Теория относительности

К двадцатому веку многим казалось, что физика подошла к некоторой завершенности в общей картине окружающей действительности, как казалось, были найдены все фундаментальные законы, оставались только детали, частности, пройдет немного времени и гигантский механизм жизни будет раскрыт. Правда, оставался еще эксперимент Майкельсона - Морли, который ну никак не вписывался в общие представления, для такого орешка нужен был смелый и дерзкий ум.

Чудаку и неудачнику, «эксперту 3-го разряда» из бюро патентов Альберту Эйнштейну предстояло отгадать загадку интерферометра Майкельсона, решение, прямо скажем, было лобовое - «независимо от движения своего источника, свет движется через пустое пространство с одинаковой скоростью», скорость света есть предельная скорость, верхняя граница распространения физических воздействий. Но если для Лоренца принцип постоянства скорости света в пустом пространстве, являлся только следствием, то Эйнштейн поставил его в ранг закона, как фундаментальное положение в начале всех рассуждений. Последствия для всей механической картины Ньютона были фатальны «не осталось камня, который бы не был разрушен».

У Ньютона существовало «абсолютное время», оно однородно, равномерно и неизменно протекало в каждой точке «абсолютного пространства». Внутри этого пространства находятся все тела вселенной, но никак с ним не взаимодействующие, оно везде одинаково и неподвижно. Движение, как перемещение из одной точки абсолютного пространства в другую также было «абсолютным».

Хотя, еще Лейбниц, сомневался в правомерности этих взглядов Ньютона. Но до Маха ни одному физику не приходила мысль подвергать сомнению ньютоновские догмы. В 1871 году Мах указал на то, что наши представления о времени мы получаем «через зависимость вещей друг от друга», в наших представлениях о времени выражается «глубочайшая и всеобщая зависимость вещей». Понятие абсолютного времени есть пустое «метафизическое» понятие, «понятие-чудовище». Идеи абсолютного пространства и абсолютного движения - безнадежные идеи, не имеющие никакого физического смысла. Последователь Маха, Эйнштейн, отказывается от всех этих абсолютов. В теории Эйнштейна размеры тел и промежутки времени теряют абсолютный характер, какой им приписывали раньше, и приобретают смысл относительных величин, зависящих от относительного движения тел и инструментов, с помощью которых проводилось их измерение. А что взамен?

А взамен прежних, появились новые абсолюты, не столь очевидные, но единственные, которые могли создать непротиворечивую картину мира. Первый абсолют – скорость света, второй абсолют связывает воедино пространство и время: если каждое событие описывать четырьмя числами – тремя пространственными координатами (x, y, z) и четвертой – временем t события, то для любого наблюдателя одинаковым является пространственно-временной интервал между двумя событиями, величина которого дается формулой

Пространство и время слились воедино, нет предметов без времени и нет времени без предметов. Во вселенной существуют лишь собственные времена различных материальных систем. Эти времена точно совпадают друг с другом только тогда, когда соответствующие системы находятся относительно друг друга в покое. В движущихся системах время протекает медленнее, чем в тех, которые в отношении к ним находятся в покое, расстояния сокращаются, а массы увеличиваются, подчиняясь преобразованиям Лоренца.

Такой переворот в понимании движения привел к пересмотру всех основополагающих законов природы, придал им новое понимание, в том числе и таким явлениям как электричество и магнетизм.

Долгое время электричество и магнетизм рассматривались как явления различной природы, тщетны были попытки найти между ними взаимосвязь, электрические заряды и магниты никак не желали взаимодействовать друг с другом. Их общая история началась с обнаружения Эрстедом влияния провода, по которому шел ток, на магнитную стрелку. У провода, которому просто сообщили большой заряд, такого не наблюдалось; стрелка компаса поворачивалась только вокруг провода с током, ток – это движение зарядов, стоило зарядам начать двигаться и возникало магнитное поле.

Если мы рассмотрим взаимодействие пробного электрического заряда и заряженной нити, разбитой на определенные сегменты, содержащие некоторое количество объемного заряда, между пробным зарядом и сегментом нити будут действовать кулоновские силы, пропорциональные величине зарядов. Если эту систему привести в движение, то согласно релятивистской теории будет происходить сокращение движущихся масштабов. При этом на метр длины движущейся нити приходится большее число зарядов, чем у неподвижной. Это равнозначно тому, что помимо кулоновской силы будет действовать еще другая, возникающая в результате движения зарядов, именно эта сила и называется – магнитной.

Таким образом, физики, занимающиеся электричеством и магнетизмом, сами того не ведая, вплотную работали с эффектами теории относительности. Вот почему теория Эйнштейна, родившаяся как пояснение «электродинамики движущихся тел» и разрушившая основания ставшей классической физики, ничего не изменила в четырех величественных уравнениях Максвелла. В уравнениях описывающих танец кружащихся электрического и магнитного векторов, единого электромагнитного поля; танец мужчины и женщины, инь и янь, покоя и движения.