Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Экзамен на «Homo Sapiens – II». От концепций естествознания ХХ века – к естествопониманию
Поляков В. И.,
1.4.3. Эйнштейн – отчим теории относительности
Влияние теории относительности выходит далеко за пределы тех проблем, из которых она возникла... Её ценность не ограничивается лишь сферой физики; она образует общий остов, охватывающий все явления природы.
А. Эйнштейн
Когда в конце XIX века физика лежала в кризисе противоречий, «пришёл А. Эйнштейн и объяснил мир». Специальная теория относительности, создание которой в начале ХХ века принципиально изменило естествознание, вошла во все современные работы и учебники как теория Альберта Эйнштейна. Однако он не был отцом теории и его, вероятно, можно назвать отчимом, отдавшим много сил на её «взросление», вхождение в жизнь. В действительности, как сама теория является ложной картиной мироустройства, так же ложью является её научное авторство. Это подтверждается многими исследователями. Например, П. Жюль Левегль опубликовал свои доказательства приоритета Ж.А. Пуанкаре в ежемесячнике выпускников Политехнической школы (Франция, апрель 1994 г). Первооткрывателями тех правил, которые положены в основу СТО, следует считать известного в то время голландского физика Хендрика Антона Лоренца (1853-1928) и французского математика Жюля Анри Пуанкаре (1854-1912) [116].
А. Пуанкаре особенно известен как математик, о котором Жан Дьедоне, один из основателей известной группы виднейших математиков 40-х годов прошлого века, выступавшей под псевдонимом «А. Бурбаки», писал: «Гений Пуанкаре эквивалентен гению Гаусса и столь же универсален. Он превосходил всех математиков своего времени». В контексте нашего рассмотрения следует отметить ещё одну черту гения Пуанкаре - он признан в мире как философ, основатель нового течения - конвенционализма связанного с неопозитивизмом и прагматизмом. В соответствии с трактовкой конвенционализма в основе математических и естественнонаучных теорий лежат соглашения (конвенции) между учёными.
Из этих философских убеждений Пуанкаре и проистекают основы теории относительности. Конвенциализм означает отрицание научного познания природы и возможность выдавать за науку согласованные учёными теории. Сама наука становится относительной! Поэтому можно утверждать, что не физик Эйнштейн направил физику в тупик, а этот путь был указан гениальным математиком и философом А. Пуанкаре. Можно представить его логику следующим образом: «Если одни экспериментальные данные свидетельствуют о необходимости эфира для распространения электромагнитных волн, а другие свидетельствуют об отсутствии этого эфира, то следует признать и те, и другие, и можно заключить конвенцию об их справедливости. А можно и не искать причины различия экспериментов. Математика способна описать такие явления, не вдаваясь в какие-то противоречия!» [116].
Так произошло, что когда физические проблемы казались неразрешимыми, Лоренц и Пуанкаре, работая раздельно, внесли основной вклад в теорию, которая привела к отказу от концепции эфира в пользу преобразований четырехмерного пространства-времени. Это была длительная работа. Ещё в 1895 г. Лоренц опубликовал работу, в которой в рамках теории эфира представил уравнения, инвариантные относительно систем координат. Для этого он ввёл искусственный математический элемент, который сам Лоренц назвал «местное (локальное) время». Пуанкаре обратил внимание на эту теорию сокращения размеров движущихся в эфире тел и тоже занялся проблемой электродинамики движущихся тел.
А. Пуанкаре в это время был профессором математической физики и математической астрономии в Сорбонне, профессором теоретической электротехники в Школе телекоммуникаций и действительным членом Академии наук. Его работы в дифференциальной геометрии, алгебраической топологии, теории вероятностей, функциональном анализе, в разработке концепции аттракторов, фрактальных кривых и предельных циклов, а так же и в других областях делали его авторитет среди математиков непререкаемым.
А. Пуанкаре в 1899 г. занимался математическим описанием наблюдаемых в физике явлений и внимательно следил за проблемами, возникшими в физике после опытов Майкельсона. В своем курсе «Электричество и оптика» Пуанкаре писал: «Это странное свойство производит впечатление фокуса, разыгранного природой для того, чтобы было невозможно определить движение Земли посредством оптических экспериментов. Такое положение дел не может меня удовлетворить. Я полагаю весьма правдоподобным, что оптические явления могут зависеть только от относительных движений присутствующих материальных тел». Так Пуанкаре исключил эфир и сформулировал принцип относительного движения. В 1900 году в статье «Теория Лоренца и принцип противодействия» он дал физическую интерпретацию «локального времени» Лоренца как время подвижных наблюдателей, которые настроили свои часы с помощью оптических сигналов, игнорируя собственное движение.
В том же 1900 г. А. Пуанкаре приходит к выводу, что лучевая энергия обладает свойством инерции, так же как любое материальное тело, для которого коэффициентом инерции является его масса. Эта эквивалентная масса электромагнитной энергии Е равна, следовательно, Е/c2, где с - скорость электромагнитной волны. Так возродилась великая формула Е = mc2 . Реально её появление относится примерно к 1890 г, когда мало известный физик Оливер Хевисайд при своих изысканиях по электродинамике получил эту формулу; эта же формула была получена Д. Томсоном для среды «эфир» в 1903 г. Из формулы следует, что энергия излучения обладает массой m и, следовательно, существует эквивалентность между массой и энергией. Этот вывод был опубликован Пуанкаре в «Архив Недерланд» на французском языке в 1900 г.
Работая далее над проблемой распространения электромагнитных волн, в 1902 г. Пуанкаре опубликовал работу «Наука и гипотеза», где он писал: «Не существует абсолютного пространства, и мы воспринимаем только относительные движения. Не существует абсолютного времени: утверждение, что два промежутка времени равны друг другу, само по себе не имеет никакого смысла. Оно может обрести смысл только при определенных дополнительных условиях. У нас нет непосредственной интуиции одновременности двух событий, происходящих в двух разных театрах. Мы могли бы что-либо утверждать о содержании фактов механического порядка, только отнеся их к какой-либо неевклидовой геометрии» [116]. Эта цитата, практически полностью, излагает основы того, что было позднее сформулировано, как теория относительности.
Х.А. Лоренц, ставший в 1902 г. лауреатом Нобелевской премии вместе с П. Зееманом за исследования влияния магнетизма на излучения, с уважением относился к критическим замечаниям А. Пуанкаре и предложил новые уравнения, которые, однако, не противоречили существованию неподвижного эфира. А. Пуанкаре также продолжал развитие своей теории. В сентябре 1904 г. приглашённый в Соединенные штаты прочитать лекции по физике, он чётко сформулировал «принцип относительности, в соответствии с которым законы физики должны быть одинаковыми, как для неподвижного наблюдателя, так и для наблюдателя, вовлеченного в равномерное движение. Поэтому мы не имеем и не можем иметь никакого способа узнать, находимся ли мы или нет в подобном движении» [116].
Лоренц признавал, что именно Пуанкаре принадлежит доказательство инвариантности уравнений Максвелла: «Это были мои рассуждения, опубликованные в мае 1904 г., которые подвигнули Пуанкаре написать свою статью, в которой он приписывает мое имя преобразованиям, из которых я не смог извлечь всей пользы. Позже я смог увидеть в мемуарах Пуанкаре, что я мог добиться больших упрощений. Не заметив их, я не смог установить принцип относительности как строго и универсально справедливый. Пуанкаре, напротив, установил совершенную инвариантность и сформулировал постулат относительности. Именно этот термин он первым и употребил» [116] .
Пуанкаре опубликовал основные свои выводы в издании Академии наук от 5 июня 1905 года, в которой он подчеркивал, что главным в принципе относительности, является инвариантность уравнений электромагнитного поля. Приоритет основных выводов он отдавал Лоренцу: «Самое главное, что было установлено Лоренцем - это то, что уравнения электромагнитного поля не изменяются под действием преобразований, которым я даю название преобразований Лоренца». Таким образом, уважая обоих учёных, отдававшим приоритет новой теории друг другу, можно констатировать, что в докладе, опубликованном в «Заметках Академии наук» (Франция) Пуанкаре дал новую форму преобразованиям, предложенным Лоренцем, и установил их групповую природу. В этих преобразованиях уравнения Максвелла инвариантны и удовлетворяют принципу относительности. Основы ТО были сформулированы.
Через 25 дней после публикации Пуанкаре 30 июня 1905 года в журнал «Annalen der Physik» (Берлин-Лейпциг, Германия) поступила рукопись на немецком языке, подписанная А. Эйнштейном и Милевой Марич, его женой и хорошим математиком. Эта статья «К электродинамике движущихся тел», ставшая всемирно известной, была опубликована 26 сентября 1905 г., через 112 дней после публикации Пуанкаре. Неизвестно почему, но эта рукопись была немедленно уничтожена после ее публикации. В этой статье повторено то, о чем в течение десяти лет в публикациях дискутировали Пуанкаре с Лоренцем: ненужность эфира и принципов абсолютного пространства и абсолютного времени, условность понятия одновременности, принцип относительности, постоянство скорости света, синхронизация часов световыми сигналами, преобразования Лоренца, инвариантность уравнений Максвелла. А. Эйнштейн добавил к этому формулы релятивистского эффекта Доплера и аберрации, которые представляют следствие из преобразований Лоренца.
Можно ли поверить, что независимый исследователь, никогда и ничего ранее не публиковавший по обсуждаемому вопросу, вдруг открыл то, что разрабатывалось и публиковалось в течение десяти лет учеными класса Лоренца и Пуанкаре? При этом совершенно не этично для научных работ, что автор статьи А. Эйнштейн не привёл никаких ссылок на работы предшественников, хотя не вызывает сомнения, что Эйнштейн, который читал по-французски также хорошо, как и по-немецки, знал работу Пуанкаре «Наука и гипотеза», а также и все другие статьи Лоренца и Пуанкаре.
Можно отметить, что мировая научная общественность после смерти Пуанкаре (1912 г), несмотря на многократные выдвижения Эйнштейна на Нобелевскую премию по теории относительности, не поддержала его. Препятствием оказался Лоренц, престиж которого в Шведской Академии Наук был огромен, и который лучше, чем кто-либо знал о приоритете Пуанкаре в рождении теории релятивизма. Эйнштейн получил Нобелевскую премию в 1921 г. «за открытие закона фотоэффекта». Эйнштейн действительно внёс заметный вклад в эти исследования, он первый ввёл понятие фотона (1905 г), ему принадлежит один из законов фотоэлектрических явлений. Хотя в исследования фотоэффекта существенный вклад внесли также А.Г. Столетов, Г. Герц, В. Гальвакс, Нобелевский комитет выделил именно заслуги А. Эйнштейна.