Статья 4. Эйнштейн
В этой статье мы разберем один из наиболее влиятельных на сегодня «чайников» – специальную теорию относительности (СТО) Эйнштейна. Статья описывает историю ее возникновения и развития, показывает, почему основной постулат СТО является софизмом, и как из него возникают удивительные релятивистские эффекты. Далее рассмотрим, из чего состоят многочисленные забавные споры об СТО. В отличие от прошлых материалов, эта часть требует большего внимания, поскольку читателю, если он не знаком с теорией относительности, потребуется вникнуть в материал. Но, проявив некоторое упорство, можно понять теорию относительности, и со стороны взглянуть на одно из любопытнейших сегодня явлений в теоретической науке. Замечу, что сторонники СТО могут улыбнуться, и сказать, что для понимания нужен не один год. Но автор имеет богатый опыт общения с ними, и может ответственно заявить, что сторонники имеют весьма смутное представление о том, как теория возникла, и почти никто из них не читал основу основ СТО – «к электродинамике движущихся тел».
Можно выразить всю критику теории относительности в нескольких строках:
Был произведен известный опыт, установивший, что «свет в пустоте движется всегда со скоростью с». Эйнштейн ловко расширил его до «свет в пустоте всегда движется со скоростью с – относительно любого наблюдателя». Эта трактовка, в корне меняющая смысл первого постулата, получила название «инвариантность» и легла в основу СТО. Из инвариантности выросла вся теория относительности Эйнштейна.
Давайте более подробно и основательно рассмотрим историю развития теории относительности.
Начнем с представления о классической относительности движения, которая лежит в основе СТО.
1. Классическое представление об относительности движения
Классическая относительность движения заключается в том, что в вакууме (пустоте) нельзя определить состояние движения какого-либо тела. Никто не может заявить, что его скорость в вакууме равна столько-то км/час и определить направление движения. Действительно, если представить единственный объект в космосе, то, как можно определить, с какой скоростью он движется и в каком направлении? Ведь вокруг пустота. Относительно пустоты скорость измерить невозможно, как и направление движения. Нельзя сказать, покоитесь вы, или двигаетесь в вакууме. Оговорюсь, что тут подразумевается тождественность понятий вакуум и пустота. Если полагать, что в вакууме находится, кроме единственного тела, еще объект – допустим, разряженный газ, то это другой случай, где можно мерить скорость относительно этого газа.
Скорость измерить можно лишь относительно другого объекта. Например, земля движется относительно солнца с определенной скоростью, луна движется относительно земли с орбитальной скоростью примерно километр в секунду.
Направление движения, траектория и скорость – все относительные понятия. Движение одного тела можно рассматривать только как относительное перемещение в сравнении с другим телом.
Эйнштейн показывал любопытный пример с падающей монеткой. Когда пассажир в трамвае роняет монетку, то монетка для него падает вертикально вниз с известным ускорением. Для пешехода, стоящего на остановке, монетка падает по дуге – к вертикальному падению добавится скорость автобуса. А если представить себе наблюдателя на солнце, то траектория монетки для него будет еще сложнее, поскольку придется учесть орбитальное и вращательное движение земли, которое принимает падающая в автобусе монетка.
В этом суть классического представления об относительности движения, которое отрицает абсолютное движение любого тела, т. е. движение в вакууме. Движение, противоположное относительному, называется абсолютным.
Представления об относительности движения уходят своими корнями вглубь истории, а тогда земля считалась центром мира, и подобные мысли в свое время пошатнули геоцентрическую модель с неподвижной землей.
Вот что писал Джордано Бруно.
«Как это заметили древние и современные истинные наблюдатели природы, и как это показывает тысячью способами чувственный опыт, мы можем заметить движение только посредством известного сравнения и сопоставления с каким-либо неподвижным телом. Так, люди, находящиеся в середине моря на плывущем корабле, если они не знают, что вода течёт, и не видят берегов, не заметят движения корабля. Ввиду этого можно сомневаться относительно покоя и неподвижности Земли. Я могу считать, что если бы я находился на Солнце, Луне или на других звёздах, то мне всегда казалось бы, что я нахожусь в центре неподвижного мира, вокруг которого вращается всё окружающее, вокруг которого вращается этот окружающий меня мир, в центре которого я нахожусь».