Рис. Владимира Плужникова
[вернуться к содержанию сайта]
Уже сто лет множество людей пытается опровергнуть теорию относительности. Причём многие “опровергатели” физической теории имеют лишь косвенное отношение к физике. И если значительную часть из них трудно принимать всерьёз, то этого нельзя сказать обо всех. Почему же столько людей, часть из которых имеет приличное образование и производит впечатление людей серьёзных, занято таким неблагодарным делом – опровержением теории, которую уже сто лет никто не смог опровергнуть?
А если кто-то из них прав, то почему им не удается доказать свою правоту “широкой научной общественности”? При этом создаётся впечатление, что у квантовой механики, ещё более парадоксальной, чем теория относительности, опровергателей существенно меньше. Чем же в этом отношении теория относительности отличается от квантовой механики?!
Это отличие можно увидеть, сравнив соответствующие главы школьного учебника. Действительно, когда в нём речь идет о квантовой механике, скептическому уму не за что зацепиться. Он может или верить тому, что сказано в учебнике, или не верить, не имея при этом конкретных оснований для сомнений. Например, в учебнике утверждается: “Планк предположил, что атомы испускают электромагнитную энергию квантами”. Поскольку наш жизненный опыт никак не связан с испусканием электромагнитной энергии атомами, то и наш здравый смысл не даёт нам стимулов для поиска возражений. И наоборот, парадоксальность теории относительности очевидна всем, что и вызвало к ней широчайший интерес. По этой причине, а также потому, что основные положения СТО (специальной теории относительности) внешне довольно просты, ей посвящено много хороших научно-популярных книг. Причём значительная часть из них написана крупными физиками. И если на эту тему писали такие авторитеты, как сам А. Эйнштейн, С.И. Вавилов и другие, то авторы научно-популярных книг ориентировались на их труды как на образцы. В результате вопросы, которым эти выдающиеся учёные уделили мало внимания, остались вне поля зрения авторов многочисленных популярных и даже учебных книг.
По понятным причинам описание опытов, обосновывающих СТО, трудно поместить в школьные учебники.
В результате элементарный здравый смысл может привести к сомнениям в ней. И устранить такие противоречия между СТО и здравым смыслом очень трудно. Возможно, поэтому у многих после первого знакомства с СТО возникает желание “во всем разобраться” и найти логическую ошибку в теоретических построениях А. Эйнштейна.
Значительный интерес у опровергателей вызывает опыт Майкельсона. Это тоже не случайно. Действительно, этот опыт дал результат, противоречащий физической картине мира того времени. Поэтому он произвёл сильное впечатление на физиков, и они в своих книгах уделили ему много внимания. И, как следствие, и в популярных книгах о СТО, и в учебниках он занимает заметное место. В результате многие воспринимают его как, если не единственное, то основное экспериментальное обоснование СТО и, стараясь опровергнуть СТО, воспринимают его, как слабое место. При этом не учитывается, что на результате одного опыта невозможно построить теорию. Хотя бы потому, что всякий опыт допускает различные интерпретации. Как известно, Майкельсон не обнаружил того, что условно называется “эфирным ветром”. Допустим, что Майкельсон допустил какую-то ошибку или в организации опыта, или в его интерпретации, и что на самом деле “эфирный ветер” есть. Но тогда надо будет создать какую-то теорию, которая допускала бы с одной стороны наличие “эфирного ветра”, а с другой – объясняла бы результаты большого числа других опытов, подтверждающих СТО. Однако многочисленные критики СТО об этом как бы не задумываются.
Повышенное внимание к опыту Майкельсона приводит к тому, что в литературе мало внимания уделяется другим экспериментальным подтверждениям СТО. Например, одним из таких экспериментов считаются опыты с бета-лучами. Они подтверждают одно из следствий этой теории – увеличение массы тела с увеличением его скорости. Опыт заключался в воздействии на бета-лучи электрическим и магнитным полем. Бета-лучи – это поток электронов, то есть одинаковых частиц, чья масса и электрический заряд известны. При этом электроны, из которых состоит этот поток бета-лучей, имеют разную, причём весьма значительную скорость. И в результате величина отклонения электронов зависит от скорости в полном соответствии с СТО.
Желание опровергнуть или по-новому истолковать результаты опыта Майкельсона должно ослабнуть, если его воспринимать как один из большого числа опытов, на основании которых учёные отказались от гипотезы о существовании эфира. Ещё в середине XIX века физики измеряли скорость света в прозрачной среде и убедились, что она ниже скорости света в пустоте. В 1850 году А. Физо проводил опыты со световыми лучами, проходившими через трубу, заполненную водой, и удостоверился, что скорость света меняется, если вода в трубе движется. По аналогии было естественно считать, что если скорость света постоянна относительно неподвижного эфира, то измеряемая наблюдателем на Земле скорость света должна меняться из-за движения Земли относительно эфира. Такое предполагаемое изменение и называлось “эфирным ветром”, который должен был как бы “сносить” свет, как его “сносит” движущаяся вода в опыте Физо. Такое уточнение необходимо сделать потому, что этот термин часто вызывает неправильные аналогии. Вряд ли неподготовленный читатель обратит внимание на кавычки, в которые обычно берут слова “эфирный ветер” – указание на то, что этот термин не следует понимать буквально. Кстати, в известной мне англоязычной литературе используется термин “ether drift” – “эфирное смещение”, не вызывающий сбивающих с толку аналогий.
С точки зрения логики научного исследования в высшей степени интересно и поучительно то, что выдающийся экспериментатор Майкельсон, проведя свои опыты и получив неожиданный результат, счёл нужным повторить со значительно большей точностью опыт Физо. При этом результат Физо был подтверждён. Действительно, коль скоро в этих опытах исследуются схожие явления, то в них естественно ожидать схожих результатов. И если результаты получились принципиально разными, то следовало перепроверить оба опыта. Но ведь точно так же наш современник, сомневающийся в результате опыта Майкельсона и/или в его трактовке, должен проанализировать и другие опыты, результаты которых противоречили существовавшим в XIX веке представлениям об эфире. И опровергатели Эйнштейна должны понимать, что им необходимо “разобраться” не только с опытом Майкельсона, но и со многими другими опытами.
Действительно, если ориентироваться на опыт Майкельсона сам по себе, то можно предположить, что скорость света постоянна в системе отсчёта, связанной с источником. А для стороннего наблюдателя скорость света равна некоторой постоянной величине плюс скорость источника. При таком предположении опыт Майкельсона должен дать тот результат, какой он фактически дал. Такие теории (баллистические) в своё время разрабатывались. Но, как утверждает учебник по СТО, наблюдения за движением двойных звёзд опровергают баллистическую гипотезу. Тем не менее, если судить по интернету, не все считают этот вопрос закрытым.
И здесь просматривается ещё один парадокс, уже не физический, а психологический. Школьный учебник утверждает, что “согласно законам электродинамики скорость распространения электромагнитных волн в вакууме одинакова по всем направлениям и равна c = 300000 км/с. Но ... в соответствии с законом сложения скоростей Ньютона скорость может равняться c только в одной избранной системе отсчёта. ... Таким образом, обнаружились определённые противоречия между электродинамикой и механикой Ньютона”. Согласимся с тем, что это утверждение для школьного учебника необычное, поскольку в нём нет даже намека на обоснование. Из него никак нельзя понять, как из законов электродинамики делается вывод о постоянстве скорости света. (Что, впрочем, естественно – обоснование требует знаний, далеко выходящих за рамки школьной программы.) Тем не менее, это следствие из уравнений Максвелла имеет принципиальное значение для СТО. Более того, А. Эйнштейн, создавая СТО, опирался на анализ уравнений Максвелла, а не на опыт Майкельсона. Но если постоянство скорости света является следствием уравнений Максвелла, то представляет интерес логика тех современных опровергателей, которые доказывают зависимость скорости света от скорости источника. Ведь, приняв их предположения, надо будет вносить уточнения в уравнения Максвелла. И, как следствие, необходимость “разбираться” с множеством экспериментов, которые, согласно общепринятому мнению, соответствуют уравнениям Максвелла.
Тем не менее, в наши дни заметно возрождение интереса к баллистическим теориям. Вновь вспомнили труды швейцарца В. Ритца, который в 1908 году объяснял неожиданный результат опыта Майкельсона тем, что скорость света складывается со скоростью источника. Была, в частности, сделана попытка трактовать наблюдения за двойными звёздами, не противореча баллистической теории. При этом не заметно анализа информации о других экспериментальных опровержениях баллистической теории. Хотя в своё время рассматривалось несколько её вариантов, и проводились опыты, которые их опровергали. Более того, сам В. Ритц указывал на поправки к уравнениям Максвелла, которые надо было бы сделать, чтобы его баллистическая теория не противоречила основам электродинамики. С тех пор прошло много лет. Накопился значительный экспериментальный материал, подтверждающий универсальный характер законов Максвелла. И если кто-то предлагает гипотезу, не укладывающуюся в рамки общепринятой теории Максвелла, он должен, так же как В. Ритц, на это указать и предложить способ преодоления возникающих трудностей.
Следует подчеркнуть, что опытов, подтверждающих СТО, было много. В этом должны отдавать себе отчёт те, кто не принимает или результат опыта Майкельсона, или его общепринятую трактовку. Действительно, можно в качестве исходного пункта рассуждений взять не этот опыт, а какой-то другой. Например, опыт, подтверждающий зависимость массы от скорости. В таком случае можно поставить вопрос так: какие могут быть логические следствия из предположения, что масса зависит от скорости в соответствии с теорией относительности? Одно из следствий очевидно – невозможность движения со скоростью света для любого объекта, обладающего массой покоя. Однако выяснить, какие при таком предположении должны быть результаты опыта Майкельсона, было бы, наверное, непросто. Но такие рассуждения могут многое прояснить. Более того, такой анализ помог бы скептикам: если какие-то утверждения СТО нельзя вывести в качестве следствий из соответствующей этой теории зависимости массы от скорости, то опровергателям Эйнштейна следует сосредоточить своё внимание именно на них. Но в любом случае из подтвержденного опытом факта – зависимости массы от скорости – следует, что при скоростях, близких к скорости света, механика Ньютона перестаёт “работать” и если не СТО, то какая-то другая теория должна это учитывать.
Если будет написана книга “Теория относительности для сомневающихся”, то в ней опыт Майкельсона будет трактоваться как один из многих опытов, подтверждающих СТО. Впрочем, книга с таким названием вряд ли когда-либо выйдет из-за необъятности темы. Ведь сомневаться можно в чём угодно. Поэтому уместно обратить внимание на книгу, посвящённую, на первый взгляд, одному частному вопросу – экспериментальному обоснованию одного из основных положений СТО – предположения о постоянстве скорости света. Её название говорит само за себя – “Экспериментальные корни специальной теории относительности”. В отличие от большинства научно-популярных книг, в ней основное внимание уделено не парадоксальным и противоречащим здравому смыслу (и поэтому интересным) следствиям этой теории, а множеству экспериментов, подтверждающих постоянство скорости света. И она делает неубедительным один из аргументов скептиков – ссылки на мнения крупных учёных, современников создания СТО, её не принимавших. Ведь в первой четверти XX века опытное обоснование СТО было более скромным, чем в наши дни. Скорее всего, подобные книги, посвящённые как бы “частным вопросам”, будут выходить и в дальнейшем, И тогда, можно надеяться, скептиков будет меньше. А их возражения, если скептицизм сохранится, будут более основательными.
В этой же книге сообщается, что в опыте Физо по измерению скорости света в движущейся воде скорости складываются в соответствии с формулами СТО. У меня лично сразу возник вопрос, почему я, несмотря на то, что научно-популярные книги о теории относительности читал ещё старшеклассником, узнал о столь интересном факте только недавно, когда готовил материал для этой статьи. Впрочем, этот факт должен быть интересен только для тех, кто скептически относится к СТО. Или для тех, кто намеревается дискутировать с “СТО-скептиками”. Тот же, кто в СТО не сомневается, увидит здесь лишь очевидное следствие общепринятой теории. Может быть, и для меня этот научный факт стал интересным лишь после того, как я узнал, насколько распространено неприятие СТО.
Но этот опыт интересен не только сам по себе. Действительно, Физо показал, что скорость света меняется, когда он проходит через движущееся прозрачное вещество – воду. Но в таком случае естественно поставить вопрос – а не изменится ли скорость света, когда он будет проходить через другое прозрачное вещество – оптическое стекло, которое вместе с Землей движется вокруг Солнца. И вообще, как движение Земли влияет на характеристики оптических приборов? Напомним, что коэффициент преломления – основная оптическая характеристика вещества – определяется скоростью света в этом веществе. Подобные опыты были поставлены ещё в начале XX века, и, как я понял, эффект сложения скоростей не был обнаружен. Однако мне лично было бы весьма интересно ознакомиться с научно-популярной книгой про СТО, где изложение опиралось бы не на опыт Майкельсона, а на оптические парадоксы. И, как мне кажется, подобные книги уменьшили бы число СТО-скептиков. Заметим, что оптические опыты существенно затрудняют задачу, стоящую перед ними. Для построения теории, отличной от СТО, им необходимо дать объяснение множеству разнородных экспериментально подтвержденных фактов. И чем более отличаются друг от друга эти факты, тем сложнее стоит задача перед опровергателями. Одному эксперименту – тому же опыту Майкельсона – можно дать много интерпретаций. Но физическая теория принимается научным сообществом, когда конкурирующие интерпретации опровергаются другими опытами. Судя по интернету, значительная часть опровергателей этого не осознаёт.
Эти заметки относятся, собственно говоря, не к физике, а к психологии. В них речь идёт о психологических причинах, заставляющих многих не только скептически относиться к СТО, но и не жалея времени и сил пытаться её опровергнуть. И автор этих строк имел специфический объект наблюдения – самого себя. Действительно, я сам себе удивлялся, недоумевая, зачем мне нужно рыться в учебниках, и, тем более, читать многочисленные послания СТО-скептиков в интернете, многие из которых были для меня очевидно нелепыми, а многие – непонятными. Началось всё как-то само собой – я старался помочь своей дочери-старшекласснице одолеть премудрости физики, поругивая тех, кто внес в школьную программу элементы СТО и квантовой механики. При этом я не пытался анализировать противоречащие здравому смыслу положения квантовой механики, но в теории относительности попытался разобраться. Ведь для понимания её основных положений вроде бы предварительных знаний не требуется. И почти сразу у меня возник вопрос. Задумавшись над наблюдениями Рёмера над спутниками Юпитера, я пришёл к выводу, что скорость сближения света, отражённого от спутника Юпитера, и земного наблюдателя периодически меняется. Она увеличивается, когда Земля и Юпитер сближаются, и уменьшается, когда они отдаляются. Потом, с помощью интернета, я узнал, что некоторые видят здесь опровержение основного положения СТО. Я не был столь “смел” в своих умозаключениях и понял, что мне следует уточнить, что физики понимают под скоростью света. Ведь наблюдатель на Земле может рассчитать, с какой скоростью он сближается с квантом света, отражённым от спутника Юпитера, и получить число, превышающее c. Физики явно имеют в виду не это. Но что?! Однако, в отличие от тех опровергателей, которые видят здесь контрпример для СТО, я здесь вижу сложный для понимания вопрос теории, который мне, мягко говоря, не вполне понятен.
Тем не менее, я на своём опыте убедился, что в теории относительности есть что-то завораживающее. Когда я узнал, что в опыте Физо с движущейся водой подтверждается закон сложения скоростей СТО, я задумался, а нельзя ли модифицировать подобным образом опыт Майкельсона. Модификация вроде бы простая — пропускать лучи света, скорость которых сравнивается в этом опыте, через трубки с водой (неподвижной). Вода в трубке, направление которой совпадает с направлением движения Земли вокруг Солнца, будет двигаться вместе с ней. И вроде бы здесь должен проявиться тот же эффект, что и у Физо. Однако, оказывается, ещё в 1871 году англичанин Эйри проводил астрономические наблюдения, залив водой трубу телескопа. Как я понял, его логика не вполне совпадала с моей. Но это не важно. За несколько лет до Майкельсона не могло быть и речи о поиске релятивистских эффектов. Дело не в деталях, а в постановке вопроса: если прозрачное вещество движется вместе с Землёй вокруг Солнца, то как это сказывается на его оптических свойствах? Замечу, что никаких соображений по поводу модификации опытов, связанных с квантовой механикой, мне в голову не пришло и не могло прийти. Поскольку мне было непонятно, о чём идёт речь.
Я пишу об этом потому, что хочу понять, почему столько людей пытаются опровергнуть СТО. При этом серьёзные возражения, если такие есть, теряются среди множества заведомо несерьёзных. И я попытался, стараясь разобраться в основных положениях СТО, одновременно понять логику опровергателей. Вернее, тех из них, к кому следует относиться серьёзно. Тем более что я сам неожиданно для самого себя стал втягиваться в неблагодарное и сложное дело – пытаюсь разобраться, если не в самой СТО, то в вопросах, далеко не простых, которые с ней непосредственно связаны. Возможно, принимаясь за это дело, я подсознательно находился под влиянием одной научно-популярной книги, которую я прочёл, будучи старшеклассником. Там утверждалось, что вывод основных формул СТО не сложен. И я помню, что был тогда очень удивлён, убедившись, как просто выводятся эти формулы. Школьнику простительно не видеть сложности там, где она не очевидна, и не знать, что для понимания физической теории мало понимания математической стороны вопроса. Но упрощённое представление о проблемах, связанных с СТО, может дать и учебная литература.
Есть надежда, что некоторые вопросы, смущающие скептиков, будут со временем разрешены как бы сами собой. Технический прогресс и развитие науки ведут к повышению точности приборов. Поэтому многие сомнения со временем будут опровергнуты с помощью опытов, которые в наше время нереализуемы. Или из сомнений превратятся в научный факт, что потребует, как минимум, перестройки научных теорий.
Известно, что теория относительности А. Эйнштейна не была с восторгом принята всей научной общественностью. Более того, кое-кто сомневается в ней и в наше время. На это есть много причин, о которых мы уже писали (“З-С”, 12/07). В связи с этим представляет интерес мнение по этому вопросу выдающегося физика С.И. Вавилова. Приведём отрывки из воспоминаний о нём A.M. Бонч-Бруевича.
“Сергей Иванович сказал, ...что у него давно было желание поставить релятивистский опыт... в котором в лабораторных условиях экспериментально прямо наблюдать независимость скорости света от скорости движения источника излучения. По мнению Сергея Ивановича, такой релятивистский опыт, если бы он был успешно выполнен, вполне мог бы послужить докторской работой. Это хорошо, но я опасался, что при этом у научного сообщества могут возникнуть подозрения, что я сомневаюсь в специальной теории относительности. Этими опасениями я поделился с Сергеем Ивановичем... Я хорошо запомнил его ответ. Он считает, сказал он, что каждое серьёзное положение, а уж тем более фундаментальное положение в физике, должно быть подтверждено прямым экспериментом. Отсутствие такого эксперимента, а вместо этого опора на следствия, сколько бы их ни было, может порождать у не шибко грамотных людей сомнения. Эти сомнения задерживают развитие науки, с ними приходится бороться и тратить на это силы и время. В этом важность любого надёжного эксперимента, поставленного с целью прямого подтверждения второго постулата”.
“Сергей Иванович, кроме того, ещё раз подчеркнул, что в задуманном им эксперименте речь идёт о релятивистском опыте первого порядка, а таких опытов до настоящего времени нет. Опыт же, предлагаемый Сергеем Ивановичем, действительно был и убедителен, и изящен. Я его излагаю в статье 1956 г. в журнале “Оптика и спектроскопия”. Забегая вперёд, скажу, что в такой постановке опыт, к моему великому сожалению, я выполнить не смог”.
“В январе 1951г. Сергея Ивановича не стало… у меня опять возникли сомнения в восприятии физиками самого факта постановки релятивистского опыта, который до сих пор находился под защитой авторитета Сергея Ивановича. Я обратился за советом к бывшим в курсе моей работы С.Э. Хайкину, М.Л. Леонтовичу, Г.С. Ландсбергу и... к А.Ф. Иоффе. Все в один голос высказались за продолжение работы. Г.С. Ландсберг, понимая трудности создания необходимого источника на быстрых атомах, предложил использовать в качестве движущихся источников излучения левый и правый края диска Солнца... и соответственно использовать более протяжённую базу. Это предложение лишало опыт его первоначальной красоты, но, по-видимому, было единственной реальной возможностью довести его, хотя бы в сильно деформированном виде, до конца”.
“Я воспользовался советом Г.С. Ландсберга... Диссертация была защищена, причём оппонентами были А.Ф. Иоффе, С.Э. Хайкин и В.Л. Левшин. Об этой работе пишет Г.С. Ландсберг в своей книге “Оптика”. Я называю эти имена для того, чтобы показать, что реализованная даже в сильно усечённом виде идея Сергея Ивановича о релятивистском опыте первого порядка была признана физиками”.
“Теперь уже совсем частное замечание. Я не люблю эту работу и редко упоминаю о ней потому, что у меня всё время остается ощущение, что я не оправдал надежд Сергея Ивановича. Между тем в дальнейшем, уже после кончины Сергея Ивановича, вновь и вновь появлялись работы, авторы которых искали экспериментальное подтверждение второго постулата специальной теории относительности... Это были обсуждения видимых траекторий двойных звёзд, углового распределения синхротронного излучения, оценка скорости распространения излучения при ядерных процессах... Но прямой опыт в лабораторных условиях, как его задумал Сергей Иванович, поставлен не был”.
Эти заметки интересны по многим причинам. Главная из них – они отчетливо показывают, что наука развивается по собственным законам. Если у физиков появится возможность провести опыт, убедительно подтверждающий Специальную Теорию Относительности (СТО), как, впрочем, и любую другую не вполне общепринятую теорию, то этот опыт будет проведён. Заметим также, что, строго говоря, опыт, который предлагал поставить С.И. Вавилов, должен был подтвердить не СТО вообще, но лишь один из постулатов, лежащих в её основе. Дело в том, что одно из основных положений СТО – независимость скорости света от источника – не было подтверждено экспериментально, а было принято в качестве постулата. Многочисленные экспериментальные подтверждения СТО фактически – подтверждения следствий этой теории, что является общепринятой практикой. Если следствия той или иной теории подтверждаются опытами и не удаётся обнаружить ни одного контрпримера, то теория принимается. Хотя при этом допускается принципиальная возможность появления альтернативной теории, которой не противоречили бы результаты уже выполненных экспериментов. Но нет и не может быть общего ответа на вопрос: сколько надо получить косвенных подтверждений теории, чтобы она была принята научным сообществом. Известно, например, что В.К. Рентген не сразу поверил в существование электрона, а Д.И. Менделеев – в существование газа гелия. Поучительно обратить внимание на заголовок одного из приложений к замечательной научно-популярной книге М.П. Бронштейна “Солнечное вещество”: “Почему Д.И. Менделеев не сразу поверил в гелий”. Как мы видим, для М.П. Бронштейна сомнения великого учёного – не “причуда гения”, а вопрос, представляющий самостоятельный интерес.
Интересен также психологический аспект проблемы. А.М. Бонч-Бруевич опасался, что у научного сообщества могут возникнуть подозрения, что он сомневается в специальной теории относительности. На первый взгляд, такие опасения выглядят странно. Известный принцип “всё подвергай сомнению” относится в первую очередь к учёным. Но нельзя же всё доводить до абсурда. Есть вещи, в которых нормальные люди не сомневаются. Не следует также забывать, что по ряду психологических причин СТО вызывает кое у кого активную неприязнь. И во многие редакции время от времени приходят “опровержения” этой теории, которые порой вызывают оторопь. Отсюда легко сделать вывод, что среди “опровергателей Эйнштейна” процент неадекватных людей выше среднего. И как следствие – нежелание А.М. Бонч-Бруевича и многих других выглядеть представителем группы людей с повышенным процентом неадекватных.
Но помимо чисто научного интереса, С.И. Вавилов преследовал и другую цель – педагогически-дидактическую. Он хотел провести опыт, который был бы убедительным если не для всех, то для какой-то части скептиков. Так можно понять замечание С.И. Вавилова о сомнениях, которые могут появиться “у не шибко грамотных людей”. И если бы эти сомнения удалось бы рассеять, то эти люди перестали бы зря терять своё время и отнимать его у других. Но возникает вопрос: всегда ли сомнения в СТО были следствием неграмотности?! Что по этому поводу думал С.И. Вавилов, нам остаётся неизвестным. Но даже поверхностное знакомство с биографией одного из таких “опровергателей Эйнштейна” заставляет задуматься. Это крупный инженер Михаил Илларионович Дуплищев. В течение нескольких лет (с 1955-го по 1960 год) он был заместителем М.К. Янгеля, знаменитого конструктора-ракетчика. Кроме того, с 1955 года заведовал кафедрой Днепропетровского государственного университета. В Интернете о нём можно найти довольно много информации. Для нас принципиально то, что проблемой второго постулата Эйнштейна он интересовался, ещё будучи заместителем Главного конструктора. А такие люди не страдают от скуки.
При этом М.И. Дуплищев не ограничился теоретическими изысканиями, а проводил эксперименты, про которые утверждается, что они опровергают второй постулат Эйнштейна. Но в то же время не видно реакции научного сообщества на столь смелое заявление. Не заметно ни подтверждений, ни опровержений. И такое молчание тоже многозначительно. Возможно, что научное сообщество физиков устало от многочисленных опровергателей СТО и относится к ним не многим лучше, чем к изобретателям вечного двигателя. Действительно, в некоторых случаях понять, почему не сработает та или иная его схема, бывает весьма не просто. И точно так же может быть очень не просто понять и объяснить, почему результаты того или иного опыта не могут быть интерпретированы, как опровержение второго постулата СТО. Не заметно также попыток повторения этих опытов ни в виде добросовестной научной проверки, ни даже как плагиат. Так что очень похоже, что М.И. Дуплищев пережил личную трагедию. Не важно, оправданна ли его претензия на опровержение Эйнштейна или нет – человек считал, что им получен результат колоссального научного значения, но нет никакой реакции.
Впрочем, подобного результата следовало ожидать ещё тогда, когда сильно загруженный и сильно засекреченный инженер не просто начал задумываться о сложнейшем вопросе современной физики, но и стал продумывать детали эксперимента. А к тому времени СТО имела столько подтверждений, что было очень мало шансов её опровергнуть, тем более с помощью относительно простого эксперимента.
Недавно вышедшая книга о М.И. Дуплищеве заставляет о многом задуматься. Сыну крестьянина, погибшего в Империалистическую войну, пришлось преодолеть много трудностей на пути к образованию. Это уже само по себе вызывает к нему уважение. Так что было бы не только интересно, но и полезно понять, почему такой человек не жалел своего времени и усилий на очень неблагодарное дело – опровержение того, в чём такие люди, как С.И. Вавилов, не сомневались. Одно из возможных объяснений – инстинкт учёного, заставляющий человека исследовать то, что ему непонятно, что вызывает у него сомнения. Как С.И. Вавилов чувствовал какое-то беспокойство оттого, что не существует прямого экспериментального подтверждения второму постулату Эйнштейна, так М.И. Дуплищев вполне мог чувствовать такое же беспокойство оттого, что этот постулат без такого подтверждения был принят почти всем научным сообществом.
Конечно, здесь могла проявить себя и “нешибкая грамотность”. М.И. Дуплищев в 1937 году окончил Сталинградский механический институт и с тех пор работал в военной промышленности. Понятно, что в его институте физику давали в меньшем объёме, чем на физфаке, и что потом у него не было времени изучить множество книг и статей, посвящённых одному из основных вопросов современной физики. Так что он, несомненно, знал значительно меньше, чем С.И. Вавилов, косвенных подтверждений СТО, и это могло способствовать его скептическому к ней отношению. Полезно обратить внимание на отзыв одного из тех, кто считал, что опыт М.И. Дуплищева действительно опроверг СТО. “Мы вполне отдаём себе отчёт в том, что... повлечёт за собой коренную ломку всех современных построений, разработок и представлений, как в физике, так и в основных разделах современного естествознания”. Здесь важно не только то, что было сказано, но и кем было сказано. А эти слова принадлежат A.M. Макарову, генеральному директору ПО “Южмаш”, лауреату Ленинской премии, дважды Герою Соцтруда, профессору и так далее. Да, это директор того самого “Южмаша”, где “делали ракеты”. Как мы видим, инженер и администратор столь высокого уровня поверил, что второй постулат СТО был опровергнут, а физики не обратили на это внимания.
Итак, мы видим два подхода к одному вопросу. С.И. Вавилов не сомневается во втором постулате СТО, М.И. Дуплишев его опровергает. Причём ещё на этапе постановки задачи С.И. Вавилов говорил о прямом подтверждении постулата Эйнштейна, не употребляя нейтрального слова “проверка”. И вообще, судя по рассказу A.M. Бонч-Бруевича, авторитетнейшие физики в постулате не сомневались. Инженер М.И. Дуплищев стал его опровергать. А инженер А.М. Макаров не сомневался, что опыты М.И. Дуплищева опровергли СТО. Но в данном случае, как это ни парадоксально, речь идёт, по существу, о том же самом. Отсутствие прямых подтверждений второго постулата СТО заставило С.И. Вавилова продумывать опыты, которые бы дали такое подтверждение. Недостаточная, по мнению М.И. Дуплищева, обоснованность общепринятой теории вызвала у него желание разобраться во всём самому. Желания разные, а следствие одинаковое – оба продумывали опыты, связанные с обоснованиями СТО.
Поэтому интересно обратить внимание на опыты по проверке второго постулата СТО, проведённые в Харькове около тридцати лет назад. Инициатором их проведения был один полковник-артиллерист, достаточно компетентный в вопросах физики. (В этом ничего удивительного нет. В некоторых организациях Министерства обороны проходили и, можно надеяться, проходят службу высококвалифицированные инженеры в погонах.) Он не скрывал, что надеялся опровергнуть второй постулат СТО. Опыты были проведены, надежды полковника не оправдались, и было получено ещё одно подтверждение СТО. Наука восторжествовала, однако полковник вскоре умер. Нельзя исключить, что этот человек действительно пережил личную трагедию. И вполне возможно, что С.И. Вавилов, когда ставил задачу по экспериментальному подтверждению СТО, надеялся уменьшить число подобных трагедий. Однако физик, участвовавший в этой работе, несмотря на то, что он с самого начала относился к ней скептически, видит в этой истории яркий пример романтического отношения к науке и тепло о ней вспоминает. А также с уважением вспоминает инициатора работ, видя в нём “пример благородного служения научной идее”.
Очень хотелось бы знать про отношение к этим опытам президента Академии наук Украины Б.Е. Патона. Опыты проводились в Днепропетровске с его одобрения. И их стали трактовать, как опровержение СТО. А примерно в то же время в Харькове получили очередное экспериментальное подтверждение СТО. Наверное, президент АН УССР должен был как-то на это среагировать. Хотя высказать своё собственное мнение по этому вопросу ему было бы трудно, потому что Б.Е. Патон – выдающийся инженер, но не физик. Так что эта история ещё не завершена.
Кстати, в статье, описывающей опыты в Харькове, есть ссылки и на другие работы, посвящённые экспериментальному обоснованию СТО. Этот вопрос не оставался без внимания ни у нас в стране, ни за рубежом. Но сам факт, что и выдающийся физик С.И. Вавилов, и крупный инженер М.И. Дуплищев, и мало кому известный полковник столь серьёзно относились к этой проблеме, заставляет с оптимизмом смотреть в будущее. Все тёмные места и недостаточно обоснованные утверждения современной науки рано или поздно привлекут к себе внимание и найдут своё разрешение. Поскольку найдутся люди, которые их заметят и не успокоятся, пока все сомнения не будут устранены.
Рассказывают, что во время Второй мировой войны в одной американской научной лаборатории, выполнявшей военный заказ, сотрудники увлеклись решением занимательной математической задачи. А потом кто-то из них предложил разбросать условие этой задачи как листовки над Германией. Пусть немцы тоже потеряют время, пытаясь её решить. Иногда кажется, что кто-то в качестве подобной диверсии использует теорию относительности – столь значительное число серьёзных людей тратит время на её опровержение...
У теории относительности (ТО) Альберта Эйнштейна необычная для научной теории судьба. С одной стороны, у неё вскоре появились экспериментальные подтверждения, и она довольно быстро была принята научным сообществом. Но, с другой стороны, попытки её опровергнуть не прекращаются до настоящего времени. Причём речь идёт именно об опровержении, а не об уточнении и дополнении, и этот ниспровергательный пыл порой выходит за границы разумного.
Характерна недавняя история с движущимися быстрее скорости света нейтрино (см. ТМ №11 за 2011 г.). Хотя объявленное превышение чрезвычайно мало, ждать уточнения и проверки не стали. В СМИ появились заголовки: Эйнштейн опровергнут. Хотя именно незначительность превышения требует, как минимум, тщательной проверки точности измерений и вычислений.
Практически не рассматривалось предположение, что в данном случае могло быть не опровержение, а уточнение теории. Точнее, определение границ её применимости – ведь никто не утверждает, что Эйнштейн опроверг Ньютона. Возможно, и в данном случае речь идёт об экспериментах, которые подтолкнут учёных к созданию теории, относящейся ТО так же, как ТО относится к законам Ньютона.
Но по каким-то причинам заголовки “Эйнштейн опровергнут” появились сразу же – то есть тогда, когда серьёзная работа должна была только начинаться. И это тоже интересно. Во всяком случае, с точки зрения психологии.
При всём при том основная часть научного сообщества как бы не замечает опровергателей. Возможно, потому, что среди них есть множество, мягко говоря, несерьёзных людей, причём эти люди весьма заметны, и это делает в высшей степени затруднительным положение серьёзных “оппозиционеров”. Если в редакцию несколько раз приходила ерунда о теории относительности, то скептическое отношение к новому тексту на эту тему более чем вероятно.
Как бы то ни было, если присмотреться к бурному потоку материалов, спорящих с ТО, то можно заметить и такие, которые заслуживают, как минимум, серьёзного отношения.
Особый колорит на эти споры накладывает специфическое отношение многих их участников к опыту Майкельсона, который в своё время действительно потряс основы физики. Следует отметить, что во многих научно-популярных книгах и даже в учебниках материал изложен так, что у читателя создаётся преувеличенное представление о значении опытов Майкельсона для создания ТО. Основная заслуга Альберта Майкельсона перед наукой не в этом.
Рис. Владимира Плужникова
Говоря упрощённо, до опытов Майкельсона физики не сомневались, что свет распространяется в эфире, как звук в воздухе. Майкельсон показал, что это не так. В частности, до Майкельсона считалось вполне естественным, что скорость света не зависит от скорости источника – для звука это так и есть. Но как распространяется свет – вопрос значительно более сложный, и на основании одного опыта его разрешить нельзя. Заслуга Майкельсона состоит, в частности, в том, что он заставил физиков задуматься над этим вопросом. А поскольку мир един, то этот вопрос неотделим от основных вопросов современной физики. И получилось, что опыт Майкельсона стал “рубежным камнем” нового этапа развития этой науки.
Сам опыт описан во множестве книг. Его легко найти в Интернете. Поэтому вместо рассказа о нём ограничимся иллюстрацией. Пусть два корабля движутся с одинаковой постоянной скоростью по прямой линии строго один за другим. Расстояние l между ними не меняется. На заднем корабле стреляют из пушки и засекают время. На переднем корабле, услышав звук выстрела, также стреляют из пушки. На заднем корабле, услышав звук второго выстрела, смотрят на часы и запоминают время прохождения звуковой волны от одного корабля до другого и обратно. Оно равно
l/(Vзв–Vк)+ l/(Vзв+Vк)=2lVзв/(Vзв2–Vк2),
где Vзв – скорость звука
Vк – скорость кораблей.
Потом пусть два корабля движутся параллельно друг другу с той же скоростью строго по прямой на том же расстоянии l друг от друга, и пусть соединяющая их линия будет перпендикулярна линии их движения. При таких условиях производят таким же образом два выстрела и снова выясняют с помощью часов время прохождения звуковой волны от одного корабля до другого и обратно. Оно равно
Нетрудно убедиться, что первая величина больше второй. Вряд ли кто усомнится, что такой опыт выявит движение корабля относительно воздуха. И если бы вдруг выяснилось, что время отклика не изменилось, то участники опыта, несомненно, почувствовали бы изумление.
Точно так же были изумлены физики, когда Майкельсон пускал луч света перпендикулярно движению Земли и получал то же время отклика его отражения в зеркале, что и время отклика луча, пущенного по направлению движения Земли и отражённому от зеркала, находящегося на таком же расстоянии. Физики не могли не реагировать на этот поразительный факт...
Но реагировали они по-разному.
Действительно, часто бывает полезно различать факты и их интерпретацию. Вспомним бессмертные “Приключения бравого солдата Швейка” Ярослава Гашека. “При обыске ничего не нашли. Плохо дело,– сказал Швейк – скажут: “опытный преступник, сумел хорошо замаскироваться”. И поскольку всякий опыт, как и отрицательный результат обыска у Швейка, допускает разные истолкования, нельзя, вопреки распространённому мнению, считать опыт Майкельсона решающим для ТО.
Кстати, кое-кто до сих пор считает, что если Майкельсон не обнаружил эффекта, то это не доказывает отсутствие самого эффекта, а указывает лишь на ошибки в постановке опыта (примерно так рассуждал Швейк). Достаточно набрать в Yandex'e ““опыт Майкельсона” сомнения”, и будет получено много свежих ссылок.
Значительно большее число людей, не принимающих ТО, считает, что если Майкельсон не обнаружил эффекта, связанного с движением света относительно эфира, то это означает, что такого эффекта действительно нет; но они стараются найти для этого объяснение, более простое, чем эйнштейновское.
Наиболее распространённой и сохранившей своих сторонников и в настоящее время является баллистическая теория света Вальтера Ритца (см. ТМ №12 за 2010 г. и ТМ №6 за 2011 г., ТМ №6 за 2012 г.). Они считают, что скорость света постоянна не относительно неподвижного эфира, а относительно своего источника. Так при стрельбе с движущегося корабля скорость снаряда равна скорости корабля, сложенной со скоростью снаряда относительно корабля. Причём последняя от скорости корабля не зависит. Отсюда название – баллистические теории. Слово “теории” использовано во множественном числе, поскольку есть несколько вариантов этой теории.
Представим тот же опыт, но пусть из пушки стреляют не холостым выстрелом, а снарядом, и задают при этом угол возвышения достаточно большой, чтобы снаряд заведомо пролетел над вторым кораблём. На втором корабле, услышав свист снаряда над собой, стреляют в обратном направлении. В результате измеряется суммарное время полётов снарядов от первого корабля ко второму и обратно. Опыт также повторяют два раза, сначала с кораблями, идущими один за другим, потом параллельно друг другу. В этом случае в двух опытах суммарное время будет одинаковым – результат совпадает с результатом Майкельсона.
Именно так, по мнению сторонников теории Ритца, дело обстоит и со светом. Или, другими словами, так можно объяснить результат опыта Майкельсона.
Здесь следует заметить, что опыт Майкельсона нельзя трактовать, как экспериментальное подтверждение теории Ритца. Наоборот, эта теория создана под этот опыт. Ритц, фактически, отвечал на вопрос, при каких предположениях (кроме эйнштейновских) возможен результат Майкельсона. Поэтому неудивительно, что время от времени происходят попытки экспериментально обнаружить факт сложения скорости света со скоростью источника.
Интересно, что к таким попыткам более склонны инженеры, чем физики. Возможно, потому, что они видят здесь только одну проблему – как поставить опыт, который покажет факт сложения скоростей. Но не заметно их попыток проанализировать другие опыты, также не подтверждающие движение Земли относительно эфира.
Действительно, известен, например, опыт Троутона-Нобля, который также должен был обнаружить движение Земли относительно неподвижного эфира и также дал отрицательный результат. Так что опровергатели Эйнштейна, а точнее, те из них, кто считает, что Майкельсон допустил ошибку при постановке опыта, должны понимать, что им необходимо “разобраться” не только с опытом Майкельсона, но также и с опытом Троутона-Нобля, и со многими другими опытами.
При этом любопытно отметить, что, если всё дело в ошибке Майкельсона, и эффект, который он безуспешно пытался найти, всё-таки существует, то тогда ТО неверна,– но также неверна и теория Ритца. Так что, хотя противниками ТО являются и сторонники Рица, и те, кто полагает, что Майкельсон ошибался, но их точки зрения противоречат друг другу, и кто-то из них определённо неправ. А кто из них неправ, со временем выяснится. Если верить в прогресс науки, то в этом можно не сомневаться. А если ТО верна, то неправы и будут и те, и другие.
* * *
Надо сказать, что в СССР культивировалось упрощённое отношение к подобным вопросам. Оно ярко выразилось в книге В.И. Ленина “Материализм и эмпириокритицизм”, которая в СССР была культовой. В частности, согласно упрощённому ленинскому подходу к науке, если теория Эйнштейна верна, то все прочие теории недостойны внимания. Возможно, поэтому в СССР не уделялось внимания трудам Хендрика Лоренца. А ведь сам факт, что X. Лоренц получил формулы, совпадающие с формулами, которые А. Эйнштейн получил, исходя из других соображений, трудно было бы считать случайным совпадением. И тем более считалось неприличным упоминать про выдающегося учёного Э. Маха, под влиянием которого находился А. Эйнштейн...
ТО излагалась как математическая теория, в которой постоянство скорости света является одной из аксиом. Сначала аксиомы, затем следствия из них. Вопросам их экспериментального подтверждения заметного внимания не уделялось. Ведь если в теории не сомневаются, то вопросы её обоснования представляют, в основном, лишь исторический интерес. Правда, в своё время С.И. Вавилов написал обстоятельный труд “Экспериментальные обоснования теории относительности”, но это было давно, а с тех пор в СССР с ТО спорить было не принято, и подобные книги не выходили. Возможно, поэтому у некоторых потенциальных опровергателей при первом знакомстве с ТО возникало упрощённое представление о проблеме. И они сразу пытались взять быка за рога и начинали, например, обдумывать опыт, который показал бы эффект сложения скоростей. При этом, не зная о многих косвенных подтверждениях ТО, они не видели, что шансов на успех у них мало.
Кстати, недавно, возможно, потому что противники ТО вновь стали заметны, вышла в свет интересная книга на эту тему (Сацункевич И.С. Экспериментальные корни специальной теории относительности. М., 2003). В ней есть информация о сравнительно недавних опытах, опровергающих теорию Ритца.
Мы оставляем эту информацию без комментариев, поскольку не знаем, как эти опыты интерпретировали сторонники этой теории. Но у нас складывается впечатление, что противники Эйнштейна не слишком пристально следят за успехами экспериментальной физики. Аргументы, которые были чисто умозрительными сто лет назад, постепенно получают возможность экспериментальной проверки. А прогресс науки рано или поздно даст возможность провести опыты, которые устранят основания для разумных сомнений в ТО.
Или – в одной из нескольких противоречащих ей теорий.
Дата установки: 13.08.2013
Последнее обновление: 13.09.2013
[вернуться к содержанию сайта]
