Читать книгу - "Эйнштейн во времени и пространстве. Жизнь в 99 частицах - Сэмюел Грейдон"

Эйнштейн считал, что постоянство скорости света – закон природы. Тогда, в отличие от всего остального, свет распространяется с одинаковой скоростью как для пассажира в поезде, так и для человека на станции. Он был в этом уверен в той же мере, как и в том, что справедлив принцип относительности и что его теория должна основываться на этих двух постулатах.

Эйнштейн пришел к такому выводу еще до 1905 года. Однако, к сожалению (он сам признается в этом в июньской статье), два этих принципа “на первый взгляд казались несовместимыми”[118], и поэтому он потратил “почти год на бесплодные размышления”[119]. Но как‐то погожим днем Эйнштейн отправился навестить своего друга Микеле Бессо и рассказал ему об этой проблеме. “Я уже готов сдаться”[120], – пожаловался он. Однако после разговора с Бессо все встало на свои места – и Эйнштейн понял, в чем дело. На следующий день он снова пришел к Бессо и, даже не поздоровавшись, сообщил: “Спасибо тебе. Я до конца во всем разобрался”[121].

И это было действительно так. Прошло пять недель, и в конце июня Эйнштейн отправил статью в журнал. Разговаривая с Микеле, он понял, что если события происходят одновременно в одной системе отсчета, то совсем не обязательно, что и в другой системе отсчета это одновременные события. Если человек в один и тот же момент видит две молнии, это значит, что он стоит на равных расстояниях от тех мест, где произошли вспышки и свет от каждой вспышки достигает его в одно и то же время. Но если человек стоит в том же месте, но находится в поезде, едущем по направлению к месту, где произошла одна из вспышек, свет от нее достигнет его раньше, чем свет от другой. Одна вспышка произойдет раньше другой. Согласно принципу относительности оба вывода верны. Истинной одновременности не существует. Можно сказать, что одновременность – понятие относительное.

Эйнштейн понял, что это означает отсутствие абсолютного времени. Позднее он сформулирует так: “Нет единой для всего мира хронологии событий”[122]. В каждой системе отсчета время свое. Новый взгляд на время позволил Эйнштейну свести воедино свои два принципа, и это привело к неожиданным последствиям.

Эйнштейн показал, что если время относительно, то относительно и пространство. Представьте себе двух человек со своим набором синхронизированных часов у каждого. Один едет в поезде, а другой стоит на станции. Предположим, что у пассажира поезда есть сверкающий золотой прут. Чтобы измерить длину этого невероятного прута, пассажиру достаточно воспользоваться линейкой. С точки зрения покоящегося на платформе человека, прут движется. Чтобы измерить его длину, ему придется предпринять более сложные действия. Сначала ему потребуется определить, где находятся два конца прута в определенный момент времени. Зная положения конца и начала прута, он может отметить флажками эти точки и измерить расстояние между ними. Здравый смысл подсказывает нам, что у этих двух человек результаты измерений совпадут. Оказывается, нет. Покоящемуся человеку сверкающий прут кажется короче, чем тому, кто движется в поезде с прутом в руках. Дело в том, что у человека на станции другое представление об одновременности, чем у пассажира поезда. Пассажир будет утверждать, что покоящийся человек определил положения концов прута не одновременно, а в разные моменты времени. Это явление известно как релятивистское сокращение длины.

Другое противоречащее здравому смыслу следствие специальной теории относительности называется “замедлением времени”. Представьте себе, что пассажир поезда избавился от прута, заменив его двумя зеркалами. Одно зеркало он прикрепил к полу, а другое – к потолку вагона. Луч света по очереди отражается от каждого из зеркал. Пассажир поезда видит, что луч движется вверх и вниз вдоль прямой линии. Но для человека на платформе движение луча происходит по зигзагообразной траектории. С его точки зрения, луч проходит вверх до зеркала на потолке по диагонали, ведь за время прохождения луча зеркало немного сдвинулось вперед вместе с поездом. И вниз к зеркалу на полу луч движется тоже по диагонали, поскольку и оно, в свою очередь, несколько сдвинулось вперед. Таким образом, человеку на станции кажется, что луч проходит расстояние большее, чем то, которое измеряет пассажир поезда. Но согласно теории относительности Эйнштейна скорость света одинакова для обоих наблюдателей. Остается только одна возможность: для покоящегося человека время течет медленнее, чем для пассажира поезда.

Чем быстрее движется поезд, тем большее расстояние между полом и потолком должен проходить луч. Можно сформулировать это иначе: чем быстрее движется поезд, тем медленнее течет время. В поезде пассажиры стареют медленнее, растения дольше прорастают, атомы распадаются с меньшей скоростью. На Земле эффекты, связанные со специальной теорией относительности, едва заметны, они становятся значимыми только при очень больших скоростях.

Июньская статья Эйнштейна необычна не только из‐за новых и сложных для восприятия выводов, но еще и потому, что в ней он вообще никого и ничего не цитирует. В то время многие из содержащихся в статье идей уже носились в воздухе. Например, Джордж Фицджеральд и Хендрик Лоренц независимо друг от друга предсказали эффект сокращения длины, тогда как Анри Пуанкаре поставил под сомнение концепцию абсолютного времени. Но все эти результаты лишь залатывали дыры в концепции эфира. К новой, удивительной картине мира Эйнштейн пришел один – или почти один. “В заключение, – писал он, – отмечу, что мой друг и коллега Бессо явился верным помощником при разработке излагаемых здесь проблем и что я обязан ему за ряд ценных указаний”[123][124].

Окончив статью, Эйнштейн две недели не вставал с постели, в то время как Марич проверяла и перепроверяла написанное мужем[125].

23

Подавая просьбу о швейцарском гражданстве, Эйнштейн официально объявил себя трезвенником. Как правило, он не употреблял алкогольных напитков, не любил их. Однажды ему предложили бокал шампанского, но он только понюхал золотистую пенящуюся жидкость и отставил бокал в сторону. “Я не нуждаюсь в вине, – сказал он, – мой мозг знает, что такое интеллектуальное опьянение”[126].

Однако, когда Альберт закончил статью о специальной теории относительности, они с Милевой отметили это событие. Вот записка, которую они написали навеселе своему другу Конраду Габихту. Ее стоит привести целиком:

Увы и ах, мы оба, пьяные мертвецки, валяемся под столом. Твой разнесчастный Копчик и его супруга[127].

Еще через несколько месяцев Эйнштейн отправил Габихту другое письмо: ему пришла в голову мысль, что