Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки

Потом Эйнштейн сооружает на палубе каюту со стеклянными стенами и измеряет в ней скорость звука. Эта скорость оказывается в каюте одинаковой во всех направлениях и не зависит от движения корабля. Ничего удивительного, ведь звук — это колебания воздуха, чистая механика. Что из того, что наблюдатель, стоящий на берегу, получает другие результаты. Результаты измерений на берегу таковы: скорость звука в каюте больше в направлении движения корабля и меньше в противоположном направлении. Это полностью согласуется с принципом относительности Галилея и вытекает из правила сложения и вычитания скоростей.

Остановимся на этом подробнее, чтобы нам был более ясен дальнейший ход мысленного опыта. В изолированной от внешнего мира каюте воздух не может ни выйти из нее, ни войти вовнутрь. Если человек в этой каюте разговаривает, то с физической точки зрения он создает звуковые волны, которые распространяются в воздухе от его рта со скоростью звука. Они распространяются во все стороны с одинаковой скоростью. И достигают стен каюты одновременно во всех направлениях, если человек стоит в середине каюты. Пассажир в каюте скажет: скорость звука в моей системе координат одинакова во всех направлениях. Наблюдатель на берегу скажет: в моей системе координат — на неподвижном берегу — скорость звука, распространяющегося в движущейся каюте, в различных направлениях не одинакова. Она больше в направлении движения корабля (на величину его скорости) и меньше в противоположном направлении — также на величину скорости корабля. И никто не удивится и не оспорит эти измерения. Каюта изолирована, воздух в ней заперт, источник звука передвигается вместе с кораблем, и как следствие скорость звука различна для пассажира в корабле и наблюдателя на берегу. Тут полная аналогия с определением скорости пассажира, идущего по палубе.

Эйнштейн, который уверен в универсальности принципа относительности Галилея для всех явлений, а не только для механических, хочет доказать это объективно для оптических явлений. Он ставит вопрос: каков будет результат, если такой же опыт провести, измеряя скорость света?. И Эйнштейн производит мысленный эксперимент, полагая для наглядности, что свет — это волны эфира, подобно тому, как звук — волны в воздухе. Гипотеза эфира не влияет на результат. Она лишь упрощает рассуждения, уменьшает количество необходимых слов, экономит время. Можно «перевести» все рассуждения с «эфирного языка» на «безэфирный» — результаты не изменятся. Но здесь просто нет для этого нужного места. Не посчитал нужным сделать такой перевод и сам Эйнштейн.

Теперь он помещает в центре каюты источник света. Итак, говорит Эйнштейн, имеются две возможности. Первая: каюта увлекает эфир так же, как воздух. Тогда и результат измерения скорости света будет аналогичным опытам со звуком — скорость света зависит от скорости корабля. Наблюдатель на борту корабля и наблюдатель на берегу получат различные результаты для величины скорости света. Их результаты можно сопоставить при помощи формул преобразования Галилея, и опыт совпадет с расчетом.

Вторая возможность: эфир свободно проникает через стенки каюты, они не увлекают эфир в своем движении. Каюта движется сквозь эфир. Как корабль, медленно скользящий по абсолютно гладкому морю, не увлекает частиц воды, а продвигается между ними, так и прозрачные стенки каюты не увлекают эфира, он свободно проникает сквозь стенки. В этом случае наблюдатель, находящийся в каюте, мог бы, не выглядывая наружу, определить, движется корабль или нет: свет достигнет передней стенки каюты позже, чем задней.

Опыт со светом, в случае, когда эфир свободно проникает сквозь стены каюты, не отличался бы от опыта со звуком, если измерять скорость звука не в каюте, а на открытой палубе, где воздух не участвует в движении корабля.

Наблюдатель на палубе скажет: свет бежит к корме быстрее, чем к носу движущегося корабля. Наблюдатель, находящийся на берегу, увидит, что свет коснулся заднего каната, ограждающего палубу, раньше, чем переднего. Но он скажет: скорость света не зависит от движения корабля: различие времени касания лучами света соответствующих канатов определяется тем, что скорость корабля в одном случае прибавляется, а в другом вычитается из скорости света.

Обе возможности, говорит Эйнштейн, неприемлемы. Одна из них заставляет отказаться от предположения о том, что скорость света — постоянная величина, не зависящая от условий опыта и от применяемых приборов. Другая принуждает пренебречь фактом, установленным еще Галилеем: не выходя за пределы каюты, нельзя судить о ее движении. То, что Галилей установил свой принцип для механики, не дает основания для того, чтобы отказаться от него в оптике.

Эйнштейн считает бесспорным, что симметрия явлений природы, заключающаяся в том, что законы природы едины в покоящихся и в движущихся телах, не ограничена механикой. Симметрия справедлива для всех явлений. В этом состоит истинная сущность принципа относительности. Этот принцип шире, чем думал Галилей, для которого механика была основой всех наук.