АнтиЭйнштейн. Главный миф XX века

КТО БЫЛ АВТОРОМ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ?

В журнале Science amp; Vie N0 931 1995[24] напечатана статья Рено де ля Тая «Релятивизм Пуанкаре предшествовал эйнштейновскому» - «Relativite Poincare a precede Einstein», перевод которой, сделанный академиком РАН В.Ф. Журавлевым, представлен ниже.

Теория относительности, открытая в 1904 году, была признана научным сообществом начиная с 1915 года. Никакая Нобелевская премия никогда за эту теорию не присуждалась. Причина понятна: тот, кто первым сформулировал принцип относительности, умер в 1912 году. Это был Анри Пуанкаре.

В 1887 году физика была в тупике: опыт с интерферометром, поставленный Майкельсоном и Морли, не обнаружил тех эффектов, которые должны были бы иметь место в соответствии с тогдашними представлениями в

науке. Эти представления таковы: Ньютон в 1687 году постулировал существование абсолютного пространства и абсолютного времени. Френель в 1820 году выдвинул волновую теорию света, в соответствии с которой распространение световой волны имеет место по отношению к бестелесной среде - эфиру, заполняющей все бесконечное пространство. Этот эфир представлялся межзвездной субстанцией наподобие воздуха, окружающего нас в обыденной жизни. При этом он обладал жесткостью наподобие твердого тела и был легче любого газа.

Звездная аберрация, кажущееся движение, открытая Бредли в 1728 году, объяснялась тогда результатом сложения скорости света со скоростью Земли относительно неподвижного эфира. В 1865 году Максвелл вывел уравнения, которые описывали распространение электромагнитных волн в пространстве. Это распространение происходит со скоростью света, и Герц в 1887 году показал, что и сам свет представляет собой электромагнитную волну.

Оставалось подтвердить движение Земли по отношению к эфиру, который служит средой для распространения света. С этой целью был поставлен эксперимент Майкельсона, в котором ничего обнаружить не удалось. Поэтому надо было предположить, что эфир увлекается Землей, но тогда необъяснимой оставалась аберрация. Проблема казалась неразрешимой.

Именно в этот момент и вступили в игру крупный голландский физик Гендрик Лоренц и гениальный французский математик Анри Пуанкаре. Первый всемирно известен благодаря преобразованиям, которые носят его имя, второй в этой области известен значительно меньше. К счастью, бывший политеховец Жюль Левегль вот уже более двух лет занимается выяснением роли, сыгранной Пуанкаре в генезисе работ, которые привели к отказу от концепции эфира в пользу преобразований четырехмерного пространства - времени.

Е = mс² (масса тела равна его энергии, отнесенной к квадрату скорости света. - В.Б.).

Эта формула принадлежит ему: Анри Пуанкаре первый в истории науки заметил в 1900 году, что энергия излучения обладает массой m, равной Е/с.

Эта эквивалентность одинаково хорошо объясняет как излучение звезд, так и энергию атомных станций.

Они перевернули эпоху.

Группа преобразований, найденная Пуанкаре исходя из уравнений Лоренца, стала основой всей современной релятивистской физики. Левегль опубликовал результат своих исследований в апреле 1994 года в ежемесячнике выпускников политехнической школы, и мы встретились с ним, чтобы лучше очертить работы Пуанкаре в критическую для физики эпоху с 1899 по 1905 год.

Итак, в 1887 году отрицательный результат опыта Майкельсона привел к замешательству. Спустя пять лет Лоренц представил первые публикации по теории электронов, позволяющие упростить интерпретацию уравнений Максвелла. Несколько позже он ввел сокращение размеров движущихся через неподвижный эфир тел. Эта теория, опубликованная в 1895 году, содержала искусственный математический элемент, который сам Лоренц назвал «местное время». Именно в этот момент на сцене появился Пуанкаре, вмешавшийся фундаментальным образом в дебаты по электродинамике движущихся тел.

Анри Пуанкаре родился в Нанси в 1854 году, где закончил среднюю школу, поступив в 1873 году в политехническую школу. Близорукий, левша, удивительно неловкий в обычной жизни, он уже в начале учебы рассматривался профессорами как «математическое чудовище».

Он был репетитором по математическому анализу в политехнической школе, затем профессором математической физики и математической астрономии в Сорбонне, профессором теоретической электротехники в Школе телекоммуникаций и в 33 года стал действительным членом Академии наук. Умер в 1912 году в возрасте 57 лет после операции. Его открытия в дифференциальной геометрии, в алгебраической топологии, в теории вероятностей, в функциональном анализе и в других областях позволили Жану Дьедоне, одному из основателей группы Бурбаки, сказать: «Гений Пуанкаре эквивалентен гению Гаусса и столь же универсален. Он превосходил всех математиков своего времени».

Его рассеянность и отрешенность от житейских проблем были легендарными. Вследствие беспримерной щедрости он приписывал другим открытия, которые сделал сам. Его репутация в среде математиков была высочайшей. Над решенной им проблемой трех тел бились самые выдающиеся математики. Предложенное решение позволило сделать далеко идущие выводы и открыть новые разделы анализа, такие как, например, стохатизацию в динамических системах. Он показал, не прибегая к помощи вычислительных машин, что траектории динамических систем могут иметь беспорядочное поведение в зависимости от начальных условий, что называется сейчас чувствительностью к начальным условиям в теории хаоса. Он показал, что точки пересечения траекторий с секущей плоскостью образуют разрывное множество, плотность которого в заданной области может быть описана в терминах теории вероятности. Тем самым он установил связь между детерминизмом и случайностью. Ему также принадлежит концепция аттракторов и фрактальных кривых, основанная на представлении о предельных циклах.

Пуанкаре был экстраординарной математической фигурой, подобные встречаются два или три раза в столетие. Итак, в 1899 году Пуанкаре, профессор математической физики в Сорбонне, занимается математическим описанием наблюдаемых в физике явлений. В этом качестве он внимательно следил за проблемами, возникшими в физике после опытов Майкельсона. Он сразу обратил внимание на предложенную Лоренцем теорию локального времени и сокращение размеров движущихся в эфире тел. В своем курсе «Электричество и оптика» Пуанкаре пишет: «Это странное свойство производит впечатление фокуса, разыгранного природой для того, чтобы было невозможно определить движение Земли посредством оптических экспериментов. Такое положение дел не может меня удовлетворить. Я полагаю весьма правдоподобным, что оптические явления могут зависеть только от относительных движений присутствующих материальных тел».

Тем самым в трех фразах Пуанкаре исключил эфир.

В следующем, 1900 году, в статье «Теория Лоренца и принцип противодействия» он дал физическую интерпретацию лоренцева локального времени: это время подвижных наблюдателей, которые настроили свои часы с помощью оптических сигналов, игнорируя собственное движение. Он там также замечает; «Если аппарат массы 1 кг посылает в некотором направлении со скоростью света энергию в 3 мегаджоуля, то скорость противодействия будет 1 см/сек».

Это означает, что лучевая энергия обладает свойством инерции, так же, как любое материальное тело, для которого коэффициентом инерции является его масса. Эта эквивалентная масса электромагнитной энергии Е равна Е/с², формула, которую он явно выписывает, что влечет за собой Е=mс². Имеет место эквивалентность между массой и энергией в случае электромагнитного излучения.

Макс Планк обобщит эту формулу на случай тела, которое поглощает и теряет энергию, и произведет доказательство в 1907 году, опираясь на электромагнитное количество движения Пуанкаре.