Наблюдения и озарения или Как физики выявляют законы природы

Теория относительности вызвала громадный поток публикаций, особенно возросший после окончания Мировой войны 1914–1918 гг.: письма ее автору доходили с написанным адресом «Европа, Эйнштейну». Знаменитый философ А. Бергсон (1859–1941, Нобелевская премия по литературе 1927) пишет книгу «Длительность и одновременность» и пробует вместить содержание теории относительности в рамки своей концепции интуитивизма, а известный этнограф В. Г. Тан-Богораз пытается доказать, что основные ее положения близки к представлениям чукотских шаманов о путешествиях душ в моменты медитации. Между этими крайними проявлениями была масса иных, не менее экзотических трактовок, популярностью пользовались и такие стишки: «Юная леди по имени Кэт\ Двигалась много быстрее, чем свет.\ Но попадала всегда не туда… \ Быстро помчишься — \ Придешь во вчера» — они должны были ясно показать справедливость второго постулата Эйнштейна, невозможность скорости, большей, чем скорость света! (Цит. по: Пайс А. Научная деятельность и жизнь Альберта Эйнштейна. М.: Наука, 1989.)

Но, говорят оппоненты, давайте обострим ситуацию. Пусть эти близнецы расстаются не на Земле, а в стыкованных рядом ракетах. Тогда ведь путешествовавший брат мог считать, что движется не он, а второй брат, и поэтому при встрече тот должен быть моложе!

Как будто возникает некое противоречие, названное парадоксом близнецов.

Парадокс этот, конечно, ложный: теория преобразований Лорентца и вообще теория относительности, о которой мы говорили, называется частной или чаще специальной (СТО) — она описывает лишь явления в инерциальных, т. е. не испытывающих ускорения системах (ускорения будут учтены в общей теории относительности — см. ниже). Поэтому становится очевидным, что поскольку для встречи братьев один из них должен был испытывать периоды ускоренного движения (разгон ракеты, ее разворот и торможение — для встречи с братом), то двигался именно он, и поэтому показания именно его часов, в том числе физиологических, определяющих возраст, должны быть меньшими.

Отметим, что в 1967 г. Джеральд Фейнберг (р. 1933) заметил такую особенность преобразований Лорентца: им не противоречит предположение, что существуют частицы, скорость которых всегда больше скорости света. Но такие частицы (их назвали тахионы, от греческого «тахес» — быстрый) не могут уменьшить свою скорость и взаимодействовать с обычными частицами. Некоторые энтузиасты и сейчас ищут тахионы, но пока не найдены способы ни запретить их, ни обнаружить их проявления. (Наука, повторим, придерживается принципа «все, что не запрещено, может существовать».)

7. Соотношение масса — энергия

Со времен Ньютона в механике были два определения массы: второй закон Ньютона определяет так называемую инертную массу — соотношение между действующей силой и получаемым телом ускорением, а закон Всемирного тяготения определяет так называемую гравитационную массу (Ньютон безо всяких доказательств принял, что две эти массы численно равны).

Но если гравитационное поле ведет к образованию массы, то почему какая-то масса не может создаваться электромагнитным полем? Или по-иному: увеличивает ли наличие заряда инерционность тела, т. е. существует ли инертная электромагнитная масса? И если она существует, то полностью ли именно она обуславливает всю массу электрона?

Вопрос этот живо обсуждался в конце XIX в., обсуждается он и сейчас — решения пока не видно.

Первые расчеты электромагнитной массы электрона провел Дж. Дж. Томсон: можно ли считать его шариком, энергия которого обусловлена взаимодействием его частей, и сжимаемым согласно преобразованиям Лорентца? Минковский, человек эмоциональный, написал, что пытаться вводить твердый электрон в теорию Максвелла — это все равно что идти на концерт, заткнув уши ватой.

Но уже в конце 1905 г. Эйнштейн находит в рамках СТО более общий подход к подобным вопросам (доказывает его чуть позже): он выводит самую, наверно, знаменитую формулу в истории науки — ее все же придется написать:

Е = mс²,