Х Зона

Частный принцип относительности не содержит конкретного рецепта правильной записи физических законов; чтобы внести в них нужные исправления, надо привлечь дополнительные соображения. В предыдущем параграфе мы уже говорили, что в применении к электродинамике Лоренц такие соображения нашел: правила перехода от одной инерциальной системы к другой (преобразования Лоренца) он конкретизировал, потребовав, чтобы уравнения Максвелла выглядели совершенно одинаково в любой инерциальной системе отсчета. Однако если берешься за исправление всех физических законов, то желательно по возможности избегать опоры на какую-то, хотя, может быть, и верную, но слишком узкую теорию (например, на теорию Максвелла), потому что в будущем в такой узкой теории могут вскрываться те или иные недостатки, и тогда перестроенную на ее основе общую физическую теорию придется снова переделывать.

Предпочтительнее избрать в качестве принципа, положенного в основу перестройки всей физики, какой-либо твердо установленный и охотно признаваемый всеми экспериментальный факт. Лоренц при выводе своих преобразований опирался на теорию Максвелла, но она в полном объеме для вывода преобразований Лоренца не нужна. И Эйнштейн построил новую физическую систему, получившую название частной теории относительности, используя в качестве исходного принципа только одно из положений теории Максвелла. Конечно, принцип Эйнштейна согласуется с теорией Максвелла, но поскольку она к этому принципу не сводится, то, даже если в будущем в ней обнаружатся дефекты и от нее придется отказаться, избранное Эйнштейном в качестве основы утверждение может остаться верным, и тогда, несмотря на «гибель» почти всей теории Максвелла, частная теория относительности «выживет».

Эйнштейн постулировал, что скорость света в вакууме не изменяется при изменении состояния движения источника света. Иначе говоря, он потребовал, чтобы скорость света в вакууме не зависела от того, движется или покоится источник света. Выдвинутое Эйнштейном требование называют принципом постоянства скорости света.

Рис. 6. Скорость стрелы

Рис. 7. Скорость распространения звуковых волн Q

Заключенное в этом принципе утверждение отнюдь не очевидно. В самом деле, обозначим и измеренную неподвижным наблюдателем скорость стрелы, выпущенной из лука стрелком А, стоящим на утесе (рис. 6). Если скачущий со скоростью v всадник В посылает стрелу с такой же силой, как и А, то неподвижный наблюдатель увидит, что стрела, испущенная B, летит со скоростью u+v. Далее, обозначим u скорость распространения в воздухе звука, издаваемого сиреной, находящейся на пожарной вышке. Понятно, что с той же скоростью будет распространяться в воздухе звук от сирены, установленной на мчащейся со скоростью v патрульной полицейской машине (рис. 7). Скорость звука в воздухе зависит от степени его неоднородности, температуры, давления, но не зависит от состояния движения источника звука. Заранее не ясно, как ведет себя скорость распространения света: как скорость стрелы или как скорость звука? Узнать ответ на этот вопрос можно только из опыта. Основываясь на экспериментальных фактах, Эйнштейн постулировал, что в смысле связи с движением источника свет аналогичен звуку.

Объединение принципа постоянства скорости света и частного принципа относительности приводит к ряду следствий, неприемлемых для обычного здравого рассудка. Поэтому появление частной теории относительности было сенсационным не только для «широкой публики», но и для специалистов-физиков. Поскольку читателю, может быть, интересно ознакомиться с некоторыми из таких необычных выводов, мы рассмотрим их в следующем параграфе.