ГЛАВА 24. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

§ 154. Основания теории

Теория относительности, созданная в начале нашего века великим физиком современности Альбертом Эйнштейном, покоится на двух постулатах: 1) принципе относительности, принципе постоянства скорости света. Мы вкратце рассмотрим содержание этих принципов, расскажем об эспериментальном их подтверждении и о некоторых следствиях из теории.

Теория относительности возникла при исследовании вопроса о существовании механического носителя электромагнитного поля (эфира). Теория относительности решила эту проблему и в этом смысле может рассматриваться как завершение теории электромагнитного поля. При решении задач, поставленных электродинамикой, теория относительности далеко ушла за рамки этой проблемы. Ее развитие привело к установлению закономерностей механических движений, приближающихся по скорости к свету, к закону эквивалентности массы и энергии, к новым взглядам на природу тяготения. Наше рассмотрение будет неизбежно очень кратким и поэтому мы вынуждены отказаться от исторической перспективы.

Прежде всего, о содержании основных постулатов.

Принцип относительности утверждает, что все законы природы (а не только законы механики) одинаковы во всех инерциальных системах координат. Принцип утверждает, что нет ни одного физического опыта, который мог бы установить особенные свойства одной из инерциальных систем. Все инерциальные системы равноправны.

Второй постулат говорит о постоянстве скорости света в вакууме для всех инерциальных систем. Из него следует, что скорости света «туда» и «обратно» должны быть одинаковы, что скорость света не зависит от движения источника света и измерительных инструментов.

Какое же отношение эти принципы имеют к нашим представлениям об электромагнитном поле и его носителе? Нетрудно видеть, что сформулированные принципы исключают аналогию между электромагнитными волнами и, скажем, звуковыми.

Представим себе изолированную от внешнего мира лабораторию, движущуюся прямолинейно и равномерно по отношению к звездам. В этой комнате производятся измерения скорости звука в

направлении движения. Теоретически возможны два крайних случая: первый — стенки комнаты непроницаемы для воздуха и воздух увлекается комнатой; второй случай - стенки проницаемы для воздуха, воздух неподвижен относительно звезд, лаборатория движется сквозь воздух, не увлекая его. Положим, что в этих двух случаях производятся измерения скорости звука. Ее измеряют два наблюдателя: движущийся и неподвижный по отношению к звездам. В каждом случае скорость звука по отношению к этим двум наблюдателям будет разной. Если скорость звука в воздухе есть с, а скорость комнаты по отношению к неподвижному наблюдателю есть то в случае увлечения воздуха движущийся наблюдатель найдет скорость равной с, а неподвижный в случае покоящегося воздуха движущийся наблюдатель найдет скорость равной с а неподвижный — с.

Постулаты теории относительности отвергают для электромагнитной волны в эфире оба варианта. В опытах со световой волной скорость света будет равняться с как для неподвижного, так и для движущегося наблюдателя. Значит, и неподвижный и увлекающийся системой эфир противоречит теории относительности. Таким образом, теория относительности отвергает возможность представления о поле как о среде, в которой происходят механические смещения. Мы приходим к заключению, что электрическое и магнитное поля должны обладать непосредственной реальностью.