Техника - молодёжи 2011-02, страница 13
согласии с ньютоновскими законами мгновенно отреагировали бы изменением орбит или скорости. И ещё 200 лет четыре фундаментальных закона механики поддерживали стремительно растущее здание классической физики. Вес надстраиваемых этажей, в конце концов, привёл к проседанию конструкции. Дверь к тайнам микромира не захотела открываться классическим ключом, зато квантовая отмычка Макса Планка позволяла подглядывать за внутриатомными связями элементарных частиц. А фундаментальный закон всемирного тяготения своим принципом дальнодействия* стал резко противоречить архитектурному стилю всего сооружения. Свежевозведённые этажи электромагнитной теории опирались на взаимодействие с конечной скоростью. Архитектор этой теории Джеймс Максвелл полагал, что для электромагнитных волн требуется какой-то носитель (как воздух для звуковых), названный эфиром. Поиски этого носителя привели Майкельсона и Морли к остроумной идее: при помощи зеркал пустить луч света в двух перпендикулярных направлениях, а на финише дисквалифицировать победителя за использование попутного эфира. К изумлению судей выявить лидера не удалось — интерференционные картины обоих участников состязания совпали. Но этого не могло быть — Земля своим движением вокруг Солнца должна была добавить одному из направлений 30 попутных км/с. Как ни крутили экспериментаторы гранитную платформу прибора в ванне с ртутью, как ни вращалась Земля за полгода опыта, — вместо обнаружения эфира всё время обнаруживалось постоянство скорости света. Как ни переворачивался в фобу Ньютон, но объяснить, почему две скорости не складываются при совпадении направления и не вычитаются при противоположном движении, в рамках классической механики было невозможно. Конечно, учёные пытались хитроумными гипотезами спасти от разрушения здание классической физики, трещины которого уходили глубоко под фундамент — прямо в подвалы инквизиции, где Галилей для доказательства вращения Земли вокруг Солнца выстрадал принцип относительности движения. Находясь в изолированной системе темниц и казематов, он понял, что без внешних ориентиров невозможно определить: движется ли система равномерно и прямолинейно или находится в относительном покое. Исходя из того, что движение системы никак не влияет на скорость света, голландский физик Лоренц предложил распространить принцип относительности и на электромагнитные явления. А заодно и спасти «эфирную» идею — движение вызывает продольное сокращение размеров. Прибор, Земля и даже длина волны — всё сплющивается по направлению движения пропорционально его скорости. Анри Пуанкаре с французской элегантностью предложил считать принцип относительности не частным случаем механики, а всеобщим законом природы, а заодно предположил, что скорость гравитации равна скорости света. И наконец, никому не известный клерк патентного бюро смог переосмыслить результаты известного опыта с зеркалами (а заодно и всей классической физики). Дело не в отсутствии эфира и даже не в принципе относительности для электромагнитных явлений. Дело в том, что скорость света в вакууме — величина не только предельная, но и абсолютная для любого взаимодействия. Ещё Галилей пытался (правда — безуспешно) определить скорость света. С большой точностью это удалось сделать современник}' Ньютона датчанину Рёмеру (восходы и заходы спутников Юпитера происходили на 28 мин позже, когда эта планета оказывалась по другую сторону от Солнца). А через год после смерти сэра Исаака его соотечественник Брэдли уточнил эту скорость по звёздной аберрации (телескопу едва исполнилось 100 лет, а он уже смог зафиксировать периодическое смещение видимого изображения звезды, вызванное вращением Земли вокруг Солнца). Вскоре, наряду с видимым, был обнаружен свет невидимый, классифицированный электромагнитной теорией по частоте колебаний в единую шкалу от гаммакоротких до радиодлинных. Входным билетом в этот клуб служила одинаковая для всех членов скорость — нетрудно догадаться какая. Физических эффектов с большей скоростью обнаружить не удалось, и звание абсолютного чемпиона в вакууме на любой дистанции заслуженно досталось скорости света. В более плотной среде пропорционально плотности этот абсолютный чемпион снижает результаты (для воды на четверть, а в алмазе — ещё больше). В движущихся средах чемпион утрачивает абсолютность — скорость среды начинает влиять на скорость света в данной среде, то есть она становится относительной. Её даже удаётся обогнать (эффект Вавилова— Черенкова). Но это только подтверждает принципиальное и абсолютное лидерство в вакууме. Как скорость может быть абсолютной, то есть не складываться и не вычитаться из других скоростей, можно понять из опыта, который каждый из нас не раз проводил в несмышлёном возрасте — пускал солнечные зайчики. Луч света, отразившись от зеркала, помчится навстречу самому себе, и любой гаишник сможет оштрафовать за двойное превышение скорости света. Но Эйнштейн способен остановить карающий жезл, занесённый над протоколом. Луч падающий, луч отражённый и гаишник вместе с зеркалом находятся в разных системах отсчёта. В падающем луче условно выделим два фотона, летящих на некотором расстоянии друг от друга. *Если два бильярдных шара привязать к концам кия и стукнуть по одному из шаров, то толчок мгновенно передастся через кий другому шару. Принцип дальнодействия — о когда кия не видно, а его длина не имеет значения. Обложка книги «Исаак Ньютон и его яблоко» AMD HIS, APPLE 13 |
