ГЛАВА 8. ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. ЭЙНШТЕЙН.

⇐ ПредыдущаяСтр 28 из 33Следующая ⇒

Теория относительности, разработанная А. Эйнштейном, вывела естествознание из того затруднительного положения, в котором оно оказалось после “величайшего из отрицательных” опыта Майкельсона по обнаружению “эфирного ветра”. В 1905г. появилась знаменитая работа Эйнштейна “К электродинамике движущихся тел”, в которой автор предпринял попытку согласовать механику и электродинамику и объяснить опыт Майкельсона. Эта статья практически в законченном виде содержит обоснование новой механики, отличной от механики Ньютона, названной впоследствии специальной теорией относительности. Эйнштейну было в то время 26 лет, и он зарабатывал себе на жизнь анализом чужих изобретений в патентном бюро в Берне.

В основе специальной теории относительности лежат два постулата. Первый постулат Эйнштейн формулирует следующим образом: “… для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы одни и те же электродинамические и оптические законы”. Этот постулат, называемый так же релятивистским принципом относительности, является обобщением механического принципа относительности Галилея на любые физические процессы.

Специальную теорию относительности часто называют релятивистской теорией. Релятивистские эффекты проявляются при скоростях движения тел близких к скоростям света, называемых релятивистскими скоростями, соответственно релятивистская механика – это механика движения с релятивистскими скоростями, основанная на специальной теории относительности. Из релятивистского принципа относительности следует, что никаким опытом наблюдатель не может обнаружить, покоится он или находится в состоянии равномерного прямолинейного движения. Принцип относительности Галилея касался только механических движений; по Эйнштейну наблюдатель не может обнаружить свое движение и с помощью электромагнитных или оптических опытов.

Второй постулат утверждает постоянство скорости света: свет распространяется в пустоте с постоянной скоростью по всем направлениям независимо от движения источника света и наблюдателя. Другими словами, результат измерений скорости света в вакууме не зависит от того как движутся относительно друг друга источник света и наблюдатель. Скорость света является, таким образом, предельной величиной. С точки зрения классической механики скорость света должна зависеть от скорости относительного движения источника и наблюдателя.

Согласно классическим представлениям движение не оказывает влияние на течение времени, скорости складываются геометрически, масса и длина тел не зависит от их скорости. Следствием двух указанных постулатов Эйнштейна оказалось то, что течение времени, масса и длина тел оказываются зависимыми от относительной скорости движения систем отсчета, то есть от движения наблюдателя.

Зависимость времени от скорости движения тел, а так же относительность промежутков времени, поясним следующим мысленным экспериментом. Пусть в центре некого вагона поезда установлен фонарь, дающий луч света вертикально вверх. Этот луч отражается в обратном направлении зеркалом, находящимся на высоте l (рис.36.).

Рис.36.Схема мысленного эксперимента по определению зависимости времени от скорости движения: а)неподвижный поезд, б)поезд имеющий скорость v

Очевидно, что для пассажира, находящегося в вагоне, время за которое свет проходит путь от фонаря до зеркала и обратно будет равно t ₀ = 2 l /c, c – скорость света. Если поезд движется со скоростью v относительно некоторой платформы, на которой находится наблюдатель, то видимый наблюдателю путь луча будет иным. Начало пути будет в точке A, но за время распространения луча поезд проходит путь A¢ A¢ ¢, равный vt по направлению движения. Из треугольников AB¢ A¢ и A¢ B¢ A¢ ¢ получим, что путь луча, который он пройдет за интервал времени t при наблюдении с неподвижной платформы будет равен:

откуда с учетом соотношения t 0 = 2l /c, получим:

t = t 0 / .

Из этой формулы видно, что для малых скоростей v, когда v< < c, интервалы времени t и t 0 будут равны, то есть время протекает одинаково и для пассажира и для наблюдателя на платформе. Но как только скорость v становится соизмеримой со скоростью света, t будет увеличиваться по отношению к t 0. Это означает, что промежутки времени для наблюдателя на платформе оказываются длиннее, чем для пассажира в поезде. Если бы поезд двигался со скоростью света, то неподвижному наблюдателю все процессы в нем оказались бы бесконечно замедленными. Иногда, рассуждая о “парадоксе времени”, приводят расчеты, показывающие, что астронавты, покидающие Землю и движущиеся в космическом пространстве с огромными скоростями, после возвращения на Землю могут застать своих сограждан состарившимися на большее количество лет, чем они сами, поскольку время в движущемся с огромной скоростью космическом корабле течет медленнее. В связи с этим отметим, что преобразование времени по приведенной формуле относятся к инерциальным системам отсчета, то есть системам, движущимся равномерно и прямолинейно. На этапах ускорения (или замедления) космического корабля систему отсчета, связанную с наблюдателем на космическом корабле, нельзя считать инерциальной, и к такому наблюдателю специальная теория относительности не применима.

Относительность промежутков времени экспериментально доказаны при изучении элементарных частиц.

Обратимся к другому следствию постулатов специальной теории относительности, по которому длина тел оказывается различной в разных системах отсчета.

Пусть вагон нашего мысленно представляемого поезда движется мимо платформы, длина которой для наблюдателя, находящегося на платформе, равна l. Для пассажиров, находящихся в поезде, длина этой платформы будет иной. Действительно, длина платформы для пассажиров может быть определена через время t 0, за которые поезд промчится мимо платформы: l = v × t 0, но для пассажиров

t 0 = t ,

тогда

l = vt = l 0 ,

где l 0 = t v - длина платформы для наблюдателя, находящегося на ней, которая может быть определена через время  прохождения вагона от края до края платформы. Таким образом, длина платформы, измеренная в движущейся системе, оказывается меньше, чем в покоящейся. Отметим, что совершенно безразлично какую систему отсчета считать покоящейся. Можно считать, что платформа движется относительно поезда и ее размеры сокращаются. Всегда длина тела, измеренная в системе, относительно которой оно движется, оказывается меньше длины, измеренной в системе, относительно которой тело покоится. Поезд, промчавшийся мимо платформы, будет короче для наблюдателей на платформе, чем для пассажиров. Такое сокращение длины называют “лоренцовым сокращением”. Гипотеза о сокращении длины движущихся тел в направлении своего движения была выдвинута Гендриком Антоном Лоренцем (1853-1928) в связи с попытками объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона по обнаружению эфира. По Лоренцу плечо интерферометра, расположенное в направлении движения Земли, испытывало сокращение как раз на такую величину, которая компенсировала разность хода лучей в прямом и ортогональном направлениях. Эта гипотеза носила искусственный характер, выдвигалась только для объяснения опыта Майкельсона, и никак не обосновывалась теоретически. Эйнштейн взял для своей теории формальный математический аппарат из математических выкладок, сделанных Лоренцом, и в знак уважения к труду предшественника назвал уравнения новой механики “преобразованиями Лоренца”. Под “преобразованиями Лоренца” обычно понимают формулы перехода от одной системы координат к другой, движущейся относительно первой со скоростью v. При движении вдоль оси x галилеевы преобразования координат имеет вид

x = x¢ - vt; y = y¢ , z = z¢ , t = t¢ .

В соответствии с лоренцевыми преобразованиями

x¢ = (x – vt) / , y¢ = y, z¢ = z,

t¢ = (t – vx /c²)/

При малых скоростях v преобразования Лоренца переходят в преобразования Галилея.

Из второго постулата Эйнштейна о постоянстве скорости света и ее предельности вытекает релятивистский закон сложения скоростей. Пусть вагон нашего воображаемого поезда движется со скоростью v относительно платформы. В конце вагона установлен фонарь, дающий луч света по направлению движения. По правилам сложения скоростей, принятым в классической механике, скорость света для наблюдателя, находящегося на платформе, должна быть v + c. Но это противоречит второму постулату специальной теории относительности. Эта теория дает релятивистский закон сложения скоростей, по которому скорость тела относительно неподвижной системы отсчета (в нашем примере – платформа) определяется как:

v₂ = (v1 + v) / (1+v1v/c²),

где v1 – скорость тела в системе отсчета, движущейся относительно неподвижной со скоростью v. Их этой формулы следует, что при v1 = с, v2 = c.

Отметим, что релятивистская формула сложения скоростей становится эквивалентной классической при малых скоростях, то есть когда v1 < < с, v2 < < с. Опыты Физо по увлечению эфира водой по сути дела подтвердили релятивистский закон сложения скоростей.

Даже на уровне общих рассуждений становится ясно, что релятивистская механика должна внести изменения в классическое представление о пропорциональности силы и ускорения. Ускорение предполагает изменение скорости. Но скорость света является предельной, поэтому никакая сила не может увеличить скорость тела, имеющего скорость света. Мерой инерционности, сопротивляемости ускорению, является масса тела. Значит, масса должна возрастать с увеличением скорости. Действительно, по закону сохранения импульса

m(D v / D t) = F.

При постоянной силе F пропорционально  t должна увеличиваться скорость. Однако увеличение  v ограничено скоростью света, поэтому инвариантность (неизменность) этого соотношения обеспечивается увеличением массы m. В классической механике масса рассматривается как постоянная величина, в релятивисткой - масса переменна и зависит от скорости движения тела. Ту массу, которая рассматривается в классической механике, в релятивисткой называют массой покоя m0. Масса покоя связана с релятивистской массой m соотношением

m = m0 / .

Из этой формулы следует, что изменение массы можно экспериментально обнаружить только при огромных скоростях, близких к скорости света. Такие скорости достижимы в экспериментальной физике только для элементарных частиц. Эксперименты, проводимые в ядерной физике, указывают на справедливость релятивистского изменения массы.

Из зависимости массы от скорости следует связь между массой и энергией вещества. Такая связь может быть установлена как частный случай, вытекающий из давления, оказываемого светом. Петр Николаевич Лебедев (1866 – 1912) исключительно тонкими опытами доказал, что падающий свет оказывает давление на черное тело с силой F = E/tc, где E – энергия излучения, поглощенного за время t. По закону сохранения импульса, сила уравновешивающая падающий со скоростью v поток в течении времени t, определяется соотношением

F × t = mv,

где m – масса, переносимая потоком, то есть F = mv/t. Для светового потока v = с. Тогда с учетом формулы Лебедева

, или

E = mc²

Эйнштейн показал, что это уравнение универсально и справедливо для любых видов энергии, при этом любое изменение массы D m сопровождается применением энергии D E:

D E = D mc ²

Отсюда с учетом выражения для релятивистской массы следует универсальная зависимость между полной энергией тела E и его массой m:

E = mc ² = m₀c ² /

Из специальной теории относительности следует, что энергия ведет себя как вещество, так как энергия обладает массой, а масса может переходить в энергию. Можно, к примеру, пересчитать энергию, получаемую Землей за одну секунду на массу. По расчетам С.И. Вавилова, эта масса составляет около 2 кг за секунду.

Эйнштейн приводит весьма конкретный пример перехода энергии в массу. Пусть в коробке лежит несколько шариков. Масса покоя шариков определяет необходимую силу, которую нужно приложить, чтобы коробка получила определенное ускорение. Предположим, что шарики внутри коробки движутся по всем направлениям с релятивистскими скоростями. В этом случае заданное ускорение уже не может быть получено прежней силой, так как скорость шариков увеличивает их массу. Кинетическая энергия шариков оказывает подобно массе сопротивление движению.

Положения релятивистской механики, таким образом, отличаются от соответствующих положений классической механики, но переходят в них при малых скоростях. Поэтому о какой-либо замене классической механики релятивистской говорить нельзя. Эйнштейн писал по этому поводу: “Было бы нелепо применять теорию относительности к движению автомобилей, пароходов и поездов, как нелепо употреблять счетную машину там, где вполне достаточно таблицы умножения”.

Специальная теория относительности кроме механических объяснила и некоторые другие явления. Одним из них является эффект Допплера. Изучая движение тел, испускающих свет или звук, Христиан Допплер (1803-1853) установил, что при приближении источника к наблюдателю длина волны излучения или звука представляется наблюдателю меньшей, чем в случае неподвижного источника, и наоборот, при удалении от наблюдателя длина волны увеличивается. Этот эффект хорошо знаком по наблюдениям за высотой звука приближающегося а затем удаляющегося источника. Гудок электрички кажется при приближении поезда более высоким, чем при удалении. Специальная теория относительности дает следующую зависимость частоты  воспринимаемого электромагнитного излучения от скорости движения источника  :

n = n ₀ ,

где n 0 – частота излучения неподвижного источника. При малых скоростях (v< < c) разлагая это соотношение в ряд можно получить:

n = n 0 (1 - v/c)

При удалении источника излучения наблюдается сдвиг частоты в длинноволновую область, или как говорят “красное смещение”. При сближении наблюдаются сдвиги частоты излучения в коротковолновую область – так называемое “фиолетовое смещение”. Происхождение этих терминов вполне понятно, если учесть, что наибольшей длиной волны в видимой области спектра обладает излучение красного цвета, а наименьшей – фиолетового цвета. Благодаря эффекту Допплера возможно измерение скорости движения объектов, в том числе и космических.

Современники Эйнштейна быстро отметили “недостаток” специальной теории относительности. Эта теория игнорировала гравитацию, никак не включала в себя ньютоновское тяготение. Эйнштейн не остановился на специальной теории относительности и предпринял попытку создания теории гравитации, учитывающей релятивистские эффекты. Он получил уравнения гравитационного поля, называемые сегодня “уравнениями Эйнштейна”. Они выражают связь между распределением и движением материи с одной стороны и геометрическими свойствами пространства – времени с другой. Единство пространства и времени следует из специальной теории относительности. Понятие “пространство – время” ввел как четвертую координату, равноправную с тремя декартовыми координатами, Герман Минковский (1864 – 1909), предложивший изящную математическую формулировку специальной теории относительности. Однако " пространство – время" Минковского оставалось плоским, тогда как для объяснения тяготения Эйнштейну пришлось пользоваться неевклидовой “римановой” геометрией. В левой части уравнений Эйнштейна стоит величина, характеризующая отклонение свойств пространства – времени от “плоского фона” Минковского, в правой части – величины, характеризующие плотность материи, то есть плотность вещества и поля. По Эйнштейну любая масса как бы “деформирует” вокруг себя пространство – время, поэтому все движущиеся в гравитационном пространстве тела, а так же свет, следуют по искривленным траекториям. Искривленное пространство – время является как бы символом общей теории относительности.

Отправным пунктом в новой теории, которая была названа автором “общей теорией относительности”, стал принцип эквивалентности, который Эйнштейн сформулировал следующим образом:

“В поле тяготения (малой пространственной протяженности) все происходит так, как в пространстве без тяготения, если в нем вместо инерциальной системы отсчета ввести систему, ускоренную относительно нее”. Иначе говоря, наблюдатель никакими опытами не может обнаружить движется ли он ускоренно, или находится в гравитационном поле. Из этого принципа следует, что действие гравитационного поля эквивалентно ускоренному движению, а значит тяжелая или гравитационная масса эквивалентна инертной.

Напомним, что в классической физике гравитационная масса определяется на основе закона всемирного тяготения как величина, пропорциональная весу тела, то есть силе притяжения. Инертная масса характеризует “сопротивляемость” ускорению. Равенство инертной и гравитационной масс в классической механике может считаться случайным. Экспериментально это равенство установлено впервые Галилеем в опытах с падающими телами, а затем и Ньютоном в опытах с маятниками. Эйнштейн считает это равенство проявлением свойств гравитационного поля.

Согласно принципу эквивалентности, кинематически можно изменить или как бы уничтожить гравитацию в определенный системе отсчета, то есть присутствует прямая связь кинематики с гравитацией. Кинематика по своей природе геометрична, поэтому гравитацию можно интерпретировать геометрически, как геометрию пространства – времени. Такая геометрическая интерпретация и приводит к римановой геометрии, причем геометрические свойства определяются распределением тяготеющих масс и их скоростями.

Вокруг общей теории относительности до сих пор не затихают споры. Сторонники этой теории в качестве решающих доказательств ее справедливости выдвигают экспериментальное подтверждение важнейших следствий общей теории относительности.

Биографы Эйнштейна считают “самым сильным эмоциональным событием за всю научную жизнь Эйнштейна, а быть может, и за всю его жизнь” объяснение поворота орбиты Меркурия с помощью общей теории относительности. В 1859г. Леверье обнаружил, что движение самой близкой к Солнцу планеты – Меркурия несколько отличается от предсказываемого механикой Ньютона, а именно орбита Меркурия медленно поворачивалась вокруг Солнца. Попытка астрономов объяснить это вращение воздействием других планет, в том числе еще не открытых (Леверье предположил существование некой планеты Вулкан), не имели успеха. Поворот орбит планет, тем больший, чем ближе планета к Солнцу, являлся прямым следствием общей теории относительности. Совпадение данных астрономических наблюдений с расчетами, проведенными по теории Эйнштейна, оказалось поразительным: отклонение в оценке угла поворота орбиты составляет по современным данным + 0, ¢ ¢ 1/ столетие.

Другим важным следствием общей теории относительности является следующее предсказание: лучи света проходящие вблизи Солнца, обязаны искривляться. Максимальное отклонение должно составлять угол a = 1, ¢ ¢ 75. Само отклонение как факт вытекает и из ньютоновской корпускулярной теории, однако угол отклонение по Ньютону должен быть вдвое меньше. Опыты, проведенные во время солнечных затмений 1919г. и 1922г., показали полное совпадение с выводами общей теории относительности.

Эффекты общей теории относительности в Солнечной системе малы из-за сравнительно слабого гравитационного поля Солнца, а поэтому ограничены и рамки возможных экспериментов. Общая теория относительности получила, таким образом, экспериментальное подтверждение лишь для слабого гравитационного поля, на что и указывают скептики.

Создатель теории относительности Альберт Эйнштейн (1879-1955) родился в Ульме в еврейской семье владельца мелкой фабрики по починке электрических приборов. В девятилетнем возрасте Альберта отдали в гимназию в Мюнхене. Основным способом обучения в гимназии была зубрежка, никак не дававшаяся Эйнштейну. За глаза учителя называли Альберта “туповатым парнем”. Но вот впервые к Альберту попал учебник геометрии. Мальчик был поражен строгостью и гармонией мысли Евклида, сходством геометрии с музыкой, с произведениями его любимого Моцарта. К тому времени Эйнштейн уже неплохо играл на скрипке, это было его любимым увлечением, сохранившимся на всю жизнь. Математика увлекла его, и Альберт стал первым в классе по этому предмету, относясь к другим кое-как. В шестнадцатилетнем возрасте, не окончив гимназии, Эйнштейн переезжает в Италию, где к тому времени обосновалась его семья, а затем отправляется учиться в Цюрихский Политехникум, который окончил в 1900г.

Эйнштейн надеялся после окончания Политехникума получить в нем место преподавателя и швейцарское гражданство. Но этим надеждам не суждено было сбыться. В течение двух лет Эйнштейн не мог получить места, пока, наконец, не был принять на должность референта патентного бюро г. Берна. Вскоре после этого события Эйнштейн женился на своей сокурснице хорватке Мелеве Марич.

Начались годы сравнительно спокойной семейной жизни, наполненные размышлениями над величайшими научными проблемами. В течение 1902-1904 годов Эйнштейн закончил и послал в Берлинские “Анналы физики” четыре статьи, посвященные вопросам молекулярно-кинетической теории. В этих работах развивались идеи статистической механики. В них выводились положения, уже полученные Больцманом и Гиббсом, и Эйнштейну пришлось сильно пожалеть, что он не знал работ своих предшественников. Но Эйнштейн пошел дальше. Он смог количественно описать движение мельчайших взвешенных частиц, открытое шотландским ботаником Робертом Броуном три четверти века назад при наблюдении под микроскопом водной взвеси цветочной пыльцы (броуновское движение).

На основе исследований броуновского движения Эйнштейн написал докторскую диссертацию под названием “Новое определение размеров молекул”, уместившуюся на двадцати одной странице. Он послал диссертацию в Цюрихский университет и вскоре получил искомую степень доктора философии.

О двух других направлениях научных изысканий Эйнштейна знали лишь его близкие друзья, называвшие себя “веселой академией”. “Академия” собиралась либо в тесной мансарде, занимаемой Эйнштейном с женой, либо в кафе “Олимпия”, либо на квартире сослуживца Эйнштейна итальянца Бессо. За кружкой пива обсуждались новые книги, философские проблемы, после дискуссий слушали игру Эйнштейна на скрипке, отправлялись на пешие прогулки.

В марте 1905г. в “Анналах” появилась статья Эйнштейна, посвященная квантовой теории излучения. Гипотетическим квантам Планка приписывалась вполне определенная физическая реальность. Статья называлась “Об одной эвристической точке зрения на происхождение и превращение света”.

Воскликнуть великое Архимедовское “Эврика! ” пришел черед Эйнштейну. Точка зрение Эйнштейна оказалась действительно эвристической, определяющей новые пути познания мира, пути квантовой механики.

Осенью того же 1905г. вышла в свет статья “К электродинамике движущихся сред”. Обе статьи относятся к 17 тому “Анналов” - изданию, сделавшему имя Эйнштейна знаменитым на весь мир. В двух великих статьях были сосредоточены результаты многолетних раздумий гениального мыслителя, изменившего Ньютоновскую картину мира. М. Бессо предложил назвать новый взгляд на мир теорией относительности. Это название и было принято Эйнштейном.

После прочтения статей Эйнштейна Планк сразу же написал автору письмо, в котором, в частности, спрашивал о том, каков его научный статус. Узнав о службе Эйнштейна в патентном бюро в качестве эксперта 3-го класса, Планк был умилен, раздосадован и послал рекомендательное письмо профессору Грунеру в Берн. Грунер попросил Эйнштейна представить какую-либо из его работ в Бернский университет. Эйнштейн прислал свою работу по теории относительности. После обсуждения этой работы, притязания Эйнштейна на чтение лекций в университете Берна были признаны необоснованными…

Первое публичное чтение Эйнштейном лекции по теории относительности состоялось в … столовой профессионального союза бернских официантов. Эйнштейн частенько обедал там. Лекцию слушали члены “веселой академии” и несколько сослуживцев из бюро патентов.

Имя Эйнштейна становилось все более известным, и в 1908г. он получил предложение должности приват-доцента Бернского университета. Эта должность предполагала чтение необязательного для студентов курса лекций без оплаты лекционных часов, так что Эйнштейн вынужден был продолжать свою службу в патентном бюро. Летом 1909г. Эйнштейн сделал доклад о природе света на 81-м съезде немецких натуралистов в Зальцбурге. На этом съезде состоялась первая встреча юного Эйнштейна с М. Планком. Наблюдавшие за ними коллеги отметили: крайности сходятся. Действительно, профессор Планк уже вошел в свой шестой десяток, Эйнштейну было только тридцать лет. Планк был серьезен и чопорен, Эйнштейн смахивал на вихрастого расшалившегося мальчишку. Планк выходил из стародворянской семьи, принадлежал к научной “богеме” – среде чуждой Эйнштейну. Но их объединяло главное – научные позиции, взаимные симпатии, да и музыка, бывшая для Планка родной стихией. Осенью 1909г. Эйнштейн покидает патентное бюро и получает назначение экстраординарным профессором Цюрихского университета. В 1911г. пришло предложение занять самостоятельную кафедру в немецком университете в Праге, которое Эйнштейн принял.

В сентябре этого года состоялся первый “сольвеевский” съезд ведущих физиков в Брюсселе, в котором Эйнштейн принял участие. Инициатором этих съездов был бельгийский меценат Эрнест Сольвей, организовавший регулярные встречи крупнейших деятелей науки. В Брюсселе на первом съезде встретились Резерфорд, Кюри, Планк, Нернст, Лоренц и другие крупнейшие ученые. Эйнштейн был самый молодой среди них.

Пребывание в Праге оказалось недолгим. В августе 1912г. Эйнштейн вернулся в Швейцарию и занял предложенную ему профессорскую кафедру в цюрихском Политехникуме, в котором сам сидел за студенческой партой.

Через два года Эйнштейн переезжает в Берлин, навсегда покинув Швейцарию. Милева Марич остается в Цюрихе. Переехать в Берлин Эйнштейна уговорил Планк, видевший в нем своего соратника и подготовивший этот переезд во всех отношениях. К тому времени работа над общей теорией относительности вошла в завершающий этап. Со времени создания специальной (частной) теории относительности прошло почти десять лет. Эта теория успешно развивалась. В 1907г. Герман Минковский придал частной теории относительности новую математическую форму, и вывел ее на новый уровень физических представлений, введя понятие “пространство-время”. При операциях с этим понятием Минковским был разработан математический аппарат, носящий название “тензорное исчисление”. В самом разгаре своей работы в 1909г Г. Минковский внезапно умер в возрасте сорока пяти лет (ему неудачно была сделана операция аппендицита).

Геометрия Минковского оставалась евклидовой. Эйнштейн, соединивший тензорное исчисление с неевклидовой римановой геометрией сделал решающий шаг в построении общей теории относительности – теории тяготения

К Эйнштейну пришла мировая слава. Университеты и академии многих стран наперебой приглашали его прочитать лекции. Эйнштейн принимает решение отправиться в научное турне. К тому времени Эйнштейн развелся с оставшейся с двумя его сыновьями в Цюрихе Милевой Марич и женился на своей двоюродной сестре Эльзе.

Эйнштейн читает лекции в Лейдене, затем в Праге, откуда отправляется в Америку. Одной из причин, побудивших Эйнштейна предпринять поездку за океан, было его сближение с сионистским движением. Эйнштейн мечтал о создании еврейского университета в Палестине, разработал план совместного арабо–еврейского управления территориями, на которых проживают вместе евреи и арабы. После Америки путь Эйнштейна лежал в Англию, затем во Францию, а потом в Индию и Китай. Во время пребывания Эйнштейна в Шанхае пришло известие о присуждении ему Нобелевской премии по физике за предыдущий 1921г. Премия присуждалась “за открытие закона фотоэлектрических явлений и за другие работы в области теоретической физики”.

Зиму Эйнштейн провел в Японии и в феврале 1923г. вернулся в Берлин, посетив по пути Палестину, Марсель и Мадрид. В Германии Эйнштейн поселился на вилле Капут близ Потсдама, и прожил там девять лет. Осенью 1930г. Эйнштейн во второй раз побывал в США с чтением лекций в Пасадене (Калифорния). Там произошла его встреча с Майкельсоном, которому было уже семьдесят девять лет. Так случилось, что через несколько недель Эйнштейн провожал в последний путь человека, чьи научные исследования стали отправной точкой в создании теории относительности. Возвращение в Европу после этой поездки было недолгим. В 1932г. Эйнштейн вновь посещает Америку, в 1933г. переезжает сначала в Бельгию, а затем окончательно эмигрирует в Соединенные Штаты. Годы жизни в Америке отмечены пацифистской деятельностью Эйнштейна, лекциями и публикациями по проблемам теории относительности. Замечательна его переписка с Н. Бором по вопросу о вероятностном толковании квантовой и волновой механики, известная как дискуссия " Играл ли Бог в кости при сотворении Мира".

В последние годы Эйнштейн вел довольно замкнутый образ жизни. После смерти Эльзы в 1936г. его ближайшей помощницей стала Элен Дюкас. В том же году в Принстон, где жил Эйнштейн, приехал молодой польский физик Л. Инфельд, работавший с Эйнштейном с 1936г. по 1938г. Ими совместно написана ставшая знаменитой книга “Эволюция физики”, вышедшая в 1938г.

Эйнштейн всегда говорил, что не боится смерти. Перед кончиной он сказал: “Свою задачу на земле я выполнил”. По его завещанию прах великого ученого развеяли по ветру.

ГЛАВА 9. МЕГАМИР

Ньютоновская Вселенная

Закон тяготения Ньютона называют всемирным, поскольку он представил свойства Вселенной в целом. На основе этого может быть описано движение Луны, планет, приливы, орбиты планет. Вселенная Ньютона – хорошо отлаженный " часовой механизм". Образ " мировых часов" введен в космологию Лейбницем. Модель Вселенной Ньютона стала классической. По этой модели Вселенная бесконечна в пространстве и времени, вечна. Пространство играет роль вместилища материи и никак не связано с находящимися внутри этого вместилища материальными объектами. Пространство существует всегда и останется существовать, если из него изъять всю материю. Количество звезд, планет, звездных систем в бесконечном пространстве бесконечно велико. В то же время каждое небесное тело проходит свой жизненный путь, рождается и погибает. Это классическая концепция существования до сравнительно недавнего времени и, несмотря на успехи научной космологии XX века, изучалась в школе.

Вот цитата из учебника астрономии профессора Б.А. Воронцова – Вельяминова (издание 1951 г.): " Подобно тому, как Вселенная в свете научных данных оказывается бесконечной в пространстве, она оказывается бесконечной и во времени, то есть вечной. Вселенная никогда не имела начала и никогда не будет иметь конца, она всегда существовала и всегда будет существовать. Все это касается Вселенной в целом, точнее говоря – материи, из которой она состоит, отдельные же ее части, как, например, Земля, Солнечная система, звезды и даже системы галактик, постоянно то тут, то там возникают, зарождаются, совершая длительный путь развития, и, наконец, прекращают свое существование в этом виде, с тем, чтобы образующая их материя приняла новую форму. Сама же материя, постоянно изменяя свою форму, не уничтожается никогда, она вечна, и вечно ее движение. На смену отжившим мирам возникают новые, на которых с течением времени также возникает жизнь, путем постепенного усложнения воспроизводящая свое высшее выражение – разумные мыслящие существа".

Коренные отличия от ньютоновской картины в этой картине все же имеются: Ньютон предполагал акт божественного творения Вселенной и человека, наличие начального импульса – " толчка", пустившего механизм Вселенной в движение. Под влиянием гравитационной картины мира Ньютона, упорядочившей мироздание, складывались и другие естественнонаучные концепции, отражающие универсальную упорядоченность во Вселенной. Так, например, французский философ Шарль Бонне (1720-1793) составил универсальную " лестницу существ", охватывающую всю природу. Лестница начиналась от камня, проходила через растения, животных, человека, и простиралась до ангелов небесных. Грандиозную работу по систематизации растительного мира, не утратившую своего практического значения до наших дней, провел знаменитый шведский натуралист и ботаник Карл Линней (1707-1778).

⇐ Предыдущая 23 24 25 26 272829 30 31 32 Следующая ⇒