Возврат к начальной странице сайта.
По прочтении прошу откликнуться в гостевой книге.
За истину в науке!
Комично положение русских "западников", которые основой своей жизни сделали 'всякое слово, исходяещее' от западного общества. Поэтому и знание истины, и случайные или, наоборот, детерминированные события западной общественной жизни попадают в непререкаемые основы того, что распространяют наивные почитатели 'цивилизации'.
Так уж вышло, что все те, кто фабриковал 'эйнштейнову теорию относительности' давно переключились на куда более доходный голокостный бизнес. А наши 'умные Маши' все поют и поют старые, давно вышедшие из моды песни собственных, всегда чужих, кумиров.
Однако и "славянофилы" могли бы найти боле достойное поприще для ума, чем домысливание на тему о мировых заговорах: давно известное и на самом Западе знание о фактическом состоянии физической науки должно стать достоянием каждого русского образованного человека. Положительное знание, истину следует противопоставить беспочвенному попугайничанью.
Именно с мыслью об отечественном ученом, искреннем стремлении русского человека к истине я перевел одну главу чисто физического содержания из книги английского ученого. Присоединяю его знание к разрозненным пока попыткам нашей науки очиститься от очередного навязываемого нам уже почти век 'всемирного гения'.
Источник для перевода хранится здесь.
Herbert Dingle.
Теория Эйнштейна в ее оригинальном контексте
Чтобы понимать теорию Эинштейна, необходимо знать обстоятельства, в которых она возникла, и рассматривать ее в, по существу, первоначальной форме - как ее представила его статья 1905 года. Хотя теория с тех пор была представлена в различных формах, их всегда рассматривали как эквивалент оригинальной и предполагали (обычно неправильно, я думаю) облегчить возможность понять ее. Но никакой защитник теории, насколько я понимаю, не подверг сомнению разумность первоначального представления (кроме нескольких критиков вспомогательной математики, которые, однако, согласились с ее заключениями), и в 1955 году, когда были проведены специальные встречи празднования юбилея теории, никто и не думал о вопросе уместности этой даты для такого празднования, или даже не намекнул на возможность, что теория как-то изменилась, начиная с момента ее представления в 1905 году. Поэтому я возьму статью 1905 года как канонический текст для нашей цели, в принятом английском переводе, и рассмотрю сначала общую ситуацию в физике, в которой он возник тогда.
Необходимо сделать одно общее замечание, однако, и иметь его в виду постоянно в течение обсуждения. Когда имеешь дело со специфической проблемой в физике (или где-нибудь еще, в этом отношении), она должна неизбежно проявляться относительно целого предмета с отчетливостью, которой нисколько не обладала при появлении. Когда я говорил о состоянии физики в начале двадцатого столетия, я подразумевал его в том, насколько физика была обеспокоена проблемой, которую мы теперь обсуждаем; но, фактически лишь малая часть физиков тогда интересовалась этой проблемой. Значительное большинство занималось или деталями вопросов применения знакомой физики девятнадцатого столетия к специфическим ситуациям или исследовало захватывающие новые экспериментальные открытия, связанные с именем Рентгена, электронами, радиоактивностью и подобными вещами, и оставило нескольким специалистам обсуждение трудности основных принципов, уверенные что, сколь ни озадачивающими и неожиданными были тогда принципы, их разрешение предстанет в должное время в терминах традиционных основных концепций. Область мысли, с которой связана теория Эйнштейна, хотя теперь она кажется столь выдающейся, была тогда относительно неясной и незначимой. Понимаемая это я буду для простоты брать на себя смелость ссылаться на состояние физики как на 'преобладающие концепции' и подобные вещи, как если бы никакая другая физическая проблема не существовала, кроме того случая, когда становится необходимо подчеркнуть изоляцию этих соображений, чтобы объяснить более поздние трудности который, возникли в восприятии их, когда они выпукло проявились.
Я начну, таким образом, не с Эйнштейна, а с общего состояния предмета в конце девятнадцатого столетия. Основная трудность, с которой тогда столкнулись физики в их фундаментальной работе, состояла в том, что элементарные принципы двух самых обширных областей мысли - механика и электромагнетизм, - были несовместимы друг с другом. Несмотря на несколько поверхностных трудностей, принципы Ньютона оказались неизбежной основой для всех механических проблем, в то время как к этому времени полевая теория Максвелла, как я уже заметил, оказалась равно неизбежной основой для решения всех электромагнитных проблем; и эти два набора фундаментальных принципов были взаимно противоречивы. Мы не нуждаемся в рассмотрении всех появившихся несоответствий, но самое существенное, насколько мы можем теперь видеть, было в том, что механика, но не электромагнетизмом, повиновалась принципу относительности, - который мы теперь называем специальным или ограниченным принципом относительности, связанным только с однородными движениями, - что все состояния однородного движения (включая и состояние покоя) эквивалентны друг другу так, что для любого тела было одинаково верно сказать, что оно покоиться или что двигается с некоторой постоянной скоростью, которую выбирают произвольно; это безразличие выражено в ньютоновом первом законе движения, который подразумевает в действительности, что эти состояния являются неразличимыми. В электромагнетизме дело обстоит совершенно иначе. Электрический заряд в покое была окружен только электрическим полем, но электрический заряд в движении эквивалентен электрическому току и окружен также магнитным полем. Таким образом, заметно физическое различие между этими двумя случаями, так, что движение в электромагнетизме не было просто относительным - движение одного тела относительно другого - но абсолютным - чем-то, что имело обнаружимые последствия совершенно независимо от любого видимого стандарта покоя, относительно которого движение могло быть определено. Но так как сама идея движения подразумевала такой стандарт, невидимая универсальная среда - эфир - был расценен как действие в этой способности, и, этом, как мы видели, был сделано Максвеллом основанием его теории и обязательной физической средой передачи света и электрических волн.
Много лет это, казалось, не содержало обязательных фундаментальных противоречий, потому что допускалось, что движение наэлектризованного тела через эфир могло произвести заметные эффекты, в то время как, для не обладающего электрическим зарядом тела - обычное механическое движение - не могло. Эфир был только другим физическим телом со свойствами, которые были, конечно, таинственны, но конечно чем-то, что могло служить стандартом покоя, к которому может быть отнесено движение обычных вещественных тел. Действительно, скорость материального тела сквозь эфир может быть определена измерением его скорости относительно света; поскольку свет, согласно теории Максвелла, есть электромагнитное явление, имеющее известную постоянную скорость в эфире. Однако, точные эксперименты, базирующиеся на теории Максвелла, - из которых главным служит известный эксперимент Майкельсона-Морли, - оказались не в состоянии обнаружить различия вообще между скоростями по отношению к свету, тел, о которых известно, что они двигаются относительно друг друга. Это вело неизбежно к заключению, что или теория эфира или самоочевидное требование ньютоновой механики - что два тела, двигающиеся относительно друг друга должны иметь различные скорости относительно третьего тела, - должны быть неправильны. Несмотря на уважение, почти почитание, которым обладала теория Максвелла к тому времени, казалось неизбежным, что это именно теория эфира должна была быть отвергнута. Майкельсон сделал заключение на счет своего эксперимента словами: 'гипотеза стационарного эфира, таким образом, как показано, неверна, и отсюда следует необходимое заключение, что гипотеза ошибочна ' 2.
Были сделаны различные попытки подходящими поправками теории эфира избежать этого заключения. Я рассмотрю их позже, но я сказал достаточно об общей ситуации, чтобы указать те обстоятельства, в которых была рождена теория Эйнштейна, и я теперь продолжу ее анализ. Это будет, в некотором смысле, отход от главной мысли, потому что его подход к проблеме имел мало общего с чьим-либо еще, и много лет не воздействовал на общее течение мысли. Однако, теперь она - наш главный предмет, и я сказал достаточно о главном потоке мысли, чтобы указать пункт, в котором произошло почти незамеченное вторжение в него. Эйнштейн оставил запись, что эксперимент Майкельсона-Морли - и, возможно, другие эксперименты, направленные к тому же самому концу - не повлияли по существу на обсуждении, которое вело к специальной теории (3) относительности. Мы должны, конечно, верить ему, и это нетрудно сделать, но нет сомнения, что они были главным предметом озабоченности других физиков, работающих в этой области, и что теория Эйнштейна, если была верна, действительно решала проблему, которая противостояла им. Я теперь попробую описать то, что Эйнштейн сделал в его статье 1905 года, и покажу, надеюсь, что, хотя она была революционна и глубоко оригинальна, она не была ни в коей мере тайным, мистическим, метафизическим или большим, чем совершенно элементарный, математический путь, но была и осталась совершенно понятной любому нормальному человеку, знакомому с начальными знаниями в традиционной физике. Ее репутация как высшей модели непостижимости совершенно иллюзорна.
Окончательная цель Эйнштейна, конечно, состояла в том, чтобы примирить кинематику с электромагнетизмом, и метод его подхода отличался от пути, выбираемого почти автоматически другими, когда он предложил модификацию кинематики, а не электромагнетизма. Это было наиболее отличительной особенностью, и лишь немногие понимают, что, как мы увидим далее, (например стр. 143), большинство физиков все еще думает, что теория может быть доказана электромагнитными экспериментами. Так как это была по существу и весьма открыто выраженная реформа кинематики, сделанная именно с целью объяснить такие эксперименты, она может быть проверена только в кинематических терминах. Все что могут показать ее успехи в электромагнетизме, столь, обширные и различные, - это то, что, если предложенная кинематика верна, то она достигла своей цели; они не могут сделать ничего вообще, чтобы показать, является ли теория правильной или неправильной. Эйнштейн разделил его статью на две части, которые он назвал '1. Кинематическая Часть ';' II. Электродинамическая Часть'. Вся суть теории содержится в первой, на которой по указанной причине, я должен концентрировать внимание. Если она верна, остальное следует без вопросов; если нет - ее применение ко всем электромагнитным явлениям любого рода, ничего не стоит, несмотря на то глубокое впечатление, которое она создала среди 'экспериментаторов'.
Гений Эйнштейна виден наиболее ясно в том, как он воспринял упущение системы кинематики Ньютона, которое не было ранее замечено, и учет которого, как он видел, мог бы обеспечить возможность реформы, которая урегулирует две противоречивых отрасли физики. В таком понимании он был выдающимся в своем поколении: его слабость, как мы увидим, лежит в относительной неспособности последовать приложениям его понимания и в слишком большой готовности принять многообещающую отправную точку за достигнутую цель. В этом он был, скорее, подобен одному из заключенных тюрьмы, которому одному отрылось предположительно средство спасения, но который отказался проверить, что это средство не ведет только в другую часть темницы. Однако, именно достижение Эйнштейна, а не его психология является предметом нашего анализа, и он чувствовал, что никто не думал о потребности обеспечения средств определения моментов времени, приписываемые отдаленным событиям. Физики согласились в средствах измерения времени (моментов) событий близких - другими словами, - они приняли стандартные часы - но если бы один сказал, что событие в отдаленном, недоступном месте произошло в 4 часа, и другой сказал, что это произошло в 5 часов, нет никаких неоспоримых средств не для определения того, которое из этих мнений, если оно допустимо, правильно. Кроме того, согласно всему доступному знанию в то время невозможно было выбрать такое средство, которое не зависело бы от некоторого предположения, не допускающего затем проверки. Соответственно, так как часто в физике и астрономии необходимо назначить момент возникновения отдаленному событию, необходимо выявить предположения, которые были подсознательно при этом сделаны, поскольку, как заметил Эйнштейн, возможно, что несоответствие между кинематикой и электромагнетизмом лежит в ошибочности таких предположений. Если это так, отказ от них и использование других предположений могло бы привести к согласованию; и действительно, если бы этого удалось добиться, то сам этот факт стал бы самостоятельным сильным аргументом в поддержку правильности новых предположений, и можно было бы ожидать, что они должным образом будут подтверждены, когда станет возможным фактически транспортировать часы в недоступные пока места. Эйнштейн не только видел эту возможность, но также и, как он сам верил, достиг этого. Давайте посмотрим теперь, как это было сделано.
Проблема состоит в том, чтобы определить процесс определения момента возникновения отдаленного события - или, что эквивалентно, чтобы установить гипотетические часы, расположенные в месте события, так, чтобы синхронизировать их с нашими стандартными земными часами. Чтобы ясно понять проблему, начнем с простого, чисто земного случая. Предположим, что наши стандартные часы P, чьи чтения приняты как моменты событий в месте, где они установлены на земле в точке A, и мы желаем установить подобные часы Q в другой установленной точке B на земле синхронно с P. Мы могли бы, конечно, совместить P и Q в точке A, установить их одинаково друг с другом и, затем, переместить часы Q в точку B; но было бы невозможно применить этот процесс к недоступным местам, так что мы должны изобрести альтернативный метод. Такой метод состоит в том, чтобы переместить, все-таки, Q в точку B (но не в виде перемещения самих часов как вещи, а в виде некоторого своего представителя), - послать нечто, что, как мы знаем, перемещается с постоянной скоростью от А до B, и немедленно возвращается назад к точке А, - и устанавливаем часы Q так, чтобы его показание в тот момент, когда путешествующий агент (который для краткости мы назовем сигналом) достигает точки Q, было бы лежащим ровно посередине между показаниями P в моменты 1)испускания сигнала и 2)возвращения сигнала. Не имеет значения, чем является сигнал, или какова скорость его перемещения, пока эта скорость постоянна по отношению к стационарным часам в течение двойного перемещения сигнала; результат будет, безусловно, верен, независимо от этих свойств.
Это, в принципе, и есть метод, принятый Эйнштейном для его теории, я остановлюсь здесь для описания деталей его применения, рассматривая несколько из существенных характеристик, поскольку имеется несколько неверных предубеждений, которые чрезвычайно обычны и породили много неудачных попыток опознать дефекты теории, продемонстрировать которые и является одной из целей данной книги. Синхронизированность двух часов означает в теории относительности точно то, что мы и должны ожидать, а именно, что они дают одни и те же показания для момента любого и каждого события. Мы рассмотрим только часы, которые являются относительно неподвижными, поскольку они - единственные часы, для которых процесс синхронизации предписан в соответствии с теорией. Предполагается, конечно, что часы являются точно подобными так, что, если они были когда-то синхронизированы, они продолжают таковыми и оставаться, и дадут одно и то же показание для каждого события. Предположим теперь, что мы имеем множество относительно неподвижных часов в различных местах, и мы хотим синхронизировать их друг с другом. Тогда наш процесс должен быть таким, что, если каждый из них синхронизирован со стандартными земными часами, это гарантирует, что они синхронизированы друг с другом, и любой из целого набора (назовите его, рядом X для простоты), для измерения времени может использоваться любое явление, встречающееся где-нибудь, и оно даст то же самое значение как любое другое.
Ясно, что процесс, который мы описали, удовлетворяет этому условию. Если часы находятся в месте происшествия события, то момент события - это показание часов, когда событие происходит. Если мы используем отдаленные часы, то момент события для тех часов это их показание, когда сигнал, испускаемый из точки события в момент его происхождения, достигнет часов, минус продолжительность перемещения сигнала, которую мы знаем из его скорости и расстояния от наших часов до места происхождения события. Из метода, которым часы синхронизированы, очевидно, что результат соответствует чтению часов в месте события, когда оно произошло.
Это существенно потому, что, если любые независимые, однородно работающие часы S, (которые могут быть или не быть подобны часам нашего набора X), движутся от любых часов набора Х к любым другим часам этого же набора X, и различия их (S) показаний в начале и в конце поездки меньше, чем различие между показаниями часов набора X, с которым положение часов S совпадает в начале и в конце движения, тогда движущиеся часы (S) отсчитывают время медленнее, чем часы набора X. Например, если движущиеся часы (S) удаляются от часов набора X, когда те и S показывают одинаково 1 час, и показывает 2 часа, когда достигает других часов набора X, который тогда показывают уже 3 часа, движущиеся часы (S) отсчитывают время вдвое медленнее, поскольку это оценивают продолжительность поездки в 1 час, в то время как X-часы (которые все одинаково отсчитывают время) показывают продолжительность поездки в 2 часа. Не имеет значения, что различные X-часы используются для определения моментов начала и конца движения, поскольку все часы набора дают одно и то же показание для каждого события. Это сразу снимает возражения Маккреа (стр. 85), что, согласно теории, нельзя сравнить темп отсчета событий двух отдельных часов друг с другом. Процесс синхронизации был изобретен именно для этой самой цели обеспечения событий показаниями часов, которые были на расстоянии от них, и действительно, просто сказать, что двое часов синхронизированы, нужно сравнить их показания друг с другом.
Второй очень важный пункт - это то, что процесс синхронизации, предписанный в соответствии с теорией, является экспериментальным и, поэтому, совершенно объективным. Не имеет значения, кто делает эксперимент: если он делает его правильно, он получит один уникальный результат. Часы синхронизированы, если показание удаленных часов, когда они получают сигнал, лежит посередине между показаниями стандартных часов в моменты излучения и возвращения сигнала. Однако совершенно обычно слышать, что, согласно специальной относительности, часы, которые синхронизированы для одного наблюдателя, не синхронизированы для относительно двигающегося наблюдателя. Достаточно процитировать как пример письмо от W. Баретта (4) в корреспонденции журнала Nature, после моего обсуждения с Маккреа (см. Приложение), в котором он утверждал, что опроверг мой аргумент тем соображением, что часы, которые синхронизированы для А, не синхронизированы для двигающегося относительно А наблюдателя Б. Но совершенно очевидно, что показания часов, когда они пространственно совмещаются с сигналом, не могут зависеть, хоть сколько-нибудь, от того, кто наблюдает их совмещение; фотографии этого события могут быть исследованы впоследствии любым, вообще, и именно соотношение между показаниями определяет, синхронизированы часы или нет. Это только одно из многих последствий попыток вставить 'наблюдателя' в теорию, где он не имеет никакого места вообще, и в этом случае даже не координатные системы уместны: если часы синхронизированы, они синхронизированы абсолютно для всех наблюдателей и всех систем координатных систем.
Имеет смысл предпослать то, что должно было из этого следовать, указав здесь, на, фактически, другую аномалию теории, которую можно выбрать, чтобы показать ее неразумность. Поскольку, как мы увидим, теория требует, что, хотя показания часов, которые являются событиями, доступными наблюдению, были абсолютны, моменты времени, в которые часы имеют эти показания, изменяются с выбором системы координат. Таким образом, если двое часов синхронизированы, моменты, в которые они показывают 2 часа, скажем, оба будут 2 часа в системе координат, в которой они рассматриваются как покоящиеся, в то время как в системе координат, в которой они понимаются как перемещающиеся (с одной и той же скоростью, конечно), моменты будут не только отличаться от 2 часов, но и отличатся друг от друга. Следовательно, теория требует, чтобы часы, которые синхронизированы способом, который она предписывает ('Они были "хорошие" часы и синхронизированы, что означает, что они показывают одно и то же время одновременно' - Эйнштейн и Инфельд, Развитие Физики, стр. 190), тем не менее, они дают различные показания времени для одного события. Достаточно ясно, я думаю, что эти требования противоречивы и могли бы служить демонстрацией несостоятельности теории, но я думал, что лучше избрать моделью противоречия один данный на стр. 45, так как оно представлено в форме вопроса, и отсутствие ответа на вопрос говорит более красноречиво, чем отсутствие комментария по поводу некоторого утверждения.
Позвольте нам, однако, вернуться к описанию теории. Мы показали, как двое взаимно неподвижных земных часов, установленных в точках А и B на земле, могут быть синхронизированы. Но теперь предположите, что точки А и B, вместо того, чтобы быть фиксированными на земле, несомы двумя самолетами, расположенными на том же самом расстоянии, и летящими с одной скоростью в одном направлении вдоль линии, соединяющей их, так, что они находятся во взаимном покое, но и перемещаются однородно относительно земли и воздуха, в который мы не предполагаем никакого ветра. Предположим, заканчивая описание, что точка А находится в позади них. В этом случае, в отличие от прежнего, действительно имеет значение, какой сигнал мы используем, и в том, каковы скорости сигнала и самолетов, поскольку мы получим различные результаты для различных выборов их значений. Если сигнал - пуля, запущенная из оружия в A, она будет путешествовать с той же самой скоростью обоими путями (мы пренебрегаем любым сопротивлением, вызываемым воздухом) относительно А и B, но не относительно воздуха или земли. Если, наоборот, сигнал - звуковая волна, испускаемая свистком в A, она будет путешествовать с одной и той же скоростью, на обоих путях относительно воздуха и земли, но не - относительно А и B, поскольку скорость звука зависит только от свойств воздуха, через который он путешествует, и нисколько, подобно пуле, от скорости источника, из которого она вылетела. Результат таков, что показание, которое лежит на полпути между показаниями при излучении и возвращении сигнала, будет отлично в этих двух случаях и, кроме того, величина различия изменится со сменой скоростей сигнала и самолетов. Следовательно, прежде чем мы можем установить Q так, чтобы оно синхронизировалось с P, мы должны решить, какой сигнал мы будем использовать, и какова должна быть его скорость.
В том случае, конечно, когда имеются другие средства синхронизации P и Q, чтобы получить результат, наиболее подходящий для ведения земных дел, нам ничуть не трудно решить, что агентом синхронизации является пуля, которая дает 'правильный' результат, и его скорость несущественна, сколь бы быстро самолеты ни двигались. Но совсем иначе, когда мы имеем дело с большими расстояниями, и нет ничего иного, чем можно было бы руководствоваться для нашего выбора, кроме как потребности сделать наши наблюдения пригодными и совместимыми рациональным способом. Это видел Эйнштейн и, соответственно, он предложил выбор, который, как он понял, приведет в соответствие механику с электромагнетизмом. Он выбрал свет (или, вообще, электромагнитные волны) как сигнал и принял на основе электромагнитной теории, что он движется между любыми двумя точками с постоянной скоростью c, которая, подобно скорости звука в воздухе, была независима от скорости источника, из которого свет испускался. Но это означало бы также, как и в случае с часами на самолетах, синхронизированных звуковыми волнами, что синхронизация часов (и поэтому момент, согласно стандартным часам, в которых произошло отдаленное событие) зависела бы от скорости стандартных часов, то есть от скорости Земли, поскольку для физики стандартных часы должен быть неподвижны относительно Земли. Следовательно, мы должны знать скорость движения Земли сквозь среду, в которой перемещаются волны света (которая является эфиром, согласно теории Максвелла-Лоренца) прежде, чем мы сможем назначить время для возникновения отдаленного события. Но мы ее не знаем; эксперимент Майкельсона-Морли подобно всем другим оказался не в состоянии определить ее. Здесь Эйнштейн сделал его второе предположение, (его обычно называют первым, а предположение, что скорость света не зависит от движения его источника, называют вторым, но это несущественно), состоящее в том, что нет никакого эфира, относительно которого скорость имеет какое-то значение, так что все состояния однородного движения тел эквивалентны.
Ссылка на фундаментальную работу Максвелла или даже на извлечение из нее, данное на стр. 132, показывает, что это было прямым противоречием основной аксиомы Максвелла, что существует эфир, относительно которого скорость тела имеет определенное измеримое в принципе значение. Свет состоит из колебаний в этом эфире, который имеет физические свойства, которые также, в принципе, определимы. Что Эйнштейн предлагал, поэтому, было сохранить конечную скорость света без существования любого стандарта, относительно которого эта скорость имела бы значение. Свет состоял бы из волн, с определенной длиной, частотой и скоростью, нигде; это была усмешка без Чеширского кота. Как я сказал, эта теория не произвела никакого общего впечатления сначала вообще, так что очевидная нелепость этого предположения не вызвала никакого заметного протеста (хотя я не забываю слова сэра Оливера Лодджа, высмеивающего эту идею прежде, чем общая теория Эйнштейна вывела его специальную теорию в выдающееся положение), но факт, что это предположение вообще стало возможным необъясним, пока мы не помним характер приятия, которое получила тогда теория Максвелла, который был так хорошо выражен Генрихом Герцом: 'теория Максвелла - это система уравнений Максвелла. Физическая часть теории необязательна; только уравнения должны были быть спасены. Эйнштейн видел способ спасти уравнения, и не считал, что следует ' 'объяснять' явление света. Лорд Кельвин не желал объяснять его в терминах 'вещей, которые мы мало понимаем; времена столь изменились, что Эйнштейна уже удовлетворяло 'объяснение' в терминах вещей, в которых мы ничего не понимаем, - другими словами, не объяснять свет вообще. Если принять его предположения, то он действительно спасал уравнения, и когда его теория, в конечном счете, осуществила общее воздействие на мир, математика столь доминировала над физикой, что небытие Чеширского кота было расценено как мелочь; улыбка оставалась, и все было хорошо.
Однако была очевидная нелепость, которая не могла ускользнуть от внимания, поскольку в теории были приняты два постулата: что скорость сигнала независима от движения его источника, и что нет никакого эфира (то есть ничего 'передающего идею абсолютного покоя ', как выразился Эйнштейн, таким образом, исключая все возможные кинематические толкования понятия 'эфир'), - казалось, противоречили, не каким-то независимым фактам или идеям, но друг другу. Если скорость света была конечна, и не было никакого эфира, относительно которого она имела конечную скорость, единственной очевидной альтернативой было то, что каждый луч света имеет постоянную скорость только относительно его собственного источника, что также отрицает теория. Однако очевидные противоречия были мало важны, но взятые вместе, они действительно подразумевают, что момент времени отдаленного события нужно теперь связывать с бесконечным числом различных показаний, которые все 'одинаково правильные'. Для определенности предположим, что мы желаем измерить время события на отдаленной звезде. Мы посылаем луч света от Земли, чтобы достигнуть звезды в момент возникновения там события и обратить внимание на показания наших часов в моменты излучения сигнала и получения вернувшегося от звезды назад. Время события лежит посередине между этими показаниями. Но теперь предположите, что, в момент послания света есть другие часы, на мгновение совпадающие по месту с земными часами, которые быстро двигаются от Земли к звезде, и что их показания во время совпадения положений часов согласно с показанием земных часов. Движущиеся часы также отсылают луч света в тот же момент, и Эйнштейн постулирует, что этот луч будет путешествовать вместе с лучом от Земли, как если бы они были единым лучом. Но ясно, что вторые часы получат возвратный луч прежде, чем он достигнет Земли, и поэтому покажет более раннее время для момента возвращения луча. Его показание, отнесенное к середине показаний, поэтому будет более ранним, и его отсчет времени для отдаленного события также будет более ранним, чем у земных часов.
Которое показание является правильным? Мы не можем сказать, потому что нет никакого эфира, чтобы позволить нам приписать движение одним часам, а не к другим. Движение звезды, на которой происходит событие, не имеет никакого отношения к вопросу, поскольку для всех событий, которые рассматриваются в теории, предполагаются мгновенными, так что их движении не имеет никакого значения. Если множество тел, прибывающих из всех направлений, сталкиваются в точке в один момент, который является одним событием, и его нельзя отнести к движению любого из тел. Нет никакой альтернативы, кроме как позволить, чтобы момент времени отдаленного события имеет бесконечное число значений, которые все 'одинаково правильные'.
Однако, это применение теории, которая сначала казалась настолько недопустимой, не содержит никакого противоречия. Когда осознано, что момент времени отдаленного события нуждается в определении, невозможно найти никакой причины, почему это определение не должно быть таким, чтобы приписать этому событию много значений, а не одно. Каждое из предположений Эйнштейна, или 'постулатов', как он называл их, само по себе незаконно. Постулат, что скорость света независима от его источника, согласно с требованиями уже существующей электромагнитной теории, а постулат, что любое состояние однородного движения может быть приписано единственному телу, соответствует требованиям уже существующей ньютоновой механики. Хотя, как я обосновываю, есть противоречие в принятии обоих постулатов и, несмотря на это, еще рассматривать часы как инструмент для измерения времени (моментов и продолжительностей), разнообразие значений, а не одного из них. Древний Иврит принял как очевидное, что каждая звезда имеет уникальное название, которое имеет право давать только Яхве. Мы расцениваем именование звезд как свободный выбор, и, решив назвать их, мы не смущаемся назвать одну яркую специфическую звезду? Canis Majoris, Sirius или Dog Star, ничуть не чувствуя, что мы открыты для критики.
Но что мы не имеем права делать - это предполагать, в то же самое время, что любое из наших свободно выбранных имен является действительным и также что только неизвестное уникальное данное Яхве название является действительным. Оправдан свободный выбор Эйнштейном определения моментов времени отдаленных событий при условии, что он тогда подразумевал 'временем' только то, чего определение требовало. Не оправдано его же предположение, что также эти моменты будут тем, что предварительно принятые инструменты, названные часами, будут показывать в предписанных обстоятельствах, если только эксперимент не показал, что это было так, и если необходимый эксперимент был, и все еще, невозможен по практическим причинам. Его теория фактически состоит в постулате, что часы фактически будут давать показания, которые согласуются с его определением.
Но что они не могут сделать, можно заметить без эксперимента. Используя его собственный пример, если есть двое часов, относительно неподвижных и синхронизированных, в точках А и B, и затем 'часы из А перемещаются со скоростью v по линии AB к B, то по их прибытию в B двое часов больше не синхронны, но часы, перемещенные от А до B, отстают от других часов, которые остались в B'1. Но один из постулатов теории состоит в том, что любые часы могут быть 'часами, перемещенными из А в B ', поскольку можно назначить буквы так, чтобы B была точкой, в которой часы, наконец, соединяются. Средства, которыми движение осуществлено, не играют никакой роли, поскольку теория не может сказать Вам ничего о том, какое воздействие, если таковое, вообще, возможно, оно будет оказывать; она говорит только об эффектах движения, произведенного любым образом. Если А и B - это точки на платформе станции, то 'часы, перемещаемые из А в B' со скоростью 60 миль в час могут быть те, к которым применена сила, перемещающая их с востока на запад. Если они - это точки на поезде, двигающемся в восточном направлении мимо станции со скоростью 60 миль в час, то та же самая сила, приложенная к первым часам, уменьшает ее до неподвижности относительно платформы, в то время как другие двигаются с запада на восток со скоростью 60 миль в час. Следовательно, согласно утверждению Эйнштейна, часы, скорость хода которых замедлена - в первом случае это те, к которым приложена сила, а во втором случае - те, к которым сила не применена. Поэтому ясно, что, сколь ни совершенно звучит рассуждение Эйнштейна, он не может поддержать свое определение времени и все еще использует часы, чтобы измерить его. Он, конечно, не предлагал отказаться от часов в пользу произвольного определения, так что он предложил, как теорию, что часы должны соответствовать требованиям определения. Мы можем подвести итог целой теории следующим способом:
(1) Время (момент) события дается показаниями часов согласованного типа, который здесь не рассматривается.
(2) Если событие происходит на расстоянии от часов, свободно может быть выбран процесс, должен быть предписан, чтобы определить показание часов во время события.
(3) Теория предписывает простой процесс для этой цели, основанной на предположениях, знакомых везде в физике, которая требует, чтобы часы в однородном относительном движении работали с разными скоростями, причем 'двигающиеся' часы, работают медленнее, чем 'покоящиеся'.
(4) Теория, поэтому открыта для экспериментального испытания, в настоящее время невыполнимое, путем сравнения скоростей работы у относительно перемещающихся часов.
Как я только что показал, экспериментальное испытание ненужно, потому что сама теория делает 'постоянные' и 'двигающиеся' часы взаимозаменяемыми чистой мыслью и, таким образом, требует невозможного, что каждые часы работают медленнее, чем другие. Кажется удивительным, что Эйнштейн, возможно, пропустил столь простой факт, пока не осознаешь ту власть, которую математика приобрела над разумом даже его самых прославленных профессионалов, и тех возможных плодов, которые теория предложит, если окажется правильной. Но кроме этого, есть две вещи, уже отмеченные, но повторение отношения, которое может быть особо подчеркнуто.
Первая - чрезвычайная простота и заурядность теории, и ее свободы от любой ссылки вообще на время (вечность) и от всей кабалистики (кроме, конечно, трудности создания световых волн без эфира, но это - скорее отсутствие того, что должно быть сказано, чем трудность в понимании того, что есть). Вторая - то, что теория является совершенно кинематической, с чем электромагнетизм не имеет ничего общего. Она действительно вводит свет, но только как нечто имеющее скорость; природа света не входит в теорию вообще. Связь с электромагнетизмом состоит просто в том, что имелось страстное желание оправдать теорию Максвелла-Лорентца (то есть, ее уравнения), что вело Эйнштейна к выбору специфического определения времени отдаленных событий, которое он действительно выбрал. Именно поэтому его теория была способна (в предположении ее здравости) согласовать кинематику с электромагнетизмом и сделать теорию Максвелла-Лорентца, словами Эйнштейна, 'правдоподобной' теорией 6. Но сама теория является совершенно кинематической, и она состоятельна или несостоятельна по, исключительно, кинематическим соображениям. Как я неоднократно отмечал, ни один из предлагаемых электромагнитных экспериментов и наблюдений (включая связанные с космическими лучами) может не более, чем показать, что, если бы теория была бы правильна, она достигла бы своей цели, обеспечила бы эффективную поправку для исправления электромагнитных уравнений. Но такие эксперименты и наблюдения, отдельно или вместе, как свидетельство истинности теории, полностью бесполезны.
Я заключаю эту главу с собственным наиболее компактным заявлением Эйнштейна из теории, подтверждающим изложение, которое я дал:
Чтобы давать физическое значение понятию времени, требуются процессы некоторого вида, которые позволяют установить отношения между различными точками. Несущественно, какие процессы каждый выбирает для такого определения времени. Полезно, однако, для теории выбирать только те процессы, о которых мы знаем нечто определенное. Это же относится и к распространению света в вакууме в более высокой степени, чем для любого другого допустимого процесса, благодаря исследованиям Максвелла и H. A. Лорентца.6
Обновлено 15.02.04.
