|
"Парадокс заключается в следующем. Если бы я стал двигаться вслед за лучом
света
со скоростью с (скорость света в пустоте), то я должен был бы воспринимать
такой
луч света как покоящееся, переменное в пространстве электромагнитное поле. Но
ничего подобного не существует; это видно как на основании опыта, так и из
уравнений Максвелла. Интуитивно мне казалось ясным с самого начала, что с точки
зрения такого наблюдателя все должно совершаться по тем же законам, как и для
наблюдателя, неподвижного относительно Земли. В самом деле, как же первый
наблюдатель может знать или установить, что он находится в состоянии быстрого
равномерного движения?" [1]
1 Эйнштейн, 4, 278.
По существу, указанный парадокс является конфликтом между двумя идеями
классической механики, перенесенными в новую область электродинамических
процессов.
Первая из них представляет собой классическое правило сложения скоростей. Если
человек идет по коридору вагона со скоростью 5 километров в час относительно
вагона, а вагон движется со скоростью 50 километров в час относительно Земли,
то
человек движется относительно Земли со скоростью 50 + 5 = 55 километров в час,
когда он идет по направлению движения поезда, и со скоростью 50-5 = 45
километров в час, когда он идет в обратном направлении. Если человек в коридоре
вагона движется относительно Земли со скоростью 55 километров в час, а поезд со
скоростью 50 километров в час, то скорость человека относительно поезда 55-50 =
5 километров в час. Если волны движутся относительно берега со скоростью 30
километров в час, а корабль также со скоростью 30 километров в час, то волны
движутся относительно корабля со скоростью 30-30 = 0 километров в час, т.е. они
остаются неподвижными. Что же произойдет в случае электромагнитных волн?
Сохранится ли здесь столь очевидное правило сложения скоростей?
Классическое правило сложения скоростей соответствует преобразованию координат
от одной системы осей к другой системе, движущейся относительно первой без
ускорения. Если при таком преобразовании мы сохраняем понятие одновременности,
т.е. можем считать одновременными два события не только при их регистрации в
одной системе координат, но и во всякой другой инерциальной системе, то
преобразования называются галилеевыми. Кроме того, при галилеевых
преобразованиях пространственное расстояние между двумя точками - разность
между
их координатами в одной инерциальной системе отсчета - всегда равно их
расстоянию в другой инерциальной системе.
Вторая идея - принцип относительности. Находясь на корабле, движущемся
равномерно и прямолинейно, нельзя обнаружить его движение какими-либо
внутренними механическими эффектами. Распространяется ли этот принцип на
оптические эффекты? Нельзя ли обнаружить абсолютное движение системы по
вызванным этим движением оптическим или, что то же самое, электродинамическим
эффектам? Интуиция (довольно явным образом связанная с классическим принципом
относительности)
115
говорит, что абсолютное движение нельзя обнаружить какими бы то ни было
наблюдениями. Но если свет распространяется с определенной скоростью
относительно каждой из движущихся инерциальных систем, то эта скорость
изменится
при переходе от одной системы к другой. Это вытекает из классического правила
сложения скоростей. Говоря математическим языком, величина скорости света не
будет инвариантной по отношению к галилеевым преобразованиям. Это нарушает
принцип относительности, вернее, не позволяет распространить принцип
относительности на оптические процессы. Таким образом, электродинамика
разрушила
связь двух, казалось бы, очевидных положений классической физики - правила
сложения скоростей и принципа относительности. Более того, эти два положения
применительно к электродинамике оказались несовместимыми. Непротиворечивая
картина мира могла быть только парадоксальной, "безумной", т.е. отказывающейся
от привычного и поэтому "очевидного" положения. От какого именно - от правила
сложения скоростей или от принципа относительности, - это должен был решить
эксперимент.
В 1882 г. Майкельсон произвел решающий эксперимент. Он пользовался прибором,
который называется интерферометром и позволяет обнаруживать очень небольшие
|
|