Альберт Эйнштейн: творец и бунтарь - [22]
Итак, у Ньютона теория и практика состыкованы друг с другом не лучшим образом. На практике ни состояние покоя, ни равномерное движение не могут быть абсолютными: об этом говорят сами законы Ньютона. И тем не менее Ньютон сформулировал свои законы для абсолютного пространства и абсолютного времени, что при обращении к практике равносильно их отрицанию.
Не будем останавливаться на том, каким образом Ньютон преступал рамки своих законов, чтобы преодолеть возникшие затруднения. Когда Юнг и Френель опровергли его корпускулярную теорию света, ситуация изменилась. Ведь если свет распространяется в виде волн, то вся видимая Вселенная, чтобы их передавать, должна быть чем-то наполнена. Это «что-то» получило название эфира. Само по себе это не столь важно для нас. Однако, как отмечал Юнг, проведение оптического эксперимента должно было основываться на способности светоносного эфира свободно проходить через материю. За исключением пульсирующих световых волн, эфир можно было бы, таким образом, считать находящимся в состоянии абсолютного покоя. Итак, несмотря на пятое следствие Ньютона, применимое к механическим движениям, оптические эксперименты вполне позволяли определить равномерное движение через эфир, и это движение можно было бы считать абсолютным.
Этот момент не прошел мимо внимания экспериментаторов. Уже в 1818 г. были поставлены первые оригинальные оптические эксперименты для измерения абсолютного движения Земли, т. е. ее движения относительно неподвижного эфира. Однако результаты ни в коей мере не оправдали ожидания[14]. Первые эксперименты не выявили ни малейших следов такого движения, ничего, что указывало бы на эфирный ветер.
Френелю удалось объяснить все эти отрицательные результаты с помощью блестящего предположения. Он заявил, что некоторая часть эфира остается внутри материи, в то время как остальная часть свободно проходит сквозь нее. Но его предположение содержало вопиющее противоречие: каждой составляющей спектра света соответствовало в таком случае разное количество поглощенного эфира, что воистину абсурдно. Однако это отнюдь не преуменьшает значения блестящей гипотезы Френеля. Напротив, ее значение лишь возрастает, ибо, как выяснилось много позднее, Френель интуитивно приблизился к чему-то такому, что соответствовало теории относительности и никак не укладывалось в рамки ньютоновской картины мира.
Здесь нам предстоит сказать о выдающемся голландском теоретике Хендрике Антоне Лоренце, которому в 1902 г. была присуждена Нобелевская премия. В конце XIX столетия он значительно усовершенствовал максвелловскую электромагнитную теорию, в ходе чего им была получена формула Френеля, но без содержащегося в ней противоречия. При этом предполагалось, что эфир находится в состоянии абсолютного покоя, если не считать проходящие через него световые волны.
Все, казалось бы, было расставлено на свои места, если бы Максвелл в последний год своей жизни не успел предложить идею нового оптического метода измерения движения Земли через эфир. Эксперимент требовал приборов такой необычайной чувствительности, что Максвелл был уверен в невозможности его осуществления. Тем не менее идея Максвелла открывала теоретическую возможность измерить эффекты, описываемые формулой Френеля и недоступные другим, менее чувствительным методам проведения оптических экспериментов.
Однако Максвелл проявил излишний пессимизм. Он не мог предвидеть, сколь изобретательным окажется в подготовке экспериментов американский физик Альберт Майкельсон, которому в 1907 г. была присуждена Нобелевская премия. В своей предварительной попытке, предпринятой в 1881 г., Майкельсон остроумно использовал интерференционные полосы и продемонстрировал, что эксперимент вполне осуществим. В 1887 г. вместе со своим коллегой Э.В. Морли он провел этот эксперимент, добившись еще большей точности.
Эксперимент Майкельсона — Морли слишком хорошо известен, чтобы подробно на нем останавливаться. Его целью было определить воздействие движения Земли на скорость света, измеренную на Земле. Если Земля движется через стационарный эфир, в лаборатории должно ощущаться нечто вроде эфирного ветра. Направьте пучок света в направлении этого потока, поставьте на его пути зеркало и дайте отраженному свету возвратиться в исходную точку. Вычисления показывают, что время, затраченное на этот путь, будет несколько превышать то время, которое понадобится пучку, направленному перпендикулярно потоку. Определив разницу во времени, которое затрачивается на прохождение пучком света пути туда и обратно в различных направлениях, можно измерить скорость эфирного ветра, а тем самым и скорость движения Земли через эфир. Эксперимент был проведен с достаточной точностью, чтобы уловить разницу во времени, если эфир считать неподвижным. Однако, к разочарованию Майкельсона, приборы не показали никаких различий. В силу этого Майкельсон счел эксперимент неудачным и вплоть до 1902 г. упоминал о нем с некоторым смущением.
