Техника - молодёжи 1966-05, страница 5

емая «волновая» форма >тих уравнений, ив которой следует, что электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света.

Уравнения Максвелла явились могучим инструментом при исследовании электрических, магнитных и световых явлений.

Физики имеют все основания считать их законом природы, таким же фундаментальным и незыблемым, как и уравнения движения Ньютона.

А если дело обстоит так, то здравый смысл требует, чтобы уравнения Максвелла, истинность которых не вызывает никаких сомнений, удовлетворяли требованиям проверки их на «закониость», о которой мы уже говорили.

Математическая проверка, однако, привела к драматическому выводу: уравнения Максвелла на инвариантны по отношению к преобразованиям Галилея!

Перед физиками возникла сложная дилемма: либо уравнения Максвелла не являются законом природы, либо преобразования Галилея несправедливы. Кек быть?

Отбросив предубеждения чисто человеческого характера, голландец Лоренц и француз Пуанкаре подошли к проблеме как «чистые» математики и перевели ее, так сказать, в другую плоскость. Пусть уравнения Максвелла выражают закон природы. Существуют ли преобразования координат, которые сохраняли бы их формулировку для любой ннерциальной системы?

Получилась стренная ситуация: инвариантность закона классической механики доказывается преобразованиями Галилея, а инвариантность законов злектродинамики — преобразованиями Лоренца. Но зто недопустимо. Должна существовать единая группа преобразований, одинаковая для всех законов природы. Иными словами, если мы признаем равноценность всех инерциальных систем, то все законы природы должны иметь одну и ту же формулировку в зтих системах. Следовательно, переход от одной ннерциальной системы к другой должен осуществляться при помощи одних и тех же преобразований.

4. ЛОРЕНЦ ИЛИ ГАЛИЛЕЯ1

Уравнения механики ■ формулировке Ньютона не инвариантны по отношению к преобразованиям Лоренца. Уравнения злектродинамики не инвариантны по отношению к преобразованиям Галилея. И первые и вторые «ыражают закономерности объективного мира, и нет основания сомневаться в том, что зто 'не так. Спедовательио, нужно делать выбор между двумя критериями на «законность».

Эйнштейну принадлежит революционная идея отдать предпочтение преобразованиям Лоренца. По сути дала, он занялся «подгонкой» уравнений механики под преобразования Лоренца. Более того, найденные Эйнштейном изменения в формулировке законов механики нисколько не противоречили тому, что было раиее известно. При малых скоростях движения систем координат с большой степенью точности выполняется классическая мехеника, по отношению к которой справедливы преобразования Галилея. Сами преобразования Галилея являются предельным случаем преобразований Лоренца, когда скорости движения малы по сраанению со скоростью света.

Это было доказано экспериментально.

Я не собираюсь излагать основы теории относительности. Их можно иайти в любом учебнике физики. Однако мы убедились, что она неизбежна, если основываться на «здравом смысле»: если мы имеем дело с законами природы, нх формулировка не должна зависеть от равномерного и прямолинейного движения наблюдателя. Переход от одного наблюдателя к другому осуществляется при помощи единственно правильных преобразований — преобразований Лоренца. Из зтих преобразований следует независимость скорости света от скорости движения наблюдателя, а также изменение масштабов длины и времени для разных наблюдателей. Эти изменения могут быть проверены экспериментально. Наиболее ощутимы ия них следующие:

а) Из теории относительности следует, что энергия эквивалентно инерционной массе. В атомных ядрах нуклоны связаны с собой таким образом, что их общая масса ие равняется простой сумме масс составных частей. Существует «дефект» массы, который эквивалентен энергии связи ядерных частиц. Это положение с большой степенью точности и с большой убедительностью проверено в реакциях деления и синтеза ядер. Не основе этих соотношений рассчитываются атомные электростанции, атомные и водородные бомбы.

б) Аннигиляция частицы и античастицы сопровождается выделением лучистой энергии, в точности соответствующей соотношению эквивалентности.

в) Мезоны, попадающие в земную етмосферу нз космнче-

Блиан цы родились в 1965 году. Один ил них отправился в космическое путешествие. Пока он летал, сю брат заметно постЬрел. Так должно быть по теории Эйнштейна,

ских глубин, живут дольше, чем это им положено, потому что для них время течет замедленно, в соответствии с преобразованиями Лоренце.

г) С увеличением энергии масса частиц растет. Это приводит к необходимости корректировать частоту разгоняющего их электромагнитного поля в ускорителях. На этой основе построены все синхрофазотроны.

О других экспериментальных доказательствах теории говорится в учебниках.

Теория относительности, как и всякая теория, является следующим приближением к познанию истинных законоа природы. Как и всякая теория, она на претендует не право быть «абсолютной истиной». Можно догадываться, что в будущем оиа потребует уточнений. В общих чертах можно указать на те области применения этой теории, где уже сейчас она приводит к трудностям.

Во-первых, может оказаться, что при очень высокой точности измерений скорость света асе же окажется зависимой от скорости движения источника. Недаром опыты по измерению скорости света продолжаются до сих пор.

Во-вторых, и в этом, пожалуй, главный источник затруднений теории относительности, сейчас в квантовой электродинамике нельзя избевиться от так называемых «дурных бесконечностей». Если применять к электрическим зарядам формулы, выведенные на основе теории относительности, то получается, что все заряды должны обладать бесконечными энергиями. Избавиться от этих бесконечностей можно, только предположив, что электроны (да и все остальные «элементарные» частицы) занимают ■ пространстве конечный объем и напоминают собой нечто вроде абсолютно упругих шариков. В этих шариках сигналы (взаимодействия) должны распространяться с бесконечной скоростью, что лротиворечит выводу теории относительности: не может быть скорости распространения физического процесса большей скорости свете.

Тщательная экспериментальная проверка теории относительности плюс здравый смысл—вот источник ее дальнейшего уточнения.

А пока опытных опровержений не найдено, оиа остается незыблемой, и никакие умозрительные «опровержения» и «новые толкования» не помогут.

Иллюстрации художнике Антони Равнелли «зяты из книги М. Гарднера «Теория относительности дл* миллионов», изд-во «Мнр», 1965 г. Рекомендуем прочесть ее.

3