Гипотезы и заблуждения, о которых должен знать современный человек - [41]

Поскольку время и пространство — тесно связанные друг с другом величины, то с отказом от абсолютности времени приходит отказ от абсолютности пространства. Таким образом, в «Специальном принципе относительности», сформулированном Эйнштейном в 1905 г., утверждается, что в любых системах отсчета, движущихся относительно друг друга прямолинейно и равномерно, действуют одни и те же физические законы, при переходе же из одной системы отсчета в другую пространственно-временные координаты преобразуются. Впервые о времени и пространстве было сказано как о координатах, способных различным образом изменяться.

Двумя знаменитыми парадоксами специальной теории относительности стали уменьшение размеров тела и замедление хода часов при достижении телом скорости, приближающейся к скорости света. Следовательно, масса тела, представлявшаяся в классической физике величиной постоянной, будет нарастать при существенном увеличении скорости тела, что и было экспериментально определено для элементарных частиц, в частности электрона, с появлением установок, способных разогнать частицы до скоростей, близких к скорости света.

Еще одним следствием специальной теории относительности является важнейший закон не только из области физических знаний, но и мировоззрения вообще. Это закон об эквивалентности массы и энергии, общеизвестное E=mc². Получается, что рассматриваемый Эйнштейном свет является переносчиком не только энергии, но и массы, а масса является мерой энергии, переносимой телом. Экспериментальных данных, подтверждающих верность сделанных Эйнштейном выводов, было достаточно, например, отечественный физик-экспериментатор П. Н. Лебедев обнаружил давление света на твердые тела и др.

Итак, специальная теория относительности коренным образом изменила традиционные представления о времени и пространстве, придав им значение меняющихся координат четырехмерного пространства. В этой работе Эйнштейн обосновывает относительность только равномерного движения, но ведь этот вид движения является далеко не единственным и даже далеко не превалирующим. Как же обстоит дело с другими видами движения? По логике вещей, если относительно равномерное движение, относительны и все другие виды движений.

Сам Эйнштейн говорил, что физические законы должны быть настолько универсальны, чтобы их можно было применять для систем отсчета, движущихся произвольным образом. Именно поэтому была разработана общая теория относительности, углубленно рассмотревшая явление всемирного тяготения. Действительно, ни Галилей, ни Ньютон, описывавшие тяготение, не смогли описать природу самого этого явления. Впервые в рамках теории относительности Эйнштейну удалось проникнуть в тайны притяжения тел, обладающих массой.

Эйнштейн проанализировал идею, выдвинутую в свое время Махом, о том, что частица обладает инерцией только при взаимодействии с остальным веществом Вселенной, причем это взаимодействие, судя по всему, и является гравитационным по своей сути. Ускорение, придаваемое разным по инерционности частицам Вселенной, является следствием воздействия на частицу некоего поля тяготения, являвшегося по своей природе результатом взаимодействия относительного движения нескольких тел. Таким образом, ускорение также является относительным.

Коренным отличием специальной теории относительности от общей является то, что в первой обосновывалась относительность пространства-времени с прямыми световыми лучами, тогда как во второй пространственно-временное измерение считалось изначально искривленным, что было теоретически блестяще доказано выдающимися математиками Лобачевским и Риманом (именно общая теория относительности «включила в жизнь» теоретические разработки неевклидовой геометрии).

Итак, Эйнштейн разрабатывает математический аппарат своей теории, с помощью которого высчитывает кривизну времени и пространства, создаваемого Солнцем в Солнечной системе. Важным и неопровержимо доказывающим правильность новой теории являются следующие данные: уже давно было известно, что в силу влияния взаимного тяготения планеты движутся по эллиптическим орбитам, которые к тому же медленно поворачиваются относительно своей оси, это явление получило название прецессии перигелия.

В случае планеты Меркурий экспериментальные данные показывали, что поворот эллиптической орбиты происходит на 43 угловые секунды в столетие быстрее, чем это должно было бы быть согласно теоретическим выводам законов Ньютона. Расчеты же с позиций общей теории относительности полностью теоретически подтверждали данные измерений, определяя, помимо величины отклонения, и направление поворота эллипса.

Вдохновленный успехом, Эйнштейн вычисляет угол отклонения световых лучей при прохождении вблизи Солнца под влиянием его поля гравитации. Теоретически это отклонение должно было составлять приблизительно 1/4000 углового диаметра Солнца при наблюдении с Земли. Во время полного солнечного затмения в 1919 г. группе астрономов во главе с голландцем Эддингтоном удалось сделать телескопические фотографии, по которым в последующем были определены положения звезд в тот момент, когда рядом на небосводе не было Солнца. Оказалось, что смещение световых лучей, проходящих в непосредственной близи от Солнца, полностью идентично вычисленному теоретически.