Беседы с Альбертом Эйнштейном

Самое знаменитое открытие Эйнштейна, теория относительности, навсегда изменило наше понимание пространства и времени. Она была опубликована в 1905 году, «году чудес», и быстро привлекла внимание наиболее известных физиков в мире. Получившая впоследствии название «специальная теория относительности», она очевидно противоречит нашему повседневному опыту, и многие годы после ее публикации люди находили ее недоступной для понимания. Английского ученого Артура Эддингтона однажды спросили, правда ли, что только два человека в мире, помимо Эйнштейна, понимают эту теорию. «Хотел бы я знать, кто бы мог быть этот второй», — насмешливо ответил ученый.

* * *

Профессор Эйнштейн, как вы открыли свою теорию относительности?

Очень трудно сказать, как вообще делаются открытия, — разные сложности подстегивают человеческий разум неодинаково. Специальная теория была окончательно сформулирована примерно за пять недель 1905 года, после десяти лет попыток разрешить парадокс, с которым я столкнулся в шестнадцать лет: что увидел бы наблюдатель, если бы последовал за лучом света с той же скоростью? Определенный ответ на этот вопрос требовал сделать два допущения, которые легли в основу специальной теории относительности: принцип относительности и принцип постоянства скорости света.

* * *

Чувствую, что мне необходимо понять эти два принципа, если я надеюсь когда-нибудь понять теорию относительности. Не могли бы вы разъяснить их?

Я использую простую иллюстрацию. Если я нахожусь в купе спального вагона поезда, едущего по очень гладким рельсам с постоянной скоростью, и бросаю камень, то вижу, как камень падает по прямой линии. Если в купе опущены шторы, чтобы я не мог посмотреть за окно, движение камня не может подсказать мне, двигается ли поезд относительно Земли или неподвижен. Более того, никакие действия, которые я мог бы предпринять внутри купе, не позволят мне обнаружить движение поезда. Все внутри купе ведет себя одинаково вне зависимости от того, движется поезд или нет. Законы физики одинаковы для всех наблюдателей, находятся ли они в равномерном движении или неподвижны. Это и есть принцип относительности.

* * *

И это справедливо при любой скорости поезда?

Да, принцип относительности применим к любому виду движения, пока это движение осуществляется равномерно и постоянно, без ускорений и поворотов. Постоянная скорость включает также нулевую скорость и состояние покоя. Покой и движение зависят от референтной точки. Вы думаете, что вы находитесь в покое, сидя на этом стуле. А путешественник в космическом пространстве увидит вас вращающимся вместе с Землей со скоростью 1500 километров в час. Покой и движение — относительные понятия, и физические законы одинаково применимы к ним. Как только я это понял, я смог разрешить мучивший меня парадокс, что подводит нас ко второму принципу.

* * *

Думаю, что теперь я готов это услышать.

Сформулировать принцип постоянства скорости света было нелегко. Вернемся к примеру наблюдателя, несущегося вровень с лучом света. Он должен видеть неподвижный передний край луча. Однако неподвижная световая волна невозможна, это противоречит результатам научных экспериментов и обоснованной теории. Более того, согласно моему принципу относительности, все наблюдатели, находящиеся в равномерном прямолинейном движении или в покое, должны испытывать те же ощущения. Все они должны получать при замерах одну и ту же скорость света. Это и было решением моего парадокса, потому что никакой наблюдатель не мог надеяться увидеть передний край луча света. Вне зависимости от того, с какой скоростью они двигались, все наблюдатели должны были видеть, что свет движется с той же скоростью, какой ее измеряет наблюдатель, находящийся в покое относительно Земли. Эта догадка легла в основу того, что теперь называют принципом постоянной скорости света.

* * *

Эта догадка, как вы называете свое великое открытие, возможно, является одной из самых трудных для понимания идей.

Все потому, что это не интуитивное знание. Интуитивное знание говорит, что если вы едете в поезде и поезд движется со скоростью 40 километров в час, а вы идете от хвоста к головному вагону со скоростью 5 километров в час, то сторонний наблюдатель скажет, что вы двигаетесь со скоростью 45 километров в час. Но в случае со светом все иначе. Если вы посылаете луч света от конца движущегося поезда, то свет, то есть фотоны, излучаемые вашей лампой, летят со скоростью примерно миллиард километров в час, обозначим эту скорость «c». В этом случае пешеход, видящий движущийся поезд, не сможет измерить скорость как «c» плюс 40 километров в час, но только как «c».

* * *