Структура и основные положения теоретической физики
23
Лоренцем в 1904 г., т. е. за год до создания Эйнштейном Специальной теории относительности.
Эти преобразования были выведены Лоренцем применительно к теории неподвижного эфира. Идея, положенная Лоренцем в основу преобразований, была проста: при движении тел сквозь эфир электрическое поле зарядов деформируется, а поскольку все атомы движущихся тел связаны между собой электрическими силами, то они начинают сближаться, что вызывает сокращение длины этих тел, названное лоренцовым сокращением длины. Но такие же преобразования получены Эйнштейном из совершенно другой идеи -идеи инвариантности четырехмерного интервала, опирающейся на принцип эквивалентности инерциальных систем, который сам по себе возможен только при отсутствии в пространстве эфира, только тогда инерциальные системы неразличимы. Наличие же эфира в пространстве делает системы отсчета не эквивалентными, так как их скорость относительно эфира будет различной, и дать гарантию относительно равноправия всех физических процессов, протекающих в них, уже нельзя. Таким образом, одни и те же преобразования получены двумя авторами на основе совершенно разных, взаимно исключающих друг друга идей: наличия эфира в природе у Лоренца, отсутствия эфира - у Эйнштейна.
Из преобразований Лоренца в Специальной теории относительности, но уже применительно к положению отсутствия в природе эфира и вытекают основные эффекты Специальной теории относительности - существование предельной скорости для любых тел, равной скорости света в вакууме, относительность одновременности, замедление течения времени, сокращение продольных (в направлении движения) размеров тел, увеличение массы тел с увеличением их скорости, универсальная связь между энергией и массой, трактуемая как их эквивалентность.
Признано, что при больших скоростях движения тел любая физическая теория должна удовлетворять требованиям соответствия теории относительности Эйнштейна, т. е. быть релятивистски инвариантной. Считается, что законы теории относительности определяют преобразования при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой не только координат и времени, но и любой физической величины. Эта теория вытекает из принципов инвариантности или симметрии в физике и поэтому всегда верна.
24
Глава 1.
Развитие Специальной теории относительности применительно к гравитационному полю привело к созданию Общей теории относительности [7] или, как ее называют, теории тяготения. Эта теория была также создана Эйнштейном в 1915 г. без стимулирующей роли новых экспериментов, просто путем логического развития принципа относительности применительно к гравитационным взаимодействиям. В Общей теории относительности Эйнштейн по-новому интерпретировал установленный еще Галилеем факт равенства гравитационной и инертной масс. Это равенство, по мнению Эйнштейна, означает, что тяготение одинаковым образом искривляет пути всех тел, что и рассматривается как искривление самого пространства-времени. Метрика пространства-времени в Общей теории относительности описывается компонентами метрического тензора, эти компоненты являются потенциалами гравитационного поля, которое описывается нелинейными уравнениями Эйнштейна. Теория тяготения Эйнштейна привела к новым представлениям об эволюции Вселенной, расширению Вселенной, «Большому взрыву» и т. п.
В начале 20-го столетия возникла квантовая механика [8-10]. Толчком к ее созданию послужили три, казалось бы, не связанные между собой группы явлений, предположительно свидетельствующих о неприменимости обычной классической механики. Ими являются установление на опыте двойственной природы света (корпускулярноволновой дуализм), спектральные закономерности, открытые при изучении электромагнитного излучения атомами (излучение абсолютно черного тела), и невозможность объяснения устойчивости существования атома, структура которого была представлена планетарной моделью Резерфорда.
Суть корпускулярно-волнового дуализма света заключается в том, что в одних явлениях (интерференция, дифракция) свет ведет себя как волна, а в других (давление на препятствие) как частица. Но впервые квантовые представления были введены в физику Планком в 1900 г. Планк разрешил противоречия в теории электромагнитного излучения, предположив, что свет испускается определенными порциями и что энергия каждой такой порции - кванта пропорциональна частоте излучения, т. е.
Е = Ъо,
