Main menu:

Догадка Эйнштейна

Чтобы объяснить отрицательный результат эксперимента Майкельсона - Морли, ирландский физик Дж. Ф. Фицджеральд и независимо нидерландский физик X. А. Лоренц высказали предположение, что жесткие тела сжимаются вдоль направления своего движения относительно эфира. В 1904 г. Лоренц опубликовал обобщенную теорию Максвелла, в которой гипотеза Лоренца - Фицджеральда являлась следствием более общих предположений. Теория Лоренца также объясняла, почему оканчивались неудачей и все другие попытки обнаружить какое-либо движение Земли относительно эфира.

Тем временем Альберт Эйнштейн, работавший рядовым сотрудником патентного бюро в Берне, подошел к проблеме с другой стороны. Ему казалось удивительным, что математические уравнения, описывающие электромагнетизм и свет (т. е. законы Максвелла, распространенные Лоренцем на атомы и электроны), выделяют преимущественную систему отсчета, в то время как в механике Ньютона и его законе всемирного тяготения такая система отсутствует. Почему должны механические процессы предпочитать «демократию» в инерциальных системах отсчета, а электромагнитные явления - «монархию»? Отсутствие математической гармонии значило для Эйнштейна больше, чем трехвековая традиция представлений об эфире. Предшественники Эйнштейна, в сущности, утверждали: «Эфир должен существовать, ибо невозможно представить колебания без того, что именно колеблется».

Эйнштейн понял, что физические законы не должны быть связаны тем, что могут и чего не могут вообразить себе физики. Подобно Герцу, который на основании уравнений Максвелла пришел к выводу о существовании радиоволн и получил их в лаборатории, Эйнштейн считал, что уравнения Максвелла и есть его теория. Уравнения Максвелла не подразумевали существования среды, передающей электромагнитные волны, но они неявно выделяли преимущественную систему отсчета - систему F, в которой свет распространяется с одинаковой скоростью во всех направлениях. Но если нет эфира, подтверждающего привилегированный статус этой системы отсчета, то законы, описывающие электромагнитные явления, не должны делать различия между системой F и другими инерциальными системами.

Этот вывод Эйнштейна представлял собой обобщенный принцип относительности Галилея: законы, которым подчиняются электромагнитные и механические явления, имеют одинаковый вид во всех инерциальных системах отсчета. В частности, скорость света, которая появляется (при другой физической интерпретации) как коэффициент в уравнениях Максвелла, должна иметь одно и то же значение во всех направлениях и во всех системах отсчета.

Этот вывод противоречит простому правилу v’ = v - V, поскольку, согласно принципу относительности, v’ = v, если v и v’- скорость света, измеренная соответственно в системах отсчета F и F’, которые движутся относительно друг друга со скоростью V. Эйнштейн пришел к выводу, что это простое правило неверно.