Материал к уроку

Л.В.Тюпина,
ГОУ КМТИ, г. Москва

Частная теория относительности

У любой научной теории есть свои границы, круг явлений и условий, которые она достаточно хорошо описывает – границы применимости. Всякая теория неизбежно ограничена и не в состоянии отразить всех явлений бесконечно разнообразной природы. Рано или поздно обнаруживаются факты, которые лежат за её пределами, – тогда происходит отрицание привычных представлений, с которого начинается построение новой теории.

Но новая теория отнюдь не отметает всё, что было раньше. Она вбирает в себя известное как частный, предельный случай, так что прежняя теория полностью сохраняет своё значение в области, где она подтверждена фактами.

В эпоху господства классической физики считалось, что механические закономерности применимы ко всем без исключения явлениям природы. Это было заблуждение, по которым (а не по механике Ньютона) и нанесла свой удар частная теория относительности (ЧТО). (ЧТО – от англ. special – частный. У нас, как правило, бытует неверный термин СТО в связи с неточным переводом. – Ред.). Что касается самой классической физики, то она оказалась частным случаем ЧТО при v  c и небольших массах.

Созданная в начале столетия Эйнштейном ЧТО перевернула успевшие уже стать привычными представления о пространстве и геометрических свойствах Вселенной. При этом одной из заслуг Эйнштейна является установление глубокой органичной связи между свойствами материи и геометрией пространства.

Новая очередная трансформация здорового смысла в науке была довольно метко отражена в стихотворении (любопытно, что между написанием первого и второго двустишия прошлого двести лет):

Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет! И вот явился Ньютон.
Но Сатана недолго ждал реванша:
Пришёл Эйнштейн – и стало всё, как раньше.

           А.Поп, А.Эддингтон. Пер. С.Маршака

Новая теория явилась необычайно важным шагом к ещё большему глубокому пониманию окружающего нас мира. В 1905г. в немецком журнале «Annalen der Physik» была опубликована статья «К электродинамике движущихся тел». Автор работал в то время экспертом Бернского патентного бюро, ему было 26 лет. Его бывший учитель Г.Минковский, учёный, который позже внёс крупный вклад в развитие ЧТО, был ошеломлён, прочитав статью, но, узнав, кто автор, воскликнул: «Ах, Эйнштейн! Этот тот, кто всегда отлынивал от лекций, я не стал бы ему доверять». А через десяток лет этот автор получал письма с адресом «Европа. Эйнштейну» – и ведь доходили! Через сорок лет библиотека конгресса США заплатила за приобретение оригинала статьи 6 млн долларов.

Отношение к этой и последующим работам Эйнштейна было крайне противоречивым. Математик П.Пенлеве: «От этого учения останется много формул <...>, но принципы или научно-философские следствия, которые при различных мнениях представляются либо как скандал, либо как чудо теория относительности, не сохранятся». Другие в теории видели торжество человеческого разума. Французский физик Луи де Бройль: «Она показала нам, что можно преодолеть кажущиеся неприступными препятствия и открыть неожиданную точку зрения, стоит только отказаться от предвзятых мнений, которые считаются справедливыми скорее в силу привычки, чем логики».

Теория поражала своей смелостью и изяществом. Она оказала революционизирующее влияние на развитие наук о природе, требовала изменения взглядов на мир и на стиль научного мышления. Она, как лучшие творения искусства, вызывала эстетические чувства. Эйнштейн писал в конце жизни: «Период со дня рождения идеи о ЧТО до окончания статьи, в которой она была изложена, составил пять или шесть недель. Однако... аргументация и основные положения этой теории подготовлялись годами...»

Вряд ли существовал другой такой учёный, личность которого была бы столь популярна среди жителей всей планеты и вызывала всеобщий интерес. Он родился 14 марта 1879г. в маленьком немецком городе Ульме. Отец – мелкий промышленник, – любил природу и привил эту любовь сыну. От матери Эйнштейн унаследовал любовь к классической музыке и немецкой классической литературе. В детстве – тихий, задумчивый, замкнутый, он не блистал успехами в школе. Его называли пай-мальчиком за болезненную любовь к правде и справедливости. Уже в эти годы всё военное вызывало в нём крайнюю антипатию. В 1908г. в Берне часто выступал квинтет любителей музыки, куда входили юрист, переплётчик, математик, тюремный надзиратель и физик Эйнштейн. А в 1934г. он дал в Принстоне скрипичный концерт перед тремя сотнями слушателей, сбор – 6500 долларов – пошёл в пользу учёных, эмигрировавших из фашистской Германии.

Обучение не содействовало развитию интереса маленького Эйнштейна к науке, а породило антипатию к догматическому вдалбливанию знания, подтолкнуло на путь чтения книг и размышлений над прочитанным. У него рождается привычка скептически относиться к общепринятому и до всего додумываться самостоятельно, рано пробуждается необычайная природная способность удивиться, взглянуть на мир непредвзято. Ещё в пятилетнем возрасте его поразил компас за упорное стремление стрелки стать определённым образом. Это породило мысль: «За вещами должно быть что-то ещё, глубоко скрытое». Его цитата: «В возрасте 12 лет я пережил ещё одно чудо. Источником его была книжечка по евклидовой геометрии». Уже в школьные годы перед ним встал вопрос: «Что случится, если кто-нибудь побежит за световым лучом и попытается его поймать?» Ему тогда было 15–16 лет, а ответ он дал спустя 10 лет, в ЧТО.

Умер Эйнштейн 18 апреля 1955 г. Его смерть со скорбью была принята всеми думающими людьми. Испанский виолончелист Пабло Казальс: «Хотя я и не имел счастья лично знать Эйнштейна, я всегда питал к нему глубокое уважение. Он, конечно, был великим учёным, но, что ещё важнее, он был совестью человечества в такое время, когда многие достижения цивилизации теряли цену. Я ему также бесконечно благодарен за его протест против несправедливости, жертвой которой стала моя Родина. Кажется, что со смертью Эйнштейна мир утратил часть самого себя».