як раніше його вважали справедливим лише в механіці.
У спеціальному принципі відносності йдеться про інерціальні системи, тобто системи, які рухаються одна відносно одної рівномірно й прямолінійно. Але рівномірний і прямолінійний рух є лише певним, окремим видом руху, тому цей принцип і має назву спеціального принципу відносності. Згодом Ейнштейн узагальнив принцип відносності, замінивши рівномірний і прямолінійний рух систем будь-яким прискореним рухом.
Гендрік Антон Лоренц
Анрі Пуанкаре
Альберт Ейнштейн (У роки створення теорії відносності)
Проте розсудливі читачі можуть сказати: «Не біда, що все заплутано. Більша частина книги ще попереду, може, там усе поступово й з'ясується». Справді, тут, як і під час читання захопливого роману, нетерплячий читач може зазирнути в кінець книги, якщо не стає терпцю чекати на розв'язку. А що мали відчувати вчені, які самі ставили ці досліди? Їм не було звідки дізнатися остаточну відповідь. Щоб розв'язати цю проблему, робилися різні припущення. Експерименти ставилися один за одним, а труднощі не зникали. Результат досліду Майкельсона — Морлі остаточно заплутав проблему. Тепер навіть не знали, за що взятися. Дослід повторювали неодноразово, дедалі збільшуючи точність вимірювань. Але досліди з дедалі більшою точністю підтверджували, що швидкість світла відносно Землі однакова за всіма напрямками.
Зазвичай учений відкриває нові закони, спираючись на усталені ідеї та уявлення. Але одного чудового дня виявляється, що непорушні досі істини більше не годяться. Для пояснення нових явищ старі ідеї виявляються непридатними, а інших ідей поки що немає. Ученим деякий час доводиться, образно кажучи, брести навпомацки. Відкриттю нового заважає ще й те, що деякі вчені, хто більшою, хто меншою мірою, перебувають у полоні старого способу мислення. Щоб вийти зі сліпого кута, треба сміливо відкинути старе й знайти нове, яким би незвичним і чужим воно спочатку не здавалося. Рано чи пізно період невідання скінчиться — сміливому мислителеві вдасться знайти нову провідну ідею. Стануть зрозумілими причини всіх труднощів, що траплялися дотепер, і перед наукою відкриються нові, ширші перспективи.
Після досліду Майкельсона — Морлі у фізиці почався саме такий «смутний» час. Результати дослідів, описаних у попередньому розділі, та інших аналогічних їм дослідів намагалися пояснити різними способами.
Наприклад, нідерландський фізик Г. А. Лоренц припускав, що тіла, які рухаються в абсолютному просторі, скорочуються в напрямку руху.
Обравши відповідну величину скорочення, він справді зумів узгодити свою теорію з результатом досліду Майкельсона — Морлі. Незважаючи на це, теорію Лоренца не можна було вважати розв'язанням проблеми по суті, бо вона не пояснювала, з яких причин тіла, що рухаються в абсолютному просторі, повинні скорочуватися в напрямку свого руху. Проте теорія Лоренца містила цінну ідею, яку пізніше змогла використати теорія відносності.
Глибше, ніж Лоренц, зрозумів проблему французький математик Анрі Пуанкаре. Він здогадався, що класичний принцип відносності треба замінити загальнішим принципом. Пуанкаре сформулював узагальнення, яке пізніше стали називати спеціальним принципом відносності. Крім того, Пуанкаре вдалося вивести низку формул теорії відносності. Таким чином, уже в 1904 р. Пуанкаре був на межі відкриття теорії відносності, але переступити цю межу йому не вдалося. Причина, мабуть, полягала в його філософських поглядах. Пуанкаре вважав, що одні й ті самі явища природи завжди можна описувати кількома рівноправними теоріями. Проте він не обмовляв, що одна з цих теорій відображає природу, а інші є штучними побудовами. Природно, що подібні погляди не сприяли створенню нової теорії. Пуанкаре не надавав своїм дослідженням з теорії відносності особливого значення.
Він не розумів повністю фізичного змісту своїх формул. Творцем нової теорії? став 26-річний експерт Бернського патентного бюро Альберт Ейнштейн. Його стаття «До електродинаміки рухомих тіл» з'явилася 1905 р. Цей рік став роком народження теорії відносності.
Що ж зробив Ейнштейн?
Виявити абсолютну систему відліку в досліді Майкельсона — Морлі всупереч сподіванню не вдалося. Ейнштейн знайшов у собі сміливість сказати, що, отже, міркування, які породжували надію відшукати абсолютну систему відліку, були необґрунтованими. Закони природи мають бути такими, щоб вони не давали жодної надії на відкриття абсолютної системи відліку. Абсолютної системи відліку в природі не існує. Це означає, що всі інерціальні системи, як і раніше, залишаються рівноправними, жодна з них не вирізняється серед інших. Ейнштейн сформулював так званий спеціальний принцип відносності: для опису явищ природи всі інерціальні системи рівноправні. Іншими словами, якщо закон природи має місце в одній системі відліку, то він справедливий і в усіх інших системах відліку, що рухаються відносно першої рівномірно й прямолінійно.
З досліду Майкельсона — Морлі випливало, що швидкість світла відносно Землі за всіма напрямками дорівнює c. Оскільки явища, зумовлені неінерціальністю Землі як тіла відліку в досліді Майкельсона — Морлі, незначні, то можна сказати, що швидкість світла в зв'язаній із Землею інерціальній системі незалежно від напрямку дорівнює с. Ейнштейн припустив, що цей результат є законом природи, який має місце в усіх інерціальних системах. Швидкість світла в усіх інерціальних системах незалежно від напрямку є с — ось інший (поряд з принципом відносності) наріжний камінь теорії відносності. Легко помітити, що спеціальний принцип відносності є узагальненням класичного принципу відносності. В останньому йдеться лише про механічний рух і його закони, у першому ж — про всі явища природи та їхні закони.
Геній Ейнштейна саме в тому й виявився, що він, спираючись на результати досліду Майкельсона — Морлі, поширив сферу дії принципу відносності на всі явища природи, тоді як раніше його вважали справедливим лише в механіці.
У спеціальному принципі відносності йдеться про інерціальні системи, тобто системи, які рухаються одна відносно одної рівномірно й прямолінійно. Але рівномірний і прямолінійний рух є лише певним, окремим видом руху, тому цей принцип і має назву спеціального принципу відносності. Згодом Ейнштейн узагальнив принцип відносності, замінивши рівномірний і прямолінійний рух систем будь-яким прискореним рухом.
Гендрік Антон Лоренц
Анрі Пуанкаре
Альберт Ейнштейн (У роки створення теорії відносності)