[вернуться к содержанию сайта]
Я упомянул об опытах, которые опровергли теорию светового излучения Ритца 10, в частности работу де-Ситтера о спектроскопических дублетах 11, и нулевой результат, полученный Миллером 12 в Институте Кэйза, когда он видоизменил опыт Майкельсона–Морли, воспользовавшись солнечным светом. Эйнштейн сказал, что он хорошо знает де-Ситтера, но что в ряду таких опытов наиболее решающим является повторение опыта Майкельсона–Морли, произведённое со звёздным светом в Гейдельберге учеником Ленарда Томашеком 13, так как в этом случае используются большие радиальные скорости. Это придаёт решающее значение нулевому результату опыта как доказательству того, что скорость света не зависит от движения источника. В этом высказывании истинная мера человеческих качеств Эйнштейна. Ленард, наряду со Штарком, был наиболее неистовым нацистом среди немецких учёных. Эйнштейн упомянул о нём с полным беспристрастием и без малейшего следа озлобления или горечи.
Затем он перешёл к обсуждению теорий испускания света. Он сказал, что обдумывал теорию испускания Ритца и отказался от неё ещё до 1905 г., так как он не мог представить себе форму дифференциальных уравнений, решение которых давало бы волны со скоростью, зависящей от движения источника. В этом случае теория привела бы к таким фазовым соотношениям, что распространяющийся свет будет самым ужасным образом перемешан и сможет даже пойти вспять. Он спросил меня: “Вам это ясно?”. Я сказал, что нет, и он тщательно повторил свои рассуждения. Когда он опять вернулся к перемешанному свету, то замахал руками перед моим лицом и засмеялся. Это был открытый, искренний смех над идеей!
Затем он продолжал: “В данном случае существует лишь ограниченное число теоретических возможностей, и они относительно просты, так что выбор между ними может быть сделан на основании весьма общих соображений. Конечно, такой выбор говорит нам о том, что возможно, но не о том, что существует в действительности”.
Я заметил, что теория Ритца, возможно, является лучшей из различных теорий испускания света. Он покачал головой и ответил, что теория Ритца местами очень плоха14. Но он быстро добавил, что “вклад Ритца в теорию весьма велик, так как он показал, что разность частот является решающим параметром для спектральных линий”.
10. W. R i t z, Ann. d. Chem. Phys. 13, 145 (1908).
11. W. C. de S i t t e r , Proc. Amsterdam Acad. 15, 1297 (1913); 16, 395 (1913).
12. D. С. M i l l e r , Proc. Natl. Acad. Sci. (U. S.) 11, 311 (1925).
13. R. T o m a s c h e k , Ann. d. Phys. 73, 105 (1924).
14. A. E i n s t e i n , Phys. Zs. 10, 185 (1909).
Я хотел бы сказать также не только об Эйнштейне-мыслителе, но и о вдохновлявшем меня многолетнем пребывании Эйнштейна в тихом университетском городке в Нью-Джерси. Разве я могу забыть то великодушие, с которым он относился ко мне, тогда ещё новичку в Принстоне, во время наших первых дискуссий о физике? Среди других воспоминаний об этих первых встречах и о более позднем сотрудничестве осталось то глубокое впечатление, которое произвело на меня его восхищение Ньютоном, восхищение проницательностью и научным мужеством Ньютона... Дальнейшие дискуссии с Эйнштейном были посвящены сущности электричества, дальнодействию и известному расхождению между Эйнштейном и Ритцем в вопросе о необратимости излучения.
Ещё до 1905 г. Эйнштейн рассмотрел идею эмиссионной теории света и отказался от неё. Оглядываясь в прошлое, он упомянул “концепцию Ритца, которая, между прочим, была также и у меня, ещё до теории относительности”.14 Но Эйнштейн отказался от эмиссионной гипотезы, поскольку он не смог найти никакого способа применить её для решения всех интересующих его проблем, а также поскольку она вводила дополнительные трудности, которых можно было бы избежать, следуя другим путём. Как он объяснил: “Я вовремя отклонил эту гипотезу, поскольку она вела к огромным теоретическим трудностям (к примеру, при объяснении формирования тени экраном, который перемещается относительно источника света)”.15 Эйнштейн “был убеждён, что любой свет определяется исключительно частотой и интенсивностью, совершенно независящими от того, испущен ли свет движущимся или покоящимся источником”.16 То есть, он принял “гипотезу независимости скорости света” от движения его источника только из-за “её простоты и легкоприменимости”. Он утверждал, что в противном случае “для объяснения формирования тени придётся ввести уродливое предположение о том, что свет, испускаемый резонатором, зависит от вида возбуждения (возбуждения движущимся излучателем или возбуждения иного типа)”.17 Другим тонким местом было то, что по эмиссионной гипотезе цепочка световых сигналов могла полностью поменять свою последовательность:
Если соответствующим образом ускоренный источник света испускает свет в одном направлении (например, в направлении ускорения), то плоскости равной фазы (фронты световых волн - С.С.) будут двигаться с разными скоростями, и, таким образом, может получиться так, что все волновые фронты прибудут в заданную точку одновременно, так что длина волны в этом месте станет бесконечно малой. После чего свет перевернётся, так что его тыловая часть опередит фронтовую.18
Не имелось никакого известного свидетельства, подтверждавшего этот эффект. Эйнштейн также предполагал, что если скорость света зависит от скорости его источника, то распространение света, даже сквозь тонкую плёнку, преобразовывало бы его скорость “таким образом, что интерференция … вызвала бы совершенно невероятные явления”. Кроме того, по Эйнштейну, “самым сильным аргументом” против эмиссионной гипотезы был следующий: “если не имеется никакой фиксированной скорости света вообще, то почему в таком случае весь свет, испускаемый 'неподвижными' телами, имеет скорость совершенно независимую от цвета? Это мне казалось абсурдным. Поэтому я отклонил эту возможность как априорно невероятную”.19
Возражения подобные этим не опирались на свидетельства, которые бы находилось в прямом противоречии с эмиссионной гипотезой; они привлекали такие её сложности, которые делали гипотезу неправдоподобной по Эйнштейну. Так, к примеру, он ожидал, что свет, приближающийся к зеркалу по нормали со скоростью c+v, должен быть отражён со скоростью c-v, вместо того чтобы сохранить ту же самую скорость. Согласно Эйнштейну эти математические трудности казались неразрешимыми. “Эти осложнения позволяют понять, почему до сих пор не доказана возможность установить дифференциальные уравнения и граничные условия, которые сделали бы эту концепцию правомочной”.20 Точно так же объяснял это Эйнштейн и в конце жизни, в черновике письма: “Невозможно построить электромагнитную теорию”, если требуется, чтобы в любом направлении световые волны могли распространяться с различными скоростями. В этом состояла “принципиальная причина, по которой, ещё перед формулировкой специальной теории относительности, я отклонил этот предполагаемый путь.”21 И он сообщил репортеру, что к 1905 г. он оставил эмиссионную гипотезу,
поскольку не смог придумать такую форму дифференциального уравнения, которое могло иметь решения, описывающие волны, скорость которых зависела бы от движения источника. В таком случае эмиссионная теория вводила бы такие фазовые соотношения, что распространяющаяся волна могла бы совершенно ужасным образом “перемешиваться” и могла бы даже “обогнать саму себя”.22
В целом, Эйнштейн отклонил эмиссионную гипотезу до 1905 г. не из-за какого-то конкретного экспериментального свидетельства против неё, но потому что, как ему казалась, она приводила к слишком большому числу теоретических и математических осложнений.
. . . . . . . . . .
Сам Эйнштейн расценивал эксперимент Томашека со светом звёзд как самое решающее свидетельство против эмиссионной гипотезы.50 Он также часто приводил анализ Ситтера спектральных наблюдений над двойными звёздами в качестве доказательства постоянства скорости света и её независимости от скорости источника.51
. . . . . . . . . . .
Сам Эйнштейн никогда не публиковал никаких утверждений по теории Ритца. Он почти что сделал это в длинной обзорной статье по электродинамике и теории относительности, которую он написал между 1912 г. и 1914 г. для Handbuch der Radiologie (Справочника по радиологии). В черновик этой статьи он включил несколько параграфов по эмиссионной гипотезе, явно приписывая её Ритцу и Эренфесту, но после он вычеркнул три из них, вставив вместо них комментарии, которые, по сути, заостряли внимание на новых отрицательных результатах экспериментов Ситтера.69 Рукопись Эйнштейна, возможно, поясняет, с какой готовностью он принял такое отрицательное свидетельство, поскольку в ней он писал имя Ситтера с орфографической ошибкой, как “Pexider” (вместо de Sitter – C.C.), говорящей о том, что он слышал об отрицательном результате лишь через посредников. Так или иначе, Эйнштейн (фото 5) остановился на формулировке, что “и в самом деле, простые вычисления показывают, что, если бы рассматриваемая гипотеза подкреплялась фактами, то видимое её влияние было бы столь значительным, что абсолютно невозможно, чтобы астрономы его не заметили. Непригодность этой концепции может, несомненно, считаться окончательно доказанной”.70
Но не все были столь скоро убеждены аргументами Ситтера. Немецкий астроном Эрвин Финлей Фрейндлих сразу же указал в 1913 г., что существующие астрономические свидетельства не подкрепляют утверждений Ситтера.71 Эйнштейн состоял в дружественной переписке с Фрейндлихом и вскоре написал ему: “я тоже весьма заинтересован результатом вашей экспертизы двойных звёзд. Если скорость света зависит, даже совсем немного, от скорости источника света, то вся моя теория относительности, включая мою гравитационную теорию, ложна”.72
. . . . . . . . . .
В те далёкие времена физики, вероятно, рассматривали в качестве свидетельств против эмиссионной гипотезы те эксперименты, которые остались ей необъяснёнными. В частности выделяется эксперимент Физо по измерению скорости света в движущейся воде. Эйнштейн неоднократно подчёркивал его значение как “критического эксперимента”, который одинаково помог ему и создать, и обосновать его теорию.75 Эйнштейн не говорил, что результаты эксперимента Физо противоречат эмиссионной гипотезе, но только, что их объяснение по этой гипотезе не кажется очевидным, поскольку эти результаты, казалось бы, показывали, что свет путешествует в неподвижной и движущейся воде с разными скоростями. Таким образом, они давали свидетельство против электродинамики Генриха Герца, которая допускала, что эфир в движущейся среде полностью ей увлекался, и которая, следовательно, давала то же предсказание, что и эмиссионная гипотеза в случае, если источник света перемещался вместе с текущей водой. Хотя дело было не в эксперименте Физо, Эйнштейн рассматривал его в таком ключе, который подчеркивал его очевидное расхождение с традиционным законом сложения скоростей,76 математической основой эмиссионной гипотезы. Эйнштейн предположил, что эксперимент Физо можно б было объяснять, приписывая понижение скорости света в движущейся воде некоторому эффекту, вводящему относительное движение источника света.77
Спор Ритца и Эйнштейна, включая их совместную статью, был кратко изложен Фоксом 5b и Ланкцозом [Lanczos] 15. В таблице 1 в разных колонках приведены выжимки из их работ, посвящённых спору двух учёных. Следует обратить внимание, что [...] Ланкцоз по какой-то причине искажает суть совместной статьи. В его варианте Эйнштейн в конечном счёте признаёт, что он ошибался, защищая использование опережающих потенциалов. В действительности, несмотря на то, что ни Ритц, ни Эйнштейн не признали своей ошибки, многие современные авторы высказывают мысль о том, что точка зрения, которую защищал Эйнштейн, становится ненадёжной. 13, 16–22
Возможно, впоследствии Эйнштейн пересмотрел свои взгляды на необратимость, однако его высокий статус в области геометродинамики не позволял ему публично выражать новые идеи. Есть три свидетельства, которые могут пролить свет на его личные взгляды на данную проблему. В 1941 году он обратил внимание Уилера и Фейнмана на времеасимметричные электродинамические теории Ритца (1908) и Тетроде [Tetrode] (1921). [Это произошло когда Уилер и Фейнман создавали основу для своей менее удачной (1945) времесимметричной теории поглощения 23, которая в сущности была теорией эмиссии/поглощения [испускания/поглощения]. Они не смогли охватить временную асимметрию, но в настоящее время исследователь Джилл [Gill] 24 предлагает возродить поглотительную теорию, создав обобщённую версию без опережающих взаимодействий.] Два раза в частной переписке Эйнштейн затрагивает вопрос о временной асимметрии. 25 В этих письмах Эйнштейн выражает растущие сомнения по поводу справедливости гипотезы о пространственном континууме в рамках теории поля и обо всём, что с ней связано.
Поскольку временная симметрия неразрывно связана с пространственным континуумом, то при крахе последнего, временная симметрия могла последовать за ним. Описка Ланкцоза могла быть обычной случайностью, но, тем не менее, может указывать на взгляды Эйнштейна в последние годы его жизни.
Дата установки: 09.08.2011
Последнее обновление: 02.07.2012
[вернуться к содержанию сайта]
