Квинтэссенция. Книга первая

Разрешил ее только Эйнштейн. Он бился над ней с 1905 года, когда создал Специальную теорию относительности, до 1915 года, когда завершил построение Общей теории относительности — теории гравитации. Эйнштейн покончил с дальнодействием, показав, что гравитационное взаимодействие распространяется в пространстве не с бесконечно большой скоростью, а с конечной, хотя и очень большой скоростью — со скоростью света. Эйнштейн посеял смуту в среде физиков, которым пришлось пересматривать казалось бы незыблимые устои классической физики.

Остановимся на законе тяготения и сравним его с вторым законом Ньютона. И в тот, и в другой входят величины, имеющие одинаковое название «масса». И в том, и в другом случае «масса» выражает количественную характеристику материи. Почему мы обращаем на это внимание? Разве это не одна и та же характеристика?

Присмотревшись внимательно, мы заметим различие. В законе тяготения масса выражает связь между силой и расстоянием, точнее между силой взаимного притяжения двух масс и расстоянием между ними. Во втором законе механики масса выражает связь между силой и ускорением.

Различие столь велико, что физики дали этим массам уточняющие названия. Массы, входящие в закон тяготения, называют тяжелыми или гравитационными массами. Массу, входящую во второй закон механики, называют инертной массой.

Такое название подчеркивает, что ускорение тела зависит от его инерции, от того, что Ньютон предпочитал называть «врожденной силой материи».

Вспомните — еще Галилей обнаружил, что период качания маятника не зависит ни от веса его груза, ни от материала, из которого он изготовлен. Ньютон тщательно повторил опыты Галилея и подтвердил его результат с высокой, для того времени, точностью. Погрешность была меньше, чем одна тысячная.

Вывод Ньютона: тяжелая (гравитационная) масса и инертная масса пропорциональны. Вес тела и его инерция пропорциональны. Это следует из опыта с маятниками.

Сейчас эта пропорциональность установлена с относительной погрешностью, не превышающей одну миллионную долю от одной миллионной (дробь, в которой между запятой и единицей стоят одиннадцать нулей).

Эйнштейн пришел к заключению о том, что пропорциональность между гравитационной и инертной массами отражает более глубокую общность — их эквивалентность. Исходя из этого, он создал Общую теорию относительности — теорию гравитации. Мы дадим читателю возможность пройти вслед за Эйнштейном по пути от принципа относительности, установленного Галилеем, через Специальную теорию относительности к теории гравитации.

Факт против догадки

Дальнейшая борьба за истину в понимании Природы связана с тайной света. Предшественники Ньютона знали о том, что лучи света распространяются прямолинейно. Было известно и то, что они отражаются от блестящих поверхностей, преломляются на границе двух прозрачных сред и странным образом изгибаются вблизи непрозрачных тел. Но это разрозненные наблюдения. Для объяснения каждого из них ученые придумывали специальные, не связанные между собой гипотезы.

Ньютон, возражавший против подобных гипотез, стремился к единству системы знаний. Для объяснения оптических явлений он вначале склонялся к волновой теории: «Наибольшие колебания эфира дают ощущение красного цвета, наименьшие и наиболее короткие — фиолетовые, а промежуточные — промежуточных цветов», писал он.

Но не сумев, опираясь на эфир, объяснить прямолинейное распространение света, Ньютон был вынужден при исследованиях света возвратиться к пришедшей от эллинов гипотезе световых частиц — корпускул, летящих по прямым. Приняв эту гипотезу он, объявивший себя противником гипотез, был вынужден создать целую цепь гипотез. Главная из них — «гипотеза приступов», на которую он опирался при объяснении большинства известных ему оптических явлений.

Гюйгенс возродил волновую теорию света. Он не мог согласиться с корпускулярной теорией, опирающейся на гипотезы, казавшиеся ему произвольными. Гюйгенс, по аналогии со звуковыми волнами, представлял свет волнами сжатия и разрежения эфира. Основываясь на этой единственной гипотезе, он объяснил все известные оптические явления. Ему не удалось лишь дать убедительную картину прямолинейного распространения света. Но не это оказалось роковым для теории Гюйгенса.

Физики отказались от теории Гюйгенса потому, что она была не способна объяснить единственный опыт — странное поведение света при прохождении через два кристалла исландского шпата, стоящих на его пути.

Снова надолго воцарилась корпускулярная теория, опирающаяся на авторитет Ньютона и на еще одну гипотезу о свойствах корпускул.

Через полтора века Френель возродил теорию света, опирающуюся на волны в эфире. Сперва он следовал идее Гюйгенса, но был остановлен на этом пути тем же опытом с кристаллами шпата. После шести лет раздумий и тщетных попыток он согласился с идеей Ампера — свет является не продольными, а поперечными колебаниями эфира.