Техника - молодёжи 1979-03, страница 15

КОРИФЕИ НЛУНИ

зывает фундаментальную гипотезу о существовании самого излучения в виде частиц-фотонов соответствующей энергии. Дальнейшее развитие физики подтвердило .правильность этого смелого предположения. Экспериментальные исследования фотоэффекта строго соответствовали полученным соотношениям. Работа Эйнштейна оказалась следующим шагом к созданию фундамента квантовой механики — теории, внесшей самые глубокие изменения в прежние физические представления.

Наибольшую известность получила работа Эйнштейна «К электродинамике движущегося тела». В ней <на основе принципов, ранее выдвинутых Пуанкаре, молодым ученым было дано последовательное построение новой физической теории пространства и времени. Ранее обсуждавшиеся гипотезы о сокращении длин и растяжении временных -интервалов в новой теории естественным образом вытекали из требований выполнения принципа относительности и предположения о независимости скорости распространения света от движения источника. Эта работа молодого ученого сыграла огромную роль в утверждении новой физической теории с ее совершенно необычными следствиями.

Несмотря на то, что за год до этого Лоренц уже создал теорию, строго удовлетворяющую принципу относительности, это вовсе не уменьшило значения работы Эйнштейна, открывшей новый глубокий смысл всех ранёе установленных соотношений. Так, им было показано, что эффекты сокращения пространственных отрезков и растяжения временных интервалов обусловлены самим фактом относительного движения двух сопоставляемых систем отсчета, а вовсе не движением системы относительно эфира, как полагал Лоренц. Эйнштейн отметил и такое важное свойство этих релятивистских эффектов, как их обратимость. Равноправность систем отсчета, движущихся относительно друг друга, как раз и находила свое выражение в этой обратимости релятивистских эффектов. Не только пространственные отрезки первой системы оказались сокращенными при измерении их во второй системе отсчета, но и, наоборот, отрезки второй системы обнаруживали уменьшение при измерении их из первой системы отсчета.

Правда, происхождению этой основной особенности релятивистских эффектов — их обратимости — в работе Эйнштейна не было дано объяснения. В связи с этим в последующем большинство авторов предпочитало подчеркивать парадоксальность самого обращения результата сопоставления эталонных длин или длительностей двух систем от

счета, уходя от объяснения самой сути изменения получаемого результата. На самом же деле в этом проявлялась прямая зависимость от используемой в таком сопоставлении условной одновременности пространственно-разделенных событий.

В то же время в работе Эйнштейна содержались простые и наглядные объяснения самих релятивистских эффектов и центрального понятия навой теории — относительности одновременности. Используя образ часов, расположенных в каждой точке системы отсчета, Эйнштейн рассматривает процесс их синхронизации световым сигналом, то есть приведение в соответствие начальных показаний произвольной пары таких часов на основе рассмотрения распространения светового сигнала. При этом в каждой системе отсчета использовалось предположение о равенстве скоростей распространения света в двух противоположных направлениях. Именно это наглядное объяснение основного понятия новой теории предопределило успех работы Эйнштейна, позволило ему первым добиться признания совершенно необычной теории.

Как выяснилось позднее, точно такое рассмотрение синхронизации часов было использовано в более ранних работах Пуанкаре для объяснения существования одновременности, соответствующей «местному» времени Лоренца в движущейся системе отсчета. Но в своем основном трактате, написанном в том же 1905 году, французский ученый больше уже не возвращался к простым объяснениям на основе непосредственного рассмотрения самой процедуры измерения времени. Это обстоятельство явилось одной из причин того, что более полное и строгое изложение новой теории, в котором впервые были установлены инварианты (неизменные величины) теории и развит четырехмерный формализм, не оказало влияния на окончательное утверждение в науке новой концепции пространства и времени.

В следующей, четвертой статье того же 1905 года Эйнштейн, основываясь на принципе относительности, выводит для электромагнитного излучения знаменитое соотношение между массой и энергией. Он показывает, что излучение света телом приводит к уменьшению его массы на величину, равную потерянной энергии, деленной на квадрат скорости света. Свою краткую статью Эйнштейн заключает важнейшим обобщением полученного соотношения на все формы энергии. Сама проблема взаимосвязи массы с энергией также была поставлена в ряде работ предшественников. Увеличение массы наэлектризованного тела рассматривалось английским физиком

Дж. Дж. Томсоном еще в 1881 году. Правильное соотношение между массой и электромагнитной энергией впервые появилось в работах другого замечательного английского ученого, Оливера Хевисайда. Но только Эйнштейн выдвинул предложение распространить это соотношение на все виды энергии и тем самым придал ему всеобщее значение. В своей работе следующего года он привел более общее доказательство этого соотношения для электромагнитной энергии, не опирающееся на принцип относительности, отметив, что необходимое для этого доказательства рассмотрение содержится в работе А. Пуанкаре 1900 года.

Так опубликованными в один год фундаментальными исследованиями по самым важным проблемам новейшей физики Эйнштейн заявил о себе как об ученом, обладающем необыкновенным чувством нового и редким даром развивать самые смелые начинания своих предшественников. Эйнштейн один из первых подключался к разработке идей, которые отпугивали других ученых и, казалось, посягали на сами устои физики Ньютона. На эту черту творчества молодого ученого в свое время обратил внимание выдающийся французский физик А. Пуанкаре, который незадолго до смерти (1912 г.) писал в своем отзыве: «То, что нас больше всего должно восхищать в нем, это легкость, с которой он приспосабливается к новым концепциям и умеет извлечь из них все следствия».

Эта черта оказалась характерной и для дальнейшего творчества Эйнштейна. С 1907 года он начинает упорно трудиться над проблемой создания релятивистской теории грат витации. Создание этой теории, получившей название общей теории относительности, было успешно завершено им в 1915 году. Многолетний упорный труд Эйнштейна по возведению величественного здания релятивистской теории тяготения проводился в обстановке полного отсутствия экспериментальных данных, стимулирующих проблему пересмотра закона всемирного тяготения Ньютона, которая возникала лишь из требования логического развития теоретической мысли. Заслуга в самой постановке этой проблемы принадлежала Пуанкаре. Еще в работе 1905 года глубокое понимание физической сущности принципа относительности привело его к выводу о всеобщности требований этого принципа и к необходимости соответствующего пересмотра теории тяготения Ньютона. В той же работе он создал и первый вариант релятивистской теории тяготения, учитывающий конечность времени распространения гравитационного взаимодействия.

13