Тяготение, кванты и ударные волны. Кризис дальнодействия. Опыт Майкельсона, страница 8

Правда, ее можно обобщить и на массы, распределенные в пространстве, как это делается в гидродинамике или теории упругости. В оплошной среде, жидкости, газе, в упругом твердом теле тоже существует волновое движение в виде звуковых волн. Но скорость звуковых волн, конечно, всегда гораздо меньше скорости света. Так, скорость звука в воздухе 330 м/сек, в стали — около 5000 м/сек. Скорость звука подчиняется обычному закону сложения скоростей, и это вполне естественно. Если, например, некоторый наблюдатель измерил скорость звука относительно Земли в покоящемся воздухе, а другой наблюдатель — в движущемся воздухе, при ветре, то совершенно очевидно, что нет никаких оснований предполагать, что они должны были бы получить одинаковый результат. Звуковые волны «сносятся» ветром. Находиться в покоящемся или в движущемся воздухе совсем не означает одно и то же, как это известно каждому из повседневного опыта. Но электромагнитные волны распространяются в пустоте, где нет никакого вещества. Здесь любого наблюдателя можно с одинаковым основанием считать и покоящимся и движущимся, если только он движется равномерно. Поэтому и нет причины ожидать, что один получит значение скорости света ие такое, как другой. Скорости и оказались равными в опыте Майкельсона, но так как в то время повсеместно верили в существование эфира, результат Майкельсона был неожиданным.

Опыт Майкельсона доказал, что скорость света ни с какой другой не складывается. Нельзя применить ньютоновскую механику дальнодействия к зарядам, и закон сложения скоростей к создаваемому ими полю. Причина, как сейчас будет показано, одна и та же.

Электродинамика Максвелла есть в известном смысле механика электромагнитного поля. Что же мешает применить механику Ньютона к электрону, а электродинамику — к полю? Легко видеть, что это приведет к противоречию. Пусть, например, два электрона движутся один навстречу другому, имея скорость, равную ³/₄скорости света, относительно некоторого неподвижного наблюдателя. В основе ньютоновской механики лежит закон сложения скоростей. Согласно этому закону, относительная скорость обоих электронов должна была бы равняться ³/₂ от скорости света. Но это значит, что электроны столкнутся раньше, чем начнут взаимодействовать! Ведь взаимодействие между ними распространяется со скоростью света, которая с другими скоростями не складывается. Можно придумать сколько угодно парадоксальных примеров, допустив, что скорость электронов подчиняется закону сложения, а скорость света не подчиняется ему. Невозможность ситуации, к которой приводят эти примеры, состоит в следующем. Допустим, что с каждым из летящих электронов в только что рассмотренном примере связан некоторый наблюдатель. Неподвижный наблюдатель может поддерживать связь с обоими летящими электронами, но каждый из летящих — только с неподвижным. Летящие электроны, как мы видели, не будут существовать друг для друга. Но в основе механики Ньютона лежит представление об относительности всякого движения: в принципе должно быть безразличным, какого из наблюдателей считать неподвижным, какого движущимся. Здесь же оказалось, что для неподвижного наблюдателя реальны два других, а для движущегося — только один. Между тем физическая реальность должна быть одинакова для всех: два реальных предмета никак не могут превратиться в один только оттого, что их рассматривает некто, движущийся иным образом.

Поэтому последовательная электронная теория не может быть построена на основе механики Ньютона для электронов. Правильная система уравнений механики должна, как и электродинамика, основываться на близкодействии. В соответствии с тем, что было сказано о роли дальнодействия в ньютоновской механике для представлений о свойствах пространства и времени, следует ожидать, что переход к близкодействию существенно эти представления изменит. Эти новые понятия были отчетливо сформулированы Эйнштейном в 1905 году. Они известны под названием специального принципа относительности, который рассмотрен в следующем разделе.