III. Был ли опыт Майкельсона «решающим» для построения СТО?

Почти во всех книгах в истории создания СТО почетное место отводится опыту Майкельсона. Так или иначе, большинство

авторов полагает, что СТО возникла в результате попыток объяснения опыта Майкельсопа и что опыт Майкельсона явился главной экспериментальной основой СТО.

В единственной книге на русском языке, посвящеппой экспериментальным основам СТО, написанной С. И. Вавиловым в 1928 г., опыту Майкельсона отводится именно такое место: «История его (опыта Майкельсона) излагается здесь довольно подробно, ибо фактически на его основе и формулированы основные постулаты теории относительности». Накопец, в предисловии С. И. Вавилов писал: «Прочитав эту книгу, читатель поймет, почему опа украшена портретом Майкельсона».

Эта же версия повторяется почти во всех наших учебниках, где касаются истории создания СТО. В книге Ю. Б. Румера и М. С. Рывки на «Теория относительности» (Учпедгиз, 1960) находим: «В отличие от всех предыдущих исследователей, Эйнштейн усмотрел в отрицательном результате опыта Майкельсона...» Зарубежная литература в этом смысле не отличалась от пашей. Мы ограничимся одним примером. В книге Лауэ, написанной в 1911 г., например, сказано, что «эксперимент Майкельсопа оказался фундаментальным для теории относительности».

Разумеется, кроме учебников и популярных книг, были книги по СТО, написанные самим Эйнштейном. В книге Эйнштейна, посвященной специальной и общей теории отпосительпости, которую сам автор снабдил подзаголовком «Общедоступное изложение», опыт Майкельсона упоминается в § 16: «Специальная теория относительности и оныт». Но из текста этого параграфа нельзя понять, была ли непосредственная связь между опытом Майкельсона и появлением теории. Об этом просто нет речи. В статьях и высказываниях Эйнштейна до поры до времени не появлялось ничего такого, что противоречило бы общепринятой точке зрения на опыт Майкельсона как исходный пункт построения СТО. Этому учили и учат студентов, этому учат сейчас школьников. И поэтому было весьма удивительно прочесть в статье Р. Шенкланда, опубликованной в 1963 г., следующую выдержку из записи его беседы с Эйнштейном в 1950 г.:

«Когда я поинтересовался, как он познакомился с опытом Майкельсона — Морли, он рассказал, что это произошло благодаря статьям Г. А. Лоренца, но только после 1905 г. «Иначе, — сказал он, — я упомянул бы о нем в моей статье». Действительно, в статье Эйнштейна 1905 г. нет упоминания об опыте Майкельсона и пет ссылок на статьи Лоренца.

Хорошо известно, что к построению СТО близко подходили, кроме Эйнштейна, также Лоренц и Пуанкаре. Однако фактически СТО была построена Эйнштейном, причем практически в одной работе 1905 г. Таким образом, если говорить о решающем значении опыта Майкельсона для создания СТО, нужно выяснить его

влияние на деятельность Эйнштейна. И вот из статьи Шенкланда выясняется, что Эйнштейн узнал об опыте Майкельсопа только ... после создания СТО.

Почему вопрос о том. какую роль сыграл опыт Майкельсопа в деятельности Эйнштейна по созданию СТО, может волновать преподавателя? Интересно, конечно, по ради забавного факта едва ли стоит писать целый параграф. Нет, дело не только в интересе. Исторический путь построения теории определенное время всегда довлеет над преподаванием. Уйти от истории вопроса трудно, а в некоторых случаях и невозможно. Конечно, со временем изложение того или иного предмета приобретает логическую стройность (преподавание не проходит даром!), но подлинная история развития теории далеко не всегда отражает логику ее построения. Природа, видимо, открывает спои тайны не в той последовательности, которая удобна для их интерпретации. И первое время после создания теории ее учебное изложение скорее следует историческому пути ее создания, чем логической схеме ее построения, которая после завершения теории задним числом может быть уже построена.

Теперь, взглянув с этой точки зрения на преподавание СТО, мы виднм, что если Шенкланд пранильно понял Эйпштейпа, то преподавание шло даже не тем путем, которым фактически теория была построена. Странная ситуация!

Речь идет совсем не о том, чтобы отрицать роль опыта Майкельсона. И история постановки опыта Майкельсопа, и его осуществление не могут не вызывать восхищения. Опыт Майкельсопа занимает выдающееся и непреходящее место в исторнп разлития современного естествознания. И вместе с тем опыт Майкельсона сыграл довольпо печальную роль в становлении традиционной схемы изложения СТО.

Опыт Майкельсона, когда его ставят в основу изложения СТО, неизбежно влечет за собой введение эфира. Объяснить смысл постановки опыта Майкельсона, не рассказав о трудных поисках материальной среды, в которой распространяется свет, просто невозможно (см. Дополнение II). Но все мы теперь хорошо знаем, что такая среда вовсе не обязательна. II методически правильней с этого начинать. Пет ни малейшей необходимости возвращаться в интеллектуальную атмосферу копца прошлого века.

Действительно, эфир сыграл заметную роль в физических воззрениях XIX века. Да, имепно представления об эфире подсказали Максвеллу идею опыта, который в конечном счете был реализован Майкельсоном и Морли. По развитие науки всегда приводит к тому, что в конечном счете отбрасываются ошибочные представления, сыгравшие свою роль на определенном этапе развития науки. Когда Галилей сформулировал принцип инерции, он сразу же отверг доктрину Аристотеля о том, что всякое

движение нужно поддерживать. Когда было открыто превращение механической энергии в тепловую, пришлось отказаться от представления о теплороде. Теория относительности началась с отказа от абсолютного движения, с отказа от уфира. Но если сейчас уже никто но вспоминает о доктринах Аристотеля, излагая механику, никто не вспоминает теплород, излагая теиловые явления, почему нужно сохранить эфир, излагая СТО в школе, да и в вузе? Введение эфира в современное изложение СТО по меньшей мере странно. Нужпо довольно долю объяснять, зачем вводится эфир, чтобы в конце концов объявить, что эфира нет. Разве такой подход может называться методическим?

Иногда говорят, что все равно от эфира никуда не уйдешь: его все равно придумают, исходя из аналогии с распространением звука или волн на воде. Здесь просто нужно проявить определенный такт, чтобы вовремя полепить, что в способе распространения электромагнитных и гравитационных волн, с одной стороны, и упругих волн, с другой, есть существенное различие и что для распространения электромагнитных волн наличие вещества совсем не обязательно. Спет может распространяться там, где вещества в обычном понимании слова (обладающего массой покоя) нет. Все равно же от эфира придется отказаться!

На это могли бы ответить так: «Верно, конечно, что лучше не вводить «эфир», которого все равно нет, но изложение СТО — вещь не простая. Создатели СТО шли к ней долгим и трудным путем. Этот путь лежал через гипотезу об эфире, которая за ненадобностью была в конце концов отброшена. Но гипотеза «эфира» была естественной, она возникла в поисках верного решения, она отражает логику человеческого мышления и воспроизвести ее совсем не вредно». Здесь все верно, кроме одного. Эйнштейн шел к СТО не через эфир (и, естественно, не через опыт Майкельсона), а более простым и ясным путем. II если говорить о логике человеческого мышления, то следует присмотреться к рассуждениям Эйпштейна.

Какую роль играл опыт Майкельсона в деятельности Эйнштейна? Мы уже приводили запись высказывания Эйнштейна, сделанную Шенкландом. Однако статья Шенклапда появилась лишь после смерти Эйнштейна и не была, если можно так сказать, «авторизована». Совсем недавно в Принстонском архиве Эйнштейна было обнаружено письмо Эйнштейна, содержащее прямой ответ на интересующий нас вопрос и уже не оставляющее никаких сомнений. История появления письма следующая. За год до смерти Эйнштейна, 2 февраля 1954 г., некто Давенпорт прислал Эйнштейну письмо, в котором говорилось о том, что он подбирает материалы, показывающие, что Майкельсон «оказал существенное влияние на Ваши рассуждения и сыграл заметную роль в создании Вашей теории относительности». Сам Давенпорт не был физиком и поэтому

просил Эйнштейна «кратко изложить, избегая специальных терминов, какую роль сыграл Майкельсон — если это было действительно так — в создапии Ватой теории».

Ответ Эйпштейна последонал почти сразу, 9 февраля 1954 г. Это письмо — последнее высказывание Эйнштейна по этому вопросу. Судя по всему, Эйнштейн неоднократно обдумывал этот вопрос (ведь недаром же он отвечал на него Шенкланду). Письмо составлено очень четко и продуманно. Вот оно:

Дорогой мистер Давенпорт!

Уже до работы Майкельсопа было хорошо известно, что в пределах точности эксперимента не наблюдалось влияния движения координатной системы на физические явления и соответственно, на их законы. Г. А. Лоренц показал, что это может быть объяснено на основе его формулировки максвелловского теории во всех случаях, когда можно пренебречь вторыми степенями скорости системы (т. е. в эффектах первого норядка).

Однако из теории следовало ожидать, что такая независимость не будет иметь места для аффектов второго и более высоких норядков. Величайшей заслугой Майкельсона было то, что он сумел совершенно определенно показать в одном случае, что ожидаемого эффекта второго порядка de facto не существует. Эта работа Майкельсона, замечательная в ранной степени как по смелости и ясности постановки задачи, так и но той изобретательности, с которой была достигнута необходимая, крайне высокая точность измерений, составляет непреходящий вклад в науку. Этот вклад явился гюпым сильнейшим аргументом за то, что «абсолютного движения» не существует, т. е. в пользу принципа относительности, справедливость которого не подвергалась сомнению но отношению к механие и который казался несовместимым с электродинамикой.

Когда я развивал свою теорию, результат Майкельсона не оказал на меня заметного влияния. Я даже но могу припомнить, знал ли я о нем вообще, когда я писал свою первую работу по специальной теории относительности, (1905 г.). Объяснить это можно просто те.м, что, но общим соображениям я был твердо убежден в том, что никакого абсолютного движения не существует, и моя задача состояла только в том, чтобы сочетать это обстоятельство с тем, что известно относительно электродинамики. Отсюда можно попять, почему в моей собственной деятельности оныт Майкельсона не играл никакой роли или, по крайней мере, не играл решающей роли.

Я не возражаю против опубликования этого письма. Я готов также дать дополнительные разъяспения, если они потребуются.

С искренним уважением Альберт Эйнштейн

Письмо написано предельно ясно, и к нему нечего добавить. Ираида, ему противоречит одно выступление Эйнштейна, известное по книге Б. Джеффа. Лишь раз случай свел вместе Эйнштейна и Майкельсона. Это произошло в 1931 г. в Пасадене. Эйнштейн произнес небольшую речь перед присутствующими; в частности, обращаясь к Майкельсоиу, он сказал: «... своими замечательными экспериментами вы проложили дорогу теории относительности». Как теперь выяснилось, в книге Джеффа, откуда взята

приведенная фраза (стр. 144), текст выступления Эйнштейна приведен не полностью. Из отчета о выступлении Эйнштейна на немецком языке следует, что в книге выпала целая фраза и что Эйнштейн говорил о «дороге» к общей теории относительности. Таким образом, со стороны Эйнштейна нигде нет даже намека на то, что для него опыт Майкельсона был решающим, хотя всюду Эйнштейн подчеркивает красоту этого опыта и его фундаментальный вклад в науку. Б письме к Джеффу (стр. 83) он пишет о том, что этот опыт «укрепил мою уверенность в правильности принципа специальной теории относительности». Скорее всего это и есть самая правильная оценка значения опыта Майкельсона в собственной деятельности Эйнштейна. Для истории физики опыт Майкельсона имел совсем иное, возможно, даже «решающее» значение. Над работами Лоренца и многих других явно довлел «отрицательный» результат опыта Майкельсона. Но не на этом пути было суждено появиться СТО! Парадоксально, что Лоренц, который нашел знаменитые «преобразования Лоренца», заключающие в себе сконцентрированную суть СТО, был весьма далек от создания СТО.

Наконец, последний интересный вопрос состоит в том, почему так упорно преподавание шло по «лоренцевскому» пути? Одно случайное обстоятельство, сыгравшее, по-видимому, не последнюю роль, стоит, пожалуй, отметить здесь. Приведем небольшую цитату из книги Г. Бонди [21]:

«Что сбивает с толку многих, так это то, что в учебниках отдается незаслуженное предпочтение опыту Майкельсона — Морли... Эйнштейн как-то упоминал, что когда он писал свою основную работу по специальной теории относительности (1905 г.), то ничего не слышал об этом опыте. Уже значительно позлее, когда сочли полезным воспроизвести различные работы, посвященные относительности, издатели (по чьему-то совету) решили начать с середины одной из работ Лоренца. В таком виде статья начиналась с описания опыта Майкельсона — Морли. Тон был задан, и с тех пор каждый или почти каждый считал своим долгом начинать именпо так. Но до чего же это неудачное начало!»

И в самом деле, легко убедиться, если взять в руки сборник «Принцип относительности» (ОНТИ, 1935), что открывающая сборник статья Лоренца представляет собой перевод §§ 89—92 из книги Лоренца «Versuch einer Theorie der elektrischen und optischen Erscheinungen in bewegten Korpern» (Leiden, 1895). Она как раз начинается с опыта Майкельсона. Сборник на русском языке воспроизводит в точности тот текст Лоренца из немецкого издания, о котором пишет Бонди.

Что касается восклицания «по до чего же это неудачное начало!», то к нему присоединятся далеко не все. А вопрос о том, как разумно излагать учащимся СТО, далеко не праздный: сейчас СТО входит не только в курс общей физики высшей школы, но и в программу

средней школы. Преподавание, безусловно, должно опираться на идеи современной физики и исключать изжившие себя идеи прошлого.

Путь построения СТО, использованный Эйнштейном, начался с отказа от существования «светоносной среды», и на этом пути опыт Майкельсона действительно не был «решающим» опытом. Путь Эйнштейна достаточно прост и логичен, и есть все основания использовать его для изложения СТО.