Неоткрытые открытия, или Кто это придумал?

Специальная теория относительности выросла из решения электродинамической проблемы движущихся тел, над которой начиная с середины XIX века работали многие физики. Они пытались доказать существование эфира – среды, в которой распространялись электромагнитные волны. Предполагалось, что эфир проникает через все тела, но в их движении участия не принимает. Строились различные модели светоносного эфира, выдвигались гипотезы относительно его свойств. Казалось, что неподвижный эфир может служить той абсолютно покоящейся системой отсчета, относительно которой рассматриваются «истинные» движения тел.

Согласно воззрениям Ньютона и его современников, во Вселенной существуют «нормальные часы», которые отсчитывают ход «абсолютного времени». Кроме того, существует «абсолютное движение», то есть перемещение тела из одного абсолютного места в другое абсолютное место. В течение двухсот лет эти принципы считались верными и незыблемыми. Ни один физик не подвергал их сомнению.

Первым, кто начал открыто их критиковать, был Эрнст Мах. Он начал научную карьеру на кафедре экспериментальной физики, имел в Австрии свою лабораторию. Мах проводил эксперименты со звуковыми волнами, изучал явление инерции. Он пытался опровергнуть понятия «абсолютное пространство», «абсолютное движение», «абсолютное время». Эйнштейн был знаком с работами Маха, и это знакомство сыграло не последнюю роль в его работе над теорией относительности.

В экспериментальной физике ньютоновские догмы также были поставлены под сомнение. Земля движется по своей орбите вокруг Солнца. В свою очередь, Солнечная система перемещается в мировом пространстве. Следовательно, если световой эфир покоится в «абсолютном пространстве», а небесные тела проходят через него, то их движение по отношению к эфиру должно вызывать заметный «эфирный ветер», который можно было бы обнаружить с помощью чувствительных оптических приборов.

Опыт по обнаружению «эфирного ветра» в 1881 году поставил американец Альберт Майкельсон. Он опирался на идею, высказанную Максвеллом двенадцатью годами ранее. Майкельсон рассуждал так: если земной шар движется сквозь абсолютно неподвижный эфир, то луч света, пущенный с поверхности Земли, при определенных условиях будет отнесен назад «эфирным ветром», который дует навстречу движению Земли. «Эфирный ветер» должен возникать только благодаря перемещению Земли относительно эфира.

Первая экспериментальная установка была построена и испытана Майкельсоном в Берлине, все приборы были смонтированы на каменной плите и могли поворачиваться как одно целое. Затем опыты были перенесены в Америку и выполнялись при участии близкого друга и сотрудника Майкельсона Эдуарда Морли. Ученые создали зеркальный интерферометр, который мог зарегистрировать даже самый слабый «эфирный ветер». Результаты всех опытов, проведенных и в 1881 и в 1887 годах, оказались отрицательными – никакой «эфирный ветер», даже самый слабый, зарегистрирован не был. Опыт Майкельсона и на сегодняшний день можно считать одним из самых выдающихся в истории физики. Сам Эйнштейн писал, что этот опыт имел огромное значение для рождения теории относительности.

Но не все физики были согласны с тем, что эфира не существует и что ньютоновы принципы должны быть отброшены навсегда. Голландский физик Хендрик Лоренц в 1895 в попытке «спасти» эфир высказал предположение, что быстро движущиеся тела испытывают сокращение. Еще до Лоренца, в 1891 году, ирландский физик Джордж Фицджеральд сделал подобное предположение, о чем Лоренц не знал. Лоренц и Фицджеральд писали, что все предметы «под давлением» эфира сплющиваются, укорачиваются. Укорачивается и плита, на которой расположены все приборы, и сами приборы. Укорачивается и земной шар, и люди, находящиеся на его поверхности, причем величина всех этих укорочений и сплющиваний есть характеристика, описывающая уравновешивающее действие «эфирного ветра». Ученые также вводили поправку на время распространения «эфирного ветра».

Хендрик Лоренц (1853–1928) вошел в историю физики как создатель электронной теории. Он сделал фундаментальное предположение – эфир в движении вещества участия не принимает. В 1892 году в заметке «Относительное движение Земли и эфира» Лоренц описывает способ согласования результатов опыта с теорией неподвижного эфира, заключающийся в предположении о сокращении размеров тел в направлении движения (сокращение Лоренца-Фицджеральда).

Развивая свои взгляды на примере оптических и электромагнитных явлений в движущихся телах, Лоренц, по существу, приближается к утверждению принципа относительности для электромагнитных явлений. Как мы знаем, в механике такой принцип был введен Галилеем. Он гласил, что никакими механическими опытами невозможно установить, покоится данная система или движется равномерно и прямолинейно. А Лоренц высказал предположение, что никакими мыслимыми опытами невозможно обнаружить относительное движение Земли и эфира.