Пользуясь исключительно преобразованиями Лоренца, Эйнштейн утверждает, что жесткий стержень, движущийся в направлении своей длины, будет короче того же стержня, пребывающего в состоянии покоя; чем быстрее движется такой стержень, тем короче он становится. Стержень, движущийся со скоростью света, утрачивает третье измерение и превращается в свое собственное свечение.
Сам Лоренц утверждал, что, когда электрон движется со скоростью света, он исчезает.
Эти утверждения доказать невозможно, поскольку такие сжатия, если они действительно происходят, слишком незначительны при возможных для нас скоростях. Тело, которое движется со скоростью Земли, т.е. 30 км в секунду, должно, согласно расчетам Лоренца и Эйнштейна, испытывать сжатие в 1:100000 своей длины; иными словами, тело длиной в 100 м сократится на 1 мм.
Интересно отметить, что предположения о сжатии движущегося тела коренным образом противоречат установленному новой физикой принципу возрастания энергии и массы движущегося тела. Этот принцип верен, хотя все еще не разработан. Позднее будет показано, что этот принцип, смысл которого еще не раскрыт новой физикой, является одним из оснований для новой модели вселенной.
* * *
Переходя к фундаментальной теории Эйнштейна, изложенной им самим, мы видим, что она состоит из двух «принципов относительности»: «специального» и «общего».
Предполагается, что «специальный принцип относительности» устанавливает на основе общей закономерности возможность совместного рассмотрения фактов общей относительности движения, которые с обычной точки зрения кажутся противоречивыми; точнее, здесь имеется в виду то, что все скорости являются относительными, хотя скорость света остается безотносительной, конечной и «максимальной». Эйнштейн находит выход из затруднений, созданных всеми этими противоречиями, во-первых, благодаря пониманию времени, согласно формуле Минковского, как воображаемой величины, выражаемой отношением данной скорости к скорости света; во-вторых, благодаря целому ряду совершенно произвольных предположений на грани физики и геометрии; в третьих, благодаря подмене прямых исследований физических явлений и их взаимоотношений чисто математическими операциями с преобразованиями Лоренца, результаты которых, по мнению Эйнштейна, выявляют законы, управляющие физическими явлениями.
«Общий принцип относительности» вводится там, где необходимо согласовать идею бесконечности пространства-времени с законами плотности материи и законами тяготения в доступном наблюдению пространстве.
Короче говоря, «специальный» и «общий» принципы относительности необходимы для согласования противоречивых теорий на границе между старой и новой физикой.
Основная тенденция Эйнштейна состоит в том, чтобы рассматривать математику, геометрию и физику как одно целое.
Это, конечно, совершенно правильно: все три должны составлять одно. Но "должны составлять" еще не значит, что они действительно едины. Смешение этих двух понятий и есть главный недостаток теории относительности.
В своей книге «Теория относительности» Эйнштейн пишет:
Пространство есть трехмерный континуум... Сходным образом, мир физических явлений, который Минковский кратко называет «миром», является четырехмерным в пространственно-временном смысле. Ибо он состоит из отдельных событий, каждое их которых обозначается четырьмя числами, а именно: тремя пространственными координатами и временной координатой...
То, что мы не привыкли рассматривать мир как четырехмерный континуум, – следствие того, что до появления теории относительности время в физике играло совсем иную и более независимую роль по сравнению с пространственными координатами. Именно поэтому мы привыкли подходить ко времени как к независимому континууму. Согласно классической механике, время абсолютно, т.е. не зависит от положения и условий движения в системе координат...
Четырехмерный способ рассмотрения «мира» является естественным для теории относительности, поскольку согласно этой теории, время лишено независимости.
Но открытие Минковского, представлявшее особую важность для формального развития теории относительности, заключается не в этом. Его скорее следует усмотреть в признании Минковским того обстоятельства, что четырехмерный пространственно-временной континуум теории относительности в своих главных формальных свойствах демонстрирует явное родство с трехмерным континуумом евклидова геометрического пространства. Чтобы надлежащим образом подчеркнуть это родство, мы должны заменить обычную временную координату t мнимой величиной √–1·ct, которая пропорциональна ей. При этих условиях естественные законы, удовлетворяющие требованиям (специальной) теории относительности, принимают математические формы, в которых временная координата играет точно такую же роль, что и пространственные координаты. Формально эти четыре координаты соответствуют пространственным координатам евклидовой геометрии".
Формула √–1·ct означает, что время любого события берется не само по себе, а как мнимая величина по отношению к скорости света, т.е. что в предполагаемое «метагеометрическое» выражение вводится чисто физическое понятие.
Длительность времени t умножается на скорость света c и на квадратный корень из минус единицы √–1, который, не меняя величины, делает ее мнимой.
Это вполне ясно. Но в связи с цитированным выше отрывком необходимо отметить, что Эйнштейн рассматривает «мир» Минковского как развитие теории относительности, тогда как на самом деле, наоборот, специальный принцип относительности построен на теории Минковского. Если предположить, что теория Минковского вытекает из принципа относительности, тогда, как и в случае теории Фицджеральда и Лоренца о линейном сокращении движущихся тел, остается непонятным, на какой основе построен принцип относительности.
Во всяком случае, для построения принципа относительности требуется специально разработанный материал.
В самом начале своей книги Эйнштейн пишет, что для согласования друг с другом некоторых выводов из наблюдений за физическими явлениями необходимо пересмотреть определенные геометрические понятия.
«Геометрия», – пишет он, – означает «землемерие»... Как математика, так и геометрия обязаны своим происхождением потребности узнать нечто о свойствах разных вещей." На этом основании Эйнштейн считает возможным «дополнить геометрию», заменив, например, понятие прямых линий понятием жестких стержней. Жесткие стержни подвергаются изменениям под влиянием температуры, давления и т.п.; они могут расширяться и сокращаться. Все это, разумеется, должно значительно изменить «геометрию».
Дополненная таким образом геометрия, – пишет Эйнштейн, – очевидно, становится естественной наукой; и ее надо считать отраслью физики.
Я придаю особую важность изложенному здесь взгляду на геометрию, потому что без этого было бы невозможно построить теорию относительности...
Евклидову геометрию необходимо отбросить.
Следующий важный пункт теории Эйнштейна – оправдание применяемого математического метода.
Опыт привел к убеждению, – говорит он, – что, с одной стороны, принцип относительности (в ограниченном понимании) является правильным, а с другой стороны, скорость распространения света в пустоте следует считать постоянной величиной.
Согласно Эйнштейну, сочетание этих двух положений обеспечивает закон преобразований для четырех координат, определяющих время и место события.
Он пишет:
Каждый общий закон природы должен быть сформулирован таким образом, чтобы его можно было преобразовать в совершенно одинаковый по форме закон, где вместо пространственно-временных переменных первоначальной системы координат введены пространственно-временные переменные другой системы координат. В этой связи, математические соотношения между величинами первого порядка и величинами второго порядка даются преобразованиями Лоренца. Или кратко: общие законы природы ковариантны относительно преобразований Лоренца.