§ 11. ПОВТОРЕНИЕ И ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ

Мы рассматривали светоносный эфир как вещество, подчиняющееся законам механики. Поэтому для него справедлив закон инерции, и, следовательно, везде, где отсутствует вещество, как в астрономическом пространстве, эфир должен покоиться в соответствующим образом выбранной инерциальной системе. Если же описывать все явления в другой инерциальной системе, то для всех движений тел и эфира, а также для распространения света должны выполняться в точности те же законы, но, разумеется, только постольку, поскольку эти явления связаны лишь с ускорениями и эффектами, обусловленными взаимными силами. Мы знаем, что скорость и направление движения в различных системах координат представляются совершенно различными, так как любое тело, движущееся по прямой линии с постоянной скоростью, можно принять за покоящееся, просто выбирая подходящую систему отсчета — именно систему, которая движется вместе с телом. Таким образом, в этом почти тривиальном смысле классический принцип относительности

должен быть справедливым для эфира, рассматриваемого как механическое вещество.

Отсюда следует, однако, что скорость и направление светового луча должны представляться различными в каждой инерциальной системе. Поэтому следовало бы ожидать, что окажется возможным обнаружить скорость Земли или солнечной системы с помощью наблюдений тех оптических явлений на поверхности Земли, которые определяются скоростью и направлением распространения света. Но все эксперименты, поставленные ради этой конечной цели, привели к отрицательному результату. Таким образом, скорость и направление световых лучей оказались совершенно независимыми от движения небесного тела, на котором выполняются измерения. Другими словами, оптические явления зависят только от относительного движения материальных тел.

Это — принцип относительности, который, на первый взгляд, кажется аналогичным классическому принципу в механике. Однако он имеет совершенно иной смысл. В самом деле, он относится к скоростям и направлениям движения, в механике же эти величины не независимы от движения системы отсчета.

Здесь возможны две точки зрения. Первая из них исходит из предположения, что оптические наблюдения на самом деле вносят нечто фундаментально новое, именно что свет ведет себя совершенно иным образом, чем материальные тела, в смысле направления и скорости. Если оптические наблюдения считать убедительным доказательством, то мы должны принять эту точку зрения (постольку, поскольку можно отвлечься от всяких соображений относительно природы света). Как мы увидим, Эйнштейн в конце концов пошел именно по этому пути. Однако тут нужна свобода от условностей традиционной теории, достигаемая лишь тогда, когда гордиев узел конструкций и гипотез так запутывается, что единственное возможное решение — рассечь его.

Но во всех предыдущих рассуждениях мы все еще мыслили в терминах того периода, когда теория механического эфира находилась в состоянии своего наиболее пышного цветения. Эта теория была вынуждена рассматривать оптический принцип относительности как вторичное, в известном смысле полуслучайное явление, обусловленное эффектом взаимной компенсации причин, действующих в противоположных направлениях. Тот факт, что на этом пути оказалось возможным обходить аномалии в оптических явлениях, обусловлен в известной мере тем обстоятельством, что эта теория еще не исключала возможностей принимать соответствующие гипотезы относительно того, как происходит движение эфира и как на него влияют движущиеся тела. Так, достоинство гипотезы увлечения, выдвинутой

Френелем, состоит в том, что она учитывает оптический принцип относительности постольку, поскольку это относится к величинам первого порядка.

До тех пор пока точность оптических измерений не достигла большого улучшения, необходимого для измерения величин второго порядка, эта теория удовлетворяла всем требованиям эксперимента с одним лишь возможным исключением, которому, как ни странно, было уделено чрезвычайно мало внимания. Если бы, однако, возросшая точность астрономических измерений позволила получить подтверждение того, что, наблюдая затмения спутников Юпитера старым методом Рёмера (см. стр. 92), невозможно обнаружить никакого влияния движения солнечной системы на скорость света, то теория эфира, несомненно, столкнулась бы с проблемой, которая оказалась бы неразрешимой. В самом деле, ясно, что с этим эффектом первого порядка не удалось бы справиться при помощи какой бы то ни было гипотезы относительно увлечения эфира.

Таким образом, мы видим важность экспериментальной задачи измерения зависимости оптических событий от движения Земли с точностью до величин второго порядка. Только решение этой проблемы позволяет установить, выполняется ли оптический принцип относительности строго или только приближенно. В первом случае френелевская теория эфира потерпела бы провал; при этом мы имели бы перед собой новую ситуацию.

Исторически это произошло через 100 лет после Френеля. За этот период теория эфира развивалась в других направлениях. Первоначально предполагалось существование не одного эфира, а целого ряда: оптического, термического, электрического и магнитного эфиров, а возможно, и нескольких еще. Для каждого явления, происходящего в пространстве, изобретался в качестве носителя специальный эфир. Сначала все эти эфиры не имели между собой ничего общего и существовали рядом друг с другом совершенно независимо в одном и том же пространстве. Это положение вещей, разумеется, не могло продолжаться долго. Вскоре были установлены соотношения между явлениями, относящимися к различным областям физики, ранее никак не связанным. Так, наконец, возник эфир как переносчик всех физических явлений, происходящих в пространстве, свободном от вещества. В частности, свет, как было установлено, представляет собой электромагнитный колебательный процесс, а его переносчик (эфир) идентичен со средой, в которой передаются электрические и магнитные силы. Эти открытия дали сильную поддержку теории эфира. Эфир приближался к отождествлению с ньютоновским пространством. Его мыслили находящимся в абсолютном покое и переносящим не только

электромагнитные эффекты, но также косвенно порождающим ньютоновские инерциальные и центробежные силы.

Мы переходим к описанию развития этой теории. Процесс в некоторых чертах напоминает разбирательство дела в суде. Эфир играет роль универсального виновника всего; вещественные доказательства накапливаются, катастрофически нарастая, до тех пор, пока в конце концов неопровержимое доказательство алиби — именно опыт Майкельсона и Морли по измерению величин второго порядка и его истолкование Эйнштейном — кладет решительный конец всему делу.