Наблюдения и озарения или Как физики выявляют законы природы

С публикацией первой статьи научная «изоляция» Эйнштейна, скромного эксперта Патентного бюро, кончилась — посетивший его первым Макс фон Лауэ позднее вспоминал: «Встретивший меня молодой человек произвел очень неожиданное впечатление. Я не мог поверить, что разговариваю с создателем теории относительности». Далее он пишет, что единственная комната, где живут Эйнштейны, завешана детскими пеленками, а сам он пишет, согнувшись у кухонного стола, и одновременно покачивает кроватку с ребенком.

За несколько десятилетий до объяснения эффекта Доплера Э. Мах, пытаясь объяснить этот принцип в акустике некоему научному собранию, привел своих оппонентов на железнодорожный вокзал и уговорил машиниста проехаться взад и вперед с включенным гудком. Оппоненты были посрамлены: частота звука заметно менялась. Сейчас эффект Доплера используется полицией для определения скорости автомобилей по изменению частоты отраженного радиолуча.

Любопытно заметить, что в этой статье Эйнштейн вообще не упоминает об эксперименте Майкельсона-Морли: то ли он его еще не знает, то ли считает, что важнее всего разобраться с кинематикой и с формой уравнений Максвелла.

Отметим, что СТО вместе с идеями Эйнштейна о квантах сразу же объяснила известный эффект X. Доплера (1803–1853), согласно которому частота света (или звука) повышается, когда источник движется навстречу наблюдателю, и уменьшается, когда источник удаляется.

Минковский (1864–1909) преподавал Эйнштейну математику в Швейцарском политехникуме. Он был невысокого мнения о своем студенте и изумлялся его научным достижениям. Сам Эйнштейн в автобиографии кается в том, что уделял в юные годы недостаточное внимание математике.

И действительно, поскольку скорость кванта света при любом движении источника постоянна, то добавление или уменьшение его энергии (за счет кинетической энергии источника) ведет, согласно формуле Планка, к изменению частоты.

Первым теорию Эйнштейна приветствовал Макс Планк, он же первым продолжил ее развитие. Вероятно, наибольший вклад в ее описание внес известный математик Герман Минковский: он переписал результаты Эйнштейна в более современной математической форме (через тензоры), показал их геометрический смысл, ему, в частности, принадлежат вошедшие во всеобщее пользование термины «световой конус», «мировая линия» и т. д. Поэтому описание СТО как геометрии пространства-времени часто называют геометрией Минковского.

б. Парадокс близнецов

До проявления интереса к СТО Минковский был не очень высокого ценил о физику. Он полушутливо говорил, что единственная польза, которую он из нее извлек, состояла в том, что ранее ему было неприятно садиться в трамвае на только освободившееся теплое сидение, но когда он понял, что тепло — это всего лишь движение молекул, чувство брезгливости исчезло (это высказывание Эйнштейн приписывал М. Гроссману).

Парадоксальные выводы теории относительности долго будоражили научные и околонаучные круги (до сих пор находятся дилетанты, пытающиеся ее опровергнуть).

Наиболее долго в печати обсуждался такой парадокс. Предположим, что один из пары близнецов отправляется на сверхбыстрой ракете в дальнее путешествие, часы у него в ракете идут медленнее, чем у брата, оставшегося на Земле, возвратившись, он оказывается моложе своего брата-близнеца. Здесь пока никакого противоречия нет — все в согласии с теорией относительности.