Начнем с вопроса о том, применимы ли преобразования Галилея к распространению света, точнее, не сами эти преобразования, а вытекающий из них простой закон сложения скоростей. Оказывается, что он придет в противоречие с более общими требованиями относительности всякогодвижения.
Электромагнитное поле мы не представляем себе как среду: это особый вид движения. Естественно ожидать, что к нему применим принцип относительности. Тогда скорость pacпространения света, типично электромагнитного явления, должна быть одинакова относительно всех наблюдателей, движущихся прямолинейно и равномерно по отношению друг к другу. Если окажется, что скорость света одинакова во всех направлениях только для одного наблюдателя, а для всех других различна, смотря по тому, в каком направлении они движутся, то тогда существует абсолютный покой.
Если есть особый наблюдатель, у которого свет одинаково быстро бежит во все стороны, то он покоится относительно «эфира». Само понятие эфира обретет при этом физическую реальность и перестанет быть только «существительным от глагола колебаться». Когда эфир представляли себе в виде упругой среды, естественно, находили противоречия не только с принципом относительности движения. Вернее, о них как раз не думали, а ломали себе голову над тем, как сквозь упругую среду без сопротивления движется Земля, проблема которой теперь стала схоластической.
Если же реально само электромагнитное поле, то естественно ожидать, что к нему применим принцип относительности движения. Тогда равноценны все наблюдатели, движущиеся прямолинейно и равномерно. Сначала это выглядит совсем невинно. Но если вдуматься, то получаются весьма неожиданные выводы. Поскольку все наблюдатели равноправны и среди них нет абсолютно покоящегося, то любой из них обнаружит, что скорость света относительно его системы одна и та же во всех направлениях. Ведь это основной закон распространения света, и для всех наблюдателей он должен быть одинаков, как и любой закон механики. Когда же скорость света может быть во всех направлениях одинакова? Только если она не складываетсяни с какой другой скоростью, в какую сторону ни двигался бы наблюдатель.
Такой вывод пришел в физику не путем логических умозаключений. Наоборот, все физики были уверены, что закон сложения скоростей применим к свету, так что луч, бегущий вдоль движения Земли, имеет относительно нее иную скорость, чем луч, бегущий перпендикулярно ее движению.
Но физика ничего не принимает на веру.
Как было рассказано в предыдущем разделе, опыт Майкельсона, вопреки всем ожиданиям, доказал, что скорость света не складывается ни с какой другой скоростью. После этого Эйнштейн распространил принцип относительности так, чтобы охватывать не только механические, но и электромагнитные явления. Теория Эйнштейна, если таким образом изложить ее программу, выглядит очень безобидно, на самом же деле следствия из нее в корне изменили физические представления о пространстве и времени.
Нельзя пользоваться одним принципом относительности для частиц и другим — для поля. Надо сформулировать единый принцип относительности, справедливый для того и другого. Для частиц, движущихся медленно, он по форме совпадает с тем, который принят в ньютоновской механике, и дает простой закон сложения скоростей (принцип относительности Галилея), а для больших скоростей принцип относительности должен давать более точный закон сложения, который оставляет скорость света в пустоте неизменной.
Фактически этот закон был известен до Эйнштейна. Он получался из несколько странной гипотезы о сокращении движущихся тел как раз настолько, чтобы опыт Майкельсона давал отрицательный результат. Но только Эйнштейн понял, что на самом деле здесь содержится обобщение галилеевского принципа относительности на электромагнитное поле.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.