Усе це не залишало б бажати нічого кращого, якби не деякі факти, що вперто не хотіли вкладатися в таку струнку й логічно завершену схему. Особливо норовливими в цьому розумінні виявилися закони поширення світла.
Швидкість світла вперше було виміряно в 1675 році. Вона виявилася колосальною — близько 300000 км/с. Зрозуміло, що малою вона виявитися й не могла — адже довгий час вважали, що світло поширюється миттєво. Проте швидкість — поняття відносне. Говорячи про швидкість світла, ми повинні вказати, відносно якого тіла вона становить 300 000 км/с. Принцип є принципом.
Ось тут-то природа й поставила перед фізиками велике завдання.
Справді, до якого тіла віднести швидкість світла? Мабуть, перше, що тут може спасти на думку — це припустити, що світло рухається зі швидкістю 300 000 км/с відносно свого джерела.
Іншими словами, швидкість світла має складатися зі швидкістю джерела, достоту як швидкість кулі складається зі швидкістю рушниці, з якої вона вилетіла. Але лихо в тому, що ця гіпотеза ніяк не узгоджується з деякими астрономічними спостереженнями.
Астрономи відкрили на небі велику кількість так званих подвійних зір, тобто пар зір, що перебувають одна від одної на порівняно невеликій відстані й обертаються одна навколо одної за законом всесвітнього тяжіння. Для багатьох подвійних зір вдалося виміряти їхню відстань від Землі, відстань одна від одної та швидкість обертання. І ці результати дозволяють винести гіпотезі «рушниці й кулі» найнедвозначніший і найбезапеляційніший вирок.
Уявімо собі (рис. 3), що зоря B обертається навколо зорі A за годинниковою стрілкою. У положенні 1 швидкість світла, яке вона посилає на Землю, має складатися зі швидкістю зорі, а в положенні 2 швидкість зорі віднімалася б від швидкості світла. І хоч зорі рухаються порівняно зі світлом надзвичайно повільно, все ж цієї різниці швидкостей цілком досить, щоб упродовж свого довгого мандрування «швидке» світло наздогнало й випередило «повільне», перш ніж обоє вони потраплять у приготовану для них пастку— об'єктив телескопа. Неважко уявити собі, що тоді мав би побачити астроном. Якщо обидва промені дійдуть до нього одночасно, він замість подвійної зорі побачить потрійну, бо, крім центрального світила, свій «привіт» надішле йому й супутник, причому відразу у двох примірниках, із двох різних місць. Якщо відстань ще більша, то спостерігач побачить зорю-супутник у положенні 2 раніше, ніж у положенні 7, а часом супутник навіть подвоюватиметься. Але жодних таких зоряних «привидів» на небі ніхто ніколи не бачив, хоча, згідно з точними розрахунками, вони неодмінно мали б спостерігатися. Доводиться визнати, що наша гіпотеза про швидкість світла суперечить досвідові й має бути відкинута.
Отже, швидкість світла не може залежати від швидкості джерела. Існує ще один вихід — припустити, що світло поширюється в якомусь середовищі, подібно до того, як звук поширюється в повітрі. На це вказує й хвильова природа світла. Швидкість звуку дорівнює ~ 330 м/с відносно повітря. Швидкість світла має дорівнювати 300 000 км/с відносно гіпотетичного світлоносного середовища.
Теорія, що визнає існування особливого світлоносного середовища — ефіру — існувала у фізиці досить довго. Згідно з цією теорією, світло є пружними коливаннями ефіру, так само як звук — це пружні коливання повітря. Успіхи гідродинаміки й акустики вказали шлях до побудови точної математичної теорії руху ефіру. Проте, незважаючи на те, що теорія ефіру спромоглася дати якісне пояснення багатьом оптичним явищам, для точного кількісного узгодження теорії з досвідом ефір довелося наділити дуже дивними й навіть фантастичними властивостями. Він мав бути невагомим, не міг чинити опору рухові тіл і водночас вільно проникати всередину принаймні всіх прозорих середовищ. Коротше кажучи, ефір дедалі підозріліше скидався на ті самі гіпотетичні «середовища» і «рідини», що свого часу були вигадані для пояснення недостатньо досліджених явищ і які було скасовано подальшим розвитком науки. Наприклад, для пояснення явища горіння було винайдено флогістон. Розвиток хімії призвів до відмови від цієї гіпотези. Така сама доля спіткала й теплород — «рідину», покликану пояснити теплові явища. Теорія електронів не залишила каменя на камені й від «електричних рідин». У такій ситуації ефір виглядав якимось «останнім з могікан». Його терпіли остільки, оскільки замінити його було нічим.
Але нас цікавить насамперед питання про швидкість світла. Чи може теорія ефіру пояснити всі дослідні факти?
Рухаючись навколо Сонця, Земля летить крізь ефір. Але тоді зі світлом має відбуватися явище, подібне до косого дощу. Коли немає вітру, краплі дощу падають вертикально. Але якщо такий дощ спостерігати з вікна вагона під час руху, він буде косим, його краплі падатимуть під кутом, тим гострішим, чим більша швидкість потяга. Навпаки, якщо спостерігач нерухомий, але дме вітер, дощ знову-таки буде косим. Так само промені світла від зір, які насправді перебувають у нас просто над головою, мають падати на землю дещо навскоси (з погляду земних спостерігачів). Рис. 4 пояснює це явище. Поки промінь світла, випущений зорею, йде від об'єктива телескопа до його окуляра, сам телескоп разом із Землею встигає просунутися на деяку відстань праворуч, так що для того, щоб «піймати» цей промінь в окуляр, спостерігач мусить нахилити трубу дещо вперед за напрямком руху Землі. Тому ми повинні бачити цю зорю не на її справжньому місці, а зсунутою вперед. Якби Земля рухалася рівномірно й прямолінійно, цей зсув виявити було б неможливо — адже «істинні» напрямки на зорі нікому не відомі, не можна ж, справді, попросити Землю на хвилинку зупинитися,— але, на щастя, Земля рухається не по прямій, а по еліпсу. Відповідно до цього й зорі мають описувати на небі маленькі еліпси.
Таке явище справді було виявлено ще в 1725 році англійським астрономом Бредлі, який витратив багато сил і часу на пошуки на небі доказів руху Землі. Це явище дістало назву аберації; величина аберації виявилася в чудовій згоді зі швидкістю руху Землі навколо Сонця.
Здавалося б, усе гаразд — Земля летить крізь ефір, її обдуває «ефірний вітер», створюючи аберацію. Цікаво було б знайти швидкість Землі відносно ефіру! Аберація такої можливості нам не дає — вона дозволяє визначити лише різницю швидкостей Землі в один і в інший бік, яку ми й без того добре знаємо.
Але ж для знаходження істинної швидкості руху Землі відносно ефіру, здавалося б, досить виміряти швидкість світла у двох перпендикулярних напрямках—уздовж руху Землі й упоперек. Ці швидкості будуть, взагалі кажучи, різні, бо «ефірний вітер» змінюватиме швидкість світла в поздовжньому напрямку. У поперечному ж напрямку швидкість світла виявиться незмінною. Різниця цих швидкостей і дасть шукану швидкість «ефірного вітру», що дорівнює швидкості Землі. Проте зробити це виявилося не так-то просто, хоча швидкість світла фізики навчилися вимірювати з досить високим ступенем точності. Річ у тім, що ця швидкість така велика, що для її вимірювання довелося розробити спеціальні, особливо точні методи. Усі вони так чи інакше засновані на явищі інтерференції світла. Для цього треба було змусити промінь світла після деякої мандрівки повернутися назад, до вихідної точки, де він мав взаємодіяти із самим собою, вірніше, з іншою частиною того самого променя. Отже, якщо ми спробуємо направити світло за напрямком руху Землі, воно неминуче мусить пройти таку саму відстань і в зворотному напрямку. При цьому різниця швидкостей «туди» й «назад» компенсуватиметься, ми дістанемо лише середню швидкість, яка дорівнює швидкості світла в поперечному напрямку. Тут утворилося якесь зачароване коло.
Під час докладнішого розгляду питання з'ясувалося, що все ж компенсація швидкостей відбувається не повністю — деяка, надзвичайно мала, різниця все ж залишається. І фізики-експериментатори зосередили свої зусилля на тому, щоб вловити й виміряти цю різницю.
Перший дослід було поставлено в 1881 році американським фізиком Майкельсоном. Відтоді цей дослід багато разів у різних варіантах повторювався як самим Майкельсоном, так і іншими дослідниками, причому точність вимірювань безперервно зростала. Усі ці вимірювання якнайвизначеніше показували, що швидкість світла в усіх напрямках однакова — ніякого «ефірного вітру» не існує.
Не відразу фізики усвідомили, яка катастрофа на них насувається. Цікаво, що, зустрічаючи перший день нового двадцятого століття, знаменитий англійський фізик Томсон у своїй новорічній промові схарактеризував стан у фізиці як цілком благополучний, зазначивши лише дві «хмарки», однією з яких був якраз негативний результат досліду Майкельсона. Хто б міг подумати, що з цих невинних «хмарок» незабаром гряне такий грім і такі блискавки, що справа закінчиться цілковитим переглядом усього фізичного світогляду й виникненням двох нових наук — теорії відносності та квантової механіки...
Після того як фізики хочеш не хочеш мусили визнати результат досліду Майкельсона, події почали розгортатися з загрозливою швидкістю. Адже йшлося аж ніяк не тільки про дивну поведінку світла. До того часу найбільшим англійським фізиком-теоретиком Максвеллом було розроблено дуже струнку, послідовну й досконалу теорію електромагнітного поля, що становить узагальнення всіх відомих на той час електричних і магнітних явищ. Ця теорія вперше виявилася здатною з єдиного погляду пояснити все розмаїття накопичених у цій галузі фактів і закономірностей, а також передбачити цілу низку нових, невідомих на той час явищ. Одним із таких явищ були електромагнітні хвилі. Досліджуючи властивості своїх рівнянь, Максвелл дійшов висновку, що за певних умов електромагнітне поле здатне здійснювати коливання, які мають поширюватися на всі боки, немов кола на воді. Ці хвилі незабаром виявив на досліді Герц, а в 1895 році наш великий співвітчизник О. С. Попов успішно використав ці хвилі для зв'язку на відстані без дротів. Так виникло радіо.
Обчислюючи швидкість електромагнітних хвиль, Максвелл виявив, що вона має дорівнювати 300000 км/с. Тут він уперше зрозумів, що світло — це електромагнітні коливання.
Тим самим, проте, усе, що стосувалося швидкості світла, якнайбезпосередніше зачіпало всю теорію електромагнітного поля. Швидкість світла фігурує як коефіцієнт мало не в усіх рівняннях Максвелла. Але ж усяка швидкість є величина відносна. Отже, якщо двоє дослідників, які рухаються один відносно одного, вивчають те саме електромагнітне явище, то його закони виглядатимуть для одного спостерігача інакше, ніж для іншого — коефіцієнти в рівняннях Максвелла будуть різні. А це означає, що теорія Максвелла не підпорядковується принципові відносності...
Дослід Майкельсона найдивнішим і найнесподіванішим чином урятував теорію Максвелла від цього тяжкого звинувачення. Швидкість світла виявилася незалежною не лише від джерела, а й від спостерігача. Коефіцієнти рівнянь електромагнітного поля тим самим ставали сталими. Але від цього становище у фізиці аж ніяк не поліпшувалося. Адже в такому разі під ударом опинявся сам принцип відносності Галілея! Справді, він стверджує, що всяка швидкість відносна. І не слід забувати про аберацію, яка якнайвизначеніше показує наявність «ефірного вітру».
Як тут бути? Як завжди в таких випадках, фізики спочатку вдалися до всіляких хитрощів, силкуючись якось витлумачити всі ці факти в рамках класичного принципу відносності Галілея. Було перепробувано найрізноманітніші моделі ефіру. Але найбільших успіхів на цьому шляху досяг голландський фізик Лоренц. Він припустив, що «ефірний вітер», наскрізь «продуваючи» всі тіла, діє на них таким чином, що ці тіла скорочують свої розміри в напрямку руху. Якщо припустити, що такого скорочення зазнають усі деталі, з яких побудовано прилад Майкельсона, то виявиться, що цей прилад даватиме однакові покази, якою б не була швидкість «ефірного вітру». Таким чином, за Лоренцом, швидкість світла, як їй і належить, є величина відносна. Але цієї відносності, внаслідок ефекту лоренцового скорочення, ми помітити не в змозі.
Крім того, Лоренц здобув ще один важливий результат. Розробляючи на основі теорії Максвелла свою електронну теорію, він виявив, що рівняння Максвелла підпорядковуються якомусь новому принципові відносності. Однак фізичного тлумачення цьому принципові Лоренц дати не зміг; у нього він мав суто математичне, формальне значення.
У 1905 році в одному науковому журналі з'явилася невелика стаття мало кому на той час відомого автора А. Ейнштейна, фізика за освітою, який служив тоді в Швейцарії в патентному бюро. Стаття називалася «До електродинаміки рухомих тіл» і містила принципово новий підхід до всього питання загалом. Основна думка Ейнштейна полягала в тому, що суперечності, у яких, здавалося, безнадійно заплуталася фізика,— суперечності зовсім іншого порядку, ніж досі уявлялося. Вони походять не від того, що ніяк не вдається придумати достатньо дотепного пояснення результатові досліду Майкельсона, а від того, що уявлення фізиків про такі фундаментальні поняття, як простір і час, не зовсім відповідають дійсності. І Ейнштейн дав нову теорію простору й часу, створивши нову науку — "теорію відносності".
Швидкість світла вперше було виміряно в 1675 році. Вона виявилася колосальною — близько 300000 км/с. Зрозуміло, що малою вона виявитися й не могла — адже довгий час вважали, що світло поширюється миттєво. Проте швидкість — поняття відносне. Говорячи про швидкість світла, ми повинні вказати, відносно якого тіла вона становить 300 000 км/с. Принцип є принципом.
Ось тут-то природа й поставила перед фізиками велике завдання.
Справді, до якого тіла віднести швидкість світла? Мабуть, перше, що тут може спасти на думку — це припустити, що світло рухається зі швидкістю 300 000 км/с відносно свого джерела.
Іншими словами, швидкість світла має складатися зі швидкістю джерела, достоту як швидкість кулі складається зі швидкістю рушниці, з якої вона вилетіла. Але лихо в тому, що ця гіпотеза ніяк не узгоджується з деякими астрономічними спостереженнями.
Астрономи відкрили на небі велику кількість так званих подвійних зір, тобто пар зір, що перебувають одна від одної на порівняно невеликій відстані й обертаються одна навколо одної за законом всесвітнього тяжіння. Для багатьох подвійних зір вдалося виміряти їхню відстань від Землі, відстань одна від одної та швидкість обертання. І ці результати дозволяють винести гіпотезі «рушниці й кулі» найнедвозначніший і найбезапеляційніший вирок.Уявімо собі (рис. 3), що зоря B обертається навколо зорі A за годинниковою стрілкою. У положенні 1 швидкість світла, яке вона посилає на Землю, має складатися зі швидкістю зорі, а в положенні 2 швидкість зорі віднімалася б від швидкості світла. І хоч зорі рухаються порівняно зі світлом надзвичайно повільно, все ж цієї різниці швидкостей цілком досить, щоб упродовж свого довгого мандрування «швидке» світло наздогнало й випередило «повільне», перш ніж обоє вони потраплять у приготовану для них пастку— об'єктив телескопа. Неважко уявити собі, що тоді мав би побачити астроном. Якщо обидва промені дійдуть до нього одночасно, він замість подвійної зорі побачить потрійну, бо, крім центрального світила, свій «привіт» надішле йому й супутник, причому відразу у двох примірниках, із двох різних місць. Якщо відстань ще більша, то спостерігач побачить зорю-супутник у положенні 2 раніше, ніж у положенні 7, а часом супутник навіть подвоюватиметься. Але жодних таких зоряних «привидів» на небі ніхто ніколи не бачив, хоча, згідно з точними розрахунками, вони неодмінно мали б спостерігатися. Доводиться визнати, що наша гіпотеза про швидкість світла суперечить досвідові й має бути відкинута.
Отже, швидкість світла не може залежати від швидкості джерела. Існує ще один вихід — припустити, що світло поширюється в якомусь середовищі, подібно до того, як звук поширюється в повітрі. На це вказує й хвильова природа світла. Швидкість звуку дорівнює ~ 330 м/с відносно повітря. Швидкість світла має дорівнювати 300 000 км/с відносно гіпотетичного світлоносного середовища.
Теорія, що визнає існування особливого світлоносного середовища — ефіру — існувала у фізиці досить довго. Згідно з цією теорією, світло є пружними коливаннями ефіру, так само як звук — це пружні коливання повітря. Успіхи гідродинаміки й акустики вказали шлях до побудови точної математичної теорії руху ефіру. Проте, незважаючи на те, що теорія ефіру спромоглася дати якісне пояснення багатьом оптичним явищам, для точного кількісного узгодження теорії з досвідом ефір довелося наділити дуже дивними й навіть фантастичними властивостями. Він мав бути невагомим, не міг чинити опору рухові тіл і водночас вільно проникати всередину принаймні всіх прозорих середовищ. Коротше кажучи, ефір дедалі підозріліше скидався на ті самі гіпотетичні «середовища» і «рідини», що свого часу були вигадані для пояснення недостатньо досліджених явищ і які було скасовано подальшим розвитком науки. Наприклад, для пояснення явища горіння було винайдено флогістон. Розвиток хімії призвів до відмови від цієї гіпотези. Така сама доля спіткала й теплород — «рідину», покликану пояснити теплові явища. Теорія електронів не залишила каменя на камені й від «електричних рідин». У такій ситуації ефір виглядав якимось «останнім з могікан». Його терпіли остільки, оскільки замінити його було нічим.
Але нас цікавить насамперед питання про швидкість світла. Чи може теорія ефіру пояснити всі дослідні факти?
Рухаючись навколо Сонця, Земля летить крізь ефір. Але тоді зі світлом має відбуватися явище, подібне до косого дощу. Коли немає вітру, краплі дощу падають вертикально. Але якщо такий дощ спостерігати з вікна вагона під час руху, він буде косим, його краплі падатимуть під кутом, тим гострішим, чим більша швидкість потяга. Навпаки, якщо спостерігач нерухомий, але дме вітер, дощ знову-таки буде косим. Так само промені світла від зір, які насправді перебувають у нас просто над головою, мають падати на землю дещо навскоси (з погляду земних спостерігачів). Рис. 4 пояснює це явище. Поки промінь світла, випущений зорею, йде від об'єктива телескопа до його окуляра, сам телескоп разом із Землею встигає просунутися на деяку відстань праворуч, так що для того, щоб «піймати» цей промінь в окуляр, спостерігач мусить нахилити трубу дещо вперед за напрямком руху Землі. Тому ми повинні бачити цю зорю не на її справжньому місці, а зсунутою вперед. Якби Земля рухалася рівномірно й прямолінійно, цей зсув виявити було б неможливо — адже «істинні» напрямки на зорі нікому не відомі, не можна ж, справді, попросити Землю на хвилинку зупинитися,— але, на щастя, Земля рухається не по прямій, а по еліпсу. Відповідно до цього й зорі мають описувати на небі маленькі еліпси.Таке явище справді було виявлено ще в 1725 році англійським астрономом Бредлі, який витратив багато сил і часу на пошуки на небі доказів руху Землі. Це явище дістало назву аберації; величина аберації виявилася в чудовій згоді зі швидкістю руху Землі навколо Сонця.
Здавалося б, усе гаразд — Земля летить крізь ефір, її обдуває «ефірний вітер», створюючи аберацію. Цікаво було б знайти швидкість Землі відносно ефіру! Аберація такої можливості нам не дає — вона дозволяє визначити лише різницю швидкостей Землі в один і в інший бік, яку ми й без того добре знаємо.
Але ж для знаходження істинної швидкості руху Землі відносно ефіру, здавалося б, досить виміряти швидкість світла у двох перпендикулярних напрямках—уздовж руху Землі й упоперек. Ці швидкості будуть, взагалі кажучи, різні, бо «ефірний вітер» змінюватиме швидкість світла в поздовжньому напрямку. У поперечному ж напрямку швидкість світла виявиться незмінною. Різниця цих швидкостей і дасть шукану швидкість «ефірного вітру», що дорівнює швидкості Землі. Проте зробити це виявилося не так-то просто, хоча швидкість світла фізики навчилися вимірювати з досить високим ступенем точності. Річ у тім, що ця швидкість така велика, що для її вимірювання довелося розробити спеціальні, особливо точні методи. Усі вони так чи інакше засновані на явищі інтерференції світла. Для цього треба було змусити промінь світла після деякої мандрівки повернутися назад, до вихідної точки, де він мав взаємодіяти із самим собою, вірніше, з іншою частиною того самого променя. Отже, якщо ми спробуємо направити світло за напрямком руху Землі, воно неминуче мусить пройти таку саму відстань і в зворотному напрямку. При цьому різниця швидкостей «туди» й «назад» компенсуватиметься, ми дістанемо лише середню швидкість, яка дорівнює швидкості світла в поперечному напрямку. Тут утворилося якесь зачароване коло.
Під час докладнішого розгляду питання з'ясувалося, що все ж компенсація швидкостей відбувається не повністю — деяка, надзвичайно мала, різниця все ж залишається. І фізики-експериментатори зосередили свої зусилля на тому, щоб вловити й виміряти цю різницю.
Перший дослід було поставлено в 1881 році американським фізиком Майкельсоном. Відтоді цей дослід багато разів у різних варіантах повторювався як самим Майкельсоном, так і іншими дослідниками, причому точність вимірювань безперервно зростала. Усі ці вимірювання якнайвизначеніше показували, що швидкість світла в усіх напрямках однакова — ніякого «ефірного вітру» не існує.
Не відразу фізики усвідомили, яка катастрофа на них насувається. Цікаво, що, зустрічаючи перший день нового двадцятого століття, знаменитий англійський фізик Томсон у своїй новорічній промові схарактеризував стан у фізиці як цілком благополучний, зазначивши лише дві «хмарки», однією з яких був якраз негативний результат досліду Майкельсона. Хто б міг подумати, що з цих невинних «хмарок» незабаром гряне такий грім і такі блискавки, що справа закінчиться цілковитим переглядом усього фізичного світогляду й виникненням двох нових наук — теорії відносності та квантової механіки...
Після того як фізики хочеш не хочеш мусили визнати результат досліду Майкельсона, події почали розгортатися з загрозливою швидкістю. Адже йшлося аж ніяк не тільки про дивну поведінку світла. До того часу найбільшим англійським фізиком-теоретиком Максвеллом було розроблено дуже струнку, послідовну й досконалу теорію електромагнітного поля, що становить узагальнення всіх відомих на той час електричних і магнітних явищ. Ця теорія вперше виявилася здатною з єдиного погляду пояснити все розмаїття накопичених у цій галузі фактів і закономірностей, а також передбачити цілу низку нових, невідомих на той час явищ. Одним із таких явищ були електромагнітні хвилі. Досліджуючи властивості своїх рівнянь, Максвелл дійшов висновку, що за певних умов електромагнітне поле здатне здійснювати коливання, які мають поширюватися на всі боки, немов кола на воді. Ці хвилі незабаром виявив на досліді Герц, а в 1895 році наш великий співвітчизник О. С. Попов успішно використав ці хвилі для зв'язку на відстані без дротів. Так виникло радіо.
Обчислюючи швидкість електромагнітних хвиль, Максвелл виявив, що вона має дорівнювати 300000 км/с. Тут він уперше зрозумів, що світло — це електромагнітні коливання.
Тим самим, проте, усе, що стосувалося швидкості світла, якнайбезпосередніше зачіпало всю теорію електромагнітного поля. Швидкість світла фігурує як коефіцієнт мало не в усіх рівняннях Максвелла. Але ж усяка швидкість є величина відносна. Отже, якщо двоє дослідників, які рухаються один відносно одного, вивчають те саме електромагнітне явище, то його закони виглядатимуть для одного спостерігача інакше, ніж для іншого — коефіцієнти в рівняннях Максвелла будуть різні. А це означає, що теорія Максвелла не підпорядковується принципові відносності...
Дослід Майкельсона найдивнішим і найнесподіванішим чином урятував теорію Максвелла від цього тяжкого звинувачення. Швидкість світла виявилася незалежною не лише від джерела, а й від спостерігача. Коефіцієнти рівнянь електромагнітного поля тим самим ставали сталими. Але від цього становище у фізиці аж ніяк не поліпшувалося. Адже в такому разі під ударом опинявся сам принцип відносності Галілея! Справді, він стверджує, що всяка швидкість відносна. І не слід забувати про аберацію, яка якнайвизначеніше показує наявність «ефірного вітру».
Як тут бути? Як завжди в таких випадках, фізики спочатку вдалися до всіляких хитрощів, силкуючись якось витлумачити всі ці факти в рамках класичного принципу відносності Галілея. Було перепробувано найрізноманітніші моделі ефіру. Але найбільших успіхів на цьому шляху досяг голландський фізик Лоренц. Він припустив, що «ефірний вітер», наскрізь «продуваючи» всі тіла, діє на них таким чином, що ці тіла скорочують свої розміри в напрямку руху. Якщо припустити, що такого скорочення зазнають усі деталі, з яких побудовано прилад Майкельсона, то виявиться, що цей прилад даватиме однакові покази, якою б не була швидкість «ефірного вітру». Таким чином, за Лоренцом, швидкість світла, як їй і належить, є величина відносна. Але цієї відносності, внаслідок ефекту лоренцового скорочення, ми помітити не в змозі.
Крім того, Лоренц здобув ще один важливий результат. Розробляючи на основі теорії Максвелла свою електронну теорію, він виявив, що рівняння Максвелла підпорядковуються якомусь новому принципові відносності. Однак фізичного тлумачення цьому принципові Лоренц дати не зміг; у нього він мав суто математичне, формальне значення.
У 1905 році в одному науковому журналі з'явилася невелика стаття мало кому на той час відомого автора А. Ейнштейна, фізика за освітою, який служив тоді в Швейцарії в патентному бюро. Стаття називалася «До електродинаміки рухомих тіл» і містила принципово новий підхід до всього питання загалом. Основна думка Ейнштейна полягала в тому, що суперечності, у яких, здавалося, безнадійно заплуталася фізика,— суперечності зовсім іншого порядку, ніж досі уявлялося. Вони походять не від того, що ніяк не вдається придумати достатньо дотепного пояснення результатові досліду Майкельсона, а від того, що уявлення фізиків про такі фундаментальні поняття, як простір і час, не зовсім відповідають дійсності. І Ейнштейн дав нову теорію простору й часу, створивши нову науку — "теорію відносності".