Математика. Поиск истины.

Мы останемся верными принципу относительности в его наиболее широком смысле, если придадим такую форму законам [природы], что они окажутся применимы в любой четырехмерной системе координат.{11}

Альберт Эйнштейн

Величайший переворот в физике начался совсем незаметно, когда в 1881 г. американские физики решили поставить эксперимент, который показал бы, что Земля движется в покоящемся эфире. Этот эксперимент, основанный на очень простом принципе, задумал и осуществил Альберт А. Майкельсон (1852-1931).

Как показывают несложные вычисления, чтобы спуститься на веслах вниз по реке на определенное расстояние и подняться вверх по течению на то же расстояние, требуется больше времени, чем для прохождения того же расстояния туда и обратно в стоячей воде. (Об этой задаче мы упоминали в гл. I, говоря об ошибках интуиции.) Например, если, двигаясь на веслах в стоячей воде, человек достигает скорости 4 км/ч, то путь 12 км в одном направлении и 12 км обратно он преодолевает за 6 ч. Но в реке, скорость течения которой равна 2 км/ч, он будет двигаться по течению со скоростью (4 + 2) = 6 км/ч, а против течения со скоростью (4 − 2) = 2 км/ч, поэтому на весь путь туда и обратно у него уходит (2 + 6) = 8 ч. Общий принцип состоит в том, что если какая-то постоянная скорость (например, скорость течения) препятствует движению более продолжительное время, чем способствует ему, то общий итог сводится не к выигрышу, а к потере времени.

Рис. 35.

Майкельсон и впоследствии его сотрудник Эдвард У. Морли (1838-1923), воспользовавшись этим принципом, поставили следующий эксперимент. Из точки A (рис. 35) на Земле посылался луч света к зеркалу, расположенному в точке

 B также на Земле. Направление от A к B совпадало с направлением движения Земли вокруг Солнца. Предполагалось, что луч проходит через эфир к точке B с той скоростью, с какой обычно распространяется свет, затем отражается и возвращается к точке A. Однако вследствие движения Земли зеркало из точки B перемещается в новое положение C

, пока к нему идет луч света. Следовательно, из-за движения Земли луч света достигает зеркала с запозданием. В точке C свет отражается и возвращается к точке A. Но пока он идет из A к B, точка A из-за движения Земли перемещается в новое положение D, а пока луч идет

обратно, точка D перемещается в новое положение E. Таким образом, движение Земли приводит к тому, что луч света попадает из точки C в точку E. Но расстояние, проходимое светом от C к E

, короче расстояния от A к C. Значит, собственное движение Земли способствует распространению луча света на более коротком пути, чем «тормозит» его. Иначе говоря, движение Земли сказывается на распространении луча света так же, как течение реки на движении лодки. Но тогда в соответствии с изложенным выше принципом лучу света, чтобы попасть из A в C и требуется больше времени, чем для прохождения отрезка AB туда и обратно в том случае, если бы Земля покоилась относительно эфира. Хотя Майкельсон и Морли использовали для измерения «задержки» луча света очень чувствительный прибор — интерферометр, никакого запаздывания им обнаружить не удалось. Таким образом, ни малейших признаков, которые свидетельствовали бы о том, что Земля движется в эфире, не было замечено.

Перед физиками встала проблема, от которой нельзя было отмахнуться. Эфир как «переносчик» света должен был быть покоящейся средой, в которой движется Земля, но это предположение расходилось с результатом эксперимента. Пренебречь несоответствием теории итогу столь фундаментального эксперимента было невозможно, тем более что к тому времени многие физики уже прониклись убеждением в необходимости коренного пересмотра некоторых разделов своей науки.