Альберт Эйнштейн: творец и бунтарь - [23]

Если оценивать эксперимент Майкельсона — Морли как попытку измерить абсолютное движение Земли, то он действительно закончился неудачей. Но сама эта неудача обернулась триумфом. Отрицательный результат, полученный Майкельсоном и Морли, привел в замешательство тех немногих, кто способен был понять некоторые проистекающие из него последствия. Согласно предположению Майкельсона, нулевой результат означает, что Земля увлекает за собой окружающий ее эфир. Но поскольку убедительнейшие экспериментальные и теоретические доводы свидетельствовали против этого, теоретики встали перед следующей проблемой: если поток эфира должен существовать, то почему он никак не проявляется?

Ирландский физик Г.Ф. Фитцджеральд, а затем и Лоренц независимо друг от друга предложили следующее объяснение: тела сокращаются в направлении своего движения через эфир, причем величина этого сокращения как раз такова, чтобы компенсировать влияние эфирного ветра в эксперименте Майкельсона — Морли. Чем больше скорость движения через эфир, тем больше соответствующее сокращение. Из-за орбитальной скорости Земли, составляющей около 30 км/с, длина любого тела будет сокращаться всего-навсего на одну стомиллионную часть. При движении же со скоростью света, т. е. около 3х10⁸ м/с, длина тела должна будет сократиться до нуля.

Большинство ученых восприняли это предположение ad hoc без большого энтузиазма. Великий французский математик, теоретик, философ и популяризатор науки Анри Пуанкаре считал сложившееся положение совершенно неудовлетворительным. Он возражал против метода «заплат»: сначала Френель, выдвинув идею о частично увлекающемся эфире, пытался дать объяснение нулевого результата ранних, не вполне еще точных экспериментов; теперь же Фитцджеральд и Лоренц пытаются с помощью идеи сокращения объяснить нулевые результаты более точных опытов. А что, если экспериментаторы сумеют добиться еще большей точности и получат новые неожиданные результаты? Значит, еще кому-то придется поспешно ставить новые заплаты с помощью предположений, скроенных специально по мерке существующих фактов? Под влиянием критических замечаний и советов Пуанкаре Лоренц предпринял систематические усилия, пытаясь согласовать уравнения Максвелла с результатами эксперимента Майкельсона — Морли и других, уже поставленных или еще не задуманных экспериментов. К 1904 г. после напряженной работы он в основном нашел математическое решение проблемы. Поскольку в данном случае нас не интересуют подробности, наметим лишь общий ход рассуждений Лоренца, даже если оно покажется несколько туманным. Проблема состояла в том, чтобы сохранить неизменной форму уравнений Максвелла при переходе от тела, находящегося в эфире в состоянии покоя, к телу, равномерно движущемуся относительно эфира. Чтобы добиться этого, Лоренц использовал, помимо всего прочего, сокращение длины. Однако ему не удалось полностью сохранить форму уравнений Максвелла. В его рассуждения вкрался какой-то изъян.

А тем временем Пуанкаре продолжал высказывать весьма глубокие и проницательные замечания. Например, в том самом 1895 г., когда шестнадцатилетний Эйнштейн размышлял над тем, какой представилась бы нам световая волна, если бы мы двигались вслед за ней со скоростью света, Пуанкаре выдвинул в качестве рабочей гипотезы — а с 1899 г. и более определенно — предположение, которое в 1904 г. он назвал принципом относительности. По сути, этот принцип повторял идею пятого следствия Ньютона: невозможно определить состояние абсолютного покоя или равномерного движения. Однако Пуанкаре, рассматривавший эту проблему с точки зрения теории Максвелла, четко осознавал, что ньютоновской теории предстоит претерпеть коренные изменения. Данное предвидение не было ошибочным. И в самом деле, во многих работах Пуанкаре прослеживается удивительное предчувствие идей и результатов теории относительности.

В июне 1905 г., почти одновременно с Эйнштейном, Пуанкаре отправил в научные журналы две статьи, имевшие одинаковое название: «О динамике электрона». Обе они существенно основывались на статье Лоренца 1904 г. В первой, более краткой, была исправлена допущенная Лоренцом ошибка и лишь вскользь затронута проблема, исчерпывающему математическому решению которой была посвящена вторая статья.

Эйнштейну, когда он писал свою статью, конечно, не были известны эти две еще не напечатанные работы Пуанкаре. Не знал он и статьи Лоренца, опубликованной в 1904 г. Эйнштейн избрал совершенно иной метод. Более того, ему удалось осуществить преобразование уравнений Максвелла и при этом избежать ошибок.

Практически все основные математические формулы, вошедшие в статью Эйнштейна 1905 г. по теории относительности, можно найти и в работе Лоренца 1904 г., и в двух вышеупомянутых исследованиях Пуанкаре (оба они позднее стали датироваться 1905 г., хотя более существенная из них появилась в печати не ранее начала 1906 г.). Зачастую идентичные формулы были почти неизбежны, поскольку математическое облачение теории относительности связано с уравнениями Максвелла и математическим описанием распространения волн. В самом деле, фундаментальное для теории относительности математическое преобразование — формула, названная Пуанкаре в 1905 г. «преобразованием Лоренца», — еще в 1898 г. было на основе уравнений Максвелла получено Джозефом Лармором, физиком ирландского происхождения. Кроме того, еще раньше, в том самом 1887 г., когда был поставлен эксперимент Майкельсона — Морли, почти такое же преобразование применил немецкий физик Вольдемар Фойгт при изучении волнового движения. В сожалению, разговор об этом неизбежен, поскольку подобные математические совпадения наводят некоторых людей на ошибочную мысль, что вклад Эйнштейна в данном случае был лишь второстепенным, а это, безусловно, далеко от истины. И все же справедливости ради мы обязаны отметить, что в работах Пуанкаре содержится множество близких к теории относительности идей, и остается только удивляться, что ему не удалось сделать тот решительный шаг, который привел бы его к этой теории, — так близко Пуанкаре подошел к ней.