Эйнштейн (Жизнь, Смерть, Бессмертие)
Шрифт:
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
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
139
9x10 в 20 сепени в первую очередь указывает на огромную величину энергии, соответствующую единице массы. Число, которое было мерой отдаленности теории относительности от практически применяемых процессов, стало мерой ее мощного воздействия на эти процессы. Мы уже вступили в эпоху практического использования энергий, сопоставимых со всей, внутренней энергией частиц. В атомных реакторах освобождается энергия порядка тысячных долей этой полной внутренней энергии частиц, равной массе покоя, умноженной на квадрат скорости света. Раньше техника оперировала энергиями тел порядка миллионных долей их полной внутренней энергии. Впереди - быть может, использование энергии одного порядка со всей внутренней энергией тел. Такое использование основано на процессах перехода всей внутренней энергии тел (и, соответственно, массы покоя) в энергию движения (и, соответственно, в массу движения). Подобный переход означал бы, что частица с массой покоя превращается в частицу, лишенную массы покоя. Как мы увидим, такие переходы были предсказаны при объединении теории относительности с квантовой механикой и потом экспериментально обнаружены. Мы увидим также, что указанные переходы, т.е. превращения частиц одного типа в частицы другого типа, выходят за рамки не только ньютоновой картины мира, но и "классического идеала", т.е. картины движения тождественных себе тел. Такова общая судьба идей Эйнштейна. Выдвинутые с тем, чтобы упорядочить классическое представление о мире, они привели к более радикальным результатам.
Прага и Цюрих
Научный подвиг Кеплера стал возможным, когда мыслитель освободился в высокой степени от унаследованных интеллектуальных традиций. Речь идет не только о традициях, освященных авторитетом церкви, но и о всем, что ограничивает значение мысли и опыта в познании мира и в жизни людей.
Эйнштейн
Острота ситуации, созданной опытом Майкельсона, явная искусственность лоренцевой гипотезы, безукоризненная корректность и законченность концепции Эйнштейна - все это привело к признанию новой теории довольно широким кругом ученых. Среди них по крайней мере один (это был Планк) понимал, что в физике появился гений, какие рождаются раз в столетие. Вместе с признанием, распространением и развитием теории относительности росла слава Эйнштейна. В конце концов - как это бывает - она дошла до страны, в которой жил Эйнштейн. В Цюрихском университете захотели привлечь Эйнштейна в число профессоров. Но этого не допускали университетские правила: нельзя было назначить профессором человека, не получившего до того звания доцента. Решили пока пригласить Эйнштейна в Бернский университет на должность приват-доцента, т.е. преподавателя, получающего очень небольшую плату и читающего предметы, не входящие в программу. Обязанности приват-доцента можно было совмещать со службой в патентном бюро, в то же время это открывало Эйнштейну путь к должности профессора в Цюрихе.
Эйнштейн согласился, хотя и без особого энтузиазма. Он понимал, что патентное бюро не может стать ого жизненным поприщем. Но он боялся, что лекции отнимут время от исследований и выбьют из привычной колеи необременительной службы и досуга, отданного исследовательской деятельности.
141
В течение зимы 1908/09 г. Эйнштейн совмещал обязанности приват-доцента со службой в патентном бюро. Летом 1909 г. он испытал первые академические почести - Женевский университет удостоил его звания доктора honoris causa и пригласил на торжественный праздник 350-летия этого университета, основанного Кальвином. Участники юбилейных торжеств вспоминали потом, каким веселым, светлым пятном выглядели соломенная шляпа и обычный костюм Эйнштейна среди расшитых фраков французских академиков, средневековых мантий англичан и множества других экзотических нарядов двухсот представителей университетов всей Земли.