Страница 33 из 167
135
Это развитие шло через релятивистскую динамику, т.е. через утверждения теории относительности, касающиеся ускорений тел под действием сил, к их энергии и массе.
Из основных посылок теории относительности Эйнштейн вывел новое правило сложения скоростей. Из эйнштейновского правила сложения скоростей следует, что ни в одной системе отсчета скорость данного тела не может быть больше скорости света. Пусть тело движется с некоторой скоростью и получает добавочный импульс. К старой скорости прибавится новая. Из нового правила сложения скоростей следует, что при этом скорость тела не может превысить скорость света. Дополнительные импульсы будут давать все меньшее приращение скорости по мере того, как скорость тела будет приближаться к скорости света.
Тезис о предельном характере скорости света естественно вытекал из общих допущений и из конкретных наблюдений, и Эйнштейн считал его совершенно достоверным. Поэтому он очень энергично обрушился на одну популярную иллюстрацию конечной скорости света, в которой фигурировало движение быстрее света. Речь идет о фантастической повести Фламмариона "Люмен".
Герой этой повести Люмен движется со скоростью 400 000 километров в секунду, т.е. на 100 000 километров в секунду быстрее, чем свет. Догоняя последовательно световые волны, он встречает те из них, которые вышли из источника раньше. Поэтому Люмен видит финал битвы при Ватерлоо, потом ее начало, а в промежутке - снаряды влетают в жерла пушек, мертвые поднимаются и встают в ряды сражающихся и т.д.
В апреле 1920 г. Мошковский рассказал Эйнштейну о повести Фламмариона. Эйнштейн не жалел резких слов для характеристики изложенной в ней картины. Мошковский защищал Фламмариона и говорил, что дело идет об условной иллюстрации относительности времени.
Ответ Эйнштейна изложен в воспоминаниях Мошковского в следующем виде:
"С относительностью времени, как она вытекает из учений новой механики, все эти приключения и поставленные вверх ногами восприятия имеют не больше, а, пожалуй, даже меньше общего, чем рассуждения о том, что в зависимости от наших субъективных ощущений веселья и горя, удовольствия и скуки время кажется то
136
короче, то длиннее. Здесь, по крайней мере, сами-то субъективные ощущения суть нечто реальное, чего никак нельзя сказать о Люмене, потому что его существование покоится на бессмысленной предпосылке. Люмену приписывается сверхсветовая скорость. Но это не просто невозможное, это бессмысленное предположение, потому что теорией относительности доказано, что скорость света есть величина предельная. Как бы ни была велика ускоряющая сила и как бы долго она ни действовала, она никогда не может перейти за этот предел. Мы представляем себе Люмена обладающим органами восприятий и, значит, телесным. Но масса тела при световой скорости становится бесконечно большой, и всякая мысль о ее дальнейшем увеличении заключает в себе абсурд. Дозволительно оперировать в мысли с вещами, невозможными практически, т.е. такими, которые противоречат нашему повседневному опыту, но не с полнейшей бессмыслицей" [3].
3 Мошковский, 107-108.
После этой реплики Мошковский все же продолжал защищать допустимость фантазии Фламмариона о сверхсветовой скорости. Он предложил следующую мысленную конструкцию. Вращающийся со скоростью 200 оборотов в секунду маяк посылает луч света на расстояние в 1000 километров. Конец луча - "зайчик" движется по небосводу со скоростью 600 000 километров в секунду - вдвое большей скорости света.
Этот "зайчик" часто фигурировал в распространенных когда-то, а теперь справедливо забытых попытках опровержения теории Эйнштейна. Разумеется, он ничего не опровергает. Движение "зайчика" - это вовсе не движение тождественного себе тела. Мы могли бы повернуть маяк на 180 градусов и осветить два экрана на расстоянии 2000 километров один от другого. По освещение одного экрана и последующее освещение другого экрана не являются событиями, из которых второе служит следствием первого. Прибытие какого бы то ни было физического объекта из одной точки в другую не может произойти за время, меньшее, чем время, необходимое свету, чтобы пройти расстояние между этими точками. Событие, происшедшее раньше, не является результатом события, происшедшего в данный момент, т.е. в момент отправления сигнала.
137
Чтобы разъяснить вопрос, можно воспользоваться примером, уже приведенным в популярном изложении теории относительности [4]. В "Сказке о попе и работнике его Балде" бесенок по предложению Балды бежит наперегонки с зайцем. Когда он приближается к финишу, Балда вынимает из мешка второго зайца, бесенок принимает его за своего соперника и отказывается от дальнейших состязаний. Если бы бесенок знал теорию относительности, прошел дистанцию со скоростью света и увидел зайца, пришедшего раньше, он догадался бы об обмане. Вряд ли его наивность простиралась бы до критики теории относительности, - на такую наивность Балда, вероятно, не рассчитывал. Но именно подобной наивностью отличаются все попытки опровержения теории относительности с помощью мысленных оптических экспериментов, в которых вместо фигурировавших только что зайцев бегут световые "зайчики". Все дело в том, что с точки зрения Эйнштейна события, происшедшие в двух точках и разделенные интервалом, меньшим, чем время, необходимое свету, чтобы покрыть расстояние между этими точками, такие события не являются фактами биографии одного и того же тождественного себе физического объекта.
4 См.: Кузнецов Б. Г. Беседы о теории относительности. М., 1960, с. 148.
Теория относительности была выдвинута как теория поведения тождественных себе физических объектов - не исчезающих и не возникающих частиц, которые могут воздействовать одна на другую и передвигаться одна по отношению к другой. События, из которых состоит биография такой частицы, это ее пребывание в тех или иных точках в те или иные моменты. Такое пребывание означает, что частица находилась возле определенных делений измерительных стержней (начала которых приложены к осям системы отсчета) в момент, когда некий повторяющийся процесс (например, движение стрелки) совершил определенное число циклов после события, принятого за начало отсчета времени.
В своем дальнейшем развитии физика столкнулась с затруднениями: определенное положение частицы не всегда может получить такой простой физический смысл. То же относится к моменту времени, когда происходят события в жизни частицы. Создание единой теории, которая исходила бы из постулатов относительности и из указанной неопределенности координат и времени "событий", стало начиная с тридцатых годов одной из основных задач теоретической физики.
138
Чтобы подойти впоследствии к этой проблеме, нам нужно сейчас коснуться тех изменений, которые претерпели в работах Эйнштейна понятия массы и энергии.
Когда при скорости, приближающейся к скорости света, дополнительные импульсы дают все меньшее ускорение, дело происходит так, как будто масса тела растет по мере увеличения скорости и стремится к бесконечности, когда скорость тела стремится к скорости света. Именно таково соотношение между массой и скоростью. Отсюда Эйнштейн вывел соотношение между эпергией движущегося тела и его зависящей от скорости массой. Чтобы получить массу, зависящую от скорости, массу движения тела (этого понятия не было в классической физике), нужно разделить энергию движения на квадрат скорости света, т.е. на громадное число, которое получится, если скорость света, выраженную в сантиметрах в секунду, т.е. 30 000 000 000 (3x10 в 10 степени), возвести в квадрат. На это число (900 000 000 000 000 000 000, т.е. 9x10 в20 степени) нужно разделить энергию (выраженную в эргах), чтобы получить массу (в граммах) и соответственно на это число нужно умножить массу, чтобы получить энергию. Но тела обладают массой и тогда, когда они неподвижны. Эта масса называется массой покоя.
Не все тела обладают массой покоя; частицы электромагнитного излучения - кванты света, т.е. фотоны, - не обладают такой массой и никогда ни в одной системе отсчета не остаются неподвижными, ведь свет распространяется с одной и той же скоростью 300 000 километров в секунду во всех системах отсчета. Но другие частицы обладают массой покоя. Эйнштейн предположил, что масса покоя тела пропорциональна внутренней энергии подобно тому, как масса движения (дополнительная масса, обязанная движению тела) пропорциональна энергии движения тела. Внутренняя энергия тела равна массе покоя, умноженной на квадрат скорости света (на число 9x10 в 20 степени). Написанное только что число с двадцатью нулями указывало на ничтожный прирост массы при обычных скоростях. Этот прирост равен приросту энергии движения тела, деленному на колоссальное число. Теперь число