ОБ ИСТОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ "ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ"
Алексей Алексеевич Тяпкин
2.ВОЗНИКНОВЕНИЕ ИСХОДНЫХ ИДЕЙ
|
Опыт дал множество фактов, которые допускают следующие обобщение: невозможно обнаружить абсолютное движение материи, или, точнее, относительное движение весомой материи и эфира. Анри Пуанкаре (1895) |
В описании истории специальной теории относительности, по крайней мере до 1953 г., вообще отсутствовало упоминание о формулировке исходных идей теории в период, предшествующий ее созданию. Только отмечалось формальное использование в работах В. Фойгта (1887) и Г.А. Лоренца (1892 и 1895) "местного" времени в движущейся системе с началом отсчета времени, линейно возрастающим от пространственной координаты.
Новое слово в историографию этой теории было внесено появлением в 1953 г. второго тома исторического труда известного английского математика Э. Уиттекера [11] (первый том вышел в 1910 г.). В нем впервые было обращено внимание на то, что знаменитый французский математик и физик-теоретик Анри Пуанкаре в 1899 г. в своих лекциях в Сорбонне высказал твердое убеждение в принципиальной невозможности наблюдения в оптических опытах абсолютного движения в силу строгого выполнения принципа относительности для оптических явлений. Эту идею ученый высказал затем и в докладе на Международном физическом конгрессе в Париже в 1900 г. [12]. В своей книге Э.Уиттекер привел следующее весьма четкое предсказание новой механики из доклада А. Пуанкаре на конгрессе искусств и науки в Сент-Луисе (1904): "На основе всех этих результатов должна появиться новая динамика, которая помимо всего прочего характеризовалась бы правилом, что ничто не может иметь скорость, превышающую скорость света" [13]. Глава книги Уиттекера, посвященная специальной относительности, вызвала оживленную дискуссию и, несомненно, пробудила интерес у многих ученых к самостоятельным историческим исследованиям периода, предшествовавшего созданию этой теории. В результате не только более детально были изучены указанные Уиттекером работы Пуанкаре, но и спасено от забвения еще несколько его выступлений в печати [14, 15]. Выяснилось, что принцип эквивалентности ИСО для электромагнитных явлений был выдвинут Пуанкаре еще раньше в 1895 г. в двух статьях, посвященных обсуждению теории Лармора. Приведенный в начале данного раздела настоящей статьи эпиграф взят нами из заключительной части последней статьи 1895 г. [14]. Далее, ссылаясь на опыт Майкельсона, А. Пуанкаре подчеркнул, что теория должна удовлетворять этому принципу без всяких ограничений по точности. В работе [16] мною было обращено внимание на то, что в 1898 г. Пуанкаре в статье "Измерение времени" [15], обсуждая проблему определения количественных характеристик физического времени, пришел к важным выводам о конвенциональной сущности понятия одновременности, представляющим не только исторический интерес, но и позволяющим уяснить ограниченность существующей трактовки пространственно-временного аспекта специальной относительности. Пуанкаре отметил, что постулат постоянства скорости света "дал нам новое правило для поиска одновременности". Но в отношении используемого при этом предположения о независимости скорости света от направления распространения автор сделал следующее категорическое утверждение: "Это есть постулат, без которого нельзя было бы предпринять никакого измерения этой скорости. Данный постулат никогда нельзя проверить прямо на опыте" [15]. Эти весьма глубокие соображения дали ему полное основание закончить статью следующим категорическим выводом: "Одновременность двух событий или порядок их следования, равенство двух длительностей должны определяться таким образом, чтобы формулировка естественных законов была бы настолько простой, насколько это возможно. Другими словами, все эти правила, все эти определения являются лишь плодом неосознанного соглашения" [15]. Эти ценные идеи крупнейшего мыслителя, к сожалению, не были в достаточной степени в явном виде использованы при создании специальной теории, в отличие от его установки на строгое выполнение принципа эквивалентности ИСО для электромагнитных явлений. Не были осмыслены они в полной мере и позднее. Так, не было осознано, что в основе вывода о конвенциональной сущности одновременности разноместных событий лежит принципиальная невозможность измерения скорости света в одном направлении без принятия соглашения о соотношении скоростей физических процессов в противоположных направлениях [16]. О недопонимании этого принципиального вопроса даже специалистами, как это было показано в моей статье [17], убедительно свидетельствует факт публикаций в ряде центральных физических журналов ложно обоснованных предложений измерить скорость света в одном направлении. Такие предложения неявно противоречат принципу причинности, и публикация их столь же бесславна для редакций солидных научных журналов, как и обсуждение предложений по созданию "perpetuum mobile". Дальнейшее развитие идеи определения времени на основе постулата о постоянстве скорости света было дано Пуанкаре в статье 1900 г. "Теория Лоренца и принцип реакции" [18]. В этой работе впервые была дана физическая интерпретация введенного Лоренцем "местного" времени как времени, соответствующего показаниям часов, синхронизованных световым сигналом в предположении постоянства скорости света. Так, Пуанкаре в этой работе писал: "Я предполагаю, что наблюдатели, расположенные в различных точках, регулируют свои часы с помощью световых сигналов, что они подправляют эти сигналы на время передачи, игнорирую при этом поступательное движение, в котором они находятся, и считая вследствие этого, что сигналы распространяются одинаково быстро а обоих направлениях. Они ограничиваются тем, что проводят перекрестные наблюдения, посылая сигналы из А в В, затем – из В в А. Местное время t' есть время, отмечаемое часами, отрегулированными таким образом" ([18], с. 272). Эта работа игнорировалась историографией, хотя его разъяснения сущности собственного времени в инерциальных системах были приняты наукой после того, как Эйнштейн в своей знаменитой работе 1905 г. повторил те же рассуждения, сохранив в них даже характерную для Пуанкаре операционалистскую подмену времени показаниями часов. К данному периоду следует отнести и работы, в которых были получены новые преобразования пространственно-временных координат, занявшие затем центральное место в теории. В литературе широко распространено мнение, что впервые эти преобразования были приведены Лоренцем в работе 1904 г. Менее известен факт появления их в книге "Эфир и материя" английского физика-теоретика Дж. Лармора в 1900 г. [19].4 И уже совсем осталось не отмечено историками, что впервые Лоренц пришел к этим преобразованиям, получившим по предложению Пуанкаре название группы Лоренца, в работе 1899 г. [20]. В этой статье Лоренц добавил множитель γ = (1- v2/c2)-1/2 к введенным им в 1895 г. преобразованиям. Только после добавления этого множителя новые преобразования стали строго удовлетворять требованиям (математической) группы и соответствовать инвариантности уравнений Максвелла.4К приведенным историческим сведениям следует добавить, что в книге Лармора в главе XI (пункт 113) впервые была получена формула сложения скоростей, а в п. 114 автор впервые обсуждал эффект замедления электромагнитных процессов в движущейся черео эфир материальной системе.