Пространство и время в классической механике и теории относительности.
В ходе разработки своей теории Эйнштейну пришлось пересмотреть прежние представления классической механики о пространстве и времени. Прежде всего, он отказался от ньютоновского понятия абсолютного пространства и времени, а также от определения движения тела относительно абсолютного пространства.
Отсюда становится ясно, что для Эйнштейна основные физические понятия, в частности понятия пространства и времени, приобретают ясный смысл только после указания тех экспериментальных процедур, с помощью которых их можно проверить.
Тот факт, что расстояние и время в теории относительности определяются наблюдателем по отношению к определенной системе отсчета, отнюдь не свидетельствует о том, что эти понятия имеют произвольный характер, устанавливаемый субъектом.
Другой важный результат теории относительности состоит в том, что она связывает обособленные в классической механике понятия пространства и времени в единое понятие пространственно-временного континуума (непрерывности).
Новые понятия и принципы теории относительности существенно изменили не только физические, но и общенаучные представления о пространстве, времени и движении, которые господствовали в науке более двухсот лет. Особенно резкое сопротивление они встретили со стороны людей, придерживающихся так называемого здравого смысла, который в конечном итоге также ориентируется на доминирующие в обществе научные взгляды, почерпнутые из классической науки.
Необычные результаты, которые дает теория относительности, сразу же поставили вопрос об их опытной проверке. Предварительно, однако, заметим, что сама теория относительности возникла из электродинамики, и поэтому все эксперименты, которые подтверждают электродинамику, косвенно подтверждают также и теорию относительности. Но кроме подобных косвенных свидетельств существуют эксперименты, которые непосредственно подтверждают выводы теории относительности.
Наиболее выдающимся подтверждением данной теории был отрицательный результат опыта американского физика Альберта Майкельсона (1852—1931), предпринятого им для проверки гипотезы о световом эфире. Согласно господствовавшим в то время воззрениям все мировое пространство заполнено эфиром — гипотетическим веществом, колебания которого вызывают световые волны. Вначале эфир уподоблялся упругой механической среде, а световые волны рассматривались как результат колебаний этой среды. Но эта механическая модель эфира в дальнейшем встретилась с серьезными трудностями: будучи твердой упругой средой, эфир должен был оказывать сопротивление движению небесных тел, но ничего этого в действительности не наблюдалось. В связи с этим пришлось отказаться от механической модели, но существование эфира как особой всепроницающей среды по-прежнему признавалось.
Для того чтобы обнаружить движение Земли относительно неподвижного эфира, Майкельсон решил измерить время прохождения светового луча по горизонтальному направлению движения Земли и направлению, перпендикулярному к этому движению. Если существует эфир, то время прохождения светового луча по горизонтальному и перпендикулярному направлениям должно быть неодинаковым, но никакой разницы Майкельсон не обнаружил. Тогда для спасения гипотезы об эфире Лоренц предположил, что в горизонтальном направлении происходит сокращение тела в направлении движения. Чисто отрицательный результат опыта Майкельсона стал для Эйнштейна 18 лет спустя решающим экспериментом в доказательстве того, что никакого эфира как абсолютной системы отсчета не существует. Сокращение же тела объясняется таким же способом, как и при относительном движении инерциальных систем отсчета.
