Наблюдения и озарения или Как физики выявляют законы природы

Можно поэтому думать, что логическая упорядоченность рассуждений в статье появилась позже, а ход рассуждений был, все же, связан именно с поиском такого «запрещающего» принципа. И действительно: в преобразования Лорентца, самостоятельно выведенные Эйнштейном из принципа инвариантности уравнений электродинамики Максвелла, входит квадратный корень от разности квадратов скорости света и скорости движения источника. Если верить этим формулам, если принять, в отличие от Лорентца и Пуанкаре, что они не являются формальными упражнениями в математических преобразованиях, а отражают физические явления, то скорость, большая скорости света, должна приводить к мнимым величинам времени, длины и т. д. А как их интерпретировать?

И тут можно попробовать просто — по некоторой аналогии с термодинамикой — их запретить, т. е. проверить возможность введения такого принципа: скорость, большая скорости света, невозможна.

Но с уравнениями Максвелла этот принцип согласуется только в случае отсутствия эфира, неподвижного или увлекаемого — однако именно ненужность, или точнее, не-необходимость, эфира Эйнштейн доказывает в своей квантовой теории. Так что здесь противоречий нет. Нужно теперь проверить кинематику, т. е. механику, — с нее логически и начинается статья. И здесь также не встречается противоречий — следовательно, можно провозгласить основным принцип: свет в пустоте распространяется с постоянной скоростью и эта скорость является предельно допустимой.

Основная новизна этой статьи содержится в ее части, относящейся к механике, но название «К электродинамике движущихся тел» отражает, по-видимому, ход мыслей автора, что и может оправдать наши попытки психологического анализа.

При этом, однако, очень важно такое замечание: в теории Фитцджеральда-Лорентца, при тех же математических выражениях, неявно принималось, что сокращение длины тела вдоль направления движения должно быть связано с каким-то изменением действия молекулярных сил (поэтому сам Лорентц отнюдь не считал, что его преобразования адекватны теории относительности Эйнштейна), а Пуанкаре говорил о возможной необходимости каких-то новых гипотез, т. е. опять-таки о каком-то изменении состояния или структуры движущегося тела. Следовательно, по их воззрениям, наблюдатель, который находится на движущемся теле, мог бы заметить эффекты сокращения и поэтому обнаружить, что он движется относительно некоей абсолютной системы отсчета: инерциальные системы отсчета при таком подходе не равноправны.

Но не так у Эйнштейна — как он сам писал в 1911 г. в связи с бесчисленными вопросами: «Сокращение не является реальным, поскольку оно не существует для наблюдателя, движущегося вместе с телом; однако оно реально, так как оно может быть принципиально доказано физическими средствами для наблюдателя, не движущегося вместе с телом».

* * *

Итак, мы видим, что построение в 1905 г. теории относительности не было единичным, пусть даже гениальным прозрением. Для его осуществления необходимо было совершить последовательную серию исследований и открытий, каждое из которых, взятое по-отдельности, могло обессмертить имя автора:

1) убедиться в атомарной структуре материи;

2) пересмотреть закон равнораспределения энергии по степеням свободы;

3) показать (или, во всяком случае, предположить) возможность распространения света в виде частиц-квантов, фотонов;

4) полностью отказаться на этом основании от концепции эфира, одним ударом разрубить этот многовековой гордиев узел;

5) предложить общий «запрещающий» принцип (типа принципов термодинамики);

6) объединить принципы относительности в механике и в электродинамике.

Такая цепочка гениальных открытий, совершенных одним человеком за один год, не имеет даже приблизительных аналогов в истории науки: Эйнштейн последовательно прошел по всем этим ступеням, и поэтому создание им теории относительности вовсе не явилось некоторым одиночным, хоть и гениальным открытием. Но ни Лоренц, ни Пуанкаре осуществить такую программу не могли — психологически они так и не освободились от концепций эфира. Именно поэтому о них можно и должно говорить как о предшественниках Эйнштейна, но лавры творца теории относительности принадлежат ему и только ему.

5. Специальная теория относительности (сокращенно СТО)

В первой же статье по этой теме Эйнштейн принимает два постулата:

1. Все законы физики имеют одинаковый вид во всех инерциальных системах отсчета.

2. В любой инерциальной системе отсчета скорость света одинакова вне зависимости от движения того тела, которое этот свет испускает. (Этот постулат иногда формулируется как невозможность скорости, большей скорости света в пустоте.)