43
Поскольку, в подходах Пуанкаре, Эйнштейна явно или неявно
используются известные к началу XX века свойства пространства и времени
ньютоновой механики, то желательно вначале напомнить их читателям.
Мы предполагаем, что нашими читателями в основном будут
любознательные молодые люди (какая-то часть магистрантов и некоторые
студенты старших курсов), для которых сведения, сообщаемые в данной
работе, послужат опорным сигналом к более внимательному изучению истории
физики, и послужат соответствующей пищей для размышлений.
Будем следовать, насколько это возможно, работам [2]. Анри Пуанкаре в
двух своих работах, от 5 мая 1905 г. и 23 июля 1905 г., взяв за основу
преобразования Лоренца (1904 г.), сформулировал принцип относительности
для электромагнитных явлений как строгую математическую истину.
Преобразования Лоренца он получает, в сущности, как результат «вращения»
пространственно-временной «декартовой» системы осей на некоторый мнимый
угол вокруг начала этой «системы» и требования, чтобы преобразования
Лоренца образовывали группу. Эту группу преобразований он назвал группой
Лоренца в честь открытия им релятивистских линейных преобразований
координат и времени. Пуанкаре расширил группу Лоренца, присовокупив к ней
операции сдвига начала системы отсчѐта и сдвига начала отсчѐта времени.
Такую расширенную группу математик Е. Вигнер назвал группой Пуанкаре.
Пуанкаре сформулировал всѐ основное, что является содержанием
специальной теории относительности. Открыл законы релятивистской
механики.
В данном работе мы попытаемся рассказать лишь о тех моментах подхода
Пуанкаре, которые имеют прямое или достаточно близкое отношение к
учебному курсу специальной теории относительности.
В электродинамике второй половины XIX в. значимыми по своим
последствиям стали следующие события: создание электромагнитной теории
Максвеллом, опыты по обнаружению абсолютного движения Земли и
открытие Герцем электромагнитных волн.
К существенному осмыслению первых двух событий Пуанкаре имеет
самое непосредственное и решающее отношение. Это выражается в том, что он
первым показал значимость преобразований Лоренца для доказательства
инвариантности электромагнитных уравнений Максвелла–Лоренца. С другой
стороны, инвариантность этих уравнений могла указывать и на то, что
абсолютное движение Земли отсутствует, на что указывал и опыт
Майкельсона–Морли.
Пуанкаре в самом начале своих двух работ «О динамике электрона»
говорит(см., [2]):
«Невозможность
обнаружить
абсолютное
движение
Земли
представляет, по-видимому, общий закон природы.
Опыт дал множество фактов, которые допускают следующее
обобщение: невозможно обнаружить абсолютное движение материи, или,
точнее, относительное движение весомой материи в эфире. Всѐ, что можно
44
сделать, – это выявить движение весомой материи относительно весомой
материи».
Ещѐ до появления окончательного варианта преобразований Лоренца (в
1904 г.) Пуанкаре, развивая свою мысль в связи с гипотезой Фитцджеральда о
сокращении длины тела в направлении орбитального движения Земли,
высказывался следующим образом. «Такое странное свойство [сокращение
размера тела в направлении движения Земли, когда тело расположено на еѐ
поверхности и, соответственно, движется вместе с ней по ходу еѐ орбитального
движения вокруг Солнца. – Авт.] кажется настоящим ухищрением самой
Природы, чтобы избежать обнаружения [человеком. – Авт.] абсолютного
движения Земли с помощью оптических явлений. …Я считаю очень вероятным
тот факт, что оптические явления зависят только от относительного движения
присутствующих материальных тел, источников света или оптических
приборов и не с точностью до величин порядка квадрата или куба аберрации
(v/c), а строго. По мере того как измерения станут точнее, этот принцип будет
выверен с ещѐ большей точностью». Нужно обладать большим мужеством,
чтобы в то время, когда в умах многих учѐных всѐ ещѐ господствовало
представление о главенствующей роли эфира в оптических явлениях, высказать
мысль, что эти явления «зависят только от относительного движения
присутствующих материальных тел», а не движения относительно
неподвижного эфира. Но при таком понимании роли эфира всѐ-таки остаѐтся
непонятным, почему Пуанкаре не высказал мысль, что в электродинамике
движущихся тел можно обойтись и без эфира, как это сделал чуть позднее
Эйнштейн? На такой прямой вопрос надо и отвечать прямо. Молодой
Эйнштейн не был привязан к теории эфира, как это было в случае с Пуанкаре.
Эйнштейн ничего не терял в своих воззрениях на основы электродинамики,
высказавшись подобным образом относительно эфира – ведь он только начинал
вхождение в «большую» физику. Возможно, в этом и кроется одна из причин
того, что, придя к мысли о невозможности обнаружения абсолютного движения
Земли электромагнитными способами, Пуанкаре не сделал попытки отказаться
вообще от использования идеи эфира в теории электромагнитных процессов.
Подобный поступок совершил Эйнштейн, который почти одновременно и
совершенно независимо от Пуанкаре разрабатывал основы специальной теории
относительности, взяв за отправную точку методологический анализ некоторых
важнейших понятий физики, особенно понятия одновременности двух событий,
происходящих в разных точках пространства.
Когда появилась гипотеза Лоренца о сокращении размеров тела в
направлении его движения, которое он пытался объяснить воздействием эфира
на молекулы тела, расположенные в направлении движения этого тела,
Пуанкаре увидел в этой гипотезе почти спасительный выход из «эфирного»
кризиса. Суть этого «почти» в том, что «дополнения и видоизменения»,
внесѐнные в эту гипотезу самим Лоренцем, Пуанкаре воспринял как
дальнейшее развитие гипотезы Лоренца, а не как крах гипотезы. В связи с этим
он отмечает, что «Лоренц старался дополнить и видоизменять гипотезу так,
Достарыңызбен бөлісу: |
