Теория относительности и классическая физика

Сокращение тел в направлении движения, о котором говорится в теории относительности, не было само по себе какой-то новостью. Уже в 1892 г. о таком сокращении го­ворил Г. А. Лоренц. При этом предложенная им формула для изменения длины была точно такой же, какая позднее была выведена в теории относительности. Используя одну лишь гипотезу сокращения, Лоренцу удалось превосходно объяснить результат опыта Майкельсона — Морли. Возни­кает вопрос: почему же мы все-таки предпочитаем теорию относительности Эйнштейна гипотезе Лоренца о сокраще­нии размеров тел, движущихся в абсолютном про­странстве? Картина мира, созданная физиками к началу нашего столетия, представляла собой логически стройное, не приводящее к каким-либо внутренним противоречиям учение. Физикам казалось, что последующие исследования могут только дополнять наши знания, но опасаться фун­даментальных изменений не следует. Все это стройное и не­зыблемое с виду «сооружение» теперь называют классиче­ской физикой.
Общую гармонию физики в начале нашего столетия нарушали только отдельные тревожные факты, Такими были, например, результаты опытов Физо и Майкельсо-сона — Морли. Как их ни пытались объяснить с помощью представлений классической физики, сделать это не уда­валось. Лучше всего удалось объяснить эти опыты Лорен­цу с помощью гипотезы сокращения тел. Хотя благодаря этому опыты и удалось «втиснуть» в классическую систе­му физики, однако целостность последней была тем самым нарушена. Гипотеза сокращения была произвольным предположением, которое никак нельзя было обосновать.

Сокращение тел в направлении движения, о котором говорится в теории относительности, не было само по себе какой-то новостью. Уже в 1892 г. о таком сокращении го­ворил Г. А. Лоренц. При этом предложенная им формула для изменения длины была точно такой же, какая позднее была выведена в теории относительности. Используя одну лишь гипотезу сокращения, Лоренцу удалось превосходно объяснить результат опыта Майкельсона — Морли. Возни­кает вопрос: почему же мы все-таки предпочитаем теорию относительности Эйнштейна гипотезе Лоренца о сокраще­нии размеров тел, движущихся в абсолютном про­странстве? Картина мира, созданная физиками к началу нашего столетия, представляла собой логически стройное, не приводящее к каким-либо внутренним противоречиям учение. Физикам казалось, что последующие исследования могут только дополнять наши знания, но опасаться фун­даментальных изменений не следует. Все это стройное и не­зыблемое с виду «сооружение» теперь называют классиче­ской физикой.
Общую гармонию физики в начале нашего столетия нарушали только отдельные тревожные факты, Такими были, например, результаты опытов Физо и Майкельсо-сона — Морли. Как их ни пытались объяснить с помощью представлений классической физики, сделать это не уда­валось. Лучше всего удалось объяснить эти опыты Лорен­цу с помощью гипотезы сокращения тел. Хотя благодаря этому опыты и удалось «втиснуть» в классическую систе­му физики, однако целостность последней была тем самым нарушена. Гипотеза сокращения была произвольным предположением, которое никак нельзя было обосновать.
Дальнейшие исследования Лоренца и Пуанкаре не вы­правили положения. Главным направлением стало приспо­собление классической физики к новым фактам. У Эйн­штейна же была совсем иная цель. Он не приспосабливал старую теорию, а создал совершенно новую, которая суме­ла объяснить все известные факты.
Созданная Эйнштейном система, которую стали назы­вать теорией относительности, опирается на два опыт­ных факта:
1. на специальный принцип относительности, который утверждает равноправность всех инерциальных систем;
2. на независимость скорости света от инерциальной системы в вакууме.
Теория относительности так же совершенна и гармо­нична, как и классическая физика, а в некоторых частях она даже более совершенна. Кроме того, она охватывает гораздо больше фактов, чем классическая физика. Конеч­но, ученые и сейчас открывают все время новые факты, объяснение который требует больших или меньших уси­лий. Существуют проблемы пока неразрешенные, над ни­ми работа продолжается. Характерно, однако, что до сих пор не было потребности в изменении теории относитель­ности. Это не значит, что такой потребности никогда не возникнет. Возможно, что придет время, когда теорию относительности заменят новой, более совершенной. Соз­данную Эйнштейном гармоничную и целостную теорию заменят новой, но опять-таки непременно целостной и гармоничной системой. Для небольших скоростей резуль­таты теории относительности практически не отличаются от результатов классической физики, т. е. при небольших скоростях теория относительности сводится к классиче­ской физике. Аналогично этому будущая новая теория будет включать в себя теорию относительности как част­ный случай. Таков общий путь развития науки.
Вернемся теперь к вопросу: чем же теория относи­тельности совершеннее классической физики? Прежде все­го, конечно, тем, что теория относительности объясняет гораздо больше фактов, чем это могла сделать предшест­вовавшая ей физика. Кроме того, теория относительности выявила существование связей и симметрии в таких явлениях, где классическая физика их не видела, напри­мер в проблемах пространства и времени. Лоренц изменил классическую физику тем, что искусственно ввел в нее гипотезу о сокращении тела в направлении движения. Из теории Эйнштейна, кроме зависимости длины тела от си­стемы отсчета, следовала такая же зависимость промежут­ка времени. Классическая физика рассматривала время и пространство как совершенно независимые явления, теория же относительности показала, что время и прост­ранство связаны между собой. Теория относительности показала еще взаимосвязь целого ряда явлении, как, напри­мер, электрического и магнитного поля, массы и энергии и др. Эти проблемы мы рассмотрим позднее.