“Способствуя знакомству с научными работами редкой красоты, мы стремимся не только привлечь ещё раз внимание физиков и математиков к труду самого изысканного ума, но и убеждены, что, облегчая распространение новых и смелых идей, благоприятствуем прогрессу Науки.”
Из предисловия к посмертному
собранию трудов одного
швейцарского учёного [1]
Ныне исполняется ровно 100 лет с момента рождения Специальной Теории Относительности (СТО) и 50 со смерти её создателя, Альберта Эйнштейна. Миллион раз подтверждённая в течение века опытом эта теория продолжает всё же вызывать нарекания. Не прекращаются попытки заменить её альтернативной, более согласной со здравым смыслом и привычными представлениями концепцией времени, пространства и движения. Быть может, рано или поздно эти попытки и увенчаются успехом, ведь по верному замечанию самого же Эйнштейна: “никакой опыт не может подтвердить теорию, он может лишь опровергнуть её”.
Именно так и вышло с теорией эфира. Подтверждённая веками наблюдений она в одночасье была опровергнута опытом Майкельсона, выявившим отсутствие “эфирного ветра”. И хотя не прекращаются попытки реабилитировать эфирную теорию, найдя ошибку в опыте Майкельсона или исправив саму теорию, надежды на их успешность крайне мало – слишком велик у теории эфира груз скопившихся теоретических и экспериментальных противоречий.
По счастью, эфирная теория – это не единственный вариант замены СТО. Вторая и последняя альтернатива её – это созданная в 1908 г. Баллистическая Теория Ритца (БТР). Различия между тремя теориями – эфирной, СТО и БТР – проистекают из постулируемого ими характера распространения света. Первая говорит о постоянстве скорости света относительно некой гипотетической светоносной среды (эфира), вторая – относительно наблюдателя (2-й постулат СТО), а третья – относительно источника света. Других вариантов нет, и справедлива лишь одна из этих концепций. Поскольку в печати много сказано и о теории эфира и об СТО, то здесь остановимся подробнее на гораздо менее освещаемой теории Ритца – последней надежде человечества на возврат к наглядной, классической физике. Но прежде немного о её создателе, замечательном швейцарском физике и математике Вáльтере Ритце (см. фото).
Как отмечено многими, биографические сведения о Ритце, несмотря на весомый вклад его в науку, крайне скудны. Их приходится по крохам собирать из разных источников. Личность Ритца и его теория словно окружены заговором молчания. Даже в Большой Советской Энциклопедии нет статьи о нём. Есть лишь краткое упоминание о Ритца-Галёркина методе (напомним, Ритц был и великолепным математиком). Да ещё биографический справочник Ю. А. Храмова “Физики” содержит кое-какие сведения о Ритце. И лишь в замечательном исследовании [1] читатель найдёт более подробную информацию о жизни и работах учёного.
Ритц родился в 1878 г. в семье известного швейцарского художника-пейзажиста. Видимо, это в значительной мере и предопределило избрание им стези инженера и наглядный, модельно-геометрический, инженерный стиль его научных работ (Пуанкаре называл метод Ритца методом инженера). В 1897 г. Ритц поступает в цюрихский политех (Федеральная политехническая школа), одновременно с А. Эйнштейном. И здесь возникает первая загадка…
Ни в одной из биографий Эйнштейна (а их вышли десятки) не сказано об учившемся с ним Ритце, хотя многократно упомянуты другие из числа восьми его согруппников. Лишь в книгу К. Зелига [2, с. 123] случайно затесалась сказанная совсем по другому поводу фраза Г. Минковского (учителя математики Эйнштейна): “… В своё время Луи Коллрос казался мне, да, пожалуй, и другим коллегам, самым одарённым в области математики из всех студентов своего курса, а это немало значит. Ибо именно этот немногочисленный курс факультета VI–A дал видных исследователей: Альберта Эйнштейна, Вальтера Ритца и Марселя Гроссмана”.. Ритц с Эйнштейном не только вместе учились, но и вели дискуссию в печати и написали совместно одну статью. И всё же биографы Эйнштейна о Ритце упорно умалчивают…
Но перенесёмся в 1908 г. К этому времени Ритц уже создал работы по математике и спектроскопии, обессмертившие его имя. Так, в теории атомных спектров широко используется комбинационный принцип Ритца, на котором, по сути, основана вся спектроскопия и квантовая теория. И именно в 1908 г. выходят в свет работы учёного, лёгшие в основу его баллистической теории. Но вскоре происходит непоправимое – уже в 1909 г. учёный трагически умирает в возрасте всего 31 года. Здесь 2-я загадка, связанная с личностью Ритца.
Ранняя и внезапная смерть учёного, спустя лишь год после создания им важнейшего труда, скорое его забвение выглядят поистине драматично и загадочно. Казалось бы, отвергнув эфир, учёные должны были вернуться к корпускулярным воззрениям на природу света – к теории истечения Ньютона, видоизменением которой и является БТР. Но они принимают рискованную, сметающую все классические представления теорию относительности. А баллистическая теория Ритца постепенно уходит в небытиё вслед за своим создателем…
Тому, быть может, и были причины. С одной стороны, вырос ворох ошибочных разновидностей баллистической теории, настроивших учёных и против БТР. С другой, если все революционеры от науки приняли сторону СТО, то все консерваторы продолжали держаться теории эфира, и в спорах этих враждующих партий все забыли про БТР. И, наконец, в этой неразберихе, пока усилия экспериментаторов были отвлечены на проверку результата опыта Майкельсона и некоторых следствий СТО, был проведен беглый тест на живучесть баллистической теории. А поскольку та не была развита, а Ритц погиб и не мог отстоять БТР, результаты проверки были истолкованы не в её пользу. Когда же их оспорили, в сознании учёных уже укоренилась теория относительности, сомнение в постулатах которой стало расцениваться как научная ересь. Во всём вытеснив религию, Наука, увы, переняла её догматизм.
Но расскажем, наконец, что же собой представляет теория Ритца. Отечественная литература содержит лишь отрывочные сведения о ней. Оригинальные работы Ритца можно найти только в Интернете [3], да и то они большей частью на английском пополам с математическим языком. Впрочем, суть БТР проста и сводится к следующему: она распространяет принципы механики (причём механики ньютоновской, без парадоксальных следствий СТО, вроде изменения масштаба времён, расстояний и масс) на область оптических, электрических и иных явлений. Конкретнее, свет в БТР представляется как поток неких испускаемых светящимися телами частиц. Источник света, подобно турельному пулемёту, во всех направлениях выстреливает эти частицы с постоянной скоростью, равной скорости света c (рис. 1). Если источник света движется (пулемёт палит из броневика, катящего по дороге), то скорость частиц-пуль геометрически складывается со скоростью источника (броневика) по классическому закону сложения скоростей (рис. 2). Из сравнения света со снарядами, выстреливаемыми подвижным орудием, и родилось название “баллистическая теория”.
Многие авторы недоумевают, почему на смену эфиру пришла СТО, если БТР не хуже объясняла как явление аберрации звёздного света и отрицательный результат опыта Майкельсона, так и другие не согласующиеся с теорией эфира результаты. Напомним, что аберрация звёздного света (смещение видимого положения звёзд на небе за счёт движения Земли, рис. 3) и результат опыт Майкельсона (постоянство скорости света относительно источника при его движении) свидетельствуют в пользу выполнения для света законов механики и галилеева принципа относительности – скорость света складывается со скоростью источника.
Возможно, учёные побоялись принять БТР, полагая, будто это возврат к корпускулярной теории истечения Ньютона. Напомним, Ньютон считал, что из всех светящихся тел истекают частицы света – корпускулы, которые, попадая в глаз, и рождают ощущение света (ныне корпускулы называют фотонами). Но корпускулярная теория не объясняла явлений интерференции и дифракции, свидетельствующих о волновой природе света. Потому учёные и отказались от корпускул, приняв теорию эфира, проводящего световые колебания и волны.
Однако БТР не была простым повторением теории истечения. Спираль познания привела к исходной точке, но новый виток её не совпал со старым. Наоборот, Ритц хорошо сознавал, что свет – это электромагнитная волна, и теорию свою строил на базе электродинамики, где нет места фотонам. Ритцу они, впрочем, и не понадобились. Раз свет – это электромагнитная волна, рассуждал он, то скорость света – это скорость распространения электрического поля. Значит, частицы, испускаемые атомами со скоростью c, переносят не сам свет, как ньютоновы корпускулы-фотоны, а лишь электрическое воздействие. К сожалению, Ритц не успел дать названия этим, видимо, элементарным частицам, но для кратости мы будем называть их реонами (от греч. rheos – течение, поток, – ввиду истекания их из всех заряженных тел и того, что БТР является видоизменением теории истечения Ньютона), обозначая их на чертежах латинской “R”, напоминающей и об их открывателе – Вальтере Ритце.
Введя представление о реонах, Ритц смог трактовать свет как волновой электромагнитный процесс, но уже без среды-носителя (эфира), в которой бы эти волны распространялись. Если покоящийся заряд, испуская реоны, создаёт постоянное электрическое поле, то колеблющийся порождает уже электромагнитную волну (свет), которая движется подобно цепочке пуль, выпущенных пулемётом со снующего меж двух пунктов броневика (рис. 4). Реоны, испущенные зарядом в сторону точки О, образуют в пространстве бегущую волну, как пули, выстрелянные пулемётом в сторону цели О и подлетающие к ней то с одной то с другой стороны (так же и поле в т. О колеблется то в одну, то в другую сторону). Несколько таких волн могут, складываясь, интерферировать. Вот и получается, что свет представляет собой электромагнитную волну, приносимую к приёмнику уже не средой, не полем, а частицами.
Может возникнуть вопрос: почему заряды всегда излучают реоны с одной и той же скоростью c? Скорость испускания реонов неизменна, видимо, по той же причине, по какой постоянна скорость выстреливаемых пушкой снарядов (без чего нельзя бы было пристреляться по цели). Всё дело в стандартных массе снаряда и заряде пороха, – сгорая, тот придаёт снаряду стандартные энергию и скорость. Но реоны тоже имеют стандартную массу, раз это элементарные, а значит идеально похожие частицы. Их в свою очередь “выстреливают”, придавая скорость c, другие элементарные частицы – заряженные (в ином смысле, чем пушка) электроны: ведь именно колеблющиеся в атомах и антеннах передатчиков электроны создают электромагнитные волны. Так же одинаковы энергии альфа-частиц, испущенных однотипными нестабильными ядрами. (Странно, что учёные, имеющие дело с ядерной физикой, нашпигованной баллистическими терминами: мишень, пушка, ядро, заряд, бомбардировка, стрельба, отдача и т.п. – не вспомнят про БТР. Наоборот, здесь зона господства СТО.)
Впрочем, и при постоянной скорости реонов скорость света, идущего от источника, может слегка варьировать. Дело в том, что реоны имеют постоянную скорость лишь относительно испустивших их электронных “пулемётов” (рис. 1, 2). Но электроны в источнике волн (скажем, в атомах) сами движутся, колеблются, а скорость их складывается со скоростью выстреливания реонов. Рассмотрим реоны, испущенные в направлении перпендикулярном плоскости электронной орбиты атома (рис. 5). Туда они полетят, если электрон, движущийся по орбите со скоростью v, выстрелит реоны не точно в заданном направлении OA, а немного в сторону против своего движения, чтобы скомпенсировать его. Результирующая скорость реонов (и света) 
всегда чуть меньше скорости их выстреливания c.
Это должно создать следующий интересный эффект. Поскольку скорость v электрона тем больше, чем выше частота его колебаний (равная частоте испускаемого атомом света), то с ростом частоты света уменьшается скорость его распространения . Считается, что такого рода явление, называемое дисперсией (именно она ответственна за разложение призмой света в цветную полоску спектра), возможно только в среде. Но если верно сказанное, то дисперсия присуща свету изначально и должна наблюдаться даже в вакууме.
Именно такое явление, основываясь на баллистической теории, но из других соображений, предсказал С.П. Масликов (см. журнал “Физическая мысль России”, 1998 г., №1). Правда, скорость v электронов много меньше величины c, и у разных лучей скорости c΄будут очень мало отличаться и от c и друг от друга – дисперсия в вакууме ничтожна. Но, как верно заметил Масликов, эффект должен отчётливо проявиться на огромных космических расстояниях, где даже ничтожная разница в скорости красных и синих лучей приведёт к заметному запаздыванию во времени последних. Именно этим Масликов объясняет некоторые космические загадки, например несовпадение моментов оптических, рентгеновских и радио-вспышек у одних и тех же космических объектов. Явление космической дисперсии (опережения в космосе красными лучами синих), как следует из биографии П.Н. Лебедева (с. 157), написанной А.Р. Сердюковым, известно уже более века, однако учёные о нём умалчивают, поскольку объяснить его либо не могут, либо находят весьма сомнительные объяснения.
И всё же от БТР отказались не просто так – считалось, что некоторые факты ей серьёзно противоречат. Первый и главный аргумент против теории Ритца, собственно и остановивший её развитие, – это наблюдения над двойными звёздами. Если скорость испускаемого звёздами света складывается с их орбитальной скоростью v, то луч от сближающейся с нами звезды A должен иметь большую скорость и приходить к нам раньше, чем луч от удаляющейся B (рис. 6.а). Но тогда движение звёзд выглядело бы искажённым, чего на деле никто не наблюдал, откуда и заключили, что БТР не имеет права на жизнь. Однако многие авторы и прежде и позднее [4, 5] указывали, что при имеющихся параметрах двойных звёздных систем и разрешающей способности астрономических приборов такие искажения и нельзя было бы заметить. Требовались прямые измерения скорости света от движущегося источника.
Подобный опыт спустя примерно 50 лет после спора СТО с БТР поставил А. М. Бонч-Бруевич. Он сравнил скорости света, испущенного левым A и правым B краями Солнца (рис. 6). Поскольку Солнце вращается, то один его край приближается к нам, а другой отдаляется со скоростью v = 2,3 км/с, и скорости испущенных ими лучей должны отличаться на 4,6 км/с. Найденные же значения скорости почти не различались, что снова говорило против БТР. В опыте скорость света измерялась по времени, затраченному светом на прохождение туда и обратно базовой длины L (рис. 6.б). Считалось, что первый луч, идущий со скоростью (c+v), пролетев базу, отражается зеркалом назад с той же самой скоростью, проходя весь путь за время t1 = 2L/(c+v), а второй луч – соответственно за время t2 = 2L/(c–v). По разнице времён t2 – t1, создающей сдвиг фаз (и оказавшейся равной нулю), и искали разницу скоростей [6].
При этом молчаливо полагалось, что при отражении скорость света не меняется, – как у мячика, имеющего после отскока от стены ту же скорость, что и до удара. Но по БТР свет – это волна, переносимая реонами, и отражаются не сами реоны, а волна (атомы зеркала могут разве что рассеять частицы, но волну они переизлучат направленно). Ритц показал, что волна, имеющая при нормальном падении на зеркало скорость (c+v), отражается со скоростью (c–v), и наоборот. Иными словами, при отражении скорость луча сохраняется не относительно зеркала, а относительно источника. В его системе отсчёта испущенный и отражённый лучи всегда имеют скорость c. Это и есть суть БТР [7, с. 21], существенно отличающая её от других, более поздних и спорных вариантов баллистической теории, где свет переносят фотоны, а скорости испущенного и отражённого лучей различны в системе источника (рис. 7).
Но если после отражения луч меняет свою скорость, то по БТР полное время его движения находится уже как t1 = L/(c+v) + L/(c–v), а у луча, испущенного другим краем t2 = L/(c–v) + L/(c+v). Другими словами, по БТР время движения лучей в такой системе одинаково, и опыт ни в коей мере ей не вредит. Более того, сам же Бонч-Бруевич указывает в своей статье [6], что его опыт не противоречит теории Ритца (хотя во многих учебниках и сказано, что он опровергает БТР). Да и большинство других (в т.ч. предлагаемых) экспериментов с использованием зеркал и замкнутым путём луча не могут ни доказать, ни опровергнуть БТР.
Известна ещё пара-другая опытов, якобы опровергающих БТР, но столь же спорных. Более-менее справедливую их критику, а также некоторые факты, говорящие в пользу БТР, содержат работы [4] и [5]. (Рекомендуем их читателю как наиболее распространённые и доступные издания, отстаивающие баллистическую концепцию. Несмотря на некоторые спорные места и отклонения от БТР, они знакомят с её идеями и содержат массу новых.)
Всё же поспешили учёные, принявшие СТО с квантмехом, похоронить БТР, а заодно и надежды на наглядную физику, согласную со здравым смыслом. В итоге наука отстала, возможно, как раз на те самые сто лет. Ведь прелесть баллистической теории не только в простом, наглядном объяснении всех известных явлений и эффектов (в том числе релятивистских), но и в огромном заряде заложенных в ней идей. Останься Вальтер Ритц в живых ещё хотя бы лет на пять, и мы бы, возможно, уже познали природу гравитации, освоили галактические просторы, летая со сверхсветовыми скоростями и черпая энергию из самых недр элементарных частиц. Значение своих незавершённых работ понимал и сам Ритц, не зря в день своей смерти он, лёжа в больнице, произнёс такие слова: “Хорошо ухаживайте за мной, сестра, – так необходимо, чтобы я прожил ещё несколько лет для Науки”. Но злой рок безвременно оборвал нить жизни этого замечательного учёного, и 7 июля 1909 г. его не стало…
А на следующее утро, 8 июля 1909 г., взошла счастливая звезда другого, доселе почти никому не известного швейцарского учёного – скромного служащего патентного бюро Альберта Эйнштейна. Ибо именно в этот день, когда само небо ещё оплакивало смерть Ритца, а праздничное шествие в честь 350-летия Женевского университета напоминало похороны, были официально признаны научные заслуги Эйнштейна [2, с. 92]. Сразу после этого, осенью 1909 г., он оставит патентное бюро и придёт в официальную науку, а теория относительности начнёт своё победное шествие по миру, не останавливающееся вот уже сто лет.
Сергей Семиков
Источники:
С. Семиков, дата установки: 20.03.2006
