Вольдемар Смилга - Очевидное? Нет, еще неизведанное…

• Название: Очевидное? Нет, еще неизведанное…
• Автор: Вольдемар Смилга
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Физика
• Год: 1966

Эффектное название, возможно, и интригует, но, уж конечно, ничего не объясняет. А в этой книге довольно серьезно рассказывается о том, чего достигла физика со времен Галилея до Эйнштейна, о явлениях древних, как мир, и, по-видимому, всем знакомых, а в конечном счете — о специальной теории относительности.

---

45

Этот эксперимент проделал, в частности, Эйри (1872 г.). Но если верить Майкельсону («Лекции по оптике»), у Эйри были предшественники, причем эксперимент был сделан, во всяком случае, до опытов Физо (1852 г.). Точную ссылку на работу Майкельсон не дает.

46

Например, Максвелл подметил, как из опытов Ремера можно «выловить» движение солнечной системы в целом относительно эфира уже «в первом порядке». Подробнее см.: Ландсберг, Оптика.

47

В первом примере. Порт — источник света. Корабль — приемник. Катера — световые волны. И наконец, море — неувлекаемый эфир.

Во втором. Корабль — источник. Порт — приемник.

48

Уже упоминалось, что теория неувлекаемого эфира совершенно аналогична теории распространения звуковых волн в атмосфере. Атмосфера — «неувлекаемый звуковый эфир».

49

Во избежание путаницы надо представлять, что поскольку (как мы увидим дальше) теория неувлекаемого эфира неправильна, неправильно и дальнейшее описание опыта.

50

Здесь впервые используются приближенные вычисления, на которые, несмотря на их важнейшее значение, мало обращают внимания в школе. Поэтому поясним вывод как приведенной формулы, так и еще одной, неоднократно используемой в дальнейшем.

Если α очень мало, можно утверждать, что

Доказать это очень просто.

Пункт № 1. Когда α мало, то

Действительно, возводя обе части приближенного равенства в квадрат, получаем 1 – α ≈ 1 – α + α2/4.

Правая часть равенства больше левой на α2/4, но если α << 1, то α2 совсем уже малая величина и ею можно пренебречь (если, например, α = 0,001, α2 = 0,000001).

Итак, с точностью до членов порядка α2,

Пункт № 2. Умножим числитель и знаменатель дроби 1/(1 – α/2) на 1 + α/2. Получим, что

Как и раньше, можно пренебречь членом α2/4 в знаменателе. Тогда окончательно

Это равенство справедливо с точностью до членов порядка α2. Не следует опасаться, конечно, того, что мы пренебрегали членами порядка α2 не один, а два раза. Это не может сколько-нибудь заметно увеличить ошибку.

Фактически невозможно уловить разницу между тысячью человек, тысячью без одного или же тысячью без двух.

51

Так как vЗемли = 30 км/сек., то vЗемли/C = 10–4 и (tN1 – tN2) = t0v2/2c2 = t0/2 · 10–8.

52

Теплород, флогистон, horror vacui (ужас пустоты) — все это в свое время очень модные и распространенные теоретические концепции, отброшенные в дальнейшем как несостоятельные.

53

Эта же гипотеза была независимо сформулирована Фитцджеральдом.

54

Любопытно, что статья Пуанкаре послана в печать на три недели позже, чем работа Эйнштейна.

55

Основной немецкий физический журнал «Анналы физики».

56

Стоит обратить внимание на последнее замечание, потому что вращательное движение системы отсчета относительно неподвижных звезд влияет на оптические и электромагнитные явления в этой системе. В связи с этим уместно обсудить один гипотетический курьез. Из теории относительности следует, что, например, суточное вращение Земли должно влиять на оптические явления. Майкельсон и Гель в 1925 году сделали изумительно тонкий опыт и обнаружили этот эффект. Еще в 1913 году влияние вращения системы отсчета относительно неподвижных звезд на оптические и электромагнитные явления экспериментально установил Саньяк (правда, идея опыта также принадлежала Майкельсону).

Но весь юмор в том, что для этих опытов предсказания теории относительности качественно совпадают с предсказаниями теории и неувлекаемого эфира. В данном случае правильная и неправильная теории дают один и тот же результат.

И представьте себе, насколько опоздало бы появление теории Эйнштейна, если бы Майкельсон сначала проделал опыт с суточным вращением, чтобы показать, что эфир не увлекается вращательным движением Земли. Ведь все считали бы, что существование неувлекаемого эфира доказано. Лучшее подтверждение гипотезы неувлекаемого эфира, казалось бы, трудно придумать. А если бы еще Майкельсон почил на лаврах и свой «настоящий» опыт не стал делать, то…

В общем лучшей темы для рассуждения о том, что было бы, если бы… желать не надо.

Эти, мягко говоря, несколько наивные соображения иллюстрируют тем не менее один примечательный момент: опровергнуть теорию можно при помощи одного эксперимента. Чтобы утвердить ее, необходима тьма и тьма различных опытов.

57

Как помните, для объяснения опыта Майкельсона достаточно принять принцип относительности.

58

Так что, говоря о теории Ритца до обсуждения теории относительности, мы несколько погрешили против хронологии.

59

Легко можно убедиться, что парадокс с наблюдателем, «оседлавшим» световой луч, равно возникает как в теории неувлекаемого эфира, так и при рассмотрении баллистической теории. Разница только в том, что в баллистической теории можно рассматривать парадокс в любой инерциальной системе отсчета, а в теории эфира — только в абсолютной системе — неувлекаемом эфире. Эйнштейн, как видите, долго не понимал, как можно объяснить этот парадокс.

60

Здесь уместно сделать маленькое отступление. Так же как и в классической физике, в специальной теории относительности «пустое пространство» считается «однородным и изотропным». Иными словами, физические свойства пространства совершенно идентичны по всем возможным направлениям. Выделенного направления нет (изотропность). Точно так же равноправны все точки пространства (однородность). Изотропность и однородность пространства подразумеваются всюду в дальнейшем.

Строго говоря, это тоже некий постулат, вытекающий из всего нашего опыта. Изотропность пространства по отношению к «электромагнитным процессам» видна, например, из того факта, что скорость света одинакова во всех направлениях (фронт световой волны занимает поверхность сферы). Еще раз с удовольствием отметим: физические утверждения даже самого общего характера всегда диктуются только опытом. Без ссылки на опыт всякие рассуждения беспредметны. Могло оказаться, что «пустое» пространство устроено подобно кристаллу и анизотропно. Только практика может убедить в противном. Она и убеждает…

61

Маленькая логическая тонкость! Независимость скорости световой волны от движения источника света относительно данной инерциальной системы отсчета учтена в нашем определении, поскольку мы говорим о «любой» световой волне (в том числе и о тех, которые посланы движущимися источниками). Замечание о постоянстве скорости при любом направлении распространения фиксирует изотропность пространства. Ввиду принципа относительности наше утверждение в равной мере относится ко всем инерциальным системам, если только оно справедливо в какой-нибудь одной.

62

В скобках вместо слов «любое взаимодействие» написано «любой сигнал». Под сигналом мы не подразумеваем ничего отличного от житейского понятия. Сигнал — это все, что мыслимо использовать для передачи в точку А сведений о том, что творится в точке В. Словом, сигнал — это передача информации.

Ясно, почему поставлен знак равенства между взаимодействием и сигналом. Передачу сигнала можно осуществить, только использовав какое-нибудь взаимодействие (электромагнитное, гравитационное и т. д.) между объектами А и В. А максимальная скорость распространения взаимодействия и есть максимальная скорость передачи сигнала (информации). Заметим, наконец, что понятие «событие» в теории относительности является первичным и по смыслу соответствует обычному житейскому содержанию этого слова.

63

Из абсолютности одновременности сразу следует абсолютность времени в классической физике, но мы не будем исследовать эту сторону дела.

64

Интересно, хотя и не очень тесно связано с предыдущим, что уже в классической физике следует осторожно пользоваться выражениями: «два неодновременных события произошли в одной точке» и «два неодновременных события произошли в разных точках».