Пионеры атомного века (Великие исследователи от Максвелла до Гейзенберга)

Принцип относительности, справедливость которого в специальной теории относительности ограничена инерциальными системами - равномерно движущимися относительно друг друга системами, в которых действует ньютоновский закон инерции, - справедлив в общей теории относительности также для систем, движущихся с ускорением, и для вращательных движений.

Общую теорию относительности Эйнштейн рассматривал как "второй этаж" в здании своей теории. В сходном смысле Планк сравнивал переход от специальной к общей теории относительности с переходом от линейных функций ко всеобщей теории функций в математике. Общая теория относительности тем самым включает - если отвлечься от гравитации - специальную как частный случай. Она является как бы расширением и обобщением принципа относительности 1905 года.

Такое "классическое" толкование, отвечающее историческому развитию, предлагает также Макс фон Лауэ. Такие значительные физики-теоретики, как Луи де Бройль, Макс Борн, Вернер Гейзенберг и Леопольд Инфельд, разделяют его или склоняются к нему. В некоторых новых, более аксиоматически изложенных работах, особенно в тех, которые в последние годы опубликовал советский физик В.А. Фок, избранное Эйнштейном название "общая теория относительности" отвергается как не соответствующее содержанию и вводящее в заблуждение.

Фок не согласен с тем, что здесь речь идет об обобщении понятия относительности 1905 года, и расценивает теорию Эйнштейна 1915 года исключительно как геометрическую теорию гравитации. В книге "Теория пространства, времени и тяготения" Фок детально обосновывает свое толкование. Аналогичных взглядов придерживается и А.Д. Александров. Научная дискуссия по этому и другим вопросам продолжается.

По словам Лауэ, Эйнштейн искал возможность раскрыть тайны гравитационного поля на основе теории относительности. Исходя из закона тождества инертной и тяжелой массы, который знали уже Галилей и Ньютон и который экспериментально проверил венгерский физик Этвеш, Эйнштейн пришел к новой теории силы тяжести. Знаменитый мыслительный эксперимент со свободно падающим лифтом, в котором физики наблюдают поведение незакрепленных тел и при этом не замечают воздействия тяготения, помог решению проблемы.

После Фарадея и Максвелла, преобразовавших электродинамику, Эйнштейн применил идею близкодействия также к пониманию гравитации. Из его уравнений поля следует, что явления гравитации в изменяющихся во времени полях тяготения распространяются со скоростью света. Почта через два с половиной столетия после Ньютона удалось изгнать из учения о притяжении силы дальнодействия, действующие с бесконечно большой скоростью и непосредственно от тела к телу. Уже Ньютон рассматривал их с недоверием и недовольством, Гельмгольц и Герц натолкнулись на эти "подозрительные" силы, но не смогли указать никакого выхода.

В общей теории относительности Эйнштейн проложил новые пути в понимании пространства и его структуры - в согласии с идеей Римана, что соотношения масс в пространстве не остаются независимыми от физических процессов, которые в них протекают.

Гениальный немецкий математик Бернгард Риман создал в дополнение к теории Гаусса о криволинейных плоскостях неевклидову геометрию общего характера. Неевклидовой эта геометрия была постольку, поскольку она была построена без применения аксиомы Евклида о параллелях. Эта аксиома утверждает, что к одной данной прямой через точку, расположенную вне ее, можно провести одну и только одну параллельную прямую.

В римановской геометрии в отличие от геометрии Евклида сумма углов треугольника больше 180 градусов. В его "искривленных" пространствах которые соответствуют искривленным плоскостям, но наглядно не представимы нет прямых линий, как в "плоских" евклидовых пространствах; есть только "наиболее прямые" линии, так называемые геодезические линии. Они представляют собой кратчайшее расстояние между двумя точками в искривленном пространстве.

Эта геометрия прежде всего была математическим мыслительным допущением так же, как предшествующие неевклидовы геометрии русского ученого Лобачевского и венгра Больяи были чисто математическими построениями. До этого Гаусс развивал сходные геометрические представления, но не опубликовал их из боязни "дразнить гусей". Одновременно с Риманом и независимо от него Гельмгольц тоже придумал неевклидову геометрию.

В связи с принципом Маха необычайно гибкая геометрия Римана приобрела отныне в общей теории относительности и учении о гравитации непосредственный физический смысл. Эйнштейн открыл новую эру мировой геометрии, указав на то, что структура пространства - времени, четырехмерное единство пространства и времени, полностью зависит от распределения масс, и гравитационное поле "полностью определяется через массы тел".