V// /ц&*Г С<г^е^уь+ъ^+и+ьъг
•2^1
/ф1а** 'Ъ&ы*	?ъ**2^инл^
СХ?	^сЯ^ф Дгд-
(Ъ^0е&<^С<^, /С^ИГ	^Су ^ОС^-
^се*у* ^роо^с*биЛсу&С4^
а ^ *ЛЬ*<Лъ<*сЛ1^ сухл^^. —»
сулУ2у^(уух^Лг*<^см*7~

530.1
С-50
Художник Б. ЖУТОВСКИИ

ВВЕДЕНИЕ,
в котором автор откровенничает с благосклонным
читателем, а также пробует весьма назидательно объ¬
яснить, почему и зачем он написал все, что следует
далее
Не знаю, каким я могу казаться миру,
но самому себе я представляюсь ребен¬
ком, который играет на берегу и развле¬
кается тем, что иногда отыскивает кра¬
сивую раковину или камешек, более яр¬
кий, чем обычно, в то время как великий
океан истины неисследованной рас¬
стилается передо мной.
НЬЮТОН
в конечном итоге по-
специальной теории
относительности. Чтобы понять ее содер¬
жание с чисто формальной точки зрения,
достаточны знания в объеме восьми-девяти
классов средней школы. Но фактически для
чтения необходимы и известная привычка
к абстракции и довольно напряженное
внимание. Поэтому книга, возможно, пока¬
жется трудной и утомительной и для чело¬
века со средним образованием.
Однако поскольку изложение неодно¬
кратно прерывается общими рассуждени¬
ями, различными примерами и аналогиями,
б

поскольку почти все утверждения деклари¬
руются, но не доказываются, — очевидно,
получилось нечто, что следует отнести к на¬
учно-популярному произведению.
В мировой литературе есть немало по¬
пулярных книг, посвященных теории Эйн¬
штейна. Некоторые из них написаны круп¬
нейшими учеными. Автор же должен с за¬
конным сожалением заметить, что не при¬
надлежит к их числу. И неужели он
надеется, что этот его очерк кое в чем
выгодно отличается от остальных попу¬
лярных изложений теории относительности?
Ведь в нем нет почти ни одного примера,
соображения, факта или обобщения, кото¬
рые не были бы целиком взяты у других.
Мало того, план рассказа, основная идея
его построения также заимствованы.
Все же одно обстоятельство, может быть,
можно рассматривать как достоинство кни¬
ги: автор использовал много различных ис¬
точников, попытавшись отобрать то луч¬
шее, что есть в различных работах, и «твор¬
ческое лицо автора» проявилось только
в оценке уже написанных книг.
Таким образом, как принято говорить
в подобных случаях, личной собственностью
автора являются только ошибки.
Такой метод творчества, вообще го¬
воря, не нов, однако автор проводил его
исключительно последовательно и неук¬
лонно.
Впрочем, суметь выбрать из разных ис¬
точников лучшее — весьма почетная и бла¬
городная задача, и я буду по-настоящему
рад, если читатель признает, что в какой-
то мере она выполнена.
Остается сказать, ради какой цели напи¬
сано все дальнейшее.
Стиль и характер любого рассказа (да¬
же если вы просто пересказываете чужие
6

мысли), естественно, во многом зависят от
личного отношения к нему рассказчика.
Этот очерк целиком продиктован восхи¬
щенным удивлением. И это чувство, чувст¬
во преклонения перед настоящей наукой и
настоящими учеными, восхищенное удив¬
ление перед силой человеческого разума
мне и хотелось передать.
Я очень боюсь показаться сентименталь¬
ным и меньше всего хотел бы оказаться
в позе поучающего, но, по-моему, это хоро¬
шее чувство.
Если вы наберетесь терпения и прочи¬
таете все дальнейшее, может быть, вам
станет несколько ближе психология учено¬
го, и вы почувствуете в какой-то мере, ка¬
кая замечательная вещь физика! И тогда,
надеюсь, вы простите автору все недостат¬
ки, которых, смею уверить, найдется не¬
мало.
Вполне естественно поинтересоваться: ка¬
кое отношение все только что сказанное
имеет к теории Эйнштейна?
Самое непосредственное. Теория относи¬
тельности— пожалуй, самый красивый при¬
мер работы физиков. А поскольку автор
несколько связан именно с физикой, он,
естественно, считает, что физика самая за¬
мечательная из наук. И поэтому понятно,
почему мне хотелось рассказать именно
о теории относительности.
Есть, впрочем, еще одна причина.
Теории Эйнштейна парадоксальным об¬
разом «не повезло». Революционна роль
ее не только в коренном изменении чисто
физических взглядов. Не менее важная сто¬
рона дела в том, что после Эйнштейна
в физике совершенно немыслимо использо¬
вание «самоочевидных» понятий, терминов
и утверждений, которые так часто при не¬
посредственном анализе оказываются бес¬
содержательными. А завораживающая ма-
7

гия красивых словосочетаний настолько
сильна, что в известной степени гипнотизи¬
ровала даже физиков, пока не пришел
Эйнштейн.
И вместе с тем нет другой такой физиче¬
ской теории, вокруг которой нагроможда¬
лось бы столько бессмысленных слов. Осо¬
бенно это относится к представлению о ней
в широких кругах нефизиков.
Теория Эйнштейна окутана тяжелым ту¬
маном вздорных философских построений,
сенсационных выводов, нелепыми возраже¬
ниями и столь же нелепыми восхищенными
толкованиями. Короче — всем тем, что
Л. И. Мандельштам классически четко оп¬
ределил, как «непонятное философствова¬
ние о непонятных вещах».
И наша непосредственная задача — по
возможности строго разобраться в чисто фи¬
зическом содержании теории, не занимаясь
обсуждением тех проблем, ясное объясне¬
ние которым в нашей беседе дать нельзя.
В частности, я с тяжелым сердцем отка¬
зался от возможности поговорить об общей
теории относительности.
Прошу оценить эту жертву, ибо нет ни¬
чего приятней, чем порассуждать о непо¬
нятном и тем «свою образованность пока¬
зать».
Но непонимание теории Эйнштейна широ¬
кими кругами нефизиков, по моему подо¬
зрению, в основном связано даже не с труд¬
ностью самой теории. Главная причина
в том, что основы классической механики
Ньютона (не говоря уже о классической
теории электромагнетизма) так же зага¬
дочны для неспециалистов, как самые
сложные и абстрактные построения совре¬
менной науки. Причем самое печальное,
что, когда речь заходит о механике Ньюто¬
на, есть иллюзия понимания, поскольку
механика включена в курс средней школы.
Э

Эта иллюзия, вероятно, и приводит к очень
распространенному мнению, что современ¬
ная физика в отличие от физики XIX века
недоступна непосвященным. И отсюда ес¬
тественный вывод: «Наука в наши дни
сложнее, чем раньше».
Но идейная сторона физики Ньютона не
проще (если не сложнее) теории Эйн¬
штейна. Автору кажется, что во все време¬
на физика была достаточно сложна. И по¬
этому, прежде чем говорить об Эйнштейне,
необходимо проследить тот путь, который
привел к теории относительности. А с дру¬
гой стороны, настоящее уважение к ученым
может появиться только в том случае, если
хоть в малой степени представить, как тя¬
желы их поиски.
Наконец, последнее замечание. В физике
нельзя принимать на веру ничьи слова; да¬
же слова Эйнштейна или Ньютона. Утвер¬
ждая, что вы убеждены в справедливости
какого-нибудь положения только потому,
что оно принадлежит величайшему физику
нашего времени — Эйнштейну, вы нанесете,
пожалуй, худшее оскорбление его памяти.
Поэтому любое замечание в нашей беседе,
а, вероятно, встретится много непривычного
и нового даже в тех вопросах, которые
обычно считают совершенно ясными, сле¬
дует принимать очень осторожно.
Вообще при более основательном зна¬
комстве с физикой, естественно, может воз¬
никнуть чувство некоторой подавленности.
Вы видите, как изящны, законченны фи¬
зические теории, вас увлекает безукориз¬
ненная и строгая логика авторов этих тео¬
рий, вы невольно попадаете под влияние
чужой мысли или, что значительно печаль¬
ней, чужого авторитета.
Вы перестаете думать и начинаете цити¬
ровать. Очень часто этому процессу сопут¬
ствует бессознательное убеждение, «что

все существенное в науке уже сделано»,
даже если на словах вы признаете обрат¬
ное. Мысль перестает работать, и со вре¬
менем привычное все более охотно прини¬
мается за истинное.
Поучения вряд ли могут рассеять подоб¬
ные настроения. Предмет нашего разгово¬
ра— теория относительности — лучший при¬
мер вечной незаконченности науки. И, мо¬
жет быть, к концу вы увидите, что испол¬
ненные гордого смирения слова Ньютона,
взятые эпиграфом, не просто красивая
фраза.
В своей работе автор в наибольшей сте¬
пени использовал труды и идеи замечатель¬
ных советских ученых Л. И. Мандельштама
и С. И. Вавилова.
Мне очень хочется верить, что не будет
дерзостью посвятить этот скромный очерк
их памяти.

ГАЛИЛЕЙ.
ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Мы даем здесь основания учения совер¬
шенно нового о предмете, столь же древ-
нем, как мир. Движение есть явление, по-
видимому, всем знакомок, но, между тем,
несмотря на то, что философы написали
об этом предмете большое количество тол¬
стых томов, важнейшие свойства движения
остаются неизвестными... Мы покажем все
это, и наша работа послужит основанием
науки, которую великие умы разработают
обширнее.
Я
ГАЛИЛЕЯ
склоняю свои колени перед досто¬
почтенными генерал-инквизитора¬
ми, прикасаюсь к святому евангелию и за¬
являю, что я верю и буду впредь верить
всему тому, что признает истинным и чему
учит церковь.
Мне запрещено было святой инквизицией
верить или учить ложному учению о дви¬
жении Земли и покое Солнца, потому что
Несколько растя¬
нутое описание
времен Галилея —
эпохи Возрожде¬
ния.
И

оно противоречит священному писанию.
Несмотря на это, я написал и даже издал
книгу, в которой я излагаю это проклятое
учение и привожу сильные доводы в его
пользу. Потому меня заподозрили в ереси.
Дабы рассеять у каждого христианина-
католика это справедливое подозрение,
я отрекаюсь и проклинаю упомянутые за¬
блуждения и ереси, а также вообще вся¬
кое другое заблуждение и мнение, идущее
вразрез с учением церкви. В то же время
я клянусь в будущем никогда не высказы¬
вать ни устно, ни письменно чего-нибудь
такого, что могло бы вызвать против меня
подобное подозрение. И, наоборот, я обя¬
зуюсь немедленно сообщить святому суди¬
лищу, если я где-нибудь встречу ересь или
буду предполагать ее наличие».
Эти покаянные и благонамеренные сло¬
ва, произнесенные Галилео Галилеем
22 июня 1633 года, в приличествующей слу¬
чаю обстановке, на коленях и в рубище,
с внешней стороны явились как бы итогом
его жизненного пути.
Оставшиеся ему девять лет он проводил
почти в полном уединении (причем на вся¬
кий случай под домашним арестом), и спе¬
циальный интердикт «раба рабов божь¬
их»— святейшего Урбана VIII — запрещал
ему печатать какие-либо труды.
К сожалению «власть предержащих»,
интердикт был нарушен. В 1638 году в Ни¬
дерландах, где, как известно, «процветала
проклятая богом и людьми протестантская
ересь», издается основной труд Галилея,
действительный итог его жизни — «Беседы
и математические доказательства, касаю¬
щиеся двух новых областей науки...»
Галилео Галилей — продолжатель обед¬
невшего, но знатного дворянского рода
флорентийских нобилей — родился в Пизе
в 1564 году.

Уже примерно столетие, как тесный мир
средневековья удивительным образом рас¬
ширился. Португальские, испанские, а те¬
перь английские и голландские корабли
бродят по Маге тсо^пИит* в поисках зо¬
лота, пряностей, слоновой кости, рабов,
эльдорадо — источника вечной жизни и всех
мыслимых и немыслимых возможностей
молниеносного обогащения. Каждое плава¬
ние— прыжок в неизвестность. А потому
вторым, а иногда и первым, лицом на ко¬
рабле является штурман («пилот»). Он
обязан разбираться в «портуланах» и «пе-
риплах» **, вести счисление пути и по звез¬
дам (ибо другого выхода нет) определять
место корабля. Каждый моряк и, что еще
важнее, снарядивший его корабль купец
(а купцов становится все больше) заинте¬
ресованы в том, чтобы его снабдили наи¬
лучшими картами и инструментами, ибо
уже все понимают: от них успех плавания
зависит не меньше, чем от мореходных
качеств корабля. Отчасти поэтому матема¬
тики и астрологи (астрономы) считаются
уважаемыми и достойнейшими мужами.
Моряки в случае успеха иногда получают
деньги, славу и титулы. Иногда не полу¬
чают ничего. Но торговые дома в итоге
всегда получают прибыль.
Возникает торговый, а затем мало-пома¬
лу и промышленный капитал, — возникает
буржуазия, и все более расшатываются
сонные уклады феодальной Европы.
Перемен не смогла избегнуть и церковь.
Католические обряды и молитвы чересчур
сложны и, главное, слишком дороги. Нужна
«дешевая церковь».
И вот торжествует лютеранство в Герма¬
* Маге 1псо^п Ниш — море неизвестности
(Неведомое море).
** «П о р т у л а н ы и п е р и п л ы» — компасные
морские карты и лоции.

Несколько слов о
церкви и ее «на¬
учных» методах.
нии и в Скандинавии, кальвинизм —
в Швейцарии, в Голландии, в Англии. Ре¬
лигиозные войны сотрясают Францию.
Новому классу необходимы и новые идеи
и новая наука, которая давала бы практи¬
ческие результаты. Вера в авторитеты
подорвана — ведь многие утверждения уче¬
нейших мужей, даже освященные автори¬
тетом Рима, оказались на поверку чистей¬
шим вздором. Воистину наступает на ред¬
кость «смутное и проклятое время», кое-кто
(таких, правда, страшно мало) начинает
сомневаться даже в самом бытии всевыш¬
него.
Как в старой сказке про ученика чаро¬
дея, погибшего от им же вызванных духов,
новая эпоха порождает идеи куда более
революционные, чем ей по плечу. И надо
сказать, что католическая церковь — а
власть ее все еще беспредельно велика —
очень быстро и резко реагирует на новую
ситуацию.
Впрочем, когда речь идет о ереси, рефор¬
маторы вполне солидарны с католиками, и
костры в Риме и Женеве складываются из
одинаковых поленьев. Особенно часто они
пылают в «любимых чадах» Рима — Испа¬
нии, Португалии и Италии.
И всякий христианин-католик слишком
хорошо осведомлен об этом.
Но дело не только в том, что, восставая
против общепринятых взглядов, ученый
должен иметь в виду и такой неопровержи¬
мый научный аргумент, как «очищающее
душу, по возможности кроткое», «без про¬
лития крови» отправление к предвечному.
Отшлифованная веками, продуманная и
отточенная, всецело подчиненная Риму, си¬
стема воспитания с детских лет прививает
слепое поклонение авторитету и цитате. Ме¬
тод изучения любого нового явления изу¬
мительно ясен:	следует отыскать в тек¬
14

стах «отцов церкви» соответствующее ме¬
сто. Если же явление противоречит тек¬
стам — его не существует.
«Этот род людей полагает, — раздражен¬
но пишет Кеплеру Галилей, — что филосо¬
фия — какая-то книга, как «Энеида» или
«Одиссея»; истину же надо искать не в при¬
роде, а путем сличения текстов... Они пыта¬
лись логическими аргументами, как бы ма¬
гическими прельщениями, отозвать и уда¬
лить с неба новые планеты».
И подобная система давала свои резуль¬
таты. Страшно подумать, сколько талант¬
ливых людей растратило свою жизнь на
толкование какого-либо туманного места
Фомы Аквинского (а у святейших отцов по¬
добных мест было предостаточно) или изу¬
чение такой, скажем, актуальной пробле¬
мы: каким образом произошло непорочное
зачатие? Чтобы вырваться из цитатного
плена схоластики, нужно обладать исклю¬
чительно ярким умом. Но тогда...
Томмазо Кампанелла (1568—1639)—со¬
циолог, философ и астролог — «более
страшная змея, чем Лютер и Кальвин», по
категорическому заключению отцов-иезу-
итов, 27 лет провел в 50 различных тюрь¬
мах, где его семь раз подвергали жесто¬
чайшим пыткам.
...Джордано Бруно — философ (1548—
1600) —сожжен в Риме.
...Луиджи Ванини — философ (1585—
1619)—злостнейший еретик, отрицавший,
в частности, божественность Христа, пове¬
шен в Тулузе. Перед казнью ему вырвали
язык; тело казненного сожгли, а прах раз¬
веяли по ветру.
...Нидерландский врач Везалий (1514—
1564)—основатель научной анатомии —
присужден к смерти испанской инквизи¬
цией.
15

Впрочем, вряд ли
стоит	активно
иронизировать по
этому поводу. Не
зная ничего, уче¬
ные были готовы
проверять все. Но
перед нами —
пусть	предельно
наивный, однако
научный экспери¬
мент.
...Испанский врач Сервет сожжен Каль¬
вином в Женеве в 1553 году.
Можно долго продолжать этот жуткий
реестр.
Мало кому из отступников суждено уме¬
реть своей смертью. Особенно тщательно
за этим следит специально созданный для
борьбы с ересью орден «Псов господних» —
иезуитов.
Новый путь в науке, пожалуй, опаснее,
чем дороги конквистадоров, ибо нет на¬
дежды на счастливый конец.
Казнь еретиков настолько обычное явле¬
ние, что, например, смерть такого крупней¬
шего философа, как Джордано Бруно, со¬
жженного при колоссальном стечении наро¬
да, почти не замечена современниками. До¬
кументальных свидетельств о его гибели
крайне мало, и, как ни удивительно, суще¬
ствовала версия, что было сожжено его
изображение, а сам Бруно остался жив.
Основная масса народа и даже «просве¬
щенные» круги все еще полностью преданы
церкви и находятся во власти самых диких
суеверий. Ученые не составляют исключе¬
ния. Нам почти невозможно представить,
как в те времена причудливо уживались ге¬
ниальные идеи рядом с поразительными
нелепостями.
Многие все еще рассчитывают найти
страну людей с песьими головами и остров
Сирен. Во всяком случае, их существова¬
ние охотно допускается.
Еще в конце XVII века на заседании
Королевского общества в Лондоне серьезно
проверяли, может ли паук выбраться из
круга, сделанного из толченого рога носо¬
рога. Паук убегал, что и заносилось в про¬
токол. А быть может, на следующем засе¬
дании Ньютон докладывал о своих рабо¬
тах.
Новой науки еще нет, и, пожалуй, ос¬
16

новное — нет и нового метода — он только-
только создается.
В науке же официальной все еще без¬
раздельно царит Аристотель. Из его учения
давно уже вычищено все, что может про¬
буждать самостоятельную мысль. Труды
его тысячу раз прокомментированы и ис¬
толкованы.
Сам Аристотель, как совершенно «точно»
известно, посмертно удостоен высшей на¬
грады — всевышний специальным указом
избавил его от адских мук, которые были
ему уготованы как явному язычнику.
Почти приравнены к творениям «отцов
церкви» его труды, и сомневаться в них
(даже признавая истинным все священное
писание)—очень и очень смахивает на
ересь. А лавры еретика, напомним еще раз,
слишком хорошо известны каждому хри¬
стианину.
В этой приятной атмосфере и начинает
Галилей.
Начало образования, конечно, — мона¬
стырь. Он даже принят послушником в мо¬
нашеский орден. Но, на счастье, отец заби¬
рает его домой, и духовная карьера Гали¬
лея прерывается. Надо думать, что его
отец — обедневший флорентийский дворя¬
нин Винсенцо Галилей — был, по существу,
первым воспитателем ученого. Широко об¬
разованный, страстный поклонник музыки
и математики, безусловно талантливый и
интересный человек, он передал сыну свою
любовь к науке и свой скептицизм по отно¬
шению к авторитетам.
Любопытная деталь — отцу принадлежит
трактат о старой и новой музыке, написан¬
ный в форме диалога (в будущем — люби¬
мая литературная форма сына), в котором
он, между прочим, весьма скептически ха¬
рактеризует цитирование авторитетов как
высший довод в научных спорах. Подоб¬
Далее следует
очень краткая
история жизни
Галилео Гали¬
лея.
17

ные соображения по тем временам близки
к крамоле.
По настоянию отца юноша начинает изу¬
чать медицину в Пизанском университете.
Но дело не ладится, а физика Аристотеля,
которую приходится скрупулезно штудиро¬
вать, вызывает все более серьезные сомне¬
ния. И вообще Галилей не собирается быть
медиком или физиком — он мечтает о карь¬
ере художника.
Снова вмешивается отец. По его совету
сын изучает работы Архимеда и Эвклида.
И Галилей быстро забывает о своем «при¬
звании»: отныне и до конца дней своих он
будет принадлежать физике.
Есть великолепный портрет Галилея
в старости. С него глядит на нас не хресто¬
матийный старец, мученик инквизиции, тер¬
заемый последние годы угрызениями со¬
вести, а умное, властное, суровое лицо че¬
ловека, который прожил нелегкую и слож¬
ную жизнь, подчиненную одной идее.
С юных лет — покровители, без которых
ученый той эпохи подобен моряку без ком¬
паса. Первый — маркиз дель-Монте, сам
крупный ученый, бескорыстно восхищав¬
шийся талантом юноши. В дальнейшем по¬
кровителей придется добывать при помощи
интриг и унизительной лести.
Еще молодым он привыкнет держать
свои мысли при себе. Слишком памят-на ис¬
тория в Пизе... Сначала всеобщее возмуще¬
ние «научных кругов» его критикой Аристо¬
теля, потом повод — резкий отзыв о неле¬
пом проекте одного из многочисленных по¬
бочных сыновей его законного государя
Козимо Медичи I — и его выгоняют с ка¬
федры.
После этого восемнадцать лет Галилей
ведет кафедру в Падуе. Его взгляды уже
определились. Он давно знает, что физика
Аристотеля несостоятельна; он знает и то,

что учение Коперника истинно. Почти все,
что появится через тридцать лет в «Диало¬
ге о двух главнейших системах мира», уже
готово. Но он продолжает читать лекции,
придерживаясь Птолемея, а результаты
своих трудов сообщает только друзьям. Он
пишет Кеплеру (1597 год!):
«Я счастлив, что в поисках истины нашел
столь великого союзника. Действительно,
больно видеть, что есть так мало людей,
которые стремятся к истине и готовы отка¬
заться от превратного способа философст¬
вования. Но здесь не место жаловаться на
печальное состояние нашего времени, я хо¬
чу лишь пожелать тебе удачи в твоих заме¬
чательных исследованиях. Я делаю это тем
охотнее, что уже много лет являюсь привер¬
женцем учения Коперника. Оно объяснило
мне причину многих явлений, совершенно
непонятных с точки зрения общепринятых
взглядов. Я собрал множество аргументов
для опровержения последних, но я не ре¬
шаюсь их опубликовать. Конечно, я сделал
бы это, будь больше таких людей, как ты.
Но так как этого нет, я держу себя осто¬
рожно».
И все же временами он срывается.
В 1604 году резкая стычка со схоластами
по поводу новой звезды, появление которой
противоречило учению Аристотеля о неиз¬
менности сферы неподвижных звезд. Насто¬
раживают и его отдельные сомнительные
высказывания. Подозрительны и лекции,
читаемые не на традиционной латыни, а на
родном итальянском.
Репутация Галилея как благонамеренно¬
го католика явно не на высоте. И он преду¬
смотрительно запасается высокими покро¬
вителями. Светлейший великий герцог То¬
сканский— его признательный ученик (а он
его «первый философ и математик», «по¬
чтительнейший и преданнейший слуга и
Письмо, которое
стоит прочесть.
19

вассал»). Будущий папа Урбан VIII — кар¬
динал Барберини — его личный друг, кото¬
рому он посвящает свои работы.
Он живет среди интриг, споров о приори¬
тете, нелепых возражений, чаще всего сре¬
ди полного равнодушия и непонимания.
«Когда я через мою трубу хотел показать
профессорам Флорентийской гимназии
спутников Юпитера, то они отказались по¬
смотреть и на них и на трубу...»
Все время приходится быть настороже.
И все время он напряженно работает, ра¬
ботает до последних дней.
Тяжко больной, разбитый физически и
морально, отрекшийся и осужденный,, он
заканчивает труд своей жизни «Беседы» и
почти ослепший (!) ведет астрономические
наблюдения. «Я хоть и молчу, но провожу
время не совсем праздно», — как всегда,
очень сдержанно напишет он в эти годы.
Десятилетия унизительной борьбы с не¬
веждами наложили на Галилея свою пе¬
чать. Он резок, замкнут, пожалуй, даже
угрюм. Часто цинично насмешлив. Он ува¬
жает и ценит очень немногих и весьма не¬
лестно отзывается о роде человеческом:
«Число дураков бесконечно».
С годами он привык умело уклоняться и
от светской болтовни о науке с титулован¬
ными «любителями» и от дискуссий с ок¬
ружающими его бесчисленными «докторами
зубрежки» (его собственное определение).
Но он не совсем одинок. Узкий круг дру¬
зей и ученики, которые боготворят своего
учителя, — обетованный островок в море
невежества. В этом обществе он не брюз¬
гливый старец, не льстивый и искушенный
царедворец, он тот, кто он есть, — гуманист,
смелый тонкий мыслитель и всегда и пре¬
жде всего гениальный физик, влюбленный
в свою науку.
Ученики, кстати, окажут ему позднее

плохую услугу. Преклонение их так вели¬
ко, что они сильно приукрасят его биогра¬
фию, и многому, о чем они сообщат, по¬
просту нельзя верить.
Его интересы широки. Он блестящий зна¬
ток античного и современного искусства и
сам в часы отдыха слагает сонеты. В его
книгах рассыпаны ссылки на поэтов, остро¬
умные примеры, и, помимо всего, он соз¬
дает новый жанр — научно-популярную ли¬
тературу.
Но когда речь идет о работе, в нем нет
ничего от поэта: точно, сухо и непредвзято
он исследует факты и только факты, сдер¬
живая полет фантазии. Проходят годы,
прежде чем он сформулирует выводы.
Являя собой полную противоположность
сверкающему фантазеру Джордано Бруно,
которого так любят с ним сравнивать, испо¬
ведовавший одну религию — истину, Гали¬
лей обладал, на мой взгляд, не меньшим
личным мужеством.
Вот таким представляется человек, о ко¬
тором лучше всего сказал Лагранж:
«Открытие спутников Юпитера, фаз Ве¬
неры, солнечных пятен и т. д. потребовало
лишь наличия телескопа и некоторого тру¬
долюбия, но нужен был необыкновенный
гений, чтобы открыть законы природы
в таких явлениях, которые всегда пребы¬
вали перед глазами, но объяснение кото¬
рых тем не менее всегда ускользало от изы¬
сканий философов».
У нас нет возможности, да это и не вхо-
^	Нечто вроде пре-
ДИТ В наши задачи, сколько-нибудь ПО- дисловия ко вто-
дробно исследовать творчество Галилея, и Рлавы?ловине ЭТ°И
дальнейшие страницы никоим образом не
нужно расценивать как творческую био¬
графию.
Даже простое перечисление работ Гали¬
лея заняло бы слишком много места, и
о подавляющем числе научных результатов
21

Кстати, о привыч¬
ных представлени¬
ях. Разве легко
поверить (именно
поверить!), что на
каждый квадрат¬
ный сантиметр на¬
шего тела воз¬
дух (?!) давит с
силой в 1 кило¬
грамм?
Внимание! Неболь¬
шая мистифика¬
ция.
не будет даже упомянуто. Очень кратко мы
коснемся только одной, правда, самой
важной стороны творчества Галилея, —■
анализа законов движения. Той работы,
которая и поныне заставляет ученых пора¬
жаться его необыкновенным гением.
Еще одно маленькое отступление, и мы
перейдем к сути дела.
Лучше всего понять гений Галилея мож¬
но, сопоставив его с Эйнштейном. Основ¬
ные идеи Эйнштейна ничуть не сложнее и
не парадоксальнее тех, которые выдвинул
Галилей.
Но если идеи Галилея кажутся боль¬
шинству людей нашего времени понятными
и простыми, то взгляды Эйнштейна требу¬
ют известного напряжения мысли. Это ес¬
тественно. С детских лет мы воспитываемся
в духе классической физики, а люди с боль¬
шим трудом изменяют привычные пред¬
ставления.
Поэтому лучше всего постараться как бы
забыть все, что мы знаем, и спокойно де¬
лать выводы из тех фактов, которые мы на¬
ходим «в самой великой книге — природе»,
как любил говорить Галилео Галилей.
Итак, движение. Причина движения, без¬
условно,— сила. Телега не едет, если в нее
не впряжены лошади.
Если в телегу впрячь четырех лошадей,
то они повезут ее быстрее, чем две. Отсю¬
да вывод: чем большая действует сила, тем
больше скорость.
Далее, если выпрячь лошадей, телега
остановится. В этом нас убеждает повсе¬
дневный опыт. Следовательно, для поддер¬
жания скорости всегда требуется сила.
А чтобы тело двигалось равномерно и пря¬
молинейно, к нему должна быть приложе¬
на постоянная по величине и направлению
сила.
Не стоит торопиться с улыбками. Вы
22

сразу поняли ошибочность теории движе¬
ния Аристотеля только потому, что с ше¬
стого класса помните законы механики, ко¬
торые получили, что называется, даром.
И все же позволю себе предположить,
что вы тем не менее обмануты. Вряд ли
кто-либо обратил внимание на то, что бы¬
ли использованы такие понятия, как «рав¬
номерное и прямолинейное движение» и
«постоянная по величине и направлению
сила». А ведь, употребив эти слова, мы
сказали либо очень многое, либо ничего.
По существу, анализ этих понятий должен
привести к вполне определенному взгляду
на пространство и время. Можно возразить,
что такие вещи, как пространство, время
и сила, определять незачем — это самооче¬
видные категории и понятия. Но... самые
глубокие заблуждения в науке возникают
обычно тогда, когда что-либо считается
самоочевидным.
Несколько забегая вперед, скажем: ве- венное”0 назидав
ликая заслуга Эйнштейна именно в том, тельное замеча-
что он показал, что даже в конце XIX сто- ние*
летия у физиков не было ясного представ¬
ления о таких «очевидных» понятиях, как
время.
23

Однако оставим пока вопрос о времени.
Как опровергнуть Аристотеля? Как нель¬
зя оценить обед, не пообедав, точно так
же нельзя опровергнуть (или утвердить)
физическую теорию, не прибегнув к экспе¬
рименту. И Галилей первый в средневеко¬
вой Европе понял это с предельной ясно¬
стью и глубиной.
Конечно, не стоит преувеличивать — по¬
добные взгляды высказывались и до него.
Уже легендарный Парацельс* чеканно
сформулировал: «Теория, не подтвержден¬
ная фактами, — все равно, что святой, не
сотворивший чуда». Но Галилей был пер¬
вым, во всяком случае в физике, кто не¬
зыблемым принципом своего творчества
положил изучение и анализ эксперимента,
практики. Й на этом пути он обнаружил
ошибку Аристотеля. Галилей не доверяет
словам. Он ставит опыты.
Сравнительно легко он находит, что за
равные отрезки времени свободно падаю-
* Теофраст Бомбаст Парацельс —
виднейший врач и химик средневековья.

щее тело проходит все возрастающие от¬
резки пути и что постоянная сила — вес
тела (хотя ясного представления о силе
у Галилея нет) приводит к равноускорен¬
ному движению.
Правда, чтобы точно измерять малые от¬
резки времени (доли секунды), ему понадо¬
билось создать совершенно новый для
того времени вариант водяных часов, что
он и делает с замечательным остроумием.
Да и вообще ему не раз приходилось пре¬
одолевать чисто экспериментальные труд¬
ности подобного рода. Предшественников
нет: первооткрывателем приходится быть
во всем. Но в конце концов эта часть ра¬
боты требовала всего лишь исключительно¬
го упорства и замечательной изобретатель¬
ности.
Значительно труднее сделать совершен¬
но неожиданное и неочевидное обобщение:
если бы отсутствовало сопротивление воз¬
духа, «то все тела падали бы одинаково,
то есть с одинаковой скоростью при рав¬
ных высотах падения.., двигаясь при этом
равномерно ускоренно так, что в равные
промежутки времени скорость возрастает
на равные величины». Иначе говоря, Гали¬
лей подмечает, что полученные цифры при¬
водят к так хорошо известному в наши дни
каждому восьмикласснику закону измене¬
ния скорости падения, как функции време¬
ни падения, У = §-1
Говоря о Галилее как о физике-теорети-
ке стоит отметить два момента.
Во-первых, он не блуждает в бесконеч¬
ных поисках причины явления, что было
характерно для школы Аристотеля. (По
существу, он принимает метод принци¬
пов Ньютона, речь о котором впереди.)
Действительно, Галилею не известно ниче¬
го о законе тяготения, он не владеет, по
существу, понятием силы, он не знает, по-

чему Земля притягивает все тела, сообщая
им одинаковое ускорение. Галилей прежде
всего ставит вопрос: как происходит явле¬
ние? И ответ ищет в анализе опытов.
И, во-вторых, гениальная интуиция поз¬
воляет Галилею учесть и отбросить все по¬
бочное, нехарактерное и выхватить основ¬
ное при анализе наблюдаемого явления.
Так, изучая падение тел, он учитывает не
только сопротивление воздуха, но и эффек¬
ты, обусловленные законом Архимеда. Он
прямо указывает: «При падении тела в ка¬
кой-нибудь среде надо иметь в виду, что
на тело действует не полный его вес,
а лишь избыток веса над весом вытеснен¬
ной жидкости или среды».
Переход от опыта к теоретическому
обобщению — обычно самый трудный этап.
Физику никогда не доводится изучать яв¬
ление в «чистом виде». Можно сказать, что
он обычно оказывается в положении фото¬
графа, рассматривающего снимок, на кото¬
ром отпечатано сразу несколько негативов.
История науки знает сотни примеров, ко¬
гда ученые пропускали открытия только
потому, что не понимали, что они наблю¬
дают. И именно в анализе результатов
проявляется полностью талант Галилея.
А как тяжело было разобраться в зако¬
нах движения, можно судить уже по тому,
что представления Аристотеля оставались
незыблемыми около 2 тысяч лет.
некоторые резуль- Изучая законы* падения тел и рассмот-
галилея.слеА°ваний Рев веРтикальное отвесное падение, Гали¬
лей, естественно, переходит к движению по
наклонной плоскости. Он находит, что ус¬
корение при падении постоянно во времени
и тем меньше, чем меньше угол наклона.
В предельном случае горизонтальной плос¬
кости, утверждает Галилей, тело будет
двигаться вообще без ускорения. И причи¬
ной движения тела по наклонной плоскости
26

оказывается сила тяжести. При этом
Галилей понимает, что когда тело нахо¬
дится на наклонной плоскости, то движение
вызывается не всем весом, а лишь его
частью, тем меньшей, чем меньше наклон,
Еще раз следует напомнить: Галилей не
знает, почему тело падает на Землю. Более
того, у него нет ясного понятия о силе, нет
формулы, связывающей силу и ускорение,
он не читал «Начал» Ньютона: они выйдут
в свет лишь спустя 35 лет после его смерти.
Но его интуиция позволяет заключить:
«Когда тело движется в горизонтальной
плоскости, не встречая сопротивления сво¬
ему движению.., то движение его является
равномерным и продолжалось бы бесконеч¬
но, если бы плоскость простиралась в про¬
странстве без конца».
Итак, если отсутствует сила — скорость
остается постоянной.
«Скорость, однажды сообщенная движу¬
щемуся телу, строго сохраняется, если
устранены внешние причины ускорения или
замедления».
Образно говоря, это утверждение ставит
с головы на ноги всю механику.
27

Впервые формули¬
руется положение,
похожее на закон
инерции.
Стоит обратить особое внимание на со¬
отношение теорий Галилея и Аристотеля.
Как уже упоминалось, Аристотель считал,
что для поддержания постоянной скорости
необходимо воздействие постоянной силы.
Взгляды Галилея диаметрально противо¬
положны.
Только в том случае, когда на тело не
действуют никакие силы, скорость остается
неизменной. Речь идет не об уточнении ста¬
рой теории, не об ее развитии или ограни¬
чении области ее применения. Отнюдь нет!
Вся механика Аристотеля начисто зачерки¬
вается.
Подобные ситуации очень редки в исто¬
рии наук и обычно встречаются в годы их
юности. Чаще всего у открывателей есть
точка отправления, есть отметки на том
пути, по которому они идут. Лишь пионе¬
рам нечего взять от предшественников, и
приходится начинать на пустом месте.
Таким основоположником в физике был
Галилео Галилей. Он заложил фундамент
той механики, создать которую было суж¬
дено Ньютону.
Очень многое ему оставалось неясным.
Часто он ошибался и сворачивал с пра¬
вильного пути.
Трудно и ожидать чего-либо другого; сам
Галилей лучше всех сознавал и значение
и недостатки своих работ (вспомните его
слова в эпиграфе).
И хотя в его трудах часто встречаются
утверждения, прочитав которые можно по¬
думать, что не только первый, но и второй
закон механики были ему известны и, сле¬
довательно, Ньютон в известной мере был
лишь популяризатором его идей, пожалуй,
не стоит увлекаться переоценкой р-абот Га¬
лилея. Даже первый закон механики, тот
самый закон инерции, который Галилей
сформулировал, казалось бы, предельно
28

четко, ни он, ни все остальные предшествен¬
ники Ньютона не понимали до конца.
И только у Ньютона законы механики
принимают ту ясную, законченную форм>,
в которой они известны нам. (Впрочем, мы
увидим в дальнейшем, что даже сам Нью¬
тон не избежал ошибок.)
Возможно, подобная оценка творчества
Галилея излишне сдержанна, однако де¬
тальный анализ его работ, к сожалению,
увел бы нас слишком далеко в сторону, и
потому... Пойдем далее.
Если следовать Галилею, между покоя¬
щимся и равномерно движущимся телом
в известном смысле устанавливается равно¬
правие. Равномерно двигающийся по по¬
верхности моря корабль и корабль, мирно
стоящий на якоре, в равной степени не под¬
вержены «воздействию внешних причин,
вызывающих ускорение или замедление».
Более того, наша Земля может покоиться
в пространстве или равномерно двигать¬
ся — в обоих случаях отсутствуют «внешние
причины».
Но если это так, то, может быть (может
быть!), все физические процессы, протекаю¬
щие на равномерно движущемся теле,
29

Вот он — прин¬
цип относитель¬
ности Галилея!
в частности на Земле (если она равномерно
двигается, конечно), должны протекать
так же, как на покоящемся?
И (внимание!) Галилей высказывает эту
мысль.
Да, он полагает, что с точки зрения ме¬
ханики совершенно равноправны тело, на¬
ходящееся в покое, и тело, которое равно¬
мерно движется.
Любой механический опыт, поставленный
на равномерно и прямолинейно движущем¬
ся теле, будет протекать точно так же, как
если бы оно покоилось.
Это положение — принцип относительно¬
сти Галилея — один из самых замечательных
и удивительных законов природы.
Однако уже сейчас необходимо сделать
несколько замечаний.
Во-первых, внимательный читатель, ве¬
роятно, обратил внимание, что мы еще не
объяснили, что такое движение, а, следова¬
тельно, наши рассуждения о движущихся
и покоящихся телах пока, строго говоря,
бессодержательны. В дальнейших главах
подробно разбирается понятие движения
в механике — вопрос не такой простой и
очевидный, как может казаться. Пока же
мы следуем за Галилеем, а у него (как ни
странно!) не было четкого представления
о понятии механического движения.
Во-вторых, позже, когда будут сформу¬
лированы законы Ньютона, мы увидим, как
принцип относительности Галилея можно
вывести из этих законов. Сейчас же заме¬
тим, что одного закона инерции еще недо¬
статочно, чтобы утвердить принцип относи¬
тельности. И хотя несколько выше мы как
бы связывали в сознании Галилея закон
инерции и принцип относительности, сле¬
дует признаться, что это не более чем лите¬
ратурная вольность.
Между законом инерции и принципом
30

относительности действительно очень тесная
связь, но Галилей скорее всего просто ге¬
ниально угадал свой принцип, «подглядел»
его в природе, не связывая с законом инер¬
ции. В это можно поверить, прочитав те
страницы «Диалога о двух главнейших си¬
стемах мира», где, по существу, утвер¬
ждается принцип относительности. (Вероят¬
но, излишне пояснять, что в современном
виде сам Галилей никогда не формулиро¬
вал «принцип относительности Галилея».)
«Диалог» Галилея — работа, окончатель¬
но уничтожившая систему Птолемея, — за¬
мечателен не только содержанием, но и
формой. Прямо проповедовать учение Ко¬
перника нельзя — это запрещено. Но при
обширных связях Галилея можно добиться
появления книги, где всего лишь обсуж¬
дается эта «еретическая» система. Такая
книга и написана. Он не защищает Копер¬
ника. Нет! С внешней стороны абсолютно
беспристрастно анализируется спор «Птоле¬
мей — Коперник». Автор со своим отноше¬
нием к предмету как будто отсутствует.
Никаких выводов вроде бы не сделано. Два
ученых — сторонник Коперника и защитник
Птолемея — спорят между собой, а он, Га¬
лилео Галилей, просто пересказывает их
дискуссию. Читатель же волен судить, чьи
доводы убедительней. И вот как бесприст¬
растный судья Галилей разбирает попытки
опровергнуть Коперника, использовав зако¬
ны Аристотелевой механики.
Ведь если какие-либо механические опы¬
ты, произведенные на Земле, дали бы воз¬
можность установить, что Земля не дви¬
жется вокруг Солнца, а находится в покое,
то спор бы был разрешен.
И Галилей в «Диалоге» прямо приводит,
казалось бы, очень веские возражения
против Коперника.
Если Земля движется, то камень, падаю-

щий с башни, должен отклониться в сторо¬
ну, поскольку он стремится двигаться толь¬
ко к центру Земли, а за время падения
камня Земля «проезжает» под ним. Сна¬
ряд, выпущенный из орудия вертикально
вверх, по той же причине должен упасть
далеко в стороне от жерла пушки. Ядро,
пущенное на запад, пролетит значительно
дальше, чем на восток, так как суточное
движение Земли, если оно существует, ув¬
лекает орудие к востоку, и в первом случае
пушка «уезжает» от ядра, а во втором «до¬
гоняет» его. Облака и птицы должны от¬
ставать от Земли и т. д.в Но повседневный
опыт убеждает нас в обратном. Следова¬
тельно, Земля покоится?!
Между прочим, в «Диалоге» использует¬
ся очень изящный прием спора. Все эти до¬
воды против гипотезы о движении Земли
высказывает и убедительно развивает
Сальвиати — убежденный сторонник Копер¬
ника, а Симпличио — защитник Аристоте¬
ля— восхищенно слушает и поддакивает.
И вот, продемонстрировав более глубокое
понимание Аристотеля, чем его поклонники,
использовав, казалось бы, неопровержимые
аргументы в его пользу, Сальвиати — Га¬
лилей резко меняет фронт.
32

Провозглашая принцип относительности,
он проводит аналогию между Землей и
равномерно плывущим кораблем. Все тела
на корабле ведут себя так, как будто он
покоится: камень, падающий с мачты, всег¬
да опускается у ее подножия; мяч, брошен¬
ный по движению или против движения
корабля, полетит одинаково далеко. Ни
один опыт на равномерно движущемся ко¬
рабле не дает возможности установить:
плывет корабль или покоится. А следова¬
тельно, ни один опыт на Земле не может
сказать нам, покоится она или мчится
в пространстве с колоссальной скоростью,
вращаясь при этом вокруг оси.
Возможно, многие из вас с трудом сдер¬
живают возмущение или, в лучшем случае,
недоумение — ведь хорошо известны десят¬
ки опытов, проделанных на Земле и позво¬
ляющих установить ее суточное движение.
Достаточно вспомнить о маятнике Фуко,
о том, что камень, брошенный с вершины
башни, отклонится к востоку * и т. д.
В наши дни проявлять подобную безгра¬
мотность, безусловно, неловко — эти факты
известны любому десятикласснику. Эти
факты известны и автору. Но Галилею они
известны не были.
Ирония судьбы. Предлагая принцип от¬
носительности, Галилей не понимает, что
он верен только для равномерного прямо¬
линейного движения, и использует его для
равномерного вращательного движения.
Мы-то знаем, что механические явления
на вращающемся теле будут протекать по-
другому, чем на неподвижном или равно¬
мерно и прямолинейно движущемся.
Равномерное движение по окружности
можно обнаружить благодаря центробеж-
Это утверждение
Галилея, конечно
ошибочно.
О принципе отно¬
сительности под¬
робно рассказы¬
вается в V главе.
* Вообще говоря, падающий предмет отклоняет¬
ся к юго-востоку, но отклонение на юг очень мало
по сравнению с отклонением на восток.
33

Уже сейчас умест¬
но спросить, что
означают слова:
«тело равномерно
движется»? Что
значит: «тело вра¬
щается»? Ответ
можно найти в IV
и V главах.
Несколько сенти¬
ментальные выво¬
ды.
ным силам и легко отличить от состояния
покоя или равномерного прямолинейного
движения. Но все эти азбучные для нас
истины Галилею неведомы. Однако и в сво¬
их ошибках он значительно ближе к исти¬
не, чем Аристотель.
Человек со средним образованием может
легко увидеть ошибки и путаные места
в его трудах. Но чтобы получить новые
результаты такого же масштаба, необходим
такой же «необыкновенный гений».
Вот и все о Галилее. В дальнейшем,
вооруженные законами Ньютона, мы вер¬
немся ко всем вопросам, которые нами
разбирались. Мы четко сформулируем ос¬
новные принципы механики, достигнем как
будто предельной ясности и... особо оста¬
новимся на тех местах, которые остались
неясными и Ньютону, — на его ошибках.
И далее мы увидим, как исследование,
казалось бы, совсем другой области физи¬
ки — учения об электромагнитных вол¬
нах— привело к необходимости полностью
изменить все наши представления о про¬
странстве и времени или, говоря точнее, —
заставить физиков задуматься над вопро¬
сом:	«Что же такое время и простран¬
ство?»
Вероятно, через некоторое время про¬
изойдут новые революции в физике. Воз¬
можно, через несколько поколений взгляды
нашего поколения будут казаться такими
же наивными, какими представляются нам
некоторые идеи Галилея, но физик любой
эпохи будет с преклонением вспоминать Га¬
лилея — первого, который понял во всей
глубине, что новые идеи надо искать в «ве¬
ликой книге — природе», опираясь только
на факты.
В заключение стоит привести один при¬
мер, очень четко характеризующий строгий
и честный стиль научного мышления Гали-
34

лея. Многие слыхали, конечно, что гипоте¬
за о бесконечности вселенной впервые
выдвинута Джордано Бруно. Но это не
совсем точно. Эта проблема, видимо, очень
занимала Гадилея, он неоднократно к ней
возвращался. И, пожалуй, пошел дальше
Бруно.
Поскольку еще нет никаких опытных
данных в пользу конечности или бесконеч¬
ности вселенной, Галилей заключает:
«Я остаюсь в нерешимости, какое из этих
двух положений правильно, хотя мои лич¬
ные доводы заставляют меня склоняться
скорее к идее бесконечности мира...»

ГЛАВА И,
содержащая очень краткие
сведения о жизни и харак¬
тере Ньютона. В заключе¬
ние читатель может узнать,
что такое метод принципов
НЬЮТОН. МЕХАНИКА (метод)
Вывести два или три общих начала дви¬
жения из явлений и после этого изложить,
каким образом свойства и действия всех
телесных вещей вытекают из этих явных
начал, — было бы очень важным шагом
в философии, хотя бы причины этих на¬
чал и не были открыты.
Вступление, цен¬
ное главным обра¬
зом потому, что
упомянута книга
С. И. Вавилова
«Ньютон», — мо¬
жет быть, лучшая
работа по истории
физики на рус¬
ском языке.
НЬЮТОН
Восхищение Ньютоном освящено тра¬
дицией.
Еще его современники полностью исчер¬
пали весь арсенал восторженных эпитетов,
сравнений и гипербол, и потомкам остава¬
лось только повторяться, что, впрочем, и
делалось без опасения утомить человече¬
ство.
Ньютоном восхищаются все: и ученые,
по-настоящему понимающие подлинное зна¬
чение его работ, и те, кто не очень пред¬
ставляет, что он, собственно, сделал, но,
впрочем, твердо уверен, что восторгаться
Ньютоном следует, — это признак хороше¬
го тона.
36

Чтобы понять всю исключительность,
аномальность личности Ньютона, следует
прочитать блестящую книгу С. И. Вавило¬
ва. И после этой книги, вероятно, на всю
жизнь вы не сможете отделаться не столь¬
ко от чувства восторга, сколько от самого
наивного удивления. На мой взгляд, восхи¬
щаться можно только понятными вещами,
а творческий потенциал Ньютона, по-види¬
мому, немыслимо воспринять человеческим
разумом.
Жизнь и карьера Ньютона очень бедны
внешними событиями и очень похожи
(опять же с внешней стороны) на судьбы
десятков добропорядочных английских
джентльменов, упорных и часто довольно
даровитых, добивавшихся всего своими ру¬
ками, чтивших бога и короля («Да хранит
его бог!») и глубоко убежденных, что нет
страны лучше, чем старая добрая Англия
с ее старыми добрыми традициями, и что
не было, нет и не будет дела важней, чем
обеспечить ее (и, конечно, попутно свое)
процветание.
Исаак Ньютон родился в 1643 году (че¬
рез год после смерти Галилея) в семье
с весьма средним достатком. Очевидно, ему
повезло со школьным учителем. Судя по
сохранившимся данным, это был культур¬
ный и умный человек. Сразу после шко¬
лы — Кембриджский университет (точнее,
Тринити колледж). Английские университе¬
ты того времени представляли собой сумму
колледжей — почти независимых друг от
друга учебных заведений. (Впрочем, в Кем¬
бридже и Оксфорде эта система сохрани¬
лась до наших дней.)
За восемь университетских лет (1661 —
1669) Ньютон прошел всю лестницу от сту¬
дента до заведующего кафедрой. (Не надо
думать, что это исключительная карьера:
в ту эпоху на такой путь требовалось зна-
Краткие сведения
об Исааке Ньюто~
не.
37

чительно меньше времени, чем сейчас.)
Юноша очень серьезен, замкнут, пользуется
всеобщим уважением, но вряд ли даже
ближайшие друзья — их, кстати, очень ма¬
ло — подозревают, что он уже создал ана¬
лиз бесконечно малых величин, наметил
невиданную программу дальнейших иссле¬
дований и обладает рядом совершенно ре¬
волюционных идей и результатов в меха¬
нике, оптике и теории тяготения.
Известные теперь каждому школьнику
опыты по разложению солнечного света
уже закончены, и получен закон убывания
силы тяготения с расстоянием.
Все это было сделано за два года (1665—
1667), не говоря о том, что одновременно
он овладел экспериментальной техникой,
в частности техникой изготовления телеско¬
пов — самых тонких приборов того века.
Ньютон не печатает своих работ. Еще
больше, чем Галилей, больше, пожалуй,
чем кто-либо из известных ученых, он при¬
дирчив к своим результатам, и работа не
появляется на свет, пока он не убеждается
до конца в ее полной и безоговорочной точ¬
ности и законченности.
Карьеру Ньютону, как и Галилею, соз¬
дает телескоп. Совершенно новый по своей
идее телескоп-рефлектор приносит Ньюто¬
ну звание члена Королевского общества,
президентом которого он будет впоследст¬
вии. Это происходит 11 января 1672 года.
А уже 6 февраля этого же года Ньютон
докладывает на заседании общества свой
мемуар «Новая теория света и цветов» —
мемуар, который, по словам С. И. Вавило¬
ва, «впервые показал миру, что может сде¬
лать и какой должна быть эксперименталь¬
ная физика».
С этого времени Ньютон непрестанно по¬
ражает мир обилием и качеством своих
работ.
38

Его общественное положение делается
все более блестящим. В частности, в 1686—
1689 годах он — депутат парламента от уни¬
верситета. Правда, злые языки утвержда¬
ют, что в парламенте он выступал всего
один раз с просьбой закрыть окно, «ибо
с Темзы дурно пахнет», но, очевидно, Нью¬
тон не был таким ученым «не от мира се¬
го», каким часто принято его представлять.
Во всяком случае, получив должность хра¬
нителя Монетного двора (1696 год), он
великолепно справился с весьма тяжелыми
задачами (перечеканка всей английской мо¬
неты), которые требовали больших админи¬
стративных способностей.
В 1705 году Ньютон получает дворянст¬
во, он принят при дворе; официально и не¬
официально, друзьями и врагами признан
первым натурфилософом мира. Его бого¬
словские работы также получают востор¬
женные оценки, хотя сэр Исаак и откло¬
няется в них очень часто от канонизирован¬
ных взглядов. Нам, конечно, трудно пред¬
ставить, что Ньютон тратил массу времени
и сил на исследования различных богослов¬
ских проблем. Но факт остается фактом:
сэр Исаак Ньютон был глубоко религиозен
и, пожалуй, склонен был рассматривать всю
свою научную работу как посильный вклад
в познание божьего провидения. Правда,
тогда подобное совмещение профессии —
физик и богослов — было в порядке вещей,
но в наши дни его богословские увлечения
вызывают только чувство недоуменного и
горького сожаления.
В последние годы жизни Ньютона часто
отвлекают от работы административные и
общественные обязанности; да и, самое
главное, возраст начинает брать свое. Ска¬
зывается переутомление от исключительных
по интенсивности трудов прежних лет. Од¬
нако старик не бросает науку и даже про-
Забавно, что и
в области теоло¬
гии взгляды Нью¬
тона оказали боль¬
шое влияние на
последующие по¬
коления.
39

Эта и несколько
следующих стра¬
ниц посвящены
методу Ньютона.
Их можно опус¬
тить без вреда для
читателя. Но мож¬
но и прочитать,
тоже, надеюсь, без
вреда.
должает экспериментировать. Но в основ¬
ном он занимается шлифовкой своих преж¬
них результатов и прежде всего труда его
жизни — «Математических начал натураль¬
ной философии».
Эта книга вышла в свет в 1687 году.
В ней дана теория тяготения и движения
небесных светил и сформулированы все
основные законы механики, которые оста¬
вались незыблемыми до Эйнштейна.
Итак, механика. Прежде всего — о ме¬
тоде.
«Я не измышляю гипотез», — любил пов¬
торять на склоне лет Ньютон. — «Все, что
не выводится из явлений, должно называть¬
ся гипотезою, гипотезам же метафизиче¬
ским, физическим, механическим, скрытым
свойствам не место в экспериментальной
философии».
Следовательно, гипотеза не вытекает не¬
посредственно из опыта. Гипотезу выдвига¬
ют по интуиции, используя какие-то анало¬
гии, а потом уже пытаются согласовать
с известными фактами. Так, например, ато¬
мистическая структура материи до недавне¬
го времени оставалась гипотезой.
Часто гипотеза полностью рушится под
давлением фактов; причем иногда прохо¬
дит не одна сотня лет, прежде чем эти фак¬
ты появятся. (Вспомним о гипотезе Кан¬
та — Лапласа.)
Иное дело принципы. Они создаются на
основе опытных данных, в результате их
тщательного анализа.
Принципы недоказуемы логически, но
обязательно имеют в основе прочную базу
эксперимента. Поэтому в той или иной фор¬
ме они остаются в науке навсегда. Хотя,
конечно, дальнейшие исследования могут
ограничить область их применения, обна¬
ружить, что принципы носят не абсолют¬
ный, а имеют приближенный характер.
40

Примеры принципов: аксиомы геометрии
Эвклида, ньютоновские законы механики,
закон всемирного тяготения, законы сохра¬
нения...
Итак, выдвигая гипотезу, мы должны до¬
пускать, что новые факты могут полностью
ее опровергнуть.
Формулируя принцип, мы уверены, что
хотя в дальнейшем он, возможно, окажется
верен лишь приближенно и область его
применения значительно уже, чем мы по¬
лагали, тем не менее в какой-то форме
в науке он останется.
Однако если вдуматься, разница между
принципом и гипотезой представится не¬
сколько условной — ведь гипотеза Также
должна быть согласована с опытными дан¬
ными и опираться прежде всего на опыт.
С другой стороны, никто не гарантирован
от неправильного вывода при анализе опы¬
та— от формулировки неправильного прин¬
ципа, который будет опровергнут новыми
фактами.
Впрочем, наша задача не давать идеаль¬
ные определения (занятие вообще весьма
неблагодарное), а разобраться, в чем су¬
щество метода Ньютона — метода, которо¬
му он сам дал название «метода принци¬
пов».
Попробуем подойти к вопросу с иной сто¬
роны. Обратимся к словам Ньютона, взя¬
тым в качестве эпиграфа: «Вывести два
или три общих начала движения из явлений
и после этого изложить, каким образом
свойства и действия всех телесных вещей
вытекают из этих явных начал, — было
бы очень важным шагом в философии, хо¬
тя бы причины этих начал и не были от¬
крыты».
Мне кажется, что в последних словах
этой фразы скрыта суть метода принципов,
основное его отличие от метода гипотез.
41

Ньютон в своих исследованиях совершенно
сознательно отказывается объяснить, почему
явления происходят именно так, а не ина¬
че, какова их природа, какие свойства ма¬
терии приводят к тем общим закономер¬
ностям, которые можно извлечь из наблю¬
дений. Он удовлетворяется тем, что форму¬
лирует общие законы».
Великолепная иллюстрация — закон тя¬
готения. Что говорит теория Ньютона
о природе тяготения? Какие теоретические
соображения подтверждают, что сила вза¬
имодействия двух тел пропорциональна
произведению их масс и обратно пропор¬
циональна квадрату расстояния между ни¬
ми? Абсолютно никаких. Ньютон не знает
и, более того, не желает знать, почему за¬
кон тяготения имеет именно такой вид.
Ньютону достаточно на основе наблюде¬
ний сформулировать сам закон.
Но есть и другой путь научного исследо¬
вания. Установив, например, закон тяготе¬
ния, можно выдвигать различные предполо¬
жения о природе гравитации, предлагать
теоретические схемы, из которых вытекал
бы этот закон. Можно пойти еще дальше
и, даже не зная самого закона, строить
различные гипотезы о природе тяготения.
Физика гипотез, метод гипотез состоит
как раз в том, что ученый стремится про¬
никнуть в природу явления глубже, чем
позволяют накопленные опытные факты;
причем ему, естественно, приходится де¬
лать смелые и часто ошибочные предполо¬
жения.
Невольно закрадывается мысль, что ме¬
тод гипотез привлекательнее, изящнее, чем
метод принципов, и что большая наука
должна идти именно таким путем. Впрочем,
это риторический вопрос. Оба метода равно
используются в научной работе. Вообще го¬
воря, и сам Ньютон, как мы увидим в даль-

нейшем, часто прибегал к методу гипотез,
Но его нелюбовь к ним вполне объяснима
и имеет совершенно реальную основу.
До Ньютона в ясной форме метод прин¬
ципов, или, как часто говорят, индуктивный
метод, не существовал *. В научном мире
бушевали гипотезы. Крупнейшие ученые
века, посредственности от науки, полугра¬
мотные невежды— все создавали системы;
при этом каждый стремился объяснить ни
много, ни мало, как все известные явления
природы. Физика гипотез осталась в на¬
следство от греков, страстных любителей
абстрактных рассуждений и домыслов.
И лишь работа предшествующего Ньютону
поколения отчасти подготовила почву для
новых методов работы.
Нужна была удивительная смелость и
трезвость мысли, чтобы выскользнуть из
плена очень привлекательной внешне физи¬
ки гипотез и в основу творчества положить
метод принципов, сухой, трезвый и сдержи¬
вающий полет фантазии.
Но, может быть, прав С. И. Вавилов, счи¬
тавший, что именно в выборе метода скрыт
секрет вечного значения наследия Ньютона.
Зная стиль строителя, рассмотрим само
здание.
* Можно считать, правда, что Галилей и здесь
отчасти предвосхитил Ньютона.

ГЛАВА III.
самая длинная во всей кни¬
ге и, вероятно, самая труд,
ная; в ней обсуждается те¬
ория измерений в физике
НЬЮТОН. МЕХАНИКА
(анализ основных понятий: длина, время)
Совершенно анти¬
педагогичное за¬
мечание, которое
молодым читате¬
лям не стоит при¬
нимать всерьез.
Смотри в корень!
3	КОЗЬМА ПРУТКОВ
аконы механики для человека наше¬
го времени так же привычны и обы¬
денны, как, например, электрическое ос¬
вещение. Со школьной скамьи мы выносим
непоколебимую уверенность в их идеаль¬
ной строгости и безукоризненной понятости.
И каждый школьник считает, что уж зако¬
ны-то Ньютона ему известны и абсолютно
ясны. Так ли это?
Первая попытка более пристального рас¬
смотрения убеждает, что эти радужные
представления результат милой детской не¬
посредственности и невинности. Это, может
быть, и не очень странно. В конце концов
много ли можно требовать от школьника?
44

Удивительным может показаться другое.
До конца XIX столетия крупнейшие уче¬
ные, имена которых заслуженно блистают
в золотой книге науки, не замечали, что
среди основных положений ньютоновой
механики есть, мягко говоря, довольно не¬
ясные утверждения.
Это весьма поразительное обстоятель¬
ство оказывается вполне понятным, если
вспомнить, что за двести с лишним лет, ко¬
торые разделяют «Начала» Ньютона и тео¬
рию относительности Эйнштейна, механика
так великолепно оправдывалась на практи¬
ке, выросла в такое стройное грандиозное
здание, что для физиков даже отдаленный
намек на некоторую шаткость фундамен¬
та — законов Ньютона — выглядел как
вздорная, вредная и опасная ересь.
И в результате научный анализ подме¬
нила наивная и слепая вера — «вначале бы¬
ла механика, и Ньютон—творец ее». Мож¬
но повторить в оправдание, что в отличие
от веры в дьявола вера в Ньютона каж¬
дый день подкреплялась реальными дока¬
зательствами. Но как бы то ни было, мно¬
гие забыли, что основные положения меха¬
ники сформулированы Ньютоном довольно
нечетко. Математики не потерпели бы не¬
ясности в основах своей науки, а физики,
грубо говоря, махнули на это рукой.
Не стоит в связи с этим заключать, что
физики «глупее» математиков. Просто по
складу своего мышления математик преж¬
де всего стремится к безупречной логиче¬
ской строгости, а физик обычно полностью
удовлетворяется, если его теория хорошо
описывает реальные явления, и, как прави¬
ло, мало заботится о строгом определении
«самоочевидных» вещей. Для физика
XIX столетия, например, понятия длины и
времени казались совершенно ясными. Для
Ньютона тоже. Но Эйнштейн показал, что
45

как раз в этих «простых», «очевидных» ве¬
щах совершенно отсутствовала ясность.
После сказанного, естественно, возника¬
ют по меньшей мере два вопроса.
Во-первых, каким образом вообще могли
работать с законами Ньютона, если они,
как мы утверждали, сформулированы до¬
вольно нечетко?
Во-вторых, трудно все же поверить, что
Ньютон — величайший Ньютон! — был так
«наивен», как утверждалось выше. Не
искажаем ли мы истину?
Ответы на эти вопросы легко получить,
если вспомнить о методе Ньютона. Он пре¬
жде всего стремился установить принципы,
уловить, анализируя опытные данные, об¬
щий закон. Принципы нужны ему, чтобы
в дальнейшем с их помощью исследовать
явления природы. Как физик, он весьма не¬
долюбливал рассуждения общего характе¬
ра. Прежде всего его интересовали практи¬
ческие применения законов. Может быть,
поэтому Ньютон сравнительно легко отно¬
сился к проблеме логически безупречного
определения основных понятий. Очевидно,
это его просто не очень занимало.
Главное — сформулировать законы на¬
столько ясно, чтобы с ними можно было
работать. Пусть принципы движения вве¬
дены не идеально строго. Ньютона не очень
заботит, что, например, понятие «масса те¬
ла» осталось, по существу, не определено,
что ни слова не сказано о понятии «дли¬
на». Все равно каждому, не только физи¬
ку, но любому смертному ясно, что это та¬
кое.
Он небрежно формулирует понятие «си¬
ла», как будто не замечая, что просто не¬
сколько другими словами перефразирует
свой первый закон: «Приложенная сила
есть действующее на тело стремление из-

менить его состояние, состояние покоя или
равномерного прямолинейного движения».
У него просто нет времени заниматься
деталями. Ему нужно создавать механику,
решать конкретные проблемы.
Невольно складывается впечатление, что
он стремится как можно скорее отделаться
от докучливой работы по определению ос¬
новных физических величин и перейти к де¬
лу. А систему аксиом механики пусть до¬
полняют потомки.
В одном он уверен: его законы дают воз¬
можность изучать и описывать все движе¬
ния, известные человечеству, а для этой
цели они сформулированы достаточно ясно.
Можно высказывать различные мнения
по поводу строгости обоснования механики.
Можно считать, как думали до конца
XIX века, что систематика Ньютона — луч¬
шее из того, что может дать человечество.
Можно, как мы убедимся далее, подверг¬
нуть ее жестокой критике.
Но одно несомненно. Более двухсот лет
ни один опыт, проделанный физиками, не
давал повода сомневаться в законах Нью¬
тона. И что бы ни говорилось в дальней¬
шем, ни на минуту не следует забывать,
что «вначале была механика, и Ньютон —
творец ее».
Прежде чем начать рассказ «без гнева
и пристрастия», нужно сделать честное
предупреждение.
Последующие страницы с идейной сторо¬
ны, пожалуй, самый сложный раздел на¬
шей беседы. Они могут показаться и уто¬
мительными и скучными. Но, к сожалению,
чтобы понимать дальнейшее и главное,
чтобы понять идеи Эйнштейна, их необхо¬
димо прочесть.
Сначала взглянем на сами законы —
аксиомы механики Ньютона.
1.	Всякое тело сохраняет состояние по-
Здесь автор вы¬
сказал свое соб¬
ственное мнение,
и потому к этому
отрывку следует
отнестись с сугу¬
бой осторожно¬
стью.
47

Намечается про¬
грамма» выполне¬
ние которой зай¬
мет три главы.
коя или равномерного прямолинейного дви¬
жения, пока и поскольку оно не принуж¬
дается приложенными силами изменить это
состояние.
2.	Изменение количества движения про¬
порционально приложенной движущей си¬
ле и происходит по направлению той пря¬
мой, по которой эта сила действует.
3.	Действие всегда равно противодей¬
ствию, или иначе — действия двух тел друг
на друга равны и противоположно напра¬
влены.
Так их сформулировал Ньютон, такими
мы узнаем их в школе. Впрочем, пока не
определены основные физические понятия,
использованные в них, законы механики
так же содержательны и ясны, как, ска¬
жем, загадочные письмена индейцев пле¬
мени майя.
Было бы наивно думать, что Ньютон не
сознавал этого. Системе аксиом (своим за¬
конам) он предпосылает систему определе¬
ний основных понятий. Но... уже упомина¬
лось— систематика Ньютона неудачна.
В ней кое-что лишнее, кое-чего недостает,
а есть и неправильные или бессодержатель¬
ные утверждения. К сожалению, впереди
так много работы, что взгляды самого Нью¬
тона мы рассмотрим только попутно, не
останавливаясь на их детальном разборе.
Итак, какие основные понятия, исполь¬
зуемые в аксиомах механики, подлежат
определению и анализу?
Прежде всего понятия длины и времени.
Далее — понятие движения. Затем — по¬
нятие силы. И, наконец, понятие массы.
Кроме того, будет дано определение ско¬
рости и ускорения. А после этого мы про¬
анализируем законы механики и попытаем¬
ся возможно более четко определить их фи¬
зическое содержание. Такова программа.
Но прежде чем перейти к ее выполне-
48

нию, необходимо сделать последнее заме¬
чание. Наша задача — не давать идеальные
и общие определения, отнюдь нет! Мы про¬
сто стремимся понять физический смысл
принципов Ньютона и по возможности яс¬
но представлять себе, какое физическое
содержание скрыто за теми символами и
понятиями, которые мы используем.
Начнем с длины (расстояния).
Вопрос «Что такое длина?» Ньютон об¬
ходит молчанием. И напрасно. Этот вопрос
продиктован не праздными выдумками хи¬
троумного схоласта. Это вполне реальная
физическая задача. Причем мы рассмот¬
рим проблему чисто утилитарно. Мы хотим
знать, как на практике определять расстоя¬
ние между двумя точками, или длину
физического тела.
Первая «неожи¬
данность» — опре¬
деление длины.
К счастью, вопрос об определении дли¬
ны столь же касается геометров, как
и физиков, и потому строгое математиче¬
ское определение существует. (Математики
не терпят никакой неопределенности.)
Определение. Длиной отрезка назы¬
вается число, которое сопоставляется
с каждым отрезком посредством процесса
измерения.
49

Рецепт же для процесса измерения таков.
Чтобы измерить отрезок АВ нужно:
1)	выбрать масштабный отрезок, обозна¬
чим его М (скажем, метр);
2)	разбить этот отрезок на п равных ме¬
жду собой отрезков (допустим, 10 деци¬
метров) — обозначим их ~ *);
А*	в
Это определение
длины (или рас¬
стояния) остается
и в специальной
теории относитель¬
ности.
3)	откладывать отрезки АС1=С1С2 = ...=
М
Сш—1 Ст === ~ *	от точки А на отрезке АВ,
пока это возможно. Обозначим номер по¬
следнего т (например, 18);
4)	увеличивать неограниченно число п
(разбивать масштабный метр на сантимет¬
ры, миллиметры и т. д.), находя каждый
раз соответствующее число ш (может быть,
183 см, 1 834 мм...)
Предел, к которому стремится отношение
ш / 18,	183.	1 834	\
п\ю’ 100 1 000 /
* Равными называются отрезки, которые мож¬
но совместить между собой путем процесса движе¬
ния. Свойства движения, в свою очередь, опреде¬
ляются аксиомами геометрии. Возможность деле¬
ния любого отрезка на два, а следовательно, и на
любое число вида 2п равных отрезков доказывает¬
ся при помощи других аксиом геометрии.
50

и называется длиной отрезка АВ, измерен¬
ного с помощью масштабного отрезка М *.
Приведенное определение — типичный
пример дедуктивной системы изложения —
основного метода построения математики.
Некоторым оно может показаться скучным
и длинным, но другие, возможно, увидят
в нем строгую и великолепную красоту ма¬
тематического мышления.
Попросту говоря, определение длины со¬
стоит в следующем.
Дайте нам масштабный отрезок, длина
которого, по определению, равна единице.
Откладывая его на измеряемом отрезке,
мы увидим, сколько раз он уложился. Это
число и есть длина измеряемого отрезка.
Чтобы точно найти, сколько раз уложился
масштабный отрезок на измеряемом, надо
уметь откладывать и дробные доли мас¬
штаба, а значит, уметь делить масштабный
отрезок на сколь угодно малые равные ча¬
сти. Вот и все.
Так решают вопрос математики. Но для
физика и этого строгого определения недо¬
статочно. И вот почему.
Дайте нам масштабный отрезок, говорите
вы, мы его отложим вдоль измеряемого
отрезка и скажем,, чему равна длина. Ну,
а если из-за физических условий задачи
нельзя приложить масштаб? Скажем, тре¬
буется, не выезжая из Москвы, определить
расстояние от Шаболовской башни до во¬
Довольно сущест¬
венное добавле¬
ние. Математиче¬
ское определение
переводится на
обыденный, житей¬
ский язык.
* Для длины, определенной таким образом,
можно доказать следующие важные теоремы:
Теорема 1. Длина всякого отрезка существу¬
ет и определяется единственным образом для
данного выбора масштабного отрезка.
Теор ема 2. Длины равных отрезков равны.
Теорема 3. Если отрезок АС есть сумма отрез¬
ков АВ и ВС, то его длина равна сумме длин
этих отрезков.
Теорема 4. Длина масштабного отрезка равна
единице.
51

докачки в Люберцах. Или, находясь у по¬
лотна железной дороги, не сходя с места,
измерить длину проезжающего поезда.
Ведь к нему масштаба не приложить. Он
попросту уедет.
Далее, в процессе определения длины не¬
зримо присутствует понятие «движение».
Если обратиться к геометрии, то мы будем
приятно поражены, узнав, что математики
считают движение понятием первичным и
никак его не определяют. Физиков же это
не очень устраивает.
И, наконец, последнее. Математикам хо¬
рошо. Они оперируют с идеальными геомет¬
рическими отрезками. Их масштабный от¬
резок М не расширится при нагревании,
не сократится под давлением — он облада¬
ет только геометрическими, а не физиче¬
скими свойствами.
Если же мы хотим иметь строгое опре¬
деление длины, пригодное для физиков,
необходимо учитывать реальные свойства
масштабного отрезка, а значит, сформули¬
ровать какие-то добавочные постулаты,
описывающие эти свойства.
После только что сказанного может сло¬
житься впечатление, что попытка четко оп¬
ределить длину и процесс ее измерения
в достаточной степени безнадежна.
52

Впрочем, в науке, как и в жизни, можно
примириться с любыми тяготами избранно¬
го пути, если знать, к чему мы стремимся,
видеть перспективу. А пока вообще не
очевидно, следует ли физикам заниматься
такими вопросами, как скрупулезный ана¬
лиз понятий длины, времени и т. п. Или
же решение подобных проблем, говоря
грубо, — досужая, никому не нужная бол¬
товня?
«Может быть, оставим, господа, все эти
вопросы математикам. Им и карты в руки.
Пусть они дают строгие определения.
А мы и без определений знаем, что
такое длина. Это, изволите видеть, по¬
нятно каждому. И длину движущего¬
ся поезда без всяких рецептов и
прикладывания масштабов прекрасно из¬
мерим. Отметим, знаете ли, просто точку на
полотне и одновременно точку, против ко¬
торой начало паровоза имелось. И все. По¬
том можете прикладывать к поезду ваш
масштаб — сойдется. И вообще, господа,
сводить все к прикладыванию масштаба,
извините, — глупость! Извольте вашим спо¬
собом измерить расстояние между верши¬
нами двух гор. Не выйдет-с! Без триангу¬
ляции не обойдетесь. А в триангуляции, из¬
волите видеть, измерение углов присутству¬
ет, в определение ваше не входящее.
Жили мы, милостивые государи, без этих
определений, слава те господи, почитай
с Ньютона, и ничего, неплохо жили-с. Из¬
меряем и расстояние до звезд и длину мик¬
роорганизмов. И все без прикладывания.
Конечно, не отрицаю, нечто разумное
в определении сем присутствует. К приме-
ру-с, масштабный отрезок. Эталон длины
иметь нужно, согласны? Но об эталоне дли¬
ны, позвольте сказать, мы не менее вашего
наслышаны. Без малого сто лет за семью
замками храним. В подвалах-с.
Некие сомнения.
Попутно автор
проявляет юмор.
53

А в целом все это не то. Натуру изучай¬
те. Феномены-с. А основ механики не ка¬
сайтесь. Здесь не вам чета люди трудились.
Ньютон-с, к вашему сведению!»
Можно представить, что примерно такую
отповедь пришлось бы нам выслушать от
какого-либо ординарного профессора фи¬
зики середины XIX века.
И с горечью приходится признать, что
пока нечего возразить. Опыт, весь опыт
классической физики свидетельствует про¬
тив нас. Действительно, ведь обходились
раньше без определений.
Тем не менее в данном случае физики ос¬
новательно просчитались. Лишь Эйнштейн
показал, что до теории относительности
они, по существу, не знали, с какими пред¬
ставлениями о природе мира, о природе
времени и пространства связана их наука.
Сейчас всем ясно, что такие понятия, как
время или длина, нуждаются в совершенно
четком определении, что в физике нет и не
может быть места для самоочевидных ут¬
верждений.
Однако необходим был Эйнштейн, что¬
бы эти замечания, столь убедительные,
когда их высказывают в общей форме, на
деле стали достоянием ученых.
Физик XIX столетия не интересовался ос¬
новами основ своей науки в первую очередь
потому, что был убежден в невозможности
появления каких-либо принципиально но¬
вых теорий.
Можно повторить, что в аналогичном
случае математики оказались принципи¬
альнее. Примерно два тысячелетия геомет¬
ры мучились над доказательством пятого
постулата Эвклида (постулата параллель¬
ности), руководясь при этом, пожалуй,
только чисто эстетическими соображения¬
ми. Постулат о параллельных прямых вы¬
делялся среди остальных аксиом геометрии

своей сравнительной неочевидностью и обо¬
собленностью. Именно это очень не нрави¬
лось математикам. Никакой другой причи¬
ны для объяснения настойчивых попыток
доказать пятый постулат не видно.
И азторы неэвклидовой геометрии (Ло¬
бачевский, Бояи, Гаусс) пришли к своим
представлениям не потому, что геометрия
Эвклида не соблюдалась на практике, а
на основе чисто умозрительных построе¬
ний.
Но если математики могли чисто логиче¬
ски прийти к идее, что возможны различ¬
ные системы аксиом, что пространство
может описываться различными геометрия¬
ми, то физикам такой путь не был досту¬
пен. Во-первых, основы физики (ее аксио¬
мы) тогда, по существу, не были разра¬
ботаны. А во-вторых, сам характер
исследовательской работы воспитывал пре¬
дубеждение против скрупулезных логиче¬
ских, излишне абстрактных рассуждений.
И только гений Эйнштейна помог физикам
синтезировать оба метода.
Поэтому, зная, что детальный анализ ос¬
новных положений классической физики
необходим для понимания теории относи¬
тельности, мы можем спокойно продол¬
жать.
Посмотрим, как еще следует дополнить
математическое определение длины. Мы
оперировали с масштабными отрезками и
с реальными физическими свойствами. Но
эти свойства изменяются в зависимости от
температуры, давления и прочих условий.
И может оказаться, что эти свойства всегда
изменяются даже в результате движения.
Ну, скажем, так. У вас есть два стальных
стер5кня — один в Москве, другой в Ленин¬
граде. Если вы привезете ленинградский
стержень в Москву и сравните с москов¬
ским, они окажутся равны (то есть совпа-
Очень непривыч¬
ные и потому
очень трудные
рассуждения.
55

Постулат, который
по крайней мере
иллюстрирует, на¬
сколько хитро
строгое аксиома¬
тическое опреде¬
ление длины.
дут). А если заставить ленинградский стер¬
жень проделать более длинный путь, он мо¬
жет оказаться короче. Это предположение
звучит дико, но оно не исключено.
А, возможно, решает не расстояние,
а время, которое стержень находится в пу¬
ти. То есть чем дольше он будет в движе¬
нии, тем короче (или длиннее) станет.
Тоже звучит дико. Не правда ли? Но ес¬
ли подумать, то придется признать, что эти
предположения кажутся нам нелепыми
единственно потому, что мы бессознательно,
интуитивно привлекаем наш опыт. А опыт
говорит, что ничего подобного не проис¬
ходит.
Еще раз подчеркнем. Подобные вопросы
нельзя отбрасывать на основании общих
рассуждений, их можно разрешать только
путем анализа опытных данных.
А всю совокупность фактов, накопленных
физикой, можно выразить таким постула¬
том.
Пост у лат М 1. Всегда можно прове¬
сти движение реального физического стерж¬
ня относительно масштабного отрезка по
любому, наперед заданному пути таким
образом, что по окончании движения его
длина останется такой же, как и до начала
движения, при этом, конечно, предпола¬
гается, что прочие физические условия (на¬
пример, температура) оставались неизмен¬
ными в процессах движения.
Формулируя этот постулат, мы снова не
стремились к безупречной строгости. Мы
просто пытались, пусть грубо и неполно,
отметить опытный факт: «Если в Москве
имелось два равных стержня, то один из
них можно провезти по всему свету так ос¬
торожно, что, вернувшись в Москву, мы
найдем после окончания движения, что
стержни остались равными».
Используя определение длины и этот по¬
56

стулат, можно утверждать, что если стер¬
жень А тождественно равен стержню В, а
стержень В — стержню С, то А=С; то
есть можно сравнивать длины тел, пребы¬
вающих в покое относительно друг друга,
но удаленных один от другого на большое
расстояние. Это, впрочем, уже тонкости.
Пожалуй, стоит отметить вот какую сто¬
рону вопроса. Несколько раньше мы уже
сетовали, что в отличие от математиков фи¬
зики имеют дело с реальными объектами и
должны помнить о реальных физических
свойствах. Так вот, постулат, по существу,
утверждает, что длина физического стерж¬
ня, участвующего по крайней мере в неко¬
торых видах движения, остается постоян¬
ной (и в этом он ничем не отличается от
масштабного отрезка), то есть после окон¬
чания движения он остается таким же, как
и до начала.
Значит, имея определение длины, допол¬
ненное постулатом № 1, можно совершен¬
но точно измерять и сравнивать длины не¬
подвижных относительно друг друга пред¬
метов *.
* Впрочем, если рассуждать совсем строго,
в определении длины осталось еще очень много
пробелов. Отметим только один, и весьма сущест¬
венный.
Вы, возможно, заметили, что в процессе опре¬
деления длины вкралось понятие движения. Без
движения нельзя определить, равны ли между
собой два отрезка. Нельзя и отложить масштаб.
Геометры берут движение за основное понятие
и определяют его свойства, вводя несколько акси¬
ом (группу аксиом движения). Но это слишком
сложно. И вообще их «математическое» движение
есть какое-то «малопонятное» преобразование
математического пространства самого в себя. А мы
имеем дело с обыкновенным физическим движени¬
ем реальных физических тел, и хотелось бы опре¬
делить его попроще, пусть даже не идеально
строго.
Но эту задачу не так просто решить. Если дли¬
на определяется при помощи движения, то, чтобы
57

Но пока мы не владеем никаким другим
методом определения длины, кроме прикла¬
дывания к измеряемому предмету масшта¬
ба, и не знаем по-прежнему, как опреде¬
лять длину предмета, который двигается
относительно масштабного стержня.
С первой трудностью можно разделаться
сразу.
Обобщение рецеп- Чтобы измерить длину предмета, непо-
та измерения. На ДВИЖНОГО ОТНОСИТеЛЬНО Эталона ДЛИНЫ, МЫ
помощь приходит	*
геометрия.	можем воспользоваться любым методом
определения длины, разрешенным геомет¬
рией, например, методом триангуляции, без
которого были бы совершенно немыслимы
точные геодезические измерения. Идея три¬
ангуляции очень проста и, конечно, многим
знакома.
/6
Допустим, нужно измерить отрезок АВ.
Тогда под' произвольным углом к АВ
определение ее было безупречным, следует
движение определять, не используя понятия длины.
Не могу утверждать уверенно, но создается впе¬
чатление, что понятие движения невозможно строго
определить, не используя понятия длины.
Действительно: «Движением данного тела отно¬
сительно каких-либо других тел называется изме¬
нение его положения относительно этих тел».
Другого определения не видно.
Точный же анализ слов «изменение положения»
нельзя проделать, не владея понятием длины. Но
поскольку при определении длины используется
понятие движения, а при определении понятия дви¬
жения понятие длины — налицо порочный круг.
Математик не допустил бы подобной ошибки.
Но мы не будем обращать внимание на такие
тонкости. Хотя, конечно, при этом остается чувство
известной неудовлетворенности.
58

строим отрезок АС—базу, — длину которого
точно определяем, откладывая масштаб.
После этого измеряем угол А и угол С.
Узнав их, мы однозначно определим АВС
и, использовав формулы тригонометрии,
можем вычислить длину АВ.
Таким путем, имея базу АС, скажем,
зная расстояние между двумя кремлев¬
скими башнями, можно совершенно точно
определить расстояние до шпиля Универ¬
ситета (АВ), не занимаясь утомительным,
а часто и невозможным откладыванием
масштаба. Полезно помнить, между про¬
чим, что геодезические измерения вообще
немыслимы без применения триангуляции.
Но для нас интересно другое. Для изме¬
рения длины АВ использовался физический
процесс, совершенно отличный от процесса
измерения длины, данного в определении.
Мы не откладывали вдоль АВ масштаб, а
привлекли измерение углов. Можно ли бы¬
ло утверждать заранее, что длина АВ, по¬
лученная методом триангуляции, совпадает
с длиной АВ, измеренной откладыванием
масштаба? Не есть ли «триангуляционная
длина» АВ нечто отличное от «нормаль¬
ной длины? Ведь мы использовали два со¬
вершенно различных рецепта измерения.
Заранее, конечно, мы не могли ожидать та¬
кого совпадения.
Однако вспомнив, что теоремы геометрии
доказывают равенство результатов измере¬
ния длины путем триангуляции и отклады¬
ванием масштаба, а также зная, что в ок¬
ружающем мире соблюдается наша гео¬
метрия *, мы заключаем, что «нормальная»
и «триангуляционная» длины совпадают.
* То есть та геометрия, формулы которой мы
используем при расчете. Тригонометрические фор¬
мулы ведь различны, например, в геометрии Эвкли¬
да и в геометрии Лобачевского.

Конечно, во всех
практических за¬
дачах считают, что
мир описывается
геометрией Эвкли¬
да.
Описывает ли наша геометрия окружаю¬
щий мир или нет — решает опыт. Если, ис¬
пользуя в расчетах геометрию Эвклида, мы
получили бы при триангуляции другие ре¬
зультаты, чем при откладывании масштаба
вдоль прямой АВ, то должны были бы за¬
ключить, что в мире осуществляется какая-
то другая, неэвклидова геометрия.
Все, что сказано о методе триангуляции,
конечно, относится и к любому другому
процессу определения длины, опирающе¬
муся на геометрию.
Итак, зная геометрию мира (и сведя
к ней вопрос об измерении длины), мы сра¬
зу овладеваем бесчисленным числом ре¬
цептов измерения длины, ибо геометриче¬
ские теоремы доказывают, что все они тож¬
дественны основному рецепту — «отклады¬
ванию масштаба».
Приведем теперь краткое резюме. Вот
что сделано.
Дано определение понятия длины, заим¬
ствованное у математиков. Из определения
вытекает, что для измерения длины необ¬
ходимо иметь выбранный по соглашению
вполне реальный эталон длины — масштаб¬
ный стержень.
Введен постулат, который мог показать¬
ся весьма туманным. Но он был необходим,
чтобы в вопросах измерения длины непо¬
движных относительно измерителя тел пол¬
ностью опираться на геометрию.
Вскользь отмечено, что только опыт по¬
казывает, какая геометрия описывает наш
мир.
Было установлено, что все рецепты изме¬
рения длины неподвижных тел сводятся
благодаря геометрии к основному рецеп¬
ту— откладыванию масштаба.
И в результате... не получено как будто
ничего нового.
Мало того, предложенный рецепт изме-
60

рения не подходит для измерения длины
тел, движущихся относительно наблюдате¬
ля. Довольно точно, хотя несколько вуль¬
гарно, это можно пояснить так: «К движу¬
щемуся предмету масштаб не приложить:
измеряемый предмет просто-напросто
уедет».
Казалось бы, возможно использовать
многочисленные косвенные способы изме¬
рения, подобные, например, триангуляции.
Однако если детально проанализировать
все мысленные возможности, окажется, что
все способы определения длины движуще¬
гося тела в конечном итоге сводятся к сле¬
дующему рецепту — определению.
Чтобы измерить длину стержня, дви¬
гающегося относительно наблюдателя, не¬
обходимо одновременно зафиксиро¬
вать начальную и конечную точки измеряе¬
мого стержня на предмете, неподвижном
относительно наблюдателя.
После этого откладыванием масштаба
измерить расстояние, которое получилось
на нашем «неподвижном предмете». Эта
длина и есть длина движущегося стержня.
Если выражаться не так учено, то все
сводится к следующему.
Вы стоите, скажем, на платформе желез¬
нодорожной станции, снабженные всеми
мыслимыми измерительными приборами.
Мимо вас едет поезд, длину которого необ¬
ходимо измерить. Тогда вы:
а)	отмечаете на платформе две точки,
против которых одновременно находились
конец и начало поезда;
б)	затем измеряете расстояние между
этими точками и говорите, что это и есть
длина поезда.
Именно такое определение длины движу¬
щихся тел бессознательно принималось
в классической физике.
Возможно, многие не убеждены в том,
Важнейшее опре¬
деление. Длина
движущихся тел,
К этому месту
стоит вернуться
тем читателям,
которые доберутся
до главы XII.
61

что все применяемые физиками способы
измерения длины движущихся относитель¬
но наблюдателя тел сводятся только к од¬
новременному фиксированию начальной и
конечной точек. Но это утверждение при¬
дется принять на веру. А сейчас важно от¬
метить другое.
Если поверить, что действительно с прин¬
ципиальной точки зрения нет другого ре¬
цепта измерения длины движущихся отно¬
сительно наблюдателя тел, кроме указан¬
ного, то:
во-первых, необходимо определить,, что
такое одновременность событий и как во¬
обще измеряют время;
во-вторых, где уверенность, что новый
рецепт измерения даст тот же результат,
что и старый — откладывание масштаба?
Но прежде чем отвечать на эти вопросы,
подчеркнем одно важное обстоятельство,
с непониманием которого очень часто свя¬
зано непринятие теории Эйнштейна.
Так как старое определение длины (от¬
кладывание масштаба) не годится для дви¬
жущихся тел, мы вынуждены были заново
определять, что такое «длина стержня,
движущегося относительно масштабного
отрезка», вводя тем самым новое физиче¬
ское понятие.
Это понятие определяется новым процес¬
сом измерения. И очень важно уяснить, что
мы не можем, не имеем права считать, что
длина движущегося тела обязательно сов¬
падет с длиной неподвижного тела, кото¬
рую мы уже определили ранее. И только
опыт скажет, будут ли эти длины совпадать
или нет *.
* Забегая вперед, заметим: до Эйнштейна счи¬
тали самоочевидным, что длина — понятие абсо¬
лютное (априорное), хотя основанием к этому
была лишь бессознательная апелляция к опыту.
После Эйнштейна стало ясно, что длина тела —
62

Но определение длины движущихся тел
таково, что никакими логическими довода¬
ми не докажешь:	«Длина движущегося
тела — то же самое, что длина неподвиж¬
ного тела». По существу, это два различ¬
ных физических понятия.
Конечно, в классической физике (физике
малых скоростей) длину движущихся тел
определяли (точнее, бессознательно опреде¬
лили) так, чтобы она совпадала с длиной
неподвижного тела. Опыты показывали, что
совпадение было. Но когда добрались до
скоростей, близких к световой, те же опыты
показали уже другое. Оказалось, что на са¬
мом деле совпадения нет. Это было очень
непривычно, но и не более...
Чтобы разобраться в понятии «длина
движущегося тела», необходимо выяснить:
1.	Что такое время?
2.	Что такое одновременность?
Но перед этим полезно уделить немного ^
Эталоны. Их зна-
внимания эталонам.	чение и чуть-чуть
Вероятно, все слышали, что в каждом истории.
солидном государстве существует Палата
мер и весов, где исключительно бережно
хранятся эталоны длины, веса, времени и
всех прочих физических величин.
Но, возможно, далеко не все задавались
вопросом: имеют ли эти палаты какой-ли¬
бо практический смысл, или они просто яв¬
ляют собой торжество чистой науки?
Любопытно, что иногда по этому поводу
понятие относительное. Длина одного и того же
отрезка оказывается различной в зависимости от
того, из какой системы отсчета мы проводим его
измерения. В этом снова убеждает опыт. В клас¬
сической физике длину считали абсолютной величи¬
ной просто потому, что при скоростях, много мень¬
ших скорости света, длина движущегося относитель¬
но масштаба тела почти точно совпадает с длиной
этого же тела, когда оно неподвижно относительно
масштаба. И заметить такое отклонение было совер¬
шенно невозможно.
63

Опять
можно услышать, что точные часы в Пала¬
те мер и весов, безусловно, необходимы,
а вот эталон метра спокойно можно выки¬
нуть. Все равно никто его не использует.
Подобные замечания прекрасно иллю¬
стрируют, как мы склонны, сознательно
или несознательно, обобщать свой личный
опыт, создавать правила, используя при¬
вычные, обыденные факты (в данном слу¬
чае ежедневную проверку своих часов по
сигналам точного времени).
Однако поскольку довольно ясно, как
практически важны эталоны длины (так
же, конечно, как и эталоны других физи¬
ческих величин), вряд ли стоит тратить
время на опровержение подобных взглядов.
Наш современный эталон длины —
метр—и, соответственно, вся метрическая
система измерения введены в годы Великой
Французской революции. Метр был опреде¬
лен несколько необычно — как «одна соро¬
камиллионная (	!	^ часть земного
\40 000 000/
меридиана». Иными словами, за основной
реальный объект, который предъявляет фи¬
зик при измерении длины, был взят доволь¬
но неудобный предмет — Земля.
С таким странным выбором эталона свя¬
зана любопытная история.
Председателю комиссии по введению
метрической системы и автору этой систе¬
мы замечательному французскому матема¬
тику Лапласу для своих работ необходимо
было точно измерить земной меридиан. Но
в те годы Франция вела непрестанные тя¬
желые войны, и никто, конечно, не дал бы
ему средств на организацию экспедиции,
посвященной столь абстрактной проблеме.
Иное дело — решение такой практически
важной задачи, как введение новой удоб¬
ной и простой системы мер. До введения
метрической системы во Франции, да и во
64

всем мире, с измерениями царила жуткая
неразбериха: чуть ли не в каждой провин¬
ции была своя система, причем все они
были исключительно неудобны.
Лаплас (который, кстати, был недурным
политиком, хотя мягко говоря, не очень
щепетильным и принципиальным государ¬
ственным деятелем) запросто убедил всех,
что измерение земного меридиана необхо¬
димо для введения новой системы мер.
Меридиан (точнее, дуга меридиана) был
измерен. Наука получила очень важные
данные, а человечество — очень удобную
систему мер, быстро распространившуюся
по всей Европе, исключая Британскую им¬
перию.
Англичане, как известно, весьма уважа¬
ют традиции и старину и остались верны
футам, дюймам и ярдам (хотя Кельвин
как-то ехидно заметил, что английская си¬
стема мер была бы самой нелепой в мире,
если бы не существовало английской де¬
нежной системы).
После измерения меридиана был изготов¬
лен металлический стержень — метр. Он и
есть наш масштабный стержень — эталон.
Представители многих стран договори¬
лись расстояние между штрихами на этом
стержне считать единицей длины. Все ли¬
нейки, все шкалы измерительных приборов
в конечном итоге скопированы с этого
метра.
Дальнейшие более точные измерения по¬
казали, что архивный метр только прибли¬
зительно равен одной сорокамиллионной
доле земного меридиана, но эталон из-за
этого менять не стали. С парижского метра
сняли точнейшие копии и разослали их
во все государства. У нас, в Советском
Союзе, за государственный эталон принята
копия № 28 — стержень, изготовленный из
платино-иридиевого сплава.
Различные сведе¬
ния об эталонах
длины. Рассужде.
ния.
65

Непосредственно с этой копии градуиру¬
ют шкалы наиболее точных измерительных
приборов. С их шкал, в свою очередь, ко¬
пируют шкалы менее точных и так далее,
до школьной сосновой линейки, находящей¬
ся, пожалуй, на низшей ступеньке феодаль¬
ной лестницы, на вершине которой царит
парижский метр.
В общем вспоминается та незримая нить,
которая, по авторитетному свидетельству
горьковского жандарма, связывала госуда¬
ря императора с каждым дворником Рос¬
сийской империи.
А что будет, если парижский метр погиб¬
нет или, еще проще, изменит свои свой¬
ства?
Поскольку есть его точнейшие копий, ре¬
ально — ничего страшного: «небольшой
дворцовый переворот».
За эталон длины по международному со¬
глашению примут, например, лондонский
или московский метр. И так как новый эта¬
лон с высочайшей степенью точности сов¬
падает с парижским метром, то перемена
правления (эталона) не затронет «народ»—
измерительные приборы. Все останется по-
прежнему. В самом крайнем случае, если
испортились и эталон и все его точные ко¬
пии, можно будет восстановить эталон дли¬
ны, опять измерив меридиан Земли. Впро¬
чем, подобные предположения относятся
к той фантастике, которая допустима толь¬
ко в детективно-фантастических романах.
Но если бы (что сравнительно реально)
московский метр слегка удлинился от по¬
вышения температуры, в Советском Союзе
была бы порядочная неразбериха и путани¬
ца, пока не установили бы, что копия ис¬
портилась. Поэтому эталоны длины хра¬
нят в глубоких подвалах, где все время
поддерживается постоянная температура,
исключены малейшие сотрясения и т. д.

(Кстати, поэтому же эталоны готовят из
сплавов с минимальным коэффициентом
теплового расширения.) Короче, эталоны
хранят в таких условиях, чтобы быть уве¬
ренными в неизменности их свойств.
Кажется, в Париже помещение, где нахо¬
дятся эталоны физических величин, заперто
на три замка. Ключи от этих замков хра¬
нят три руководящих сотрудника Палаты,
не передавая их никому другому. Чтобы
проникнуть в хранилище, необходимо их од¬
новременное согласие и присутствие. Пожа¬
луй, это один из немногих случаев, когда
можно приветствовать бюрократические
методы.
Естественно, все, что сказано об эталоне
длины, относится и к эталонам любой фи¬
зической величины. Суть одна. Физики бе¬
рут какой-то реальный предмет (или реаль¬
ный физический процесс), свойства которо¬
го сохраняются неизменными, и говорят:
«Вот единица длины (или единица массы,
электрического сопротивления, времени и
т. д.). Мы так условились, и теперь изволь¬
те все измерения производить нашей едини¬
цей». Понятно, что если свойства эталона
не стабильны, то с измерениями произойдет
такая путаница, что измерителя выгонят
вон вместе с эталоном.
Об эталоне длины можно рассуждать
еще весьма долго. Мы, например, совер¬
шенно умолчали, что в наши дни в качест¬
ве эталона длины следует выбрать длину
волны какой-либо линии испускания или
поглощения в спектре атома *. Такой эталон
* Кстати, в октябре 1960 года на Международной
конференции мер и весов было принято новое опре¬
деление эталона длины.
За эталон принята длина световой волны оран¬
жевой линии спектра изотопа криптона-86. Та¬
ких волн в метре укладывается 1 650 763.

На число 39 681
следует обратить
внимание, как на
пример бессмыс¬
ленного стремле¬
ния к точности.
хорош, поскольку весь опыт физиков пока¬
зывает, что его свойства остаются неиз¬
менными.
Например, длина волны желтой линии
натрия (желтого дублета натрия) неизмен¬
на для всех атомов натрия на Земле. Глав¬
ное достоинство такого эталона в том, что
он всегда под руками. Впрочем, есть и су¬
щественный недостаток — эталон очень мал
(порядка микрона — 10-4 см).
У нас нет возможности рассказывать обо
всем этом более подробно. Но стоит упомя¬
нуть об истории системы мер.
Представьте, что историк прочел в древ¬
негреческой книге: «Высота Александрий¬
ского маяка была 0,8 стадия». Не надо чи¬
тать все предыдущее, чтобы понять, что
этим мало что сказано. Чему равен стадий?
Что это за единица длины?
Вы можете встретить и в других местах
упоминание о стадии, можете узнать,
сколько локтей (другая единица длины)
содержит стадий, но пока вам не предъявят
реальный предмет и не скажут: «Вот этот
меч имеет длину один локоть, а в стадии
360 локтей», — вы ровно ничего не узнаете.
Мало того, вы еще должны быть увере¬
ны, что эталон сохранился неизменным.
Но и этого недостаточно. Допустим,
в другой книге есть указание, что наимень¬
шая ширина Геллеспонта — 4 стадия. Гел¬
леспонт (Дарданеллы) существует и сей¬
час, и вряд ли изменилась ширина пролива.
Но кто знает, с какой точностью измерили
его греки? Этот пример перекликается с за¬
бавной историей определения длины зем¬
ного меридиана. С детских лет мы слышим,
что Эратосфен Киренский определил
окружность Земли с удивительной точно¬
стью. Он получил 39 681 километр. Однако
не очень ясно: как это стало известно?
Ведь у Эратосфена длина меридиана оп-
68

ределена в стадиях — 252 тысячи стадий.
Очевидно, как-то определили, чему равен
стадий. Изумительное по четкости сообще¬
ние можно найти в энциклопедическом сло¬
варе.
Стадий — древнегреческая мера длины:
174—230 метров!
Удивленный подобной точностью, я обра¬
тился к специалисту по древнегреческой
истории. Он перерыл довольно много книг,
прежде чем сообщил результаты. И увы!
Создалось впечатление, что о системе мер
у греков нам почти ничего не известно. Не¬
ясно, была ли вообще в эллинском мире
единая система мер. Имели ли греки эта¬
лон длины? Чему равен стадий? И, нако¬
нец, с какой точностью Эратосфен вычислил
земной меридиан? Правда, на египетских
гробницах высечены эталоны локтя, но ни¬
кто, кажется, не знает, был ли этот локоть
принят во всей Элладе. Вообще историки
как будто не слишком интересуются исто¬
рией системы мер, считая, что это частный
69

Здесь начинается
обсуждение поня¬
тия времени в фи¬
зике. Это важней¬
ший вопрос, но
многое для читате¬
ля, вероятно, ока¬
жется неожидан¬
ным, а потому и
сложным.
вопрос. А, между прочим, по качеству си¬
стемы мер можно очень много сказать
о развитии, например, торговых связей.
Широкая торговля, особенно денежная, не¬
мыслима без существования эталонов дли¬
ны и веса.
Любопытные сведения имеем мы об эта¬
лоне длины у арабов. Там эталоном счита¬
лась толщина волоса с морды осла. Вряд
ли имеет смысл объяснять, как нестабилен
эталон, целиком определяемый личными
качествами осла, которые, как показал мно¬
говековой опыт человечества, весьма раз¬
нообразны.
Еще более анекдотичен, с нашей точки
зрения, эталон древних монголов — днев¬
ной конский переход. Тут уж ни о какой
стабильности говорить не приходится, хотя
соратников Чингиз-хана подобное измере¬
ние расстояний, очевидно, вполне устраи¬
вало.
Интересно также отметить, как практика
диктует выбор эталона длины. Единица
длины обычно выбиралась соразмерно с че¬
ловеческим телом.
Ярд, как гласит предание, — это расстоя¬
ние от кончика носа короля Генриха II до
концов пальцев его вытянутой в сторону
руки. Фут выдает само название (ступ¬
ня). Локоть древних — тоже. Русская са¬
жень— расстояние между пальцами раски¬
нутых рук. И, наконец, хитроумный Лаплас
за единицу длины выбрал
**	К	40 000 000
земного меридиана просто потому, что
метр — длина того же порядка, что и рост
человека.
На этом с длиной закончим...
Пожалуй, до Эйнштейна почти никто не
задумывался над вопросом, что же такое
время? Практически физики удовлетворя¬
лись загадочным определением Ньютона.
70

Впрочем, надо заметить следующее.
Развернутую критику основных положе¬
ний механики Ньютона провел Эрнст Мах.
Это имя хорошо известно как имя автора
реакционной идеалистической философской
системы — махизма.
Что касается его философских взглядов,
а также физических выводов общего ха¬
рактера, сделанных им на основе своей фи¬
лософской системы (например, отрицание
существования атомов), тут, мягко говоря,
ничего хорошего не скажешь.
Но его критика Ньютона, безусловно,
в целом была прогрессивна, и Эйнштейн не
раз упоминал, что эти работы Маха оказа¬
ли на него большое влияние.
В работе Маха существенна негативная
часть — фиксирование ошибок или бессо¬
держательных положений Ньютона. Полной
ясности в основные положения механики
Мах, конечно, не внес. Его положительные
утверждения также во многом ошибочны
или бессодержательны. Но заслуга Маха
в том, что он первый пробил брешь в стене
слепого преклонения перед Ньютоном.
Вот что писал о времени Ньютон: «Абсо¬
лютное, истинное, математическое время
само по себе и по своей сущности без вся¬
кого отношения к чему-либо внешнему про¬
текает равномерно и иначе называется дли¬
тельностью».
«Относительное, кажущееся или обыден¬
ное время есть или точная, или изменчи¬
вая, постигаемая чувствами, внешняя, со¬
вершаемая при посредстве какого-либо
движения мера продолжительности, упот¬
ребляемая в обыденной жизни вместо ис¬
тинного математического времени, как-то:
час, день, месяц, год».
И еще очень интересное для нас замеча¬
ние:
Ньютон о време¬
ни. Абсолютное
время — образец
бессодержатель¬
ного определения.
71

Стоит еще раз на¬
помнить, что речь
идет о, так ска¬
зать, «физичес¬
ком», а не о фило¬
софском определе¬
нии времени.
«Дело в том, что естественные солнечные
сутки, которые мы обыкновенно как меры
времени считаем равными, в действитель¬
ности не равны».
Это определение абсолютного времени
великолепно иллюстрирует, как Ньютон-
философ противоречит Ньютону-физику.
Ньютон-физик признает только те физи¬
ческие понятия, которые можно реально
исследовать. Ньютон-философ навязывает
Ньютону-физику совершенно бессодержа¬
тельное понятие абсолютного времени,
причем само определение исключает воз¬
можность сказать что-либо об этом време¬
ни. Та же самая история повторяется при
определении понятия пространства.
Ньютон-физик в таких вопросах безмолв¬
ствует и утешается только тем, что эти по¬
нятия он, по существу, не использует при
решении конкретных задач. Впрочем, ино¬
гда физик позволяет себе скептические за¬
мечания, которые совсем не вяжутся со
взглядами философа, но философ быстро
призывает его к порядку.
Надо заметить, что ньютоновское абсо¬
лютное время введено крайне неудачно и
с философской точки зрения, поскольку, ес¬
ли верить Ньютону, время никак не связано
с материей.
Используя опыт определения понятия
длины, мы сравнительно просто распра¬
вимся и с временем. Будем действовать по
аналогии.
Прежде всего нам необходим эталон вре¬
мени, аналог масштабного стержня.
Чтобы иметь эталон времени, мы долж¬
ны взять какой-либо физический процесс
(например, вращение Земли вокруг своей
оси) и объявить: «Длительность этого про¬
цесса и есть единица времени».
Так мы создаем часы — эталон. Причем
эталон времени, так же как эталон длины,
72

обязан сохранять постоянными свои свой¬
ства, должен оставаться неизменным.
Иными словами, чтобы создать часы, мы
должны взять за основу такой физический
процесс, который можно тождественно по¬
вторить сколь угодно большое число раз.
И безразлично — повторяется ли этот про¬
цесс сам по себе, по своей природе (как
вращение Земли вокруг своей оси), или мы
искусственно можем создать условия по¬
вторяемости (часы с маятником).
Как видите, определение эталона време¬
ни очень сходно с определением эталона
длины.
Имея эталон времени, мы, естественно,
должны сформулировать рецепт измере¬
ния времени. И уж после этого можно об¬
легченно вздохнуть.
Но прежде чем давать рецепт, вспомним
замечание Ньютона:
«Естественные солнечные сутки *, кото¬
рые мы считаем равными, в действитель¬
ности не равны».
После сказанного выше эти слова не
очень понятны — ведь если за эталон вре¬
мени мы взяли солнечные сутки, то тем са¬
мым мы решили, что они равны между со¬
бой по определению.
Тогда бессмысленно как будто ставить
так вопрос: «Равны между собой сутки
в действительности или нет?»
Но не будем торопиться с выврдом. Уже
несколько раз упоминалось, что существен¬
нейшее требование, предъявляемое к эта¬
лону,— неизменность его свойств. И, пожа¬
луй, давно пора ответить на вопрос, кото¬
рый, вероятно, возник у многих.
Как установить, что свойства эталона
Начинается деталь¬
ный и кропотли¬
вый анализ, каза¬
лось бы, совершен¬
но ясного вопроса,
и, естественно, все
усложняется.
* Солнечные сутки — время между про¬
хождениями Солнца через верхнюю точку своего
видимого пути. Звездные сутки определяются ана¬
логично, но вместо Солнца берут любую звезду.
73

Ставится, вероятно,
неожиданный, но
существенный
вопрос.
(например, длина эталона длины) измени¬
лись или остались неизменными? И вообще
какой смысл вкладываем мы в эти слова?
Что значит «остались неизменными»? По
отношению к чему?
Ведь эталон сам определяет единицу из¬
мерения той или иной физической величи¬
ны, и ему мы обязаны верить в первую
очередь. Предъявив реальный предмет —
единицу измерения, мы тем самым кладем
конец всяким разговорам. Можно считать,
что парижский метр, по определению, оста¬
нется единицей длины, даже если он, на¬
пример, расширится от нагревания.
И такое решение будет совершенно ло¬
гично.
Однако часто построения, безукоризнен¬
ные с точки зрения логики, могут не иметь
ничего общего с реальным миром. Самые
яркие тому примеры дает математика.
Можно построить очень много логически
безупречных геометрий, но в реальном ми¬
ре осуществляется какая-то одна-единст-
венная.
Поэтому если эталон длины — метр —
вдруг перестанет совпадать со всеми сво¬
ими копиями, а между копиями по-преж¬
нему будет царить полное согласие, физик
скажет, что его эталон в действительности
испортился, и выберет новый.
Но заметить, что свойства эталона изме¬
нились, можно только одним путем — све¬
рить эталон по объектам, в неизменности
свойств которых нет оснований сомневать¬
ся. Если будет получен новый результат —
значит эталон изменился. Поясним при¬
мером.
Если представить себе десяток трехлет¬
них ребятишек, выбравших за неизменный
эталон длины рост одного из своих сверст¬
ников, то, с их точки зрения, может ока¬
заться, что рост любого члена компании
74

остается почти неизменным. Более того,
если выбранный ими «эталон» станет опе¬
режать остальных в росте, они будут горе¬
стно утверждать, что их рост уменьшается.
Но довольно скоро они заметят, что все
окружающие предметы: стулья, столы, ро¬
дители, комната, собаки — становятся как
бы меньше (точнее, не такими большими).
Тогда наиболее толковый заключит и, ве¬
роятно, быстро убедит остальных, что «на
самом деле» все они растут. Старый «эта¬
лон» будет свергнут, и они выберут новый:
например, за эталон возьмут отметку на
двери, сделанную отцом.
Причем расстояние от пола до этой от¬
метки они будут считать строго неизмен¬
ным, поскольку соотношение между этим
расстоянием и окружающими предметами
не будет нарушаться.
В принципе точно так же рассуждают и
ученые.
75

Под руками у физика сотни самых раз¬
нообразных предметов, соотношения между
которыми ему известны. Если говорить о
длине, то ученые располагают парижским
метром, десятками его копий и сотнями и
тысячами объектов, длина которых изме¬
рена эталоном. Например, длина земного
меридиана приблизительно равна 40 000 000
эталонов длины. И это соотношение изме¬
нится только в том случае, если изменит
свои свойства либо Земля, либо метр.
Пусть прямыми измерениями когда-то
были установлены соотношения между эта¬
лоном длины и самыми разнообразными
по своим свойствам объектами (длины
волн в спектре атомов, длина земного ме¬
ридиана, копии метра и т. д.).
Если эти соотношения между всеми объ¬
ектами остаются неизменными, можно ут¬
верждать, что длина каждого объекта не¬
изменна.
Действительно, все соотношения остают¬
ся неизменными, поэтому если длина и из¬
меняется, то совершенно идентично у всех
изучаемых предметов. А нет никаких осно¬
ваний думать, что есть какая-то скрытая
причина, которая совершенно единообразно
(пропорционально) изменяет длину самых
разнородных по своей природе объектов.
Уместно вспомнить слова Ньютона:
«Скрытым свойствам нет места в натураль¬
ной философии!»
Напротив, если нарушится соотношение
между одной из копий эталона со всеми
остальными, мы говорим, что данная копия
эталона изменила свои свойства.
В целях удобства один из таких объектов
объявляется «главным» эталоном, а ос¬
тальные— его копиями.
Но если нарушатся соотношения между
«главным» эталоном и его копиями, мы ска¬
жем, что его свойства изменились, и по-
76

ступим так же, как мальчишки, о которых
шел разговор, — за эталон длины выберем
какую-нибудь из копий.
Конечно, все только что сказанное отно¬
сится не только к длине, но и ко времени и
вообще ко всем основным физическим ве¬
личинам.
Итак, по существу, физик имеет не один
эталон длины, времени и т. п., а целое се¬
мейство эталонов. Причем замечательно,
что его члены должны иметь как можно
меньше физического родства. Пока в «се¬
мье» царит согласие, мы говорим, что свой¬
ства каждого члена остаются неизменными.
Если мы, исследуя новый физический объ¬
ект, замечаем, что соотношения между ним
и каждым членом семьи эталонов остаются
неизменными, эталоны принимают его
в свою фамилию.
Но как только один из «родственников»
нарушает согласие, его безжалостно выки¬
дывают на улицу.
Поэтому можно сказать: «Длина предме-
77

Разбирается некий
пример, принадле¬
жащий, очевидно,
какому-либо агнос¬
тику.
та изменилась в действительности, если из¬
менились соотношения между каким-либо
предметом и всем семейством эталонов
длины».
Точно так же, установив изменение соот¬
ношения между солнечными сутками и всем
семейством эталонов времени (звездными
сутками, периодами полураспада радиоак¬
тивных элементов, периодами колебаний
пьезокварцевой пластинки и т. д.), мы гово¬
рим, что в действительности изменяется
продолжительность солнечных суток.
Но в эти слова мы вкладываем совсем
другой смысл, чем Ньютон. Он говорил об
изменении продолжительности суток по от¬
ношению к некоему неведомому «абсолют¬
ному времени». Мы же говорим об измене¬
нии продолжительности суток по отноше¬
нию к семейству эталонов времени. Этот и
только этот смысл имеют слова «в действи¬
тельности».
Очень существенно отметить вот что.
Уточнив понятие эталона, введя понятие
семейства эталонов, мы уже не субъектив¬
но рассуждаем о неизменности свойств
эталона, а используем объективные свой¬
ства реального мира. Неизменность соотно¬
шений между эталонами — совершенно
реальный факт реального мира, и поэтому
утверждение, что свойства семейства ос¬
таются неизменными, совершенно объек¬
тивно.
Можно, однако, предложить неприятный,
хотя и достаточно странный вопрос.
Представьте себе, что жители туманности
Андромеды (если верить И. А. Ефремову,
они значительно опередили в своем разви¬
тии жителей нашей планеты), обладая зна¬
чительно более мощными, чем мы, телеско¬
пами, установили, что с их точки зрения
доступная нашему обозрению часть вселен¬
ной непрерывно пульсирует. Измеряя сво-
78

ими эталонами, они убедились, что все на¬
ши предметы и расстояния между предме¬
тами совершенно единообразно увеличива¬
ются и уменьшаются.
Допустим, «с их точки зрения», все ли¬
нейные размеры, и в том числе, конечно,
линейные размеры семейства эталонов дли¬
ны, абсолютно единообразно периодически
уменьшаются и возрастают в 100 раз.
Для жителей туманности Андромеды
этот факт будет таким же объективным и
реальным, как для нас утверждение, что
линейные размеры семейства эталонов дли¬
ны остаются неизменными.
Действительно, поскольку согласие внут¬
ри семейства эталонов не нарушилось, мы
не заметили бы, что все линейные размеры
периодически изменяются.
Что происходило бы «в действительно¬
сти»? Не с нашей точки зрения, не с точки
зрения гипотетических жителей этой самой
туманности Андромеды, а в реальном, объ¬
ективном мире, который, как известно, не
зависит ни от каких точек зрения?
Может быть, ответ мы получим, вспом¬
нив, что есть физические законы, связанные
с расстоянием и с другими физическими
свойствами. Эго, например, законы взаимо¬
действия частиц, закон всемирного тяготе¬
ния, закон Кулона, законы межмолекуляр¬
ных взаимодействий. Ведь поскольку,
с нашей точки зрения, все физические зако¬
ны и свойства остаются неизменными, жи¬
тели туманности Андромеды увидели бы,
как периодически меняется масса тел, за¬
кон всемирного тяготения, законы межатом¬
ных взаимодействий — словом, все физиче¬
ские свойства и законы нашей части
вселенной. Они говорили бы, что эта часть
вселенной — удивительный мир, законы ко¬
торого поразительно странны.
А мы были бы уверены, что все законы
79

природы остаются неизменными. Может ли
так случиться? Ну что ж, такое предполо¬
жение еще более странно, но чем черт не
шутит...
Возможно, ученые двух миров, встретив¬
шись между собой где-нибудь на нейтраль¬
ной почве — скажем, в районе туманности
Лиры, — увидели бы что-то совершенно
новое (допустим, пульсировали бы оба
мира).
Так что же все-таки происходило бы
в действительности в реальном, совершенно
не зависящем от любого из наблюдателей
едином мире?
А в мире, совершенно реально, совершен¬
но независимо от наблюдателей, проис¬
ходило бы вот что: изменялись бы вполне
определенным образом все физические соот¬
ношения между частями вселенной. И каж¬
дый из наблюдателей описывал бы эти из¬
менения, используя те понятия и законы,
которые он установил, изучая свою часть
вселенной.
Все наблюдатели опирались бы на вполне
объективные факты, на свои совершенно
объективные определения основных физи¬
ческих понятий. И каждый рассказал бы,
что происходит в действительности на своем
языке, потому что физические понятия и
физические законы — это наш язык для
описания реального мира.
Таким образом, в рассматриваемом со¬
вершенно невероятном случае были бы пра¬
вы и жители туманности Андромеды и
мы — жители Земли.
Почему мы склонны считать, что рассмот¬
ренный пример абсолютно фантастичен?
Только поэтому, и никаких других основа¬
ний нет, что ни один опыт не заставляет нас
предположить что-либо подобное.
И мы уверенно говорим, что звездные
сутки неизменны в действительности. Хотя

твердо помним, какой смысл имеют эти
слова, и не будем слишком поражены, уз¬
нав, что с точки зрения наблюдателя, нахо¬
дящегося в других физических условиях,
это неправильно. Мы быстро договоримся
с этим наблюдателем, с какой точки зрения
описывать реальный мир. Вероятно, будет
избрана наиболее простая и логически бо¬
лее стройная система законов. Но это уже
другой вопрос. Важно, чтобы оба описания
отражали реальность.
Как видите, для выяснения, казалось бы,
абсолютно четких слов «в действительно¬
сти» потребовался сложный анализ.
Почему стоило потратить на это время?
Только для того, чтобы по возможности
ясно представить природу физических по¬
нятий. После этого идеи и выводы Эйнштей¬
на не должны особенно смущать. Так что
сейчас мы страдаем для будущего.
...Теперь дадим рецепт измерения време¬
ни и покончим с этим понятием.
Чтобы измерить длину, необходимо было
уметь делить эталон длины на сколь угодно
малые равные части. Аналогично, чтобы
измерить время, необходимо уметь делить
на малые равные части эталон времени.
С длиной было сравнительно просто —
нас выручила геометрия. Но понятие вре¬
мени в геометрии отсутствует, и придется
обойтись без помощи математиков.
Разбить эталон любой физической вели¬
чины на равные отрезки — значит ввести,
по существу, в семейство эталонов новый,
меньший эталон. Мы всегда сможем его
найти среди бесчисленного числа физиче¬
ских процессов, нас окружающих *.
Впрочем, и звезд¬
ные сутки сей¬
час «скомпроме¬
тированы». Самые
надежные этало¬
ны — кварцевые,
молекулярные и
атомные часы.
Возвращение к ре¬
цепту измерения
времени. Этот от¬
рывок имеет осо¬
бое значение для
понимания теории
Эйнштейна.
* Например, мы убеждаемся на опыте, что про¬
цесс поворота Земли по отношению к неподвиж¬
ным звездам на любой сколь угодно малый угол
относится к процессам, включенным в семейство
эталонов времени.
81

Это определение
остается и в тео¬
рии Эйнштейна.
А вот это опреде¬
ление пришлось
существенно изме¬
нить.
Если есть эталон — часы, то, чтобы изме¬
рить продолжительность любого физиче¬
ского процесса, достаточно засечь показа¬
ния часов одновременно с его началь¬
ным и конечным моментами. Интервал
времени, прошедший на часах, и определяет
продолжительность исследуемого явления.
Но что значит, что два физических собы¬
тия произошли в одной точке пространства
одновременно? Кажется, это довольно
очевидно. Однако, чтобы читатель знал, что
его страдания не напрасны, заметим: это
«очевидное» понятие -- центральный пункт
теории Эйнштейна.
Дадим строгое определение:
Определение 1. Два события, проис¬
шедших в одной и той же точке пространст¬
ва, и таких, что, вообще говоря, любое из
них может быть причиной или следствием
другого, называются одновременными
в том единственном случае, когда ни одно
из них не может быть причиной или след¬
ствием другого.
Ясно и логично. Не так ли? После такого
определения нам не составит никакого тру>
да сравнить, например, ход двух часов, на¬
ходящихся в одной точке пространства.
А как это сделать с часами, находящи¬
мися в разных точках?
Кажется, тоже ясно. Надо одновременно
засечь показания обоих часов.
Но как это сделать? Ведь мы определили
понятие «одновременности двух событий,
происшедших в одной точке». А что озна¬
чает: «два события произошли одновремен¬
но в разных точках пространства»?
Приходится дать еще одно определение.
Определение 2. Два события, проис¬
шедших в разных точках пространства, на¬
зываются одновременными в том единствен¬
ном случае, когда ни одно из них не может
быть причиной или следствием другого.
82

Итак, определение дано. Но вот что оста¬
лось неясным. Пусть в одной точке прост¬
ранства Х1 произошло событие А. Вообще
говоря, пройдет некоторое время, прежде
чем в другой точке — Х2 — смогут узнать,
что это событие произошло.
Пожалуй, стоит пояснить эти несколько
абстрактные рассуждения примером.
Совсем недавно в газете появилась за¬
метка: «Секундомеры щелкают одновремен¬
но». Речь шла о том, что раньше судья на
финише беговой дорожки не мог точно за¬
фиксировать момент стартового выстрела.
Пока звук доходил от старта к финишу, те¬
рялись десятые доли секунды (для сто¬
метровой дорожки — больше 0,2 сек.). Те¬
перь к пистолету судьи-стартера приделана
лампа-вспышка, синхронно срабатывающая
с выстрелом, и судья на финише пускает
секундомер, как только увидит свет*. Счи¬
тается, что эти события (выстрел и пуск
секундомер а)	происходят одновременно.
Но если рассуждать строго, придется при¬
знать, что выстрел на старте (точка Х1 и
событие А) и пуск секундомера (точка Х2 и
событие В) по-прежнему неодновременны.
Ведь свету потребовалось время, чтобы
добраться до финиша, хоть и ничтожно
малое, но все же потребовалось. И то, что
судья на финише нажимает секундомер,
как раз вызвано вспышкой на старте (со¬
бытие В причинно связано с А).
Однако самые любопытные выводы полу¬
чатся, если допустить, что существует мак¬
симально возможная конечная скорость пе¬
редачи сигналов (может быть, скорость
* Строго говоря, проходит еще несколько сотых
долей секунды с момента, когда луч света достиг
глаза, до мгновения, когда судья нажимает се¬
кундомер. Скорость реакции человека сравнительно
невысока. Но допустим, что наш судья — идеальный
автомат.
Слегка нару¬
шим «детектив¬
ный» стиль и при¬
знаемся, что имен¬
но это предполо¬
жение лежит в ос¬
нове теории отно¬
сительности.
83

Вот эта гипотеза
оказывается как
раз и неверной.
Неправильное до¬
казательство. За¬
коны тяготения
Ньютона справед¬
ливы только при¬
ближенно.
света?). Тогда есть и какое-то минимальное
время ^инф, за которое сигнал от Х1 дойдет
в Х2 (от старта к финишу).
Но если так, то любая пара событий
в точках Хг и Х2, разделенных интервалом
времени, меньшим времени информации,
не может быть связана соотношениями при¬
чины и следствия. (Нельзя сообщить на
финиш о выстреле судьи стартера быстрее,
чем световым лучом. А пока луч идет...)
Значит, если следовать нашему опреде¬
лению, то событию А в точке X! будет соот¬
ветствовать сколь угодно большое число
одновременных с ним событий в точке
Х2. И раз так — определение не одно¬
значно.
Как видите, приходится обсуждать и та¬
кое «очевидное» понятие, как одновремен¬
ность. Странно, но, по-видимому, одновре¬
менность двух физических событий
в разных точках пространства отнюдь не
самоочевидное понятие.
В общем такой докучливый анализ может
порядком утомить.
Поэтому давайте введем гипотезу: «Име¬
ются, по крайней мере принципиально, сиг¬
налы, которые распространяются с беско¬
нечно большой скоростью».
Теперь можно однозначно определить два
одновременных события в разных точках
пространства. А значит, можно сравнить
ход часов, расположенных в двух различ¬
ных точках, и установить, в частности,
синхронны они или нет.
Откуда взята наша гипотеза? Строго го¬
воря, у физиков не было почти никаких до¬
водов в ее пользу. Впрочем, один был.
Дальше мы увидим, что вся теория тяго¬
тения основана на предположении, что тя¬
готение распространяется с бесконечно
большой скоростью. А теория тяготения
Ньютона соблюдается идеально точно. Это
84

опытный факт. Тяготение и есть пример
сигнала с бесконечной скоростью. Следова¬
тельно, постулат о распространении сиг¬
нала с бесконечной скоростью тоже резуль¬
тат опыта.
На этом с определением понятия времени
и одновременности покончим и сделаем вы¬
воды.
Нет никаких оснований считать, что вся
наша система понятий длины и времени
справедлива сама по себе. Все положения,
все постулаты опираются на опыт и только
на опыт. Поэтому можно быть уверенными,
что хотя бы приближенно они верны. Но
если новые опыты покажут, что, строго го¬
воря, наши выводы несправедливы, — мы
их изменим. И при этом никакой трагедии
не произойдет. Мы просто еще раз отме¬
тим, что наши постулаты лишь приближен¬
но описывают реальный мир. И порадуемся
тому, как убедительно доказывает нам это
«верховный судья физики — эксперимент» *.
* Мы неоднократно говорили:	все ошибочные
с точки зрения теории относительности постулаты
классической физики вытекают из опыта. С другой
стороны, теория Эйнштейна также следует из
опыта.
Как это может быть?
Дело в том, что при опытах со скоростями, малы¬
ми по сравнению со скоростью света, классическая
физика с высокой степенью точности описывает
мир.
Наши постулаты и определения — обобщение
именно таких экспериментов. Поэтому-то долгое
время и не замечали, что, строго говоря, некоторые
из этих постулатов ошибочны.

ГЛАВА IV,
недостатки которой отча¬
сти искупает эпиграф.
В этой главе довольно су¬
хо и многословно объяс¬
няется, что такое система
отсчета, а также неодно¬
кратно повторяется очень
существенная мысль: «По¬
ка не указана система от¬
счета, всякие разговоры
о механическом движении
совершенно лишены со¬
держания»
НЬЮТОН. МЕХАНИКА
(анализ основных понятий: движение)
Взгляды Ньютона
на пространство и
движение.
Движенья нет, сказал мудрец брадатый.
Другой смолчал и стал пред ним ходить.
Сильнее бы не мог он возразить;
Хвалили все ответ замысловатый.
Но, господа, забавный случай сей
Другой пример на память мне приводит:
Ведь каждый день пред нами солнце
ходит,
Однако ж прав упрямый Галилей.
ПУШКИН
ц
1 I ачнем с цитат, Исаак Ньютон —
А ^«Математические начала натурфи¬
лософии» (из основных определений):
«Абсолютное пространство, благодаря
своей природе безотносительно к чему-либо
внешнему, остается всегда одинаковым и
неподвижным».
«Относительное пространство есть мера
или подвижная часть абсолютного прост¬
ранства; наши чувства обозначают отно¬
сительное пространство положением отно¬
сительно каких-либо тел и обыкновенно
принимают за пространство неподвижное».
86

«Место есть часть пространства, занимае¬
мая телом, и по отношению к пространству
бывает или относительным, или абсолют¬
ным».
«Абсолютное движение есть перенесение
тела из одного абсолютного места в другое.
Относительное — из одного относительного
места в другое... Мы не без удобства поль¬
зуемся в делах житейских относительными
местами и движениями вместо абсолютных;
в философских же вопросах необходимо
отвлечение от чувств. Может оказаться, что
в действительности не существует покоя¬
щегося тела, к которому можно было бы
относить места и движения прочих».
Все это говорит Ньютон-философ. Он,
а не физик вводит абсолютное простран¬
ство и абсолютное движение.
Абсолютное пространство находится вне
связи с материей, вне связи с чем-либо
внешним. Это чисто абстрактное, умозри¬
тельное понятие. Некое загадочное вмести¬
лище божественного начала.
Но Ньютон-философ, Ньютон-богослов
верует. Он верует в господа и в абсолют¬
ное пространство. Он удивительным обра¬
зом забыл свое собственное правило: «Не
должно требовать в природе других причин
сверх тех, которые истинны и достаточны
для объяснения явлений».
Да простит тень великого Ньютона столь
непочтительные слова, но факт остается
фактом — физического содержания в опре¬
делении абсолютного пространства нет!
Но ВОТ ЗВУЧИТ ГОЛОС физика: «Впрочем, Ньютон об абсо-
узнавать истинные движения отдельных тел тельном движении,
и отличать их от мнимых очень трудно, по¬
тому что части того неподвижного прост¬
ранства, в которых тела действительно дви¬
жутся, не могут быть чувственно познаны...
Дело, однако, не вполне безнадежно».
И на поле боя в защиту философа высту-
87

пает Ньютон-физик, как всегда во всеору¬
жии своего поразительного таланта. Он
предлагает способ определения абсолютно¬
го пространства. Он полагает, что может
найти «истинное движение» — движение
относительно абсолютного пространства.
И тем не менее...
Знаменитый нью¬
тоновский опыт
с вращающимся
ведром!
Впрочем, не стоит преждевременно навя¬
зывать выводы; послушаем лучше самого
Ньютона:
«Действующими причинами, из-за кото¬
рых абсолютные и относительные движения
различны между собой, являются центро¬
бежные силы, направленные от оси движе¬
ния. При движении в круге только относи¬
тельном эти силы не существуют. Но они
бывают больше или меньше в зависимости
от величины абсолютного движения:.
Подвесим, например, сосуд на очень
длинной нити и будем вращать его до тех
пор, пока нить не закрутится очень сильно.
Потом наполним этот сосуд водой. Если
теперь под действием мгновенной силы со¬
суд станет вращаться в противоположном
88

направлении и это движение будет продол¬
жаться долго, поверхность воды будет сна-
чала плоской, как до движения сосуда *,
но потом, когда сила ** начнет постепенно
действовать на воду, стенки сосуда увлекут
воду в своем движении, и она начнет вра¬
щаться. Постепенно жидкость отдалится от
середины (оси вращения), подымется у сте¬
нок сосуда, и в результате образуется не¬
которое углубление в виде воронки (этот
опыт я проделал сам).
Вначале, когда движение воды в сосуде
относительно стенок сосуда было наиболь¬
шим, вода не обнаруживала ни малейшего
стремления удалиться от оси. Она не стре¬
милась приблизиться к краю, поднимаясь
вдоль стенок, а оставалась плоской, и ис¬
тинное кругообразное движение жидкости
еще не начиналось.
Но потом, когда относительное движение
воды стало уменьшаться, ее поднятие по
стенкам сосуда стало указывать на стрем¬
ление удалиться от оси.
* В этот момент относительная скорость частиц
воды и стенок сосуда наибольшая.
** Сила трения.
89

Внимание! Это
центральный, важ¬
нейший вопрос.
Это стремление указывало на все возрас¬
тающее истинное круговое движение воды.
Когда, наконец, это движение стало наи¬
большим, вода относительно сосуда нахо¬
дилась в состоянии покоя».
Итак, появляется критерий абсолютного
движения — центробежные силы. Наличие
центробежных сил всегда можно устано¬
вить либо по форме движущегося тела, ли¬
бо по внутренним напряжениям, которые
возникают в теле, — словом, их легко обна¬
ружить.
Может быть, Ньютон действительно на¬
шел способ определения абсолютного дви¬
жения, а следовательно, и абсолютного про¬
странства?
Может быть, его определение абсо¬
лютного пространства просто не очень
удачно сформулировано, но им указан
реальный путь для определения абсолют¬
ного пространства и движения?
Опыт показывает, что центробежные
силы возникают в теле в том случае, если
оно вращается относительно неподвижных
звезд.
Может быть, имеет смысл говорить, что
движение абсолютно, если оно происходит
относительно звезд?
Может быть, неподвижные звезды и оп¬
ределяют абсолютное пространство?
Итак, существует ли такое движение,
о котором можно говорить, как об абсолют¬
ном? Или всякое механическое движение
относительно?
Не предрешая ответа, мы перейдем
к анализу, «по-видимому, всем знакомого»
понятия движения.
Прежде всего — главнейшее. «О движе¬
нии механическом имеет смысл говорить,
только указав систему отсчета или в ко¬
нечном счете какие-то реальные физиче¬
ские объекты, которые считаются непо-
90

движными. Пока система отсчета («непо¬
движные тела») не указана, слова «тело
движется» лишены всякого содержания».
И, как видно из предыдущих страниц,
Ньютон это великолепно понимал. Говоря
об относительном движении, он, собственно,
и вводит понятие системы отсчета. Причем
именно Ньютон первый ИЗ физиков осознал, и снова внимание!
какую решающую роль имеет система от¬
счета. Даже сам Галилей не имел о ней
ясного представления, а значит, не имел
четкого понятия и о механическом движе¬
нии. Он обрывает свой анализ как раз тог¬
да, когда надо ответить: «Что же такое
движение?»
И это неудивительно.
Несмотря на свою кажущуюся очевид¬
ность, понятие системы отсчета настолько
абстрактно, что могло возникнуть лишь на
довольно высокой стадии развития науки.
Этот тезис подтверждает, в частности,
хотя бы такое несколько неожиданное об¬
стоятельство. Даже в наши дни многие лю¬
ди, знакомые с механикой и способные ре¬
шать задачи, недоступные Ньютону, теря¬
ются при вопросе: что же происходит «на
самом деле», паровоз движется относитель¬
но Земли или Земля относительно паро¬
воза?
Так чем же определяется выбор системы
отсчета? Какие конкретные тела следует
считать неподвижными?
Тела, которые надо считать неподвиж¬
ными — систему отсчета, — мы выбираем
по своему произволу. Точнее, выбор систе¬
мы отсчета определяется соображениями
простоты и удобства.
Сегодня, рассматривая полет снаряда,
мы выбираем систему отсчета, жестко свя¬
занную с Землей. Завтра, рассматривая
движение Земли, мы выбираем систему,
связанную с Солнцем. А изучая Солнце, мы
91

Стоит напомнить,
что вопрос о су¬
ществовании абсо¬
лютной системы и
абсолютного дви¬
жения пока по-
прежнему остается
открытым.
относим его движение к системе, связан¬
ной с звездами.
Поскольку выбор системы отсчета (коор¬
динатной системы) произволен, пассажир
поезда Москва—Ленинград и провожающие
его на вокзале родственники имеют равные
основания утверждать, что они находятся
в состоянии покоя.
Пассажир может ввести систему отсчета,
жестко связанную с вагоном, и в этой сис¬
теме Ленинградский вокзал в Москве (вме¬
сте с родственниками, конечно) будет дви¬
гаться, удаляясь от начала координат.
А в системе отсчета, жестко связанной
с Землей, естественно, движется поезд.
Если в обыденной жизни любой человек
скажет, что «на самом деле», конечно, дви¬
гается поезд, то объясняется это очень
просто. Интуитивно, используя повседнев¬
ный опыт, мы всегда выбираем систему от¬
счета, связанную с Землей.
Пример геоцентрической * системы Птоле¬
мея лучше всего показывает, как может
подвести такая интуиция.
Но, может быть, среди всех бесчислен¬
ных возможных систем есть одна (одна!)
особая и неповторимая, такая, физические
свойства которой столь резко отличаются
от свойств любой из бесчисленного множе¬
ства возможных систем отсчета, что есть
основания считать ее абсолютной?
А если есть абсолютная система, то
можно говорить и об истинном (абсолют¬
ном) движении, можно говорить об абсо¬
лютном пространстве.
Мы вернулись к вопросу, поставленному
выше. Ньютон, как помните, предложил
способ определения абсолютных движений
(центробежные силы!), но мы пока еще не
можем судить, прав ли он. А определение
* «Гео» — Земля, «Г е л и о с» — Солнце.
92

абсолютной системы по Ньютону нас не
устраивает; в нем навязывается загадочное
понятие абсолютного пространства.
Поэтому, отложив на время решение это¬
го вопроса, сформулируем совершенно об¬
щее определение процесса движения.
Движение данного физического тела от¬
носительно других физических тел есть из¬
менение его положения относительно этих
тел.
Как видите, не сказано ничего нового.
Просто подведен итог. Для полного удов¬
летворения необходимо точно объяснить,
что означают слова «изменяет свое поло¬
жение относительно других тел». Ответ
сравнительно прост.
К тому телу (или телам), которые мы
считаем неподвижными, мы жестко «при-
Приводится опре¬
деление понятия
движения, которое,
как видно, соот¬
ветствует ньюто¬
новскому «относи¬
тельному движе¬
нию».
вязываем» систему координат. Затем изме¬
ряем координаты изучаемого тела и опре¬
деляем его «положение».
Из школьного курса геометрии хорошо
известна только одна координатная систе¬
ма — Декартова. В этой системе положение
93

Это, между про¬
чим, и означает,
что пространство
имеет три изме¬
рения!
точки в пространстве однозначно опреде¬
ляется ее кратчайшими расстояниями до
трех взаимно-перпендикулярных плоскостей.
В математике и в физике часто пользу¬
ются другими координатными системами,
но, чтобы однозначно определить положе¬
ние точки в пространстве, всегда необходи¬
мо знать три числа, три координаты.
Не будем очень углубляться в матема¬
тику и потому не будем особенно расшиф¬
ровывать наш «саперный» жаргон — «жест¬
ко привязать» к физическому телу коорди¬
натную систему. Просто в случае, когда
координатные оси направлены в строго оп¬
ределенные неизменные точки твердого те¬
ла, мы говорим, что координатная система
«привязана жестко». Лучше всего пояснить
это примером.
«Привяжем» Декартову координатную
систему к Земле. Начало координат —
центр Земли. Ось г направлена от центра
к Северному полюсу. Ось х — от центра
к точке пересечения Гринвичского мери¬
диана с экватором (0° широты и 0° дол¬
готы). Ось у — от центра к точке 0° широты
и 90° восточной долготы.
«Привязать» можно, конечно, и по-иному.
Взять за центр другую точку, по-другому
расположить оси и т. п.
94

После небольшого экскурса в математи¬
ку можно более четко перефразировать
определение движения.
Тело относительно данной координатной
системы движется, если с течением вре¬
мени изменяется хотя бы одна из его коор¬
динат.
Как именно меняются координаты, пока¬
зывает важнейшая характеристика движе¬
ния — скорость.
Если не стремиться к строгим формули¬
ровкам (это потребовало бы несколько
больше математики, чем разрешают каноны
популярной литературы), то понятие ско¬
рости можно ввести так.
5
Пусть мы хотим определить скорость
тела в какой-то момент времени 10. Тогда
нужно сделать следующее:
определить в выбранной нами системе
отсчета положение тела в момент 10. Иначе
говоря, определить его координаты;
посмотреть, где окажется наше тело
в какой-то следующий момент 1* (найти
координаты в момент 11);
определить длину прямолинейного от¬
резка, соединяющего первую и вторую точ¬
ки. Эту длину обозначим АЗ(11-10);
поделить Д5(1, -10) на соответствующий
интервал Д1 = 11—10. Тогда приближенно

абсолютная величина скорости тела в мо¬
мент и равна [V (10)] ~ Чем меньше мы
выберем интервал Д1, тем точнее будет от-
Д5
ношение др которое определяет скорость
в момент Ь.
В пределе при Д1: —> 0 наша дробь точно
определяет абсолютную величину скорости
тела в момент 10. Это записывают так:
[у (10)] = Пт
Д1-^о
Д5
Д1 “
На рисунке иллюстрируются те операции,
о которых только что говорилось, для ча¬
стного случая, когда движение происходит
вдоль прямой линии.
При этом, как видно, начиная с некото¬
рого момента времени, 5 уменьшается. Это
значит, что тело возвращается в начальную
точку. В верхней точке кривой скорость
равна нулю. Слева от этой точки скорость
положительна, а справа — отрицательна.
Обратите внимание, что, используя прибли¬
женное выражение для скорости, в верхней
точке мы не получим нуля.
Уже упоминалось, что одной абсолютной
величины еще недостаточно для полной
характеристики скорости. Нужно знать на¬
правление, в котором тело убегает из на¬
чальной точки.
Если тело движется не по прямой, то
направление его движения изменяется весь¬
ма прихотливо, и это отражается в опреде¬
лении скорости. Скорость тела можно
считать постоянной только тогда, когда
неизменны и ее абсолютная величина и на¬
правление движения (равномерное прямо¬
линейное движение). Очевидно, что направ¬
ление скорости определяется направлением
отрезка ( Д5).
А теперь перейдем к самому важному.

Интервал пути Д5 , как говорилось вы¬
ше, определяется в данной выбранной на¬
ми системе отсчета. При этом и абсолют-
ная величина и направление ДЗ зависят
от выбора системы отсчета. В одной сис-
теме отрезок ДЗ будет один, а в дру¬
гой — другой. То есть: пройденный путь —
величина относительная и зависит от выбо¬
ра системы отсчета.
Это должно быть всем известно из
школьного курса физики, поэтому ограни¬
чимся только наглядной «железнодорож¬
ной» иллюстрацией.
Путь, который проходит экспресс Моск¬
ва— Ленинград в системе отсчета, жестко
связанной с экспрессом, тождественно ра¬
вен нулю (поезд все время находится в на¬
чале координат, и ДЗ = 0).
Если систему отсчета связать с товарным
поездом, который вышел из Москвы в одно
время с экспрессом, но, естественно, отста¬
вал по дороге и в момент прибытия экс¬
пресса в Ленинград находился в Бологом,
то путь, пройденный экспрессом, равен
расстоянию Бологое—Ленинград ( ДЗ =
=325 километрам).
В системе же отсчета, связанной с Зем¬
лей, экспресс пройдет расстояние Москва—
Ленинград, то есть ДЗ = 650 километрам.
Но так как скорость определяется отноше-
ДЗ
нием ду, то она также оказывается
Между прочим,
надо заметить, что
подобные приме¬
ры довольно ча¬
сто сложнее, чем
четкие математи¬
ческие формулы.
величиной относительной и зависит от си¬
стемы отсчета.
А как интервал времени Д1? Он, может
быть, тоже зависит от системы отсчета?
Может ли оказаться, что, определяя вре¬
мя движения экспресса Москва—Ленин¬
97

град, мы получим в системе отсчета, свя¬
занной с Землей, один результат, а в си¬
стеме, связанной с самим экспрессом,— дру¬
гой? Или нелепа сама постановка такого
вопроса? Надеюсь, что такой мысли ни
у кого не появилось.
Время — физическое понятие, которое
ввели, используя опытные данные. В клас¬
сической физике мы полагаем, что интервал
времени А{ одинаков во всех системах от¬
счета. И это утверждение сделано как
обобщение опытных фактов. Но если,
паче чаяния, новые опыты покажут, что
в различных системах отсчета интервал вре¬
мени различен, мы примем это с удивле¬
нием, но без ужаса *.
По этому поводу, пожалуй, уместно
вспомнить одного персонажа Марка Твена,
твердо уверенного в том, что в деревне вре¬
мя течет существенно медленнее, чем в го¬
роде. Полное незнание физики позволило
выдвинуть ему эту смелую гипотезу, при¬
чем он, конечно, также опирался на свое
нелепое, но интуитивное (основанное на
«эксперименте») представление о времени.
Однако в классической физике понятие
времени таково, что интервал М имеет аб¬
солютное значение независимо от системы
отсчета.
Следовательно, скорость, так же как и
пройденный путь, — относительное понятие
и при переходе от одной системы отсчета
к другой изменяется точно так же, как и
путь.
Ну вот, собственно, все, что стоило на¬
помнить о скорости. Владея понятием ско¬
* Именно это и пришлось сделать физикам,
когда была создана теория относительности. Но по¬
ка скорости много меньше световой, можно счи¬
тать, что интервал ДI неизменен во всех системах.
98

рости, мы совершенно аналогично опреде¬
ляем ускорение:
а = Нш-
Д{—
Ду
Д1 *
Ускорение по отношению к скорости — то
же, что скорость по отношению к пути.
Подведем итоги. Мы очень подробно и
многократно повторяли, по существу, со¬
вершенно тривиальную мысль, и тем не
менее ее стоит повторить еще раз:
«Только объявив какие-то реальные фи¬
зические тела неподвижными, указав
систему отсчета, можно говорить о меха¬
ническом движении. Без указания системы
отсчета слова «покой» и «движение» совер¬
шенно бессодержательны».
Как видно из цитированных отрывков
«Начал», Ньютон ясно сознавал все значе¬
ние понятия системы отсчета.
Но он полагал, что есть некая особая,
выделенная, замечательная, неповтори¬
мая — абсолютная система отсчета, и даже
предложил способ определения абсолютных
(истинных) движений (опыт с ведром!).
Существует ли такая система отсчета, мы
не выяснили. И именно поиски ответа на
этот так просто поставленный вопрос при¬
ведут к теории относительности.
В следующей главе мы увидим, что за*
коны механики таковы, что нельзя выде¬
лить какую-то одну особую систему от¬
счета.
Есть целый класс совершенно равноправ¬
ных с точки зрения механики систем, так
называемых «инерциальных систем», о ко¬
торых никак не скажешь, что какая-то одна
из них чем-либо выделяется.
Но тогда можно поставить вопрос так:
нельзя ли найти эту загадочную абсолют¬
ную систему, исследуя не механические яв¬
ления, а какие-либо другие? Допустим,
Настойчивые пов¬
торения. Выводы и
нерешенный воп¬
рос.
99

электрические, магнитные, гравитационные
или еще что-либо?
Может быть, существует все же одна за¬
мечательная система, данная нам свыше, и
совершенно отличная от других?
Возможно, например, что, изучая элект¬
ромагнитные явления, можно отыскать ка¬
кую-то особую систему отсчета?
Начиная с седьмой главы мы (к сожа¬
лению, очень поверхностно) проследим за
попытками дать ответ на этот вопрос, за
теми поисками, которые завершились соз¬
данием теории относительности.
Итак (снова и снова!), перед нами проб¬
лема: «Можно ли при помощи любого фи¬
зического опыта отыскать такую одну, за¬
мечательную систему отсчета, которая по
своим физическим свойствам резко отли¬
чается от всех остальных мыслимых си¬
стем?»

ГЛАВА V,
в которой автор сначала
рассуждает, а под конец
удивляется; причем призы¬
вает благосклонного чита¬
теля последовать его при¬
меру
НЬЮТОН. МЕХАНИКА
(анализ основных понятий: система отсчета)
Счастливец Ньютон, систему мира можно
установить только один раз.
ЛАГРАНЖ
И—.——
Ш А ния далеко не лучшие, и потому
автора мучают сомнения. Не покажется ли
только что проведенный кропотливый и
скучноватый анализ излишним? В конце
концов все содержание предыдущей главы
можно свести к нескольким фразам:
говорить о механическом движении ка¬
кого-либо тела имеет смысл только, если
указана система отсчета, связанная с ка¬
кими-либо реальными телами.
Выбор системы отсчета определяется снова повторы и
в конечном итоге ТОЛЬКО тем, в какой СИ-
101

Очень любопытный
пример.
стеме описание данного явления более
удобно.
Если существует такая замечательная си¬
стема отсчета и в ней законы природы вы¬
глядят как-то особенно просто (или, точнее,
выглядят как-то совершенно по-другому,
чем в любой другой), то такую систему
имеет смысл назвать абсолютной и, соответ¬
ственно, говорить об абсолютном движе¬
нии.
Существует ли такая абсолютная система
или нет — осталось неизвестным.
При этом вся тяжесть рассуждений — так
сказать, линия главного удара — была сос¬
редоточена на разъяснении первого поло¬
жения.
Может быть, теряя столько слов и вре¬
мени, чтобы расшифровать «по-видимому,
всем знакомое» понятие движения, мы ло¬
мились в открытую дверь, запутываясь в
бесконечных оговорках, уточнениях и по¬
яснениях? Может быть, все предыдущее,
как говорится, идет «от лукавого»? Пожа¬
луй, все-таки нет.
Позвольте (уже в который раз!) напом¬
нить, что самые серьезные проблемы очень
часто скрыты как раз за тем, что кажется
самоочевидным. Первыми из ученых это
поняли, вероятно, математики (пятый посту¬
лат Эвклида). Физики в наши дни также
признают, что нет таких вопросов, от кото¬
рых можно отмахнуться со словами: «Это
совершенно очевидно». Однако для физи¬
ков стремление к безупречной логике все
же не так естественно и привычно, как для
математиков.
В подтверждение этого несколько обид¬
ного тезиса разрешите привести один при¬
мер, непосредственно связанный с поня¬
тием движения.
Вероятно, почти все слыхали, что астро¬
номы совершенно твердо установили факт
102

вращения нашей Галактики вокруг какой-
то оси, проходящей через ее центр.
Так вот, в популярных, а часто и в спе¬
циальных книгах пишут о вращении Га¬
лактики, ни слова не говоря, в какой имен¬
но системе отсчета она вращается. Но без
указания системы отсчета слова о враще¬
нии Галактики лишены всякого содержания.
А как ввести систему отсчета, описываю¬
щую Галактику? Чтобы убедиться в том,
что предложен не совсем праздный вопрос,
представьте себе вселенную как далеко
рассеянные друг от друга рои пчел, повис¬
шие в «пустом» пространстве. Каждый та¬
кой рой — одна из галактик. А теперь по¬
пробуйте разумно ввести систему отсчета.
Она, естественно, должна быть связана
с реальными телами. Но ведь, кроме пчели¬
ных роев, в нашем распоряжении ничего
нет. «Вбивать» координатные оси в пустое
пространство нельзя. Систему отсчета нуж¬
но как-то определить, используя «подруч¬
ные материалы» — пчелиные рои *.
Мы не будем сейчас говорить о том, на
основании каких именно фактов смогли за-
* Попутно стоит отметить некоторые любопыт¬
ные свойства подобной модели вселенной. Если
каждая пчела соответствует звезде средних раз¬
меров, то, поместив одну из них — Солнце — в Мо¬
скву, чтобы сохранить масштаб, ближайшую пче¬
лу — Проксима Центавра — пришлось бы отпра¬
вить куда-то в район Ленинграда. А наиболее
далекие пчелы роя, изображающего нашу Галак¬
тику, оказались бы на расстоянии примерно в два
раза большем, чем расстояние от Земли до Луны.
И, наконец, отдельные рои — галактики — в нашей
модели разделены расстояниями в десятки миллио¬
нов километров. Земля в такой модели (стыдно
сказать!) была бы пылинкой диаметром в сотую
долю сантиметра. И, может быть, самое обидное,
что в нашем масштабе рост человека — приблизи¬
тельно 10 —9 сантиметра — в несколько раз меньше
диаметра атома водорода. Такая модель соответ¬
ствует уменьшению всех масштабов в 1011 раз.

Заметим, что на¬
прашивающаяся
мысль: «Эта систе¬
ма отсчета как-то
связана с другими
галактиками», —
ошибочна. Наша
«загадочная» сис¬
тема определяется
только звездами
нашей Галактики.
ключить, что в некоторой системе отсчета
все пчелы нашего роя — нашей Галакти¬
ки— участвуют в закономерном движе¬
нии— вращении. Это завело бы слишком
далеко в сторону. Можно заметить толь¬
ко, что ни один физический опыт, постав¬
ленный на самой Земле, не помогает обна¬
ружить вращение Галактики, и вывод
сделан только на основании наблюдения
относительного движения звезд.
Нас интересует другое.
Как была введена система отсчета?
С какими звездами — «пчелами» — она свя¬
зана? Как, не используя никаких иных
объектов, кроме пчел самого роя, «вбить»
в пространство те три взаимно-перпендику¬
лярных стержня, которые образуют систему
координат?
На все это также разрешите ответить
уклончиво.
Как именно была выбрана система, мы
разбирать не будем. Ограничимся только
утверждением, что такую систему можно
определить. Можно «вколотить» некие ус¬
ловные мысленные «гвозди» в мировое про¬
странство, к которым «привязывают» си¬
стему отсчета.
Сейчас важно даже не то, как была вве¬
дена система отсчета, а то, что это совер¬
шенно необходимо сделать, прежде чем го¬
ворить о каком-либо движении (в нашем
случае вращении) звезд Галактики. Важно
представлять, что выбор системы — цент¬
ральный, основной вопрос. Только когда
есть система отсчета, слова «Галактика
вращается» имеют смысл.
После этих общих замечаний дидактиче¬
ского характера вернемся к законам Нью¬
тона.
Проблемой № 1 при обсуждении законов
движения оказывается вопрос: «В какой
104

системе отсчета формулируются эти за¬
коны?»
И надо сказать, что этот первый вопрос
является, можег быть, самым неприятным.
Ньютон ответил просто. Он ввел некую
абсолютную систему отсчета — абсолютное
пространство и, соответственно, абсолютное
движение. Но, как помните, определение
Ньютона лишено физического содержания.
Однако определение... не более чем опре¬
деление. Ведь сам же Ньютон предложил
способ, как находить «абсолютное движе¬
ние» (центробежные силы) и, следователь¬
но, как найти абсолютную систему отсчета.
Если так, то в конце концов вся проблема
сводится к тому, что определение неудачно
и его следует изменить.
В таком случае не было бы особого по¬
вода для волнений. Определение Ньютона
изменили бы, но абсолютная система от¬
счета осталась бы в механике.
Дело, однако, в том, что Ньютон оши¬
бался по существу.
Нет такого опыта из области механики,
который позволил бы выделить какую-ни-
Снова провозгла¬
шается, а затем
исследуется прин¬
цип относительно¬
сти Галилея.
105

Делается первая
попытка дать
определение инер¬
циальной системы.
И стоит запомнить
это определение.
будь избранную систему отсчета. И как
раз законы механики, законы Ньютона
убеждают в этом.
Это мы сейчас и увидим. Откажемся
пока от попыток логически безупречно оп¬
ределять ту систему отсчета (или, может
быть, тот класс систем отсчета), для кото¬
рой (которых) справедливы законы Нью¬
тона.
Предположим просто, что, эксперимен¬
тально исследуя движение тел, мы нашли
систему отсчета, где в пределах точности
наших измерений соблюдаются законы
Ньютона. Такую систему отсчета мы назо¬
вем инерциальной системой.
Ньютон сформулировал свои законы в
некоей абсолютной системе отсчета. Что
это за система, мы не знаем. И пока не
хотим обсуждать, существует она или нет.
Введя же инерциальную систему, внешне
мы также не сделали ничего значительно¬
го, просто заменили одни слова другими.
Вместо «абсолютная система» написали
«инерциальная система».
Но, по существу, наша позиция совершен¬
но отлична от ньютоновой. Мы апелли¬
руем к опыту, а не к абстрактным поня¬
тиям. Нашу систему мы отыскали опыт¬
ным путем и назвали ее так, как нам нра¬
вится.
А теперь посмотрим. Если в мире суще¬
ствует одна-единственная инерциальная си¬
стема (других нет), то разумно считать ее
абсолютной системой отсчета. Но если та¬
ких инерциальных систем бесчисленное
множество, придется признать, что по край¬
ней мере для механических явлений гово¬
рить о существовании абсолютной системы
бессмысленно.
Вспомним теперь законы Ньютона и
сформулируем их в некоторой инерциаль¬
ной системе.
106

Первый закон — «В инерциальной си¬
стеме отсчета всякое тело находится в со¬
стоянии покоя или равномерного прямоли¬
нейного движения, пока и поскольку оно не
принуждается приложенными силами из¬
менить это состояние».
Стоит обратить особое внимание, что
первый закон механики торжественно про¬
возглашает для свободного тела, рассмат¬
риваемого в инерциальной системе, полное
равноправие состояний покоя и равномер¬
ного прямолинейного движения.
Довольно очевидно, что если ввести ка¬
кую-либо другую систему отсчета, равно¬
мерно и прямолинейно движущуюся от¬
носительно нашей инерциальной системы,
то в этой новой системе свободное тело
также сохраняет свою скорость неизмен¬
ной. Таким образом, первый закон Ньюто¬
на и в этой «новой» системе имеет точно
такой же вид, как и в «старой» инер¬
циальной системе.
И, напротив, если для описания состоя¬
ния свободного тела использовать систему
отсчета, ускоренно движущуюся относи¬
тельно нашей инерциальной системы, то
в этой «ускоренной» системе отсчета пове¬
дение свободного тела уже не будет описы¬
ваться первым законом Ньютона. В такой
«нехорошей» системе отсчета свободное
тело не будет находиться в состоянии покоя
или равномерного прямолинейного движе¬
ния. Оно будет двигаться с ускорением.
Можно сделать вывод: если найдена одна
система отсчета, в которой для свободного
тела выполняется первый закон Ньютона,
то этот же закон будет соблюдаться в лю¬
бой из бесконечного числа систем отсчета,
равномерно и прямолинейно движущихся
относительно первичной системы.
И, с другой стороны, существует беско¬
нечное множество систем отсчета, в кото¬
Предварительный
анализ первого за¬
кона механики.
Сложный, но суще¬
ственный отрывок.
Выводы.
107

Более строгие, но
несколько абст¬
рактные рассужде¬
ния, подтверждаю¬
щие нашу точку
зрения.
рых первый закон Ньютона не соблюдается.
А именно: любая из систем, ускоренно дви¬
жущихся относительно инерциальной си¬
стемы.
Возможно, предыдущие рассуждения
оставили чувство неудовлетворенности.
Ведь мы сами утверждали, что необходимо
добиваться полной ясности и четкости,
даже говоря о самых очевидных вещах.
Поэтому, как ни очевидно утверждение:
«Если первый закон Ньютона выполняется
в одной системе отсчета, то он выполняется
и во всех системах отсчета, равномерно и
прямолинейно движущихся относительно
нашей», — его нужно обосновать.
Схема рассуждений должна быть при¬
мерно такой. Пусть дана какая-то система
отсчета: обозначим ее для удобства, ска¬
жем, буквой К- В ней мы умеем описывать
движение тел и предметов при помощи за¬
конов Ньютона. Так, если изучаемое тело
изолировано и свободно, оно в нашей си¬
стеме либо покоится, либо движется
с постоянной скоростью V.
Но вот есть другая система отсчета, ска¬
жем К1, Которая движется относительно К
равномерно и прямолинейно с известной
нам скоростью V.
При этих условиях мы должны научить¬
ся определять положение изучаемого тела
108

в новой системе отсчета. Ведь чтобы отве¬
тить на вопрос, каков характер движения
тела в новой системе К1, надо знать его
координаты в этой системе в любой мо¬
мент времени.
Иными словами, нужно найти закон пе¬
рехода от одной системы отсчета к другой.
Найти этот закон довольно просто в са¬
мом общем случае, но мы рассмотрим
наипростейший, а именно: во-первых, когда
система К1 движется с постоянной ско¬
ростью вдоль оси х системы К; и, во-вто¬
рых, когда скорость нашего свободного
тела V направлена также вдоль оси х
системы К.
Тогда, если в момент 10 = 0 системы
отсчета совпадали, то за время 1; начало
координат системы К1 «уедет» на расстоя¬
ние 5 = VI. Как видно из чертежа, коорди¬
наты тела в новой системе можно найти,
зная координаты в старой системе и ис¬
пользуя очевидные соотношения:
х1 = х — VI;
у‘ = у;
21 = 2.
Прошу поверить на слово, что если рас¬
сматривать общий случай (скорости V и V
направлены не вдоль осей и не совпадают
по направлениям), наши выводы останутся
правильными.
Но вернемся к примеру. В каждый дан¬
ный момент времени в старой системе от¬
счета координаты нашего тела определяют¬
ся соотношениями:
х — х0+У1;
у = у0;
Ъ — 20.
109

Когда читатель
познакомится с
преобразования м и
Лоренца, стоит
еще раз взглянуть
на эти формулы.
Очень важные со¬
ображения.
Здесь х0; уо; ъ0 — координаты тела в на¬
чальный момент 1=0.
Вспомнив формулы для перехода от од¬
ной системы к другой, получаем:
х1 = х0 + (У — у)1;
у1 = у0;
г1 = 20.
Итак, в новой системе тело снова дви¬
гается равномерно и прямолинейно вдоль
оси х1, но уже с новой скоростью
V* = V — V.
Иначе говоря, мы доказали, что если
первый закон Ньютона справедлив в систе¬
ме К, то он справедлив и в К1.
Точно так же (хотя с формальной сто¬
роны это несколько сложнее) можно по¬
казать, что если К1 движется неравномер¬
но или непрямолинейно относительно К, то
тело, которое в К покоилось или двигалось
с постоянной скоростью, в системе К1 бу¬
дет двигаться уже неравномерно или не¬
прямолинейно.
И тем не менее в наших рассуждениях
есть очень существенный пробел. Когда мы
переходили от одной системы отсчета
к другой, мы молчаливо допускали, что
время в обеих системах течет одинаково.
Если внимательно проследить за выводом,
то можно увидеть, что в выражении
х1==х0+(У — у)1	1 по своему смыслу
означает время, измеренное в системе К.
А строго говоря, чтобы описывать движе¬
ние тела в системе К1, мы должны вместо
1 использовать I1, то есть время, измерен¬
ное в системе К1. Может быть, в систе¬
ме К1 к моменту определения координат
тело прошло 5 минут, а в системе К только
4?! Но мы молчаливо предполагали, что
1г = 1.
Почему мы сделали это предположение?
НО

Только потому, что повседневный опыт
убеждает нас в его справедливости *.
Однако возникает законный вопрос, что
вообще означают слова «время, измерен¬
ное в одной системе, время, измеренное
в другой системе», какой смысл вклады¬
вается в эти понятия?
Какой физический процесс соответствует
символам I1 и 1, а, кстати, заодно и х1 и х?
Символы — это ведь не более чем сим¬
волы. Они получают жизнь только тогда,
когда мы однозначно определим, как имен¬
но можно отыскать те физические величи¬
ны, которые они описывают.
Таким образом, вопрос о переходе от од¬
ной системы отсчета к другой возвращает
нас снова к проблеме измерения времени.
Поэтому логично и естественно дать
именно сейчас рецепт для измерения и
координат и времени в данной системе.
1.	Координата или длина в системе К
определяется сравнением ее с масштабной
линейкой, неподвижной в этой системе.
2.	Время в системе К определяется по¬
казаниями часов, покоящихся в данной си¬
стеме.
В другой координатной -системе К1 необ¬
ходимо иметь часы и масштаб, которые по¬
коятся в этой системе, и все измерения
производить именно этим масштабом и
этими часами.
Как видите, х1 и х, или I1 и {, соответ¬
ствуют, вообще говоря, разным физиче¬
ским процессам — измерениям, которые
проводятся в разных физических условиях.
Но достаточно предположить существова¬
ние сигналов, распространяющихся с бес-
* Следует еще раз напомнить, что на самом де¬
ле {=Н1. Но отличие заметно, только если относи¬
тельная скорость систем отсчета сравнима со ско¬
ростью света.
111

Снова принцип
носительности
лилея.
конечной скоростью, чтобы убедиться
в том, что I1 = 1.
Не будем далее углубляться в дебри ана¬
лиза. Мы зафиксировали наше предполо¬
жение и объяснили смысл значков х и х1;
{ и Г. Пока этого достаточно.
Итак, формулы перехода от одной систе¬
мы К к другой К1, равномерно и прямоли¬
нейно движущейся вдоль оси х первой
системы, имеют вид:
х1 = х—VI;
у1==у;
г\ = 2.
Г = Г
Это преобразование координат и време¬
ни при переходе от одной системы к дру¬
гой называют преобразованием Галилея.
Естественно расширить вопрос. А как
обстоит дело с остальными законами меха¬
ники? Будут ли справедливы в системе К1
все остальные законы в том случае, если
они соблюдаются в системе К? Говоря дру¬
гими словами, будет ли система К1 также
инерциальной системой отсчета? Оказы¬
вается, что да, будет.
Если К — инерциальная система, то лю¬
бая система отсчета (К1)» равномерно и
прямолинейно движущаяся относительно К,
также инерциальна.
Выражая ту же мысль другими словами,
говорят:	законы механики инвариантны
(неизменны) по отношению к преобразова¬
нию Галилея. Но если только К1 движется
ускоренно относительно К, то в ней законы
от_ механики имеют другой вид.
га- Вот утверждения: инерциальных систем
отсчета бесконечно много, при описании
механических явлений все они равноправ¬
ны, законы механики во всех инерциаль¬
ных системах отсчета имеют один и тот
112

же вид, — как раз и составляют принцип
относительности Галилея — ваоюнейший
принцип механики Ньютона.
Но не будем обольщаться. Мы не дока¬
зали принцип относительности совершенно
строго. Мы проделали только часть рабо¬
ты — обосновали инвариантность (дослов¬
но — неизменяемость) первого закона
Ньютона при переходе от одной инер¬
циальной системы к другой. Инвариант¬
ность других законов Ньютона мы провоз¬
гласили. (Собственно говоря, мы их еще
и не сформулировали.)
Однако если принять преобразование
Галилея и четко сформулировать второй и
третий законы Ньютона, то доказательство
инвариантности этих законов во всех инер¬
циальных системах отсчета—задача по
своему характеру чисто математическая.
Поэтому не будем этим заниматься, а по¬
стараемся понять физическое содержание
остальных законов Ньютона, после чего
(снова и снова) вернемся к первому зако¬
ну и к принципу относительности Галилея.
ИЗ

Кое-что
Уже в первом законе механики встре¬
чается понятие силы. По существу, все
остальные законы механики как раз и рас¬
шифровывают это понятие.
Опять уклонимся от идеально четких
определений и формулировок, так как по¬
пытка дать строгое, аксиоматическое опре¬
деление понятия силы завела бы слишком
далеко. Просто постараемся отметить са¬
мое характерное.
Сила, вообще говоря, характеризует
взаимодействие тел между собой *.
Однако сказать, что сила характеризует
взаимодействие, значит сказать очень мало.
Нам надо знать: «Как проявляется это
взаимодействие?»
Первое, что можно утверждать, — это
следующее.
Если на данное тело действовать силой,
то тело приобретает ускорение.
Если одну и ту же силу прикладывать
к различным телам, ускорения, полученные
этими телами, также, вообще говоря, будут
различны.
Поскольку сила (взаимодействие) про¬
является в появлении ускорения, а ускоре¬
ние характеризуется не только величиной,
но и направлением, ясно, что сила также
характеризуется не только своей абсолют¬
ной величиной, но и направлением своего
действия. Оказывается, что сила — век¬
тор **.
* Эта фраза не совсем точно отражает суть де¬
ла, поскольку сила может характеризовать также
взаимодействие тела с полем. Но чтобы не терять
времени на обсуждение сложного (правда, едва ли
не основного в современной физике! понятия поля,
удовлетворимся вышесказанным.
** О векторах уже упоминалось, но, к сожалению,
мы не можем подробно разбирать, «что такое век¬
тор». Отметим только замечательное правило сло¬
жения векторов — правило треугольника (или, как
иногда говорят, правило параллелограмма).
114

Вы, возможно, заметили, что для того,
чтобы предыдущие рассуждения были со¬
держательны, мы должны уметь измерять
силу, прикладывать равные силы к разным
телам и т. д.
Чтобы силу можно было измерять, пола¬
гают, что сила, действующая на данное
тело, пропорциональна тому ускорению,
которое получает это тело: Р = та.
Величина т — масса — характеризует
стремление тела в отсутствии взаимодей¬
ствий оставаться в инерциальной систе¬
ме в состоянии покоя или равномерного
прямолинейного движения. Она отражает
инерцию тела, его «косность».
Ответ на вопрос о количественном взаи¬
модействии тел между собой и, в частно¬
сти, ответ на вопрос: «Как прикладывать
к разным телам равные силы?», дает тре¬
тий закон Ньютона:
«Действие равно противодействию, или
иначе — действия двух тел друг на друга
равны и противоположно направлены».
р 		р
Г1;2—	Г2;\	Замечания о массе
Что касается меры инерции — массы, то 5иникеИЧеской ме"
это замечательная, удивительная величина.
Во-первых, масса — аддитивна, то есть,
если сложить два тела («слепить вместе
два пластилиновых шарика»), то, оказы-
«Чтобы сложить два вектора, надо отложить
один из них. Затем из конца первого вектора про¬
вести второй. Сумма этих двух векторов — это век¬
тор, проведенный из начала первого век¬
тора в конец второго».
Слова «сила — вектор», в частности,
означают, таким образом, что если на
данное тело действуют две силы А и
В, то результат их действия таков же,
как если бы действовала одна сила С.	>
Все это очень нестрого, но не стоит
отвлекаться.
115

вается, их суммарная масса равна сумме
их масс: М. = т1-\-т2.
Многие читатели, возможно, подумают,
что аддитивность массы настолько же оче¬
видна, как и то, что «Волга впадает в Кас¬
пийское море». Но если задуматься над
этим, придется признать, что нет никаких
оснований заранее ожидать, что масса об¬
ладает таким свойством. Еще и еще раз
стоит подчеркнуть, что, как правило, оче¬
видным представляется привычное, хотя
«привычное» и «очевидное» несколько раз¬
ные понятия.
Другое и, может быть, не менее замеча¬
тельное свойство массы — ее неизменность
при переходе от одной инерциальной систе¬
мы к другой. Другими словами, последнее
утверждение можно выразить так: «Масса
тела не зависит от скорости его движе¬
ния» *.
Масса тела — мера его инертности —
в механике Ньютона совершенно не зави¬
сит от тех разнообразных физических усло¬
вий, в которых находится тело. Можно
изменять температуру, давление, местопо¬
ложение тела, можно помещать его
в электромагнитное или гравитационное
поле — масса (или инертность) останется
неизменной.
Самые различные по своей природе тела,
между которыми нет, казалось бы, абсо¬
лютно ничего общего, получают одну об¬
щую характеристику — инертность (мас¬
су). А с другой стороны, второй закон
Ньютона позволяет единообразно описы¬
вать взаимодействия тел самой различной
природы.
Если рассматривается движение тел с пе-
* Снова, забегая вперед, отметим, что это положе¬
ние верно только приближенно. Но пока скорости
много меньше световой, зависимость массы от ско¬
рости совершенно незаметна.

ременной массой, второй закон Ньютона
приобретает более общую форму:
р=ит^2.
Величина ту = р называется импульсом,
или количеством движения тела.
В том случае, если вы не удовлетворены
этими отрывочными замечаниями, можно
разрубить узел, — считая массу первичным
понятием.
Тогда второй закон Ньютона можно рас¬
сматривать как определение силы.
Если вас не удовлетворяет и это, можно
порекомендовать обратиться к более серь¬
езным работам, где вопросы аксиоматики
механики разбираются детальнее*. Мы не
будем дальше исследовать эту сторону за¬
конов Ньютона.
Но законы механики связаны с одним,
может быть, не столь непонятным, сколь
удивительным фактом, и об этом нужно
сказать.
Когда мы говорили о законах механики,
само собой подразумевалось, что все рас¬
смотрение проводится в инерциальной си¬
стеме отсчета.
И теперь настал момент снова спросить:
«Что же такое инерциальная система от¬
счета?»
В начале главы мы сказали, что, вовдер-
живаясь от строгих определений, удовле¬
творимся тем, что экспериментально про¬
верим, выполняются или нет в данной си¬
стеме отсчета законы Ньютона.
Но, проверяя на опыте, скажем, первый
Попытка строго
опоеделить поня¬
тие инерциальной
системы. «Пороч¬
ный круг».
* Надо сказать, что на этих вещах действительно
не стоит очень задерживаться, потому что всю ме¬
ханику Ньютона можно построить, используя не¬
которые очень общие принципы; причем число по¬
стулатов и определений сводится до минимума и
достигается совершенная ясность.
117

закон, мы сталкиваемся с такой пробле¬
мой: как установить, что на тело не дей¬
ствует никакая сила, что тело свободно?
Единственный логически строгий ответ
таков: мы видим, что на данное тело не
действуют силы, если в инерциальной си¬
стеме отсчета оно покоится или находится
в состоянии равномерного прямолинейного
движения.
Но как раз этот единственный ответ и не
годится потому, что мы не знаем, мы как
раз хотим узнать, инерциальна наша си¬
стема отсчета или нет.
Такая попытка определить инерциальную
систему приводит нас к печальной ситуации
«порочного круга».
И вполне понятно, что, пытаясь логичес¬
ки безупречно определить понятие инер¬
циальной системы отсчета, использовав
законы Ньютона, которые, в свою очередь,
сформулированы только для инерциальных
систем, мы попадали в «порочный круг».
Но сейчас наши желания значительно
скромнее. Мы махнули рукой на логику.
Мы хотим как-то, чисто опытным путем
с достаточной достоверностью найти:
«Инерциальна ли данная система отсчета
или нет?»
И у нас нет лучшего рецепта, чем поло¬
житься на интуитивное представление
о силе.
118

Не претендуя на строгость, скажем: что
«если какое-то тело отнесено от всех
остальных «достаточно далеко» и никакие
силы на него не действуют — тело сво¬
бодно».
Тогда, если это тело равномерно и пря¬
молинейно движется или покоится в ка¬
кой-то системе отсчета, — эта система инер-
циальна *.
Что значат слова: «достаточно далеко»?
Ну, они просто означают «очень далеко».
А в каждом конкретном случае можно как-
то приблизительно сказать, на какое имен¬
но расстояние.
Конечно, эти замечания мало утешитель¬
ны. О каком-либо логически строгом опре¬
делении инерциальной системы говорить не
приходится. Но ничего лучшего предложить
нельзя. И можно отчасти успокаивать се¬
бя тем, что наше определение свободного
тела очень наглядно и физично.
Скажем, исследуя движение планет во¬
круг Солнца, можно надеяться, что все
окружающие солнечную систему звезды
никак не влияют на движения планет и
силы, действующие на планеты, обусловле¬
ны только их взаимодействием с Солнцем
и между собой. Сделав это предположение
и анализируя результаты наблюдений, мы
устанавливаем, что в системе отсчета, свя¬
занной с Солнцем и небом неподвижных
звезд, выполняются законы Ньютона, — и,
значит, эта система инерциальна.
Надо признать, однако, что наша систе¬
ма — эталон — в известном смысле фик-
* Знакомый с силами Кориолиса, читатель легко
заметит: установив, что какое-то свободное тело по¬
коится, еще нельзя утверждать, что система отсчета
инерциальна. Строго говоря, одного свободного тела
вообще недостаточно для проверки системы отсчета
«на инерциальность». Необходимо исследовать дви¬
жение трех тел, причем таких, траектории которых
не лежат в одной плоскости. Но это уже тонкости.
119

Система отсчета
«небо неподвиж¬
ных звезд» — эта¬
лон инерциальной
системы отсчета.
тивна. Небо неподвижных звезд не остает¬
ся неизменным. Напротив, совершенно
точно установлено, что звезды движутся
относительно друг друга с колоссальными
скоростями, порядка десятков и сотен кило¬
метров в секунду. Поэтому взаимное рас¬
положение звезд непрерывно изменяется.
Но они так страшно далеки от нас, что ви¬
димое их положение остается неизменным
в течение многих-многих лет.
Тот, кто когда-нибудь наблюдал, лежа
на спине, высоко плывущие облака, сразу
вспомнит, что часто облако кажется не¬
подвижным, и только через несколько ми¬
нут, когда оно уходит из поля зрения,
соображаешь, что оно движется. Требуются
некоторые усилия рассудка, чтобы понять,
что скорость движения облака может быть
весьма велика.
Можно легко прикинуть, на какую вели¬
чину изменится за 100 лет угловое на¬
правление на звезду, которая движется со
скоростью, скажем, 100 километров в се¬
кунду по сфере, в центре которой находит¬
ся Земля, а радиус сферы, допустим,
10 световых лет.
Этот пример приблизительно соответ¬
ствует реальным расстояниям ближайших
звезд и реальным скоростям их движения
относительно Земли.
А вот уже совершенно точные данные
о наибольших угловых смещениях звезд,
наблюдаемых за год.
Годичное
смещение
Звезда Барнарда
(созвездие Змееносца)	смещается	на	10,27"
Звезда Каптейна	„	„	8,75"
Грумбридж-1830	„	„	7,04"
Здесь приведены 3 звезды с наибольши¬
ми известными угловыми смещениями, —
120

аномальные в этом смысле звезды. Смеще¬
ния же остальных звезд иногда меньше
в сотни раз.
Так что, рассуждая наивно, можно счи¬
тать, что звезды как бы «прибиты гвоздя¬
ми» к некоей твердой сфере. В центре сфе¬
ры — Солнце, а около центра — Земля, ко¬
торая вращается вокруг Солнца и вокруг
своей оси (и участвует еще в нескольких
сложных движениях).
В частности, из-за суточного вращения
нам представляется, что вся звездная сфе¬
ра вращается как целое, но взаимное рас¬
положение звезд на ней остается неиз¬
менным.
Так вот, система отсчета, «привязанная»
к звездной сфере, инерциальна. А если
так, то любая иная система, равномерно и
прямолинейно движущаяся относительно
неподвижных звезд, также инерциальна.
Таковы законы механики. И никто не мог
заранее утверждать, что законы механики
инвариантны относительно преобразования
Галилея и, следовательно, все инерциаль¬
ные системы равноправны. Могло оказать¬
ся так, а могло бы быть и наоборот. Фи¬
зики не придумывают, как устроено миро¬
здание, а констатируют, что оно устроено
именно так.
Но вот оказалось, что все бесконечное
множество систем отсчета, равномерно и
прямолинейно двигающихся относительно
неподвижных звезд, с точки зрения меха¬
ники абсолютно равноправно.
Теперь естественно заинтересоваться,
что представляют собой неинерциальные
системы и каковы в них законы механики.
Допустим, есть эталон инерциальной си¬
стемы — предположим, система неподвиж¬
ных звезд. Тогда можно утверждать, что
в любой из систем, неравномерно и непря¬
молинейно движущихся относительно не-
121

Неинерциальные
системы отсчета.
подвижных звезд, законы Ньютона не вы¬
полняются (другими словами, такие систе¬
мы будут неинерциальными).
Например, ньютоново вращающееся вед¬
ро, при помощи которого он рассчитывал
обнаружить абсолютное движение. Оно мо¬
жет помочь отличить неинерциальную си¬
стему отсчета (вращающееся ведро) от инер¬
циальных. Но мы уже знаем: выделить из
инерциальных систем какую-нибудь особую,
«наинерциальнейшую», этот опыт не смо¬
жет. Да и никаким другим опытам из обла¬
сти механики это не под силу.
Существование же неинерциальных си¬
стем отсчета можно легко обнаружить чи¬
сто опытным путем. Одна такая система,
что называется, «под руками» у нас — это
Земля.
Суточное (впрочем, точно так же и годич¬
ное) вращение Земли относительно не¬
подвижных звезд приводит к тому, что
в системе отсчета, жестко связанной с Зем¬
лей, законы ньютоновой механики не со¬
блюдаются. Правда, на наше счастье,
неинерциальность, вызванная суточным и,
тем паче, годовым вращением Земли, очень
мала. В противном случае механика
Ньютона, вероятно, запоздала бы лет на
сто-двести. Ведь все механические явления
выглядели бы куда сложнее, и Галилею
(который и не подозревал о неинерциаль-
ности системы отсчета «Земля») пришлось
бы встретиться с такими непонятными яв¬
лениями, что... Впрочем, нас в данный мо¬
мент интересует совсем другое.
Неинерциальность системы отсчета «Зем¬
ля» твердо установлена десятками разно¬
образных экспериментов.
И первым был знаменитый опыт Фуко.
Если бы система отсчета, связанная с Зем¬
лей, была инерциальна и в ней выполня¬
лись бы законы Ньютона, маятник должен
122

был бы колебаться все время в одной пло¬
скости. Но оказалось, что плоскость коле¬
баний маятника, подвешенного в соборе,
непрерывно изменяла свое положение.
Проще всего понять опыт Фуко, если
представить себе маятник, подвешенный
на полюсе.
Относительно инерциальной системы от¬
счета — системы неподвижных звезд —
плоскость колебаний маятника неизменна.
(Например, маятник все время колеблется
в плоскости, проходящей через Полярную
звезду, Вегу и Южный Крест.) Но Земля
в своем суточном вращении «проворачи¬
вается» под маятником, и потому земной
наблюдатель видит, что плоскость качаний
все время изменяется. За сутки эта пло¬
скость повернется на 360° и возвратится
в первоначальное положение. Если к концу
маятника приделать перо, то оно начертит
на полу такую «розетку», какая показана
на рисунке на стр. 124 (конечно, она изо¬
бражена в весьма утрированном виде).
Если же подложить под маятник лист
бумаги, неподвижный в системе неподвиж-
Очень часто суть
опыта Фуко не
понимают именно
потому, что интуи*
тивно привыкли
считать Землю
инерциальной сис¬
темой.
123

ных звезд, то на нем будет нарисована
просто прямая линия *. Кстати, такой лист
довольно просто подобрать. Нужно только,
чтобы он вращался относительно поверхно¬
сти Земли в направлении, противополож¬
ном ее вращению, и с той же самой угловой
скоростью (полный оборот за 24 часа).
Если все события на поверхности Земли
описывать, используя инерциальную систе¬
му отсчета — систему неподвижных
звезд, — то, поскольку все тела, неподвиж¬
ные относительно поверхности Земли, вра¬
щаются в этой системе отсчета, — на них
действует некоторая центро¬
стремительная сила:
Рц. с. =шш2г.
Здесь со —угловая ско¬
рость вращения, а г — рас¬
стояние до оси вращения.
Перебираясь же по мери¬
диану от экватора к полю¬
су, мы видим, как умень¬
шается г.
Ведь г = К • Соз'х>, где К —
* В реальном опыте Фуко характер «розетки», вы¬
рисовываемой маятником, другой, но это связано
с несущественными для нас деталями опыта.
124

радиус Земли, а у —географическая широ¬
та данного места.
Так что на экваторе на тело действует
наибольшая центростремительная сила,
а на полюсе она совсем отсутствует.
Естественно спросить, откуда вообще
берется эта сила?
На все тела, лежащие на поверхности
Земли, действует сила тяготения. Эта сила
для покоящихся на поверхности Земли тел
уравновешивается реакцией опоры, а давле¬
ние на опору мы называем весом тела.
Часть силы тяготения «расходуется» на
создание центростремительной силы — си¬
лы, заставляющей тела двигаться по ок¬
ружности вместе с Землей. На экваторе
этот расход максимален, и вес тела —
сила давления на опору — оказывается
меньше, чем на полюсе.
Не стоит только пытаться определить
уменьшение веса при помощи весов с ги¬
рями. Если такие весы были в равновесии
на полюсе, они останутся в равновесии и
на экваторе, потому что вес гирь умень¬
шится точно так же, как и вес взвешивае¬
мого тела.
Но если воспользоваться достаточно точ¬
ными пружинными весами, сразу можно
заметить, что давление на пружину на
экваторе меньше, чем на полюсе.
Угловая скорость суточного вращения
Земли очень невелика, поэтому этот
эффект мал (уменьшение веса на экваторе
составляет примерно 4 грамма на один ки¬
лограмм) .
Но если бы Земля вращалась раз
в двадцать быстрее, переместившись на
экватор, мы испытывали бы чудесное чув¬
ство облегчения, освобождения от силы
тяжести.
При подходящей скорости вращения са¬
мый неспортивный человек мог бы запро¬

сто побить мировые рекорды по бегу,
прыжкам в длину, высоту и другие рекор¬
ды, установленные в районе полюса.
В спортивную классификацию пришлось
бы вводить еще один показатель: геогра¬
фическую широту, на которой был показан
результат. Впрочем, надо заметить, что по¬
добное изменение скорости вращения при¬
вело бы к ряду несколько более серьезных
проблем.
Для любителей можно предложить еще
более экстравагантную ситуацию. Если
увеличить скорость вращения Земли в не¬
сколько десятков раз, то начиная с неко¬
торой широты силы тяготения просто не
хватало бы, чтобы удерживать предметы
на земной поверхности. Существовала бы
некая роковая параллель, на которой вся
сила тяготения использовалась бы на
создание центростремительной силы. И бли-
126

же к экватору все объекты, не прикреплен¬
ные к поверхности Земли, моментально
улетали бы в мировое пространство. Для
обитателей такой странной планеты пере¬
сечение экватора явилось бы исключитель¬
ным подвигом (эта проблема, правда,
несколько теряет свой интерес, если вспо¬
мнить, что в первую очередь подобная
«Земля» потеряла бы свою атмосферу).
Поэтому мы имеем лишний повод порадо¬
ваться, что наша планета так удачно
устроена.
Так как неинерциальность системы от¬
счета Земли сравнительно малозаметна,
при решении многих механических задач
можно использовать законы Ньютона. Но,
с другой стороны, для широкого класса
задач неинерциальность Земли приходится
учитывать. Например, описывая движение
спутника в системе отсчета, связанной
с Землей, совершенно необходимо учиты¬
вать силы инерции. Если о них забыть,
можно получить поразительные нелепости.
В повседневной жизни каждый из нас
несколько раз в день оказывается в «силь¬
но неинерциальной» системе отсчета. Когда
троллейбус равномерно и прямолинейно
едет по улице, неинерциальность системы
отсчета «троллейбус» связана только с не-
инерциальностью системы «Земля». Мы ее
не замечаем. Но стоит водителю внезапно
затормозить или резко увеличить скорость,
как троллейбус становится «сильно неи¬
нерциальной» системой, и сила инерции
бросает нас вперед или назад.
Вероятно, и водитель и недовольные пас¬
сажиры не очень представляют, что в ко¬
нечном счете все неудобства ускоренной
езды вызваны тем, что троллейбус тормо¬
зит относительно неба неподвижных звезд.
В заключение отметим, что если учиты¬
вать силы инерции, то формально законы
Несколько неожи»
данное замечание,
которым автор
очень гордится.
127

Весьма любопыт¬
ное место.
Ньютона сохраняются и в неинерциальных
системах отсчета, хотя содержание их не¬
сколько иное — к реальным силам прихо¬
дится добавлять некие силы инерции не
совсем понятной природы.
А теперь можно поставить тот вопрос,
ради которого и был затеян весь разговор
о неинерциальных системах: почему, соб¬
ственно, мир устроен так, что равномерное
и прямолинейное движение относительно
неба неподвижных звезд не связано ни
с какими заметными воздействиями на
тело, а неравномерное или непрямолиней¬
ное движение требует приложения силы?
Другими словами, этот же вопрос можно
сформулировать так: можно ли предло¬
жить какое-либо разумное обоснование
того факта, что существуют неинерциаль¬
ные системы отсчета?
На первый взгляд может показаться, что
подобный вопрос относится к «проблемам»
такого рода, как «почему вода мокрая?»
128

или «почему в бублике дырка?» Однако
это не так.
Законы Ньютона мы «привязываем»
к вполне определенной физической систе¬
ме — системе неподвижных звезд. При
этом, как помните, было сделано интуитив¬
но вполне естественное физическое пред¬
положение, что все процессы в солнечной
системе никак не зависят от остальных
звезд. Только тогда можно утверждать,
что система неподвижных звезд инер-
циальна.
Законы механики, как оказывается, та¬
ковы, что все системы, равномерно и пря¬
молинейно движущиеся относительно
неподвижных звезд, совершенно равно¬
правны. Никакой механический опыт не
позволит выделить какую-то одну, особую
систему.
Хорошо, мы готовы принять это доволь¬
но спокойно. Так устроен мир.
Но стоит перейти к любой из систем,
ускоренно движущихся относительно неба
неподвижных звезд, положение резко ме¬
няется.
Законы механики в таких системах вы¬
глядят совершенно по-другому: в таких
системах приходится вводить некие особые
силы инерции; причем совершенно неясно,
чем система отсчета, ускоренно движу¬
щаяся относительно звезд, хуже (или луч¬
ше, как угодно!) инерциальных систем
отсчета. Не видно никаких физических
причин, по которым ускоренное движение
относительно далеких неподвижных звезд
должно отличаться от равномерного и пря¬
молинейного. И то, что такое отличие су¬
ществует, несколько странно и насторажи¬
вает.
Интуитивно чувствуется, что мы столкну¬
лись с чем-то очень существенным, с ка¬
ким-то из тех основных вопросов, которые
129

Довольно сущест¬
венное уточнение
физического со¬
держания принци¬
па относительно¬
сти,
занимают физика. Но разрешите ограни¬
читься только указанием, что за неравно¬
правием инерциальных и неинерциальных
систем скрывается что-то непонятное и уди¬
вительное.
Совершенно новую постановку проблема
неинерциальных систем получила в общей
теории относительности Эйнштейна, но,
к сожалению, в нашей беседе мы не в со¬
стоянии говорить об этом *.
Чтобы достойно закончить разговор о за¬
конах Ньютона, стоит сделать еще одно
замечание о принципе относительности Га¬
лилея.
Много раз уже говорилось: законы ме¬
ханики таковы, что все явления одинаково
протекают в инерциальных системах отсче¬
та. Все инерциальные системы равно¬
правны.
Однако, казалось бы, простейший при¬
мер противоречит этому утверждению. До¬
пустим, наблюдатель на Земле видит от¬
весно падающий камень. А наблюдатель
в окне вагона (равномерно и прямолиней¬
но двигающегося по полотну) скажет,
* Можно только заметить, что если, исследуя по¬
нятие инерциальной системы в рамках классиче¬
ской механики, как-то удалось свести концы с кон¬
цами, использовав понятие тела, достаточно далеко
удаленного от всех остальных, то с точки зрения
теории относительности такая постановка вопроса
совершенно неудовлетворительна. Оказывается, что
слова «достаточно далеко» вообще не имеют смысла.
Два тела могут находиться «очень далеко» друг
от друга, если измерять расстояние между ними
в одной системе отсчета. И «очень близко», если из¬
мерять расстояние между ними в другой системе,
равномерно и прямолинейно движущейся относи¬
тельно первой. (Это замечание будет понятно для
тех читателей, кто доберется до XIII главы.)
Так что на самом деле положение с понятием
инерциальной системы еще хуже, чем может пока¬
заться на первый взгляд. Правда, известную опре¬
деленность в этот вопрос внесли работы Эйнштей¬
на, но мы ничего о них не скажем.
130

что в его системе отсчета камень двигается
по параболе (это очень легко показать).
Одно и то же явление в различных инер¬
циальных системах выглядит различно.
Как же с принципом относительности?
Однако никакого противоречия здесь нет.
Принцип относительности не утверждает,
что один и тот же физический процесс
(в нашем примере — падение камня) вы¬
глядит одинаково в разных инерциальных
системах.
Пусть в одной инерциальной системе
был проделан опыт. (Исследовалось, на¬
пример, падение камня на Землю.)
Пусть затем в другой инерциальной си¬
стеме был проделан другой опыт, причем
все условия первого опыта были точно
сдублированы, но уже относительно новой
системы отсчета.
А «сдублировать все условия» означает,
в частности, что начальные условия в но¬
вой системе отсчета должны быть такими
же, как и в старой.
В нашем же примере в момент начала
падения в системе отсчета, связанной
с Землей, камень не имел скорости в гори¬
зонтальном направлении, а в системе от¬
счета, связанной с вагоном, имел в началь¬
ный момент горизонтальную составляю¬
щую скорости. Поэтому и не следует
думать, что описание опыта в обеих систе¬
мах должно быть одинаково. Но если опыт
с падением камня на Землю точно сдубли¬
ровать и повторить в вагоне, вот тогда,
утверждает принцип относительности, в ва¬
гоне поезда все должно произойти точно
так же, как и на Земле.
Камень, который в начальный момент не
имел горизонтальной составляющей скоро¬
сти относительно вагона, должен падать
отвесно вниз относительно стенок вагона,
и закон падения должен быть таким же,

Резюме и
сомнения.
как и при падении на Земле. Это, естест¬
венно, и наблюдается в действительности.
Вот то обстоятельство, что полная иден¬
тичность экспериментов в разных инер¬
циальных системах означает также и оди¬
наковость начальных условий относительно
«своей» системы отсчета, иногда упускают
из вида и приходят к недоразумениям.
В механике отсутствует одна выделен¬
ная система отсчета, все инерциальные си¬
стемы совершенно равноправны.
Но, может быть, опыты из какой-либо
другой области физики — например, опыты
со светом, с электромагнитными волна¬
ми — помогут установить существование
такой особой, выделенной системы?
Этот вопрос оставался открытым до
1905 года, когда Эйнштейн предложил спе¬
циальную теорию относительности. И, мож¬
но сказать, что, по существу, именно реше¬
ние этой проблемы и привело его к созда¬
нию своей теории.

НЬЮТОН. ТЯГОТЕНИЕ
Г
■ лаву о тяготении (гравитации) по-
ложено начинать стандартно — эф¬
фектно. «Самое загадочное и неисследован¬
ное явление природы».
Действительно, Ньютон только установил,
что тяготение существует, а Эйнштейн лишь
ПрИОТКрЫЛ Завесу Над еГО ПрирОДОЙ (общая вступление. Рас
теория относительности!).	суждения и изви-
1	'	.	Н6НИЯ
Тяготение присуще всем без исключения
телам.
Тяготение едино по своим свойствам во
всей доступной нашему наблюдению части
вселенной.
Тяготение проникает всюду, от него нель¬
зя изолироваться, и его нельзя усилить...
Словом, тяготение есть тяготение.
В наши дни тяготение остается, пожалуй,
единственным физическим свойством, на
133

Легкая	рекла¬
ма. Автор убежда¬
ет читателя в том,
что все дальней¬
шее полезно про¬
честь для лучшего
понимания теории
относительности.
которое мы не можем влиять ни в малей¬
шей степени.
Правда, в последнее время всю мировую
печать облетели сообщения, что ведутся
работы по управлению гравитацией и буд¬
то бы уже достигнуты реальные результа¬
ты. Но пока трудно судить, что это: плод
богатой фантазии репортеров или искажен¬
ные сведения о действительных исследо¬
ваниях.
Появление этой главы в книге — еще од¬
на небольшая «загадка», связанная с тя¬
готением. Мы не будем, к сожалению,
касаться общей теории относительности, и
потому все, что относится к гравитации,
окажется в стороне от темы нашей беседы.
Впрочем, отчасти оправдание можно най¬
ти, учитывая, что тематика этой главы
косвенно связана и со специальной теори¬
ей относительности.
Это замечание в особенности относится
к тем страницам, где обсуждается вопрос:
конечна или бесконечна скорость распро¬
странения тяготения? Анализ подобной
проблемы (как и анализ основных понятий
механики) —очень разумная тренировка
для того, чтобы спокойно принять в даль¬
нейшем идеи теории относительности.
Потому что, — позвольте еще раз напом¬
нить,— пожалуй, главная преграда при
знакомстве с теорией Эйнштейна — это бес¬
сознательная, но глубокая убежденность,
что основные понятия классической меха¬
ники безусловны и как бы «даны свыше».
И, напротив, если понять, что физика
основана на опыте и априорных понятий не
существует, и ясно представлять те гипоте¬
зы, на которых основана классическая фи¬
зика, то теория Эйнштейна не должна
казаться менее естественной или более
сложной, чем классическая физика.
Все же самое главное оправдание, пожа-
134

луй, в том, что с поразительным явлением
тяготения связаны удивительные по своей
красоте физические теории. Может быть,
во всей физике не найдется результатов,
которые можно было бы поставить рядом
с теориями Ньютона и Эйнштейна.
И, наконец, трудно отыскать в истории
науки лучший пример, когда работа учено¬
го, казалось бы, над совершенно безнадеж¬
ной проблемой, работа, невероятная по
своей настойчивости, не приводившая ни
к чему в течение многих лет, увенчалась
бы таким блестящим успехом.
Словом, трудно найти лучший пример
торжества «высшей» справедливости в
науке...
В 1666 году Ньютон уже владел всеми
идеями своей теории. Как ни странно, но,
по-видимому, легенда о яблоке истинна.
Ньютон сам рассказывал, что впервые
четкая мысль о наличии единой силы, за¬
ставляющей все без исключения тела при¬
тягиваться друг к другу, появилась у него,
когда он наблюдал падение яблока.
Как бы то ни было, сама идея порази¬
тельна.
Ньютону известны совершенно, казалось
бы, разнородные и, более того, противоре¬
чащие друг другу факты.
Он знает, во-первых, законы движения
планет, эмпирически найденные Кеплером.
Двадцать пять лет потратил Кеплер, чтобы
в бесчисленных данных о наблюдаемых
положениях планет отыскать скрытые зако¬
номерности. После невероятно трудоемкой
работы он их находит, но объяснить эти
законы не мог, хотя и высказывал мысль
о существовании силы тяготения.
С другой стороны, известно, что все тела
на Земле стремятся упасть на ее поверх¬
ность.
Но если сила, с которой Земля притяги-

Набросок основ¬
ных представлений
теории тяготения.
Автор	пытался
главным образом
пояснить, какие
исключительные
трудности преодо¬
лел Ньютон. Одна¬
ко попутно не¬
сколько	увлекся
«психологиче сни¬
ми исследования¬
ми».
вает данное тело, как будто постоянна и,
насколько может судить Ньютон, не зави¬
сит от расстояния этого тела до центра
Земли (во времена Ньютона опытная тех¬
ника не позволяла заметить изменения
веса тела при подъеме его над уровнем
океана на 2—3 километра), то законы дви¬
жения небесных тел таковы, что та гипоте¬
тическая сила, которая, по его мнению, их
связывает, должна изменяться с расстоя¬
нием.
Далее, совершенно неясно следующее.
Если есть некая единая сила тяготения, по¬
чему же не притягиваются друг к другу
предметы на Земле?
Как видите, экспериментальные данные
очень запутаны.
Правда, надо признать, что сама идея
о наличии какой-то единой силы притяже¬
ния витает в воздухе. В этом отношении
у Ньютона есть предшественники. Но ни
один из сторонников идеи тяготения не
в состоянии ни количественно объяснить
законы движения планет, ни опровергнуть
возражения противников.
Роберт Гук — один из самых ярких и
своеобразных ученых в истории физики,—
казалось бы, уже открыл закон тяготения.
В сочинении «Работа о годичном движении
Земли» (1674 г.) он пишет:
«Я разовью теорию, которая во всех от¬
ношениях согласуется с общепризнанными
правилами механики. Теория эта основы¬
вается на трех допущениях: во-первых, все
без исключения небесные тела обладают на¬
правленным к их центру притяжением или
тяжестью, благодаря которой они притя¬
гивают не только свои собственные части,
но также и все находящиеся в сфере их
действия небесные тела. Согласно второму
допущению, все тела, двигающиеся равно¬
мерно и прямолинейно, будут двигаться по
136

прямой линии до тех пор, пока они не бу¬
дут отклонены какой-нибудь силой и не
станут описывать траектории по кругу,
эллипсу или какой-нибудь другой, менее
простой кривой.
Согласно третьему допущению, силы
притяжения действуют тем больше, чем
ближе к ним находятся тела, на которые
они действуют.
Я не мог еще установить с помощью
опыта, каковы' различные степени притя¬
жения. Но если развивать эту теорию даль¬
ше, то астрономы сумеют установить опре¬
деленный закон, согласно которому дви¬
жутся все небесные тела».
После этого Гук, однако, замечает, что
он сам очень-очень занят другими задача¬
ми и было бы весьма хорошо, если бы кто-
нибудь развил его идеи.
Конечно, даже детально изучив все ар¬
хивные материалы, вряд ли в данном слу¬
чае возможно утверждать что-либо со¬
вершенно определенно, и тем не менее
можно поручиться, что Гук лукавил.
Слишком хорошо понимал он неповтори¬
мую важность проблемы, которой сам за¬
нимался много лет, и от решения отсту¬
пился, конечно, не из-за того, что был
исключительно занят, а просто потому, что
не мог решить задачи. От качественных
рассуждений Гука до закона Ньютона —
колоссальное расстояние. И можно, пожа¬
луй, понять шумное негодование Ньютона,
когда Гук выразил, правда, очень скромно,
претензии на участие в открытии закона
всемирного тяготения. О приоритетных спо¬
рах между Ньютоном и Гуком, как и о всех
прочих подобных распрях Ньютона (а у ве¬
ликого Ньютона их было немало!), так под¬
робно, хорошо и, главное, серьезно расска¬
зано в книге С. И. Вавилова, что ничего
нового не прибавишь.
Автор с удоволь¬
ствием отмечает,
что на этот раз
претензии по пово¬
ду литературного
стиля следует ад¬
ресовать Роберту
Г уку.
137

Вообще надо заметить, к подобным исто¬
риям обычно всегда проявляется резко
повышенный интерес, а ученью всех времен
и народов, к сожалению, нередко снабжали
публику обильным материалом для иссле¬
дований по этому поводу. Однако в тяжбе
Гук — Ньютон имеется очень интересный
психологический момент.
Все биографы Ньютона сходятся на том,
что на склоне лет сэр Исаак имел весьма
неуживчивый характер. Властный, самолю¬
бивый и обидчивый, он ко всему еще как
будто не очень любил признавать чужие за¬
слуги.
Все это, очевидно, справедливо. И тем не
менее представляется, что такое поведение
обусловлено не тщеславием. В своей рабо¬
те, даже если сбросить со счетов его гени¬
альность, Ньютон всегда бйл ученым в са¬
мом полном смысле слова.
В первую очередь это проявлялось в его
исключительной требовательности к ре¬
зультатам своих работ. И, естественно, эту
требовательность он распространял на дру¬
гих.
Если вспомнить, что уже в 1665 году
Ньютон владел, по его словам, всеми идея¬
ми теории тяготения и не обмолвился об
этом ни словом в печати, видимо считая,
что это слишком сырой материал, который
истинный ученый должен скрывать от пуб¬
лики, можно понять его реакцию на претен¬
зию Гука.
С другой стороны, вполне понятно и то,
что Гуку была обидна столь низкая оценка
его идей.
Действительно, высказать саму идею на¬
личия тяготения, более того—предугадать,
что сила тяготения убывает обратно про¬
порционально квадрату расстояния (а Гук
добрался в конце концов и до этого),—
с точки зрения всех, кроме Ньютона, впол-

не достаточно, чтобы обеспечить славу и
признание.
Но Ньютон все мерил своими масштаба¬
ми и потому имел право вполне искренне
считать, что все эти соображения со¬
вершенно очевидны, а помимо того, на¬
столько туманны, что не заслуживают даже
публикации. Конечно, с его стороны было
весьма наивно подходить к другим ученым
со своей меркой, но это уже другой вопрос...
И при всех недостатках Ньютона следует
в первую очередь помнить, что человек,
который десятки лет не печатал такие
результаты, как открытие анализа беско¬
нечно малых или соображения о наличии
единой силы тяготения, вряд ли особенно
заботился о бессмертии.
Существует эффектный апокриф, что буд¬
то даже аналитическая формулировка за¬
кона тяготения была ясна Ньютону в
1666 году. Но попытка объяснить при по¬
мощи закона тяготения движение Луны
оказалась неудачной, так как Ньютон имел
ошибочные экспериментальные данные
о размерах Земли, и в результате значение
ускорения на поверхности Земли, которое
получилось из вычисления лунного движе¬
ния, отличалось от того, которое находи¬
лось опытным путем. Лишь в 1682 году ему
стали известны новые данные о длине ме¬
ридиана.
Ньютон так взволновался, что не мог
сам провести новые очень простые вычис¬
ления, и это проделал за него некий, остав¬
шийся неведомым миру, его друг. Так был
окончательно создан закон тяготения.
Возможно, этот рассказ не более чем
легенда, но, во всяком случае, такая леген¬
да очень характерна, когда речь идет
о Ньютоне.
Прав был Ньютон в споре с Гуком или
нет, в конечном счете неважно, но, безус-
С. И. Вавилов,
правда, серьезно
возражает против
истинности этой
истории*
139

Любопытный исто¬
рический факт.
ловно, никто, кроме Ньютона, не владел
математикой и физикой настолько, чтобы
вывести эмпирически установленные законы
движения планет из единого закона при¬
тяжения тел. Никто не мог поэтому раз¬
решить и обратную задачу — четко сформу¬
лировать сам закон взаимодействия, имея
эмпирические законы Кеплера. Эта задача
полностью решена в «Началах».
Закон тяготения в руках Ньютона дал
ответ на все главные вопросы, связанные
с движением небесных тел.
Но этого мало. Вычисленная при помощи
того же закона тяготения сила тяжести
точно совпала с опытом. Казалось бы, труд¬
но требовать более убедительные доказа¬
тельства. И тем не менее прошло еще
почти столетие, прежде чем теория тяготе¬
ния была окончательно признана во всем
научном мире.
Для современников Ньютона теория тя¬
готения казалась, пожалуй, значительно
революционней и удивительней, чем в наши
дни теория относительности. Это связано
отчасти с тем, что уровень научной куль¬
туры в XVII и XVIII столетиях был значи¬
тельно ниже, чем в наши дни. Не следует,
конечно, думать, что было меньше талант¬
ливых ученых. Отнюдь нет. Просто средне¬
вековое мировоззрение в той или иной сте¬
пени еще довлело над самыми яркими
умами того века. Даже сам Ньютон усерд¬
но и прилежно толковал священное писа¬
ние. Чего же можно требовать от других?
Если вспомнить, что его современники
все еще проникнуты традициями физики
гипотез, можно представить себе их реак¬
цию, когда вместо объяснения существа
самого что ни на есть основного и сокровен¬
ного свойства тел им предлагают (смешно
слышать!) аналитический закон взаимодей-
140

ствия. Для ученых того времени это звучит
почти как издевательство.
Неудивительно поэтому, что даже такие
люди, как Лейбниц, Гюйгенс, Эйлер, Ломо¬
носов, не принимали идей тяготения. Вот,
например, отрывок из переписки Лейбница
и Гюйгенса.
Лейбниц: «Я не понимаю, как Ньютон
представляет себе тяжесть или притяжение.
По его мнению, это, по-видимому, не что
иное, как некое необъяснимое нематери¬
альное качество».
Гюйгенс: «Что касается причины при¬
ливов, которую дает Ньютон, то она меня
не удовлетворяет, как и все другие его
теории, которые он строит на принципе при¬
тяжения, который кажется мне нелепым».
Особенно сильна оппозиция Ньютону во
Франции, где все покорены учением Рене
Декарта.
Не наша задача оценивать роль, которую
сыграли в науке взгляды замечательного
французского философа. И вообще-то мож¬
но было бы не останавливаться на том, как
он пытался объяснить наблюдаемые дви¬
жения небесных тел. Но теория материи
Декарта интересна для нас одним пунктом.
В ней впервые появляется загадочная
субстанция материи — эфир. Эфир, прико¬
вывавший к себе внимание физиков вплоть
до XX столетия!
По Декарту, эфир находится в непрерыв¬
ном вихревом движении и увлекает за со¬
бой все планеты. В процессе этого же
вихревого движения части материи, кото¬
рые были вначале в состоянии хаоса, раз¬
делились на три сорта частиц *.
Первый — самый грубый. Из частиц это¬
го типа созданы Земля, планеты и кометы.
* Пользуясь предельно глубокой аналогией, мож¬
но сказать: Декарт постулировал нечто вроде миро¬
вого сепаратора.
Первое, но далеко
не последнее упо¬
минание об эфире.
ш

Второй включает более отшлифованные
частицы. Из них образовались Солнце и
звезды.
И, наконец, третий сорт — бесконечно
тонкие частицы.
Взаимодействие небесных тел, по Декар¬
ту, осуществляется благодаря их давлению
на эфир. Давление передается по эфиру от
одного тела к другому. Ввиду этого небес¬
ные тела влияют друг на друга.
Особо отметим: по Декарту, для переда¬
чи действия (силы) на расстояние необхо¬
дима материальная, обладающая вполне
определенными механическими свойствами
среда — эфир.
Декарт и его последователи пытались
представить себе тяготение на основе кон¬
кретной модели, желали свести все к воз¬
действию тел на эфир и обратному дейст¬
вию эфира на небесные тела.
Никакого аналитического выражения Де¬
карту, конечно, получить не удалось. Од¬
нако ученых того века в его гипотезе пле¬
няла прелесть очевидности и наглядности.
Весьма ядовито характеризовал научную
атмосферу того времени Мари Франсуа
Вольтер, увлекавшийся в молодости фи¬
зикой:
142

«Если француз приедет в Лондон, он
найдет здесь большое различие в филосо¬
фии, а также во многих других вопросах.
В Париже он оставил мир полным ве¬
щества, здесь он находит его пустым.
В Париже вселенная наполнена эфирными
вихрями, тогда как тут, в том же простран¬
стве, действуют невидимые силы.
В Париже давление Луны на море вызы¬
вает отлив и прилив — в Англии же, на¬
оборот, море тяготеет к Луне.
У картезианцев все достигается давлени¬
ем, что, по правде говоря, не вполне ясно,
у ньютонианцев все достигается притяже¬
нием, что, однако, не намного яснее.
Наконец, в Париже Землю считают вы¬
тянутой у полюсов, как яйцо, а в Лондоне
она сжата, как тыква...»
Эти слова написаны в 1727 году (40 лет
прошло с появления «Начал»!), а скепти¬
цизм Вольтера распространяется, как ви¬
дите, в равной мере на теории Ньютона и
Декарта.
Так что закон тяготения проникал в умы
с великим трудом.
Но как ни медленно побеждала истина,
к началу XIX столетия все сомнения в спра¬
ведливости закона Ньютона исчезли. При¬
чем интересно, что именно французские
ученые второй половины XVIII столетия
окончательно отшлифовали небесную меха¬
нику и показали, что теория тяготения
истинна и нет истины вне ее.
Закон тяготения — может быть, высшее
достижение метода принципов. В нем ни
слова не говорится о том, почему действует
тяготение. Он отвечает только, как дейст¬
вует эта загадочная сила:
Р ^ Г2 •
Здесь Р — сила притяжения между двумя
любыми телами, пц и ш2 — их массы, г —
Декарт часто под»
писывался «Карте»
зий». Отсюда «кар¬
тезианство», «кар¬
тезианцы».
И вот, наконец,
сам закон тяготе¬
ния.
143

Удивление № 1.
расстояние между телами, ^ — постоянная
размерная величина, численно равная
силе притяжения двух тел единичной массы,
разделенных единичным расстоянием. На¬
зывается она гравитационной постоянной, и
в системе СОЗ
смъ
! = 1,5-10 7 9 •
? сек2 г
Ничтожно малое значение ? и объясняет,
почему мы не замечаем сил притяжения
между земными предметами.
В законе Ньютона обращают на себя
внимание по меньшей мере три порази¬
тельных факта.
Бросается в глаза удивительная анало¬
гия характера гравитационных сил с взаи¬
модействием совершенно другой природы— а
электрических зарядов (закона Кулона:
тр	 I 1*^1 ] * [^2] \
Ш Г2 )•
Удивление № 2.
Мы не будем касаться причин этого лю¬
бопытного совпадения и ограничимся кон¬
статацией факта. Правда, с другой сторо¬
ны, есть и кардинальное отличие: гравита¬
ционные «заряды» имеют всегда только
один знак.
Закон Ньютона предполагает, и на этом
мы задержимся дольше, что тяготение
распространяется с бесконечно большой
скоростью.
Действительно, закон тяготения подразу¬
мевает, что для определения силы притяже¬
ния в каждый данный момент времени до¬
статочно знать расстояние между телами
в тот же самый момент времени. Как изме¬
няется расстояние со временем, совершенно
не существенно, — говоря учено, несущест¬
венна пространственно-временная биогра¬
фия взаимодействующих тел.
Посмотрим, что изменилось бы в законе
Ньютона, если бы скорость тяготения была
144

конечна, а во всем остальном закон взаи¬
модействия остался бы прежним.
Допустим, два тела взаимодействуют по
закону Ньютона. При этом тяготение рас¬
пространяется с конечной скоростью с. Ес¬
ли тела покоятся — все остается по-ста¬
рому. Но не то, если они движутся друг
относительно друга.
Конечно, в первую очередь возникает во¬
прос, что означает: скорость распростране¬
ния тяготения конечна и равна с? В ка¬
кой системе отсчета? Поэтому примем ус¬
ловно некую «абсолютную систему», в кото¬
рой скорость тяготения и есть с.
Мы не знаем и не хотим знать, почему
скорость распространения тяготения конеч¬
на: может быть, потому, что тела постоян¬
но посылают волны тяготения, которые рас¬
пространяются в пространстве с конечной
скоростью, может быть, по другой причине.
Мы хотим просто установить, как изменит¬
ся при этом закон Ньютона.
Для простоты рассмотрим только тот
случай, когда первое тело покоится в на¬
шей «абсолютной системе отсчета». Пусть
в момент времени 10 = 0, который мы вы¬
берем за начало отсчета, второе тедо начи¬
нает равномерно приближаться к первому
со скоростью V. Когда тела покоились, си¬
ла взаимодействия определялась законом
Ньютона:
го
где г0—расстояние между покоящимися
телами. В какой-то момент времени 1 рас-
145

Внимание! Вопрос
не так наивен, как
может показаться.
стояние между телами оказалось равным
г(1) = г0-У1.
А чему равна сила взаимодействия? Так
как скорость распространения тяготения
конечна, взаимодействие между телами бу¬
дет определяться расстоянием не в данный
момент времени, а в какой-то более ранний.
«Волна» тяготения, которая добралась
в момент I до первого тела, была послана
вторым в какой-то более ранний момент
Этот момент легко определяется, но, воз*
можно, не стоит так углубляться в форму¬
лы. Тем более что мы умалчиваем о бо¬
лее существенном.
Действительно, мы, по сути дела, отмах¬
нулись от ответа, в какой системе опреде¬
лена скорость тяготения, а пока нет систе¬
мы отсчета, всякие разговоры о скорости
распространения тяготения абсолютно бес¬
содержательны.
Естественно, такая абсолютная система
отсчета (если она существует) должна быть
связана не с двумя наугад взятыми тела¬
ми (как в нашем примере), а как-то со
свойствами самого пространства (может
быть, с системой неподвижных звезд?).
Сразу возникает мысль, а нельзя ли, ис¬
следуя тяготение, реально отыскать абсо¬
лютную систему? Л как, между прочим, най¬
ти скорость распространения тяготения
в других системах отсчета?
В общем стоит допустить, что скорость
распространения силы тяготения конечна, и
физическая картина основательно запуты¬
вается, не говоря уже о том, что уравнения
движения небесных тел весьма усложня¬
ются.
Ньютон сразу отбросил все подобные
трудности. Он положил, что скорость рас¬
пространения тяготения бесконечна. И тем
самым ввел дальнодействие.
146

Но честно признаемся, эту идею можно
принять лишь с некоторым усилием. Про¬
тив нее протестует наше чувство. Все из¬
вестные процессы распространяются с ко¬
нечной скоростью. Даже свет! А тяготение
почему-то такое странное исключение.
В общем можно только лишний раз по¬
разиться гению и интуиции Ньютона.
Забегая вперед, заметим: теперь, после
Эйнштейна, мы знаем, что Ньютон ошибся.
Скорость распространения поля тяготения
конечна и равна 300 000 километров в се¬
кунду. Кроме того, эта скорость обладает
странным качеством — она постоянна
в любой системе отсчета и не изменяется
при переходе от одной системы к другой.
Ввиду колоссального значения скорости
распространения тяготения поправки к за¬
кону Ньютона, обусловленные «запаздыва¬
нием», настолько ничтожны, что неудиви¬
тельна двухвековая уверенность в безуко¬
ризненной справедливости закона тяготения.
Покончим на этом с «удивлением №2» и
перейдем к следующему.
Наиболее поразительно в законе Ньюто¬
на, без сомнения, то, что сила тяготения
полностью определяется инертными масса- удивление № з.
ми тел.
Сила тяготения совершенно не зависит
от химического состава тел, от электриче¬
ских зарядов, которые несут тела, от агре¬
гатного состояния.
Тяготение определяется только массой, то
есть в конечном счете инерцией тяготеющих
тел.
Интуитивно чувствуется, что, очевидно,
между инерцией и тяготением существует
какая-то глубокая связь.
Однако тяготение и инерция, казалось
бы, настолько различные физические свой¬
ства, что физики неоднократно эксперимен¬
тально проверяли, действительно ли масса,
147

определяемая законами механики (инерт¬
ная масса), и масса в законе всемирного
тяготения — это одно и то же.
Первым снова был Галилей.
Тот факт, что все тела в поле земного
тяготения падают с одинаковым ускорени¬
ем,— главное доказательство равенства
инертной и тяжелой массы.
Убедимся в этом. В поле Земли на тело
массы ш действует сила
Здесь шт—тяжелая масса тела, опреде¬
ляемая из закона тяготения;
Мт — тяжелая масса Земли;
г — расстояние до центра Земли*.
Не будем предрешать равенство тяжелой
и инертной массы и, используя второй за¬
кон механики, найдем ускорение тела в по¬
ле земного тяготения:
где ши— инертная масса тела; ^ — ускоре¬
ние в поле тяготения Земли.
х Мт
В этой формуле сомножитель I -ру-
для всех тел на поверхности Земли постоя-
ГПТ
нен; второй сомножитель — отношение
как мы допустили, — может меняться в за¬
висимости от природы и характера физи¬
ческих тел.
Но так как все предметы в поле земного
тяготения падают с одинаковым ускоре-
* Можно без труда показать, что шар (Земля)
притягивает тела так же, как если бы вся его масса
была сосредоточена в центре.
нием
мы заключаем, что
148

ГПт
отношение тяжелой и инертной массы
постоянно для всех тел независимо от их
физической природы.
Следовательно, тяжелая масса тела пол¬
ностью определяется его инертной массой и
при соответствующем выборе единиц из¬
мерения может считаться просто равной
инертной массе.
Итак, тяготение тел зависит от их инер¬
ции и только от инерции.
Трудно представить более неожиданный
результат. Заранее (из общих соображе¬
ний) ожидать наличие такой связи было
столь же обоснованно, как, скажем, пред¬
положение, что планеты и звезды в момент
рождения человека определяют его даль¬
нейшую судьбу.
Выбор единицы из¬
мерения — уже не
принципиальный
вопрос.
Однако в отличие от положений астроло¬
гии, черной и белой магии и прочих ок¬
культных наук тот факт, что тяготение тел
целиком определяется их инерцией, опи¬
рался на незыблемый фундамент точного
эксперимента. Причем поразительность ре¬
зультата заставляла физиков вновь и вновь
149

возвращаться к его экспериментальной про¬
верке.
Сам Ньютон проверил результаты Га¬
лилея, исследуя движение маятников, изго¬
товленных из разных материалов.
В 1828 году немецкий математик и физик
Бессель тем же способом исследовал самые
разнообразные вещества и с точностью
1/60 000 убедился в пропорциональности
инертной и тяжелой массы.
Венцом экспериментального мастерства
были работы венгра Этвеша и его сотруд¬
ников (1896—1910 гг). Пропорциональность
инертной и тяжелой массы установлена
с невероятной точностью—5*10“9.
А через шесть лет, в 1916 году, Эйнштейн
предложил окончательный вариант общей
теории относительности — теории, в которой
он наметил невероятно неожиданный путь
для исследования загадочной теории тяго¬
тения.
Воспользуемся случаем, чтобы сказать
несколько слов о самом Эйнштейне — уче¬
ном и человеке. Об Альберте Эйнштейне
написано столько, что вряд ли стоит по¬
дробно рассказывать о его жизненном пути.
В науке так же, как Ньютон, «разумохм
он превосходил род человеческий», и только
имя Ньютона можно назвать рядом с его
именем. Взгляды Эйнштейна вне науки —
образец настоящего боевого гуманизма, гу¬
манизма в высоком смысле этого слова.
В личной жизни он был предельно прост,
мягок и для себя не требовал ничего, кроме
возможности работать.
Для Эйнштейна напряженная интеллек¬
туальная деятельность, страстное желание
отыскать еще какой-либо «яркий камешек»
были столь естественны, столь неразрывно
связаны с его существованием, что, мне ка¬
жется, по этому поводу даже не приходит¬
ся восторгаться. Просто та необъяснимая

совокупность качеств, которую обычно оп¬
ределяют как гениальность, привела к тому,
что стремление работать было у него поч¬
ти инстинктивно. Пожалуй, восхищения за¬
служивает другое — удивительная цель¬
ность и внутренняя честность Эйнштейна
как физика и как человека. В силу своей
аномальной одаренности он имел полную
возможность без особого труда достигать
важнейших результатов в любых областях
физики и наслаждаться сознанием успешно
законченной интересной и важной работы.
Но последние 30 лет своей жизни он посвя¬
тил попыткам решения той проблемы, ко¬
торую считал важнейшей, и отошел от цен¬
трального направления современной физи¬
ки. Как писал он сам, много раз его
обманывала надежда, и столько же раз он
испытывал горечь разочарования.
По существу, он работал почти в одино¬
честве. Интересы большинства остальных
ученых лежали в других областях. Вряд ли
сейчас во всем мире найдется сотня физи¬
ков, которые смогли бы без основательной
специальной подготовки передать существо
работ последних лет его жизни. (Если, на¬
пример, говорить о квантовой механике,
таких ученых найдется несколько тысяч.)
И мне кажется, трудно в истории науки
отыскать второй подобный пример интеллек¬
туальной целеустремленности. Не нам оце¬
нивать, чего добился Эйнштейн за эти го¬
ды. Но даже если бы Эйнштейн не был
Эйнштейном, даже если бы попутно, мимо¬
ходом за эти годы он не получил таких
результатов в других областях, которые са¬
ми по себе достаточны, чтобы его имя оста¬
лось физике, он заслуживал бы глубочай¬
шего уважения.
Надпись, высеченная на могиле Ньютона
в Вестминстерском аббатстве, заканчивает¬
ся сдержанно-торжественной фразой:
151

«Пусть смертные радуются, что среди них
существовало такое украшение рода чело¬
веческого».
С еще большим основанием эти слова
следует отнести к памяти Альберта Эйн¬
штейна...
В наши дни мы убеждены и в прибли¬
женной справедливости закона Ньютона и
в том, что теория тяготения Эйнштейна
дает следующее приближение к истине.
Правда, теория Эйнштейна еще не прошла
полностью «кандальный путь» каждой фи¬
зической теории — проверку экспериментом.
Нет числа опытам, подтверждающим за¬
кон Ньютона. Общую же теорию относи¬
тельности подтверждают только четыре
эффекта. Это равенство инертной и тяже¬
лой массы; движение перигелия Меркурия;
отклонение лучей света в поле тяготения и
изменение периода колебаний атомов в гра¬
витационном поле (красное смещение).
Тем не менее то, что Эйнштейн объяснил
и предсказал эти удивительные эффекты,
убеждает в справедливости общей теории
относительности.
Неизвестно, как эта теория будет разви¬
ваться и изменяться, но уже сейчас ясно,
что центральные проблемы физики будуще¬
го связаньи с современной теорией гравита¬
ционного поля.

ГЛАВА УИ,
хотя и весьма расплывча¬
тая, но тем не менее
в конце, после долгих от¬
ступлений, объясняет, по¬
чему именно гипотеза эфи¬
ра стала особенно привле¬
кательной для физиков
СВЕТ, ЭФИР (Ньютон, Гюйгенс)
Я не знаю, что такое этот эфир.
НЬЮТОН
р
Ж ассуждения на тему, какой именно
раздел физики (или любой другой
науки) сыграл в ее развитии наибольшую
роль, всегда условны и несколько схола¬
стичны.
Можно только с уверенностью сказать,
что во все времена свет (позднее — вообще
ЭЛеКТрОМагНИТНЫе ЯВЛеНИЯ) НаХОДИЛСЯ В прежде всего -
центре внимания физиков. Можно сказать, немного истории,
что передовая линия фронта физики всегда
в большей или меньшей степени была свя¬
зана с электромагнетизмом. В результате
изучения электромагнитных явлений воз¬
никли и специальная теория относительно¬
сти, и квантовая механика, и (полезно пом¬
нить!) такие технические достижения, кото-
153

Оптики
сти.
рые привели к полному изменению жизни
человечества.
Пионерами на этом пути были Ньютон
(снова Ньютон!) и Ганс Христиан Гюйгенс
(1629—1695).
Современник Ньютона, по своему гению,
безусловно, второй физик того века, Гюй¬
генс («славнейший Гугениус» — как почти¬
тельно писал М. В. Ломоносов) оставил
след во многих областях физики.
Помимо классических работ в области оп¬
тики, ему принадлежат великолепные труды
по астрономии и особенно по механике. Ему
же мы обязаны изобретением первых точ¬
ных часов (часы с маятником)—открыти¬
ем, которое по значению можно спокойно
поставить рядом, например, с созданием
реактивной авиации.
Сам Ньютон говорил о нем — «великий
Гюйгенс», а президент Королевского обще¬
ства и первый физик мира не был слишком
щедр в своих оценках...
Поскольку разговор зашел о свете, имеет
смысл хотя бы очень и очень поверхностно
коснуться его истории, ибо тут можно най¬
ти неожиданные и любопытные факты.
Сведения об изучении света у греков и
римлян, которыми мы располагаем, крайне
отрывочны, но тем не менее достаточно
интересны.
То, что греческие, а за ними римские фи¬
лософы умели создавать весьма сложные и
тонкие умозрительные теории, общеизвест¬
но. Однако обычно считают, что едва ли
не основная особенность античной науки —
сознательное пренебрежение эксперимен¬
том. И, очевидно, это утверждение довольно
справедливо.
Природа отплатила за это древним пол¬
ной мерой. Можно только поражаться, на¬
сколько низок был уровень развития физи¬
ки по сравнению с математикой.
154

Но в оптике положение, по-видимому,
было несколько иное. Существовало боль¬
шое число самых различных теорий, кото¬
рые в высшей степени гипотетичны. Кстати,
и атомистическая теория света Демокрита
и Эпикура не являет исключения. Все тео¬
ретические построения абстрактны, умозри¬
тельны и не основаны на эксперименте.
Но есть данные, заставляющие серьезно
задуматься над тем: действительно ли греки
так уж полностью пренебрегали экспери¬
ментальной физикой?
В трактате по оптике Птолемея вдруг
можно обнаружить углы преломления све¬
товых лучей на границе воздух-вода.
Причем значения этих углов с высокой сте¬
пенью точности совпадают с истинными.
Очевидно, Птолемей экспериментировал.
Римские историки сообщают, что близо¬
рукий император Нерон использовал для
улучшения зрения отшлифованный изум¬
руд. Следовательно, принцип очков — при¬
бора совершенно уникального значения —
был известен в древности.
Наконец, знаменитая легенда об Архиме¬
де, который будто бы зажег при помощи
зеркала римские корабли, осаждавшие Си¬
ракузы, тоже свидетельствует об экспери¬
ментальной работе в области оптики.
Вероятнее всего, сама история целиком
вымышлена. Но появиться она могла толь¬
ко в том случае, если хорошо известно фо¬
кусирующее действие вогнутых зеркал.
Есть еще десятки сообщений, которые
заставляют предполагать, что многие чисто
опытные данные в области оптики (особен¬
но геометрической) были хорошо известны
эллинам.
Все эти факты внушают сильные подо¬
зрения в том, что мы хорошо осведомлены
о состоянии науки в древнем мире. Одна¬
ко... по современным данным, в античном
Надеюсь, по край¬
ней мере у близо¬
руких читателей
не вызовет возра¬
жений такая оцен¬
ка роли очков в
истории человече¬
ства.
155

Галилей
мире физики как науки экспериментальной
не существовало.
С начала эпохи Возрождения возобнов¬
ляется интерес к оптике. Изобретают (или
вновь открывают?) очки.
Леонардо да Винчи в своих разбросанных
записях высказывает иногда совершенно
блестящие идеи. Появляются интересные
работы и других ученых. Но все это толь¬
ко отдельные разрозненные мысли.
Перелом наступает в начале XVII столе^
тия. И связан он все с тем же именем —
Галилео Галилей!
Дело не в том, что Галилей создал новую
стройную теорию световых явлений. Нет,
этого не было. Он считал, что свет — это
поток мельчайших неделимых частиц, и
был в этом не нов.
Галилей построил совершенные оптичес¬
кие приборы. Но их делали и до него.
У Галилея есть любопытнейшие наблюде¬
ния по различным вопросам физической
оптики (например, фосфоресценция). Но
они отрывочны, разбросаны, и сами по се¬
бе не сыграли значительной роли в истории
развития науки о свете.
Но в оптике, как и в механике, Галилей
первый последовательно применил новый
метод исследования.
В оптике, как и вообще в физике, он
всегда и прежде всего экспериментирует.
И подобная, совершенно новая для того
времени постановка научных проблем на¬
талкивает его на поразительный вопрос:
«С какой скоростью распространяется
свет?»
Собственно, сам-то вопрос не так уж не¬
ожидан. Удивительно то, как он сформули¬
рован. Галилей не плавает в бесконечных
рассуждениях: почему и отчего свет должен
распространяться с конечной или бесконеч¬
ной скоростью? Заниматься подобными до-
156

мыслами он предоставляет современникам.
Сам же он мыслит конкретно: «Можно ли
придумать опыт, позволяющий определить
скорость света?»
Эта проблема обсуждается знакомыми
нам Сальвиати, Сагредо и Симпличио на
страницах «Бесед» — последней и самой за¬
мечательной работы Галилея.
Симпличио пробует заметить, что повсе¬
дневный опыт убеждает в мгновенном рас¬
пространении света.
«Если вы наблюдаете с большого рас¬
стояния действие артиллерии, то свет от
пламени выстрелов без всякой потери вре¬
мени запечатлевается в нашем глазу в про¬
тивоположность звуку, который доходит до
уха через значительный промежуток вре¬
мени».
Но подобные соображения не стоит вы¬
сказывать такому физику, как Галилео Га¬
лилей. И Сагредо (Галилей) тут же снис¬
ходительно объясняет:
157

«Ну, синьор Симпличио, из этого общеиз¬
вестного опыта я не могу вывести никакого
другого заключения, кроме того, что звук
доходит до нашего слуха через большие
промежутки времени, нежели свет; но это
нисколько не убеждает меня в том, что рас¬
пространение света происходит мгновенно
и не требует известного, хотя и малого, вре¬
мени. Не более того дает мне и другое на¬
блюдение, которое выражают так: «Как
только Солнце поднимается на горизонте,
блеск его тотчас же достигает наших очей».
Галилей пытается
определить ско¬
рость света.
В самом деле, кто может доказать мне,
что лучи его не появились на горизонте ра¬
нее, нежели дошли до наших глаз?»
И далее Сальвиати рассказывает об опы¬
те, который, очевидно, проделал Галилей,
пытаясь определить скорость света, но не
получил никакого результата. Схема опыта
Галилея в принципе предугадывает схемы
всех опытов по определению скорости све¬
та в земных условиях.
«Два наблюдателя находятся на значи¬
тельном расстоянии друг от друга (несколь¬
ко километров). Они снабжены фонарями
с заслонками. Первый в момент 10 открыва¬
ет заслонку, и через некоторое время свет
достигает второго участника опыта. Послед¬
ний сразу открывает свой фонарь, и первый
наблюдатель фиксирует тот момент време-
158

ни и, когда он увидел свет от фонаря вто¬
рого наблюдателя.
Считая, что свет по всем направлениям
распространяется с одной и той же ско¬
ростью, и зная расстояние между участни¬
ками— г, находим скорость света:
Нам-то понятно, что такой опыт в лучшем
случае позволит определить скорость ре¬
акции наблюдателей, но не скорость света.
Но Галилей еще не представлял себе, как
исключительно велика скорость распростра¬
нения световых волн.
Естественно, у Галилея не возникает во¬
проса: как меняется скорость света при
переходе от одной системы отсчета к дру¬
гой? Вопроса, который затем мучил физи¬
ков два с лишним столетия. Но этого и
нельзя ожидать. Достаточно и того, что
в оптике Галилей первым подошел к изуче¬
нию проблемы как физик. Сначала точный
эксперимент, и только на его основе —
теория.
После Галилея надо назвать его сооте¬
чественника Франческо Мария Гримальди
(1618—1663). Учитель риторики, а затем
математики в иезуитских коллегиях Бо¬
лоньи, он всю жизнь посвятил изучению
оптических явлений.
Гримальди очень не повезло в истории
науки. Он не был способен к большим тео¬
ретическим обобщениям и не мог толково
объяснить собственных наблюдений. Мо¬
жет быть, в подобной ограниченности зна¬
чительную роль сыграло то обстоятельство,
что он был примерным членом иезуитского
ордена и всю свою жизнь боролся против
идей Коперника и Галилея.
Но экспериментатор Гримальди был вы¬
дающийся. Достаточно сказать, что он от-

«Частицы» или
«волны»?
Впрочем, физика
XX века реабили¬
тировала Ньютона
и в этом пункте.
крыл интерференцию, дифракцию и раз¬
ложение солнечного света в спектр при
помощи призмы (дисперсию света). В его
теоретических представлениях уже содер¬
жатся некие элементы волновой теории
света. Однако (и это не вина, но беда Гри¬
мальди) работы Ньютона были посвящены
тем же вопросам и настолько превосходи¬
ли труды Гримальди, что довольно понят¬
но, почему после появления «Оптики» он
был основательно забыт.
До Ньютона теорией световых явлений
много занимались и Декарт и особенно Гук.
Однако Декарт в большей степени был ма¬
тематик и философ, чем физик, а Гук, как
обычно, не доводил ничего до конца и в ос¬
новном бросал идеи (правда, идеи заме¬
чательные).
Первая теория световых явлений, заслу¬
живающая этого названия, дана Ньютоном.
Как помните, даже в механике он не обо¬
шелся без гипотез. Но там они скрыты,
завуалированы.
В оптике гипотезы необходимы. Слишком
разнообразны по своей природе оптические
явления, чтобы можно было установить не¬
сколько единых принципов. Необходимо
объединяющее все эти факты предположе¬
ние — гипотеза.
Весь известный во времена Ньютона ма¬
териал показывал, что конкурировать мо¬
гут только две гипотезы:
корпускулярная:	свет — поток частиц;
волновая:	свет — это волновое движе¬
ние.
Ньютон скорее склонялся к первой идее,
а Гюйгенс последовательно развивал
вторую.
К началу XIX столетия спор как будто
был окончательно решен в пользу Гюйген¬
са. Не оставалось никаких сомнений в том,
что свет — это волны.
160

Пожалуй, стоит несколько напомнить,
что такое волновое движение, поскольку
в данном случае неглубокие повседневные
наблюдения могут основательно затруднить
правильное понимание.
Бросив в воду камень и наблюдая, по
совету Козьмы Пруткова, разбегающиеся
волны, мы обычно вполне удовлетворяем¬
ся фразой: «Волны распространяются с та¬
кой-то скоростью». Мы можем даже изме¬
рить эту скорость, не очень задумываясь,
что же в действительности переносится
в процессе волнового движения, каким об¬
разом ведут себя частицы той среды, в ко¬
торой распространяется волна.
Волновое движение — это процесс переда¬
чи энергии, происходящий в какой-то среде.
Частицы среды при этом колеблются около
равновесных положений.
Распространение волны заключается в
том, что все новые и новые частицы среды
начинают колебаться. Причем они могут
смещаться совсем не в направлении распро¬
странения волны...
Игра в «испорченный телефон» неплохо
иллюстрирует так называемую продольную
волну. Какая-то фраза передается с одного
конца цепочки участников игры на другой,
но не непосредственно, а каждый говорит
на ухо лишь ближайшему соседу.
Еще более точная аналогия — сигнальная
эстафетная служба, широко распространен¬
ная у древних. Есть несколько десятков
курьеров. Получив сведения, первый бежит
на соседний пост, сообщает другому и воз¬
вращается назад; второй бежит к третьему
и т. д. Такая эстафета воспроизводит про¬
дольную волну; «передаваемой энергией»
является сообщение, а «частицами сре¬
ды» — курьеры.
В продольной волне смещения частиц
происходят в направлении движения волны.
Нечто вроде опре¬
деления!
Вообще говоря,
«испорченный те¬
лефон» — аналог
волнового движе¬
ния в поглощаю¬
щей и искажаю¬
щей волны среде.
161

Как почти любая
аналогия, приве¬
денный пример
очень грубо и не¬
точно иллюстриру¬
ет волновое дви¬
жение.
Нетрудно подыскать житейскую анало¬
гию для поперечной волны. В ней частицы
среды смещаются перпендикулярно рас¬
пространению волны.
Если в большой стае птиц, сидящих ряд¬
ком на проводе, крайнюю взволнует ка¬
кая-то ложная тревога, она взлетит, а по¬
том, убедившись, что все спокойно, сядет
на место. Ее соседки проделают то же са¬
мое, но с некоторым запаздыванием во вре¬
мени. Беспокойство постепенно распростра¬
нится по всей стае, и когда на одном конце
все уже успокоится, на другом волнение
может оказаться в полном разгаре.
Здесь передается тревога («энергия»!),
а птицы («частицы среды») двигаются пер¬
пендикулярно к направлению распростране¬
ния сигнала.
Итак, частицы среды, в которой распро¬
страняется волна, только колеблются около
положения равновесия. Если начальное воз¬
буждение имеется в одном месте, то волна
может распространяться только при усло¬
вии, что частицы среды связаны между со¬
бой. Это совершенно понятно.
Менее тривиально такое замечание: вол¬
на будет распространяться без всяких ис¬
кажений и потерь только в том случае,
когда силы связи между частицами среды
имеют совершенно определенный харак¬
тер— так называемые упругие силы. Та¬
кая среда называется идеально упругой
и вообще-то представляет собой некото¬
рую идеализацию. Но известно много тел,
в которых волны распространяются сочень
малыми потерями энергии. Между прочим,
эти тела и среды могут быть совершенно
различны по своим прочим свойствам. На¬
пример, стальной стержень и воздух.
Что упругие свойства воздуха в извест¬
ном смысле очень хороши, убеждает, на¬
пример, то, что, разговаривая, мы слышим
162

друг друга на расстоянии нескольких де¬
сятков метров. Чрезвычайно малой энер¬
гии колебаний голосовых связок достаточно
(если бы все люди на Земле подняли крик,
они развили бы мощность всего лишь
10 л. с.), чтобы звуковая волна распро¬
странилась на десятки метров, прежде чем
она поглотится средой.
Впрочем, разговор о свойствах упругих
тел завел бы нас слишком далеко. Отме¬
тим только, что в твердых упругих телах
могут образовываться волны обоих типов —
продольные и поперечные. А в газах возни¬
кают только продольные волны.
Пожалуй, наиболее яркими свойствами
волнового движения — своеобразным «пас¬
портом» — являются интерференция и ди¬
фракция. Суть обоих этих явлений очень
проста, но почему-то дифракцию обычно
представляют себе хуже, чем интерфе¬
ренцию.
Дифракция — это огибание препятствия
ВОЛНОЙ. Ьсли на пути распространения ВОЛН ствах волнового
на воде окажется камень, то в образован- Движения-
ном за камнем конусе резкой волновой тени
не образуется. Волновое движение частично
«захлестнет» и ту область, которая нахо¬
дится в «тени».
При прочих равных условиях огибание
препятствия тем значительней, чем больше
163

отношение длины волны к размерам пре¬
грады.
Поэтому можно слышать голос челове¬
ка, рот которого прикрыт ладонью и не
виден. Звуковые волны легко огибают ла¬
донь, а дифракция световых волн слиш¬
ком мала, чтобы обогнуть это препятствие.
Иначе говоря — чем меньше длина волны,
тем труднее наблюдать дифракцию.
Дифракцию видимого света, впрочем,
можно обнаружить при помощи сравнитель¬
но простых приспособлений, но дифракция
рентгеновских лучей наблюдается при рас¬
сеянии на таких препятствиях, как отдель¬
ные атомы.
Интерференция — непосредственное след¬
ствие принципа суперпозиции.
Ученый характер фразы не должен сму¬
щать. Содержание принципа суперпозиции
очень ясно. «Когда в одной точке дей¬
ствуют несколько возмущений, то, чтобы
выяснить окончательный результат, их сле¬
дует просуммировать».
А суммируя даже две одинаковые волны,
можно получить самые различные резуль¬
таты в зависимости от разности фаз этих
волн. (Кстати, неплохая аналогия явления
интерференции — закон сложения сил.)
В частности, теоретически вполне возмо¬
жен случай, когда при громком разговоре
двух людей в комнате устанавливается аб¬
солютная тишина.
По ряду причин именно этот эффект от¬
сутствует, но всегда можно создать экспе¬
риментальные условия для наблюдения
интерференции. И в оптике, и в акустике,
и при изучении упругих волн в твердых те¬
лах интерференцию легко наблюдать.
Может быть, наиболее трудно восприни¬
мается еще одно замечательное свойство
волн — поляризация, но пока мы «минуем
это препятствие».

Изучая свет, физики наблюдали эффек¬
ты, которые явно указывали на его волно¬
вую природу. Интерференцию и дифрак¬
цию, как помните, наблюдал еще Грималь¬
ди. За ним Гук, Ньютон и Гюйгенс в своих
опытах неоднократно наталкивались на те
же явления.
Но если принять, что свет — волновое
движение, необходимо, казалось бы, пред¬
положить, что существует какая-то матери¬
альная среда, в которой это движение про¬
исходит. Иначе говоря — необходим эфир,
Эфир, который у Декарта появился в ре¬
зультате чисто умозрительных спекуляций.
Эфир, который был принят Ньютоном,
хотя всю свою жизнь он относился к нему
крайне подозрительно.
Эфир, по поводу которого Ньютон к кон¬
цу своих дней просто избегал говорить что-
либо определенное.
Этот эфир у Гюйгенса как будто впервые
получает реальное обоснование.
Что же понимали физики до начала
XX века под эфиром?
Изучение звуковых волн в воздухе и уп¬
ругих телах убеждало, что волновое движе¬
ние возможно только в сплошных средах.
А если свет — это волны, то, очевидно, все
наше пространство залито какой-то сплош¬
ной средой, обладающей чрезвычайно уди¬
вительными свойствами.
Свойства этой среды удивительны пото¬
му, что ни один физический опыт, кроме
опытов со светом, не давал возможности
обнаружить ее существование.
С другой стороны, представить себе рас¬
пространение волн без наличия какой-то
материальной среды физики не могли*.
Здесь заканчива¬
ются обрывочные
замечания о вол¬
нах, и (внимание!)
снова появляется
эфир.
* «Материальной» здесь означает — состоящей из
мельчайших частиц.
165

«Слушайте, слу¬
шайте!» (как лю¬
бят говорить анг¬
личане).
Ведь их опыт (волны в воздухе, на поверх-
ности воды, в упругих телах) заставлял
считать, что волны могут распространяться
только в среде, состоящей из каких-то ча¬
стиц, связанных между собой.
Ученые вообще любят мыслить аналогия¬
ми. Но здесь она не та, что напрашивалась,
ее немыслимо было избежать!
И торжество волновой теории одновре¬
менно ознаменовалось победой гипотезы
эфира.
Идея Декарта о существовании некой
тончайшей материи та1епа зиМШз *, за¬
ливающей всю вселенную, вместе с волно¬
вой теорией света завоевывает умы фи¬
зиков.
Все последующие годы — это годы споров
о свойствах эфира. Эфир Гюйгенса во мно¬
гом не похож на эфир Декарта, а эфир
XIX столетия наделяется совершенно новы¬
ми свойствами. Но гипотеза о существова¬
нии эфира в той или иной форме прочно
входит в физику.
Но если вся вселенная залита некоторой
«жидкостью» (или «газом») —эфиром, то,
казалось бы, решен вопрос о существова¬
нии системы отсчета, настолько выделенной
по своим свойствам, что ее можно считать
абсолютной.
Эта система отсчета — покоящийся эфир.
Движение относительно эфира — абсо¬
лютное движение.
Несущественно, что, исследуя механиче¬
ские явления, невозможно отличить абсо¬
лютное движение от относительного.
Мы найдем такие световые явления, ко¬
торые позволят наблюдать неподвижный
эфир.
Так мы определим абсолютную систему.
Между прочим, если принять существова-
* Субтильный — тонкий, хрупкий.
166

ние эфира, довольно естественно предполо¬
жить, что центробежные силы возникают
именно при вращении относительно эфира.
Открываются новые перспективы для
объяснения природы инерциальных и не¬
инерциальных систем отсчета.
Взаимодействие через эфир, возможно,
позволит объяснить механизм тяготения.
Гипотеза эфира выглядит как будто очень
привлекательной, даже если отвлечься от
попытки объяснить свойства света.
Так в конце XVII столетия завязывается
в физике тот узел, разрубить который до¬
велось Альберту Эйнштейну в 1905 году.

ГЛАВА УШГ
посвященная обоснованию
волновой теории света.
Терпеливый читатель, воз¬
можно, получит удовольст¬
вие, познакомившись с
очень тонкими и далеко
идущими выводами, кото¬
рые были сделаны при ис¬
следовании неожиданного
эффекта двойного луче¬
преломления
ЭФИР (продолжение)
Я не знаю, что такое этот эфир.
НЬЮТОН
Рассуждения об
эфире, дающие
лишний повод для
восхищения Нью¬
тоном.
В прошлой главе допущена сущест¬
венная неточность, продиктованная
схематичностью изложения. Говорилось, что
Гюйгенс первым обосновал волновую при¬
роду света, а Ньютон в противовес выдви¬
нул корпускулярную теорию.
Все это не совсем верно. Гюйгенс не объ¬
яснил в своих работах многие основные
явления, с которыми сталкиваешься при
изучении света. Он, например, не представ¬
лял, что свет — периодический процесс. И не
мог, следовательно, хорошо объяснить ин¬
терференцию света. Он ничего не говорил
о дифракции и, возможно, вообще не по¬
дозревал о существовании такого явления;
168

наконец, основные свойства световых лу¬
чей— прямолинейность их распространения
и образование цветов — также не получили
объяснения в теории Гюйгенса.
Волновая теория света во времена Гюй¬
генса—Ньютона очень неудовлетворитель¬
но описывала наблюдаемые эффекты, и
Ньютон не случайно от нее отказался.
Впрочем, он не был безусловным сторон¬
ником и корпускулярной теории.
Для творца механики и оптики гипотеза
всегда оставалась не более чем гипотезой.
Все это он относил к физике второго сорта.
Впрочем, когда без гипотез нельзя было
обойтись, Ньютон демонстрировал, что
может их измышлять лучше всех современ¬
ников.
В свойствах света он разбирался лучше,
чем Гюйгенс, лучше, чем любой из живших
в то время физиков. Но... к своим собствен¬
ным теориям он относился так же недовер¬
чиво и, можно сказать, с такой же иронией,
как и к построениям других авторов.
Л. И. Мандельштам очень тонко заметил,
что Ньютон не создал волновой теории
только потому, что лучше, чем Гюйгенс, ви¬
дел ее недостатки. Но и к корпускулярной
теории он не испытывал особо нежных
чувств...
Совершенно так же он, пожалуй, «недо¬
любливал» и эфир, хотя в течение своей
жизни предложил несколько изящных ги¬
потез эфира — несколько «эфиров».
К сожалению, есть только один способ
передать изумительную гибкость и изобре¬
тательность его мысли — подробно изло¬
жить эти гипотезы. А как раз это мы не
в состоянии проделать.
Можно привести ТОЛЬКО ОДИН любопыт- Свойства эфира
ный факт. Менделеев в конце XIX столе- личнь1мВЛЯобразом"
ТЙЯ (!) рассуждал об эфире совершенно НО эфир Менделе-
в плане идей Ньютона. Его уверенность на3- близнецы.70’
169

Краткий экскурс
в историю созда¬
ния волновой тео¬
рии света.
в существовании эфира была так велика,
что в периодической таблице он оставил
нулевое место для химического элемента
«ныотония» — эфира. То, что эфир Ньютона
двести лет спустя привлек такого ученого,
как Менделеев, уже одно может служить
рекомендацией.
А вот как расценивал сам Ньютон эту
группу своих работ. Знаменитое письмо об
эфире к Роберту Бойлю заканчивается не¬
ожиданной, если не знать Ньютона, фра¬
зой:
«Что касается меня, то я имею столь ма¬
ло вкуса к вещам такого рода, что без
поощрения вашего, побудившего меня,
я никогда бы, полагаю, не взялся за перо
для такого рода дел».
Это сказано в заключение нескольких
страниц, с которых блещет такой фейерверк
остроумнейших и тончайших гипотез, что,
право, идей одного этого письма хватило
бы, чтобы оставить свое имя в истории
науки.
Конечно, могут быть различные мнения
по поводу отношения Ньютона к гипотезам
как к методу научной работы. Но, думаю,
бесспорно, что в данном случае иронически-
пренебрежительное отношение Ньютона
к своим собственным результатам, продик¬
тованное беспощадной требовательностью,
пробуждает чувство глубокого преклонения
перед ученым и человеком.
Скепсис Ньютона был забыт последую¬
щими поколениями. И произошло это не
случайно.
В начале XIX столетия волновая теория
света могла, наконец, торжествовать
триумф.
До конца XVIII века, отчасти под влия¬
нием авторитета Ньютона, а главным
образом ввиду недостатков волновой тео¬
рии, большинство физиков считало, что
170

свет — это поток корпускул, а не волны.
Корпускулярную теорию в первую очередь
защищала наиболее передовая и сильная
научная школа того времени, объединен¬
ная Французской Академией наук.
Первый чувствительный/ удар корпуску¬
лярной теории был нанесен в 1801 году.
Роберт Юнг объяснил интерференцию све¬
товых волн с точки зрения волновой тео¬
рии. Цвета тонких пластин и кольца Нью¬
тона * в волновой схеме Юнга получили
хорошее теоретическое объяснение.
Но сторонников корпускулярной теории
это не убедило. У них тоже были свои до¬
стижения. Например, Лаплас успешно
объяснил с точки зрения корпускулярной
теории явление двойного лучепреломления.
И вопрос оставался открытым.
В 1818 году Французская Академия наук
предлагает премиальную тему: «Теоретиче¬
ское объяснение дифракции». При этом
рассчитывали, что появится работа, объяс¬
няющая дифракцию с корпускулярной
точки зрения. Но, увы, надежды так часто
не сбываются. На конкурсную комиссию
было подано сочинение, в котором все яв¬
ления дифракции объяснялись с волновой
точки зрения. Автором работы был еще
сравнительно молодой физик — Огюст Жан
Френель. Он, по существу, и есть творец
волновой теории света.
Работу признали неохотно, поскольку
почти все члены комиссии придерживались
корпускулярной теории. Но в комиссии
были настоящие ученые, и труд Френеля
в конце концов получил блестящий отзыв.
При обсуждении произошел очень поучи¬
тельный эпизод. Один из крупнейших ма-
Снова упоминает¬
ся двойное луче¬
преломление, хотя
снова не говорит¬
ся о том, что же
это такое.
* Именно кольца Ньютона — первый эффект, в ко¬
тором проявились периодические свойства света, и
именно Ньютон первый это понял.
171

тематиков XIX столетия, Пуассон, не пони¬
мал и не принимал идей Френеля. Он и
обратил внимание на такой «нелепый» вы¬
вод волновой теории. При определенных
размерах препятствия в центре тени долж¬
но было образоваться светлое пятно.
«пТ.0? т ы	Проделали опыт. Оказалось, что светлое
трудно найти луч- пятно действительно находится в той точ-
^оящегРоТенРепони" ке, где предписывала теория. «Опроверже-
мания*	ние» Пуассона обернулось блестящим до¬
казательством волновой природы света.
После Френеля не оставалось никаких
сомнений в том, что свет— волны; не оста¬
валось сомнений и в существовании эфира.
А эфир по-прежнему представлял для
физиков камень преткновения. Более того,
как раз работы Френеля, убедив в сущест¬
вовании эфира, с одной стороны, с другой —
очень и очень запутали положение,
трудности, связан- Как только появилась гипотеза эфира,
эфира? гипотезои возник вопрос: «Почему же планеты, да и
172

вообще все тела не испытывают сопротивле¬
ния, двигаясь через эфир?» Единственное
удовлетворительное объяснение можно
дать, считая эфир каким-то исключительно
разреженным газом мельчайших частиц.
В этом случае еще можно как-то говорить,
что трение об эфир ничтожно и потому эк¬
спериментально не выявляется.
Но если эфир — газообразная субстан¬
ция, «некий тончайший спиритус, проникаю¬
щий во все тела...», как говорил Ньютон,
то в нем могут осуществляться только про¬
дольные волны. В газах поперечных волн
не бывает. Следовательно, световые волны
должны быть продольными.
И вот тот же Френель показал, что свет —
это поперечные волны.
Естественно заинтересоваться: как вооб¬
ще установили — продольные или попереч¬
ные световые колебания, если не было воз¬
можности наблюдать частицы той среды
(эфира), в которой распространяется свет?
Ведь никто не видел, что именно колеблет¬
ся в световой волне?
И тем не менее поперечный характер ко¬
лебаний эфира был установлен совершенно
безупречно. При доказательстве использо¬
вали очень элегантный прием — соображе¬
ния симметрии.
Рассмотрим световой луч. Согласно вол¬
новой теории, он обусловлен колебаниями
эфира. А та область, в которой эфир колеб¬
лется, представляет собой узкую «трубку»,
центральная ось которой и есть ось свето¬
вого луча.
Если в цилиндре колебания эфира про¬
дольны (направлены вдоль оси) и если
свойства эфира во всех направлениях оди¬
наковы (изотропность эфира!), можно ут¬
верждать, что физические свойства луча
света должны обладать осевой симметрией.
Первая неприят¬
ность!
«Продольны» или
«поперечны» све¬
товые волны?
(73

Важнейшее физи¬
ческое понятие
«изотропность».
Предыдущая фраза может показаться не¬
понятной и потому стоит пояснения.
Что означают слова «изотропность эфи¬
ра»? Только то, что в эфире нет выделен¬
ного по своим физическим свойствам на¬
правления. В этом убедились на опыте.
Если, например, произвести вспышку света,
то световая волна абсолютно одинаково
распространится во всех направлениях.
Точно так же для лыжника в ровном по¬
ле на нетронутом снегу в смысле трудности
пути все направления равноценны. Но если
на поле проложены лыжни или если он
стоит на склоне горы, изотропность нару¬
шена— есть более и менее благоприятные
направления.
Осевая симметрия всех свойств луча оз¬
начает, что в световом луче совершенно
равноправны все направления, перпендику¬
лярные оси. Если мы повернем световой
луч вокруг его оси, ничего не изменится.
Вся физическая картина останется преж¬
ней. Обычные световые лучи действитель¬
но обладают такой симметрией. И ни один
опыт не показывает, что какое-то из на¬
правлений, перпендикулярных к оси, выде¬
ляется по своим свойствам.
Казалось бы, все это подтверждает ги¬
потезу о продольных колебаниях эфира.
Впрочем, не будем торопиться с выво¬
дами...
В 1670 году Гюйгенс обнаружил, что ес¬
ли пропустить через кристалл исландского
шпата луч света, то на выходе из кристал¬
ла он раздвоится!
174

Факт предельно удивительный. Правда,
Гюйгенсу удалось формально (математиче¬
ски) объяснить двойное лучепреломление,
но физику явления он не понял и не нашел
ничего лучшего, как выдвинуть гипотезу
о существовании двух эфиров (!) в исланд¬
ском шпате.
Естественно, Ньютон жестоко критиковал
Гюйгенса за эти построения. Сэру Исааку
с лихвой хватало одного эфира, а уж при¬
мириться с двумя он никак не мог.
Несколько отвлекаясь, заметим, что во¬
обще наблюдается, казалось бы, мистиче¬
ский факт. Чем более искусственны пред¬
положения, чем сложнее гипотеза, тем
меньше вероятия, что она оправдается.
Впрочем, это довольно естественно, потому
что для сохранения неправильной гипотезы
по мере накопления противоречащих фак¬
тов приходится добавлять все новые искус¬
ственные предположения.
Но двойное лучепреломление таило в себе
еще одну неприятность.
Если взять два одинаковых кристалла ис¬
ландского шпата и через оба пропустить луч
света, то на выходе мы увидим четыре
луча.
Начнем вращать теперь правый кристалл
относительно левого. Яркость каждой из
четырех точек на экране будет изменяться.
Причем при определенном положении кри¬
сталлов друг относительно друга вместо че¬
Вот оно — двойное
лучепреломлен и е,
доказывающее по-
перечность свето¬
вых волн!
175

тырех лучей мы увидим только два, а два
других исчезают! Значит, каждый из лучей,
вышедших из первого кристалла, во втором
уже не расщепляется *.
Итак, интенсивность каждого из наблю¬
даемых четырех лучей меняется в зависи¬
мости только от взаимного расположения
кристаллов.
Каждому лучу, который вышел из перво¬
го кристалла, не безразлично, в каком по¬
ложении будет второй кристалл. Луч света,
оказывается, как-то «подготовлен» к про¬
хождению через второй кристалл. Все это
довольно странно.
При вращении нижнего кристалла для
лучей света, казалось бы, ничего не изме¬
нилось— ведь оба кристалла однородны,
одинаковой толщины, и при вращении ме¬
няется только взаимное расположение их
кристаллографических граней.
Если же вращать оба кристалла вместе,
не меняя их взаимного расположения, ин¬
тенсивность каждого из четырех лучей на
выходе строго постоянна и не зависит от
вращения.
Это сразу указывает, что весь эффект
скрыт в свойствах световых лучей, вышед¬
ших из первого кристалла. Чем-то такой
свет отличается от обычного. Но чем?
Этот эффект, назовем его пока условно
«эффектом Гюйгенса», оставался необъяс-
ненным более ста лет.
И это неудивительно. Если принять, что
свет — продольные колебания эфира и сам
эфир изотропен, невозможно понять, чем
* Два луча на выходе получаются тогда, когда
соответствующие кристаллографические оси либо
совпадают, либо угол между ними составляет 90°.
Поэтому, поворачивая нижний кристалл на полный
угол в 360°, мы 4 раза будем наблюдать на выхо¬
де 2 луча вместо 4.
176

могут отличаться друг от друга два луча
белого света равной интенсивности.
Но стоит предположить, что свет — это
поперечные колебания, как появляется еще
одна характеристика — направление коле¬
баний частиц эфира.
Если колебания поперечны, то в цилинд¬
рике, который «вырезается» из эфира све¬
товым лучом, выделяется одно из плоских
сечений. Это — плоскость, в которой колеб¬
лются частицы эфира.
Как объяснить тогда, что в обычном све¬
товом луче мы не наблюдаем такой выде¬
ленной плоскости?
Руководящая идея
для объяснения
двойного лучепре¬
ломления — попе¬
речных световых
волн.
Ну, это сравнительно просто. Вспомним,
например, что белый свет — это смесь све¬
товых волн различной длины, смесь раз¬
личных цветов (Ньютон!). Может быть,
в обычном луче, кроме того, равномерно
смешаны световые колебания, происходя¬
щие в различных плоскостях. А тогда, есте¬
ственно, выделенное направление отсут¬
ствует.
Кристалл же исландского шпата, возмож¬
но, как-то сортирует лучи. И у двух лучей,
вышедших из первого кристалла, направле¬
ния плоскости колебаний различны.
Правда, такая гипотеза пока не кажется
очень убедительной. Тем более, что при
изучении исландского шпата мы наблюдаем
довольно сложную картину (4 луча!). Про¬
ще проделать аналогичный опыт с кристал¬
лом турмалина.	0чень изящный
Возьмем определенным образом вырезан- опыт с кристаллом
турмалина.
ную пластинку турмалина, направим пер-
177

Вывод.
пендикулярно к ее поверхности луч света.
Пройдя сквозь пластинку, он не прело¬
мится *.
Не изменится и его интенсивность, если
вокруг оси луча вращать пластинку.
Но усложним опыт. Будем пропускать
свет последовательно через 2 пластинки.
Если вторую пластинку вращать относи¬
тельно первой вокруг оси светового луча,
то увидим, как при каком-то взаимном рас¬
положении пластинок интенсивность света
на выходе достигнет максимума, а потом
постепенно уменьшится до нуля. Свет не про¬
ходит! При дальнейшем вращении турмали¬
на интенсивность снова растет.
Значит, луч света, проходящий через
2 пластинки, очень чутко реагирует на вза¬
имное положение пластинок Допустив, что
колебания эфира продольны, невозможно
понять, как вращение пластинок может
влиять на луч.
у/
У
Следовательно, приходится, по-видимому,
признать, что колебания эфира в световой
волне поперечны. А луч, выходящий из кри¬
сталла турмалина, поляризован. Кстати,
* Турмалин тоже двояко преломляющий кристалл,
но один из лучей в нем полностью поглощается.
178

давно пора сказать, что такое поляризован¬
ная волна.
Поперечная волна называется плоскопо-
ляризованной, если колебания частиц той
среды, в которой она распространяется, про¬
исходят все время в одной плоскости.
Итак, из кристаллов исландского шпата
и турмалина свет выходит плоскополяризо-
ванным (по-видимому!).
Стоило ли так подробно останавливаться
на этих опытах, усложняя при этом рас¬
сказ упоминанием об опытах Гюйгенса
с исландским шпатом? Ведь с турмалином
поперечность колебаний устанавливается
значительно проще.
Пожалуй, все-таки стоило. Очень часто
приходится слышать, что в XVII веке уче¬
ным работать было легче. Достаточно было
проделать элементарный опыт или «уга¬
дать» тривиальный вывод — и новый шаг
в науке сделан. Поэтому, мне кажется, по¬
лезно чуть-чуть серьезнее проанализиро¬
вать «элементарные» выводы Г али лея,
Ньютона, Гюйгенса.
У нас, конечно, нет возможности по-на¬
стоящему разобрать хоть одну из задач
прошлого, но хочется дать хоть какое-ни¬
будь представление о том, какими удиви¬
тельными и необъяснимыми предстают
всегда новые эффекты независимо от того,
в каком веке их наблюдают.
Если говорить строго, то даже опыт
с турмалином не позволяет заключить, что
в световой волне имеются только попереч¬
ные колебания эфира. Пока не было при¬
ведено ни одного факта, утверждающего
отсутствие продольных колебаний.
Более того, можно, например, выдвинуть
гипотезу, что частицы эфира — нечто вроде
«световых магнитиков», причем расположе¬
ны они совершенно беспорядочно. Можно
думать, что в световом луче эти частицы
Назидательные рас¬
суждения о слож¬
ности науки и о
возможности дру¬
гих попыток для
объяснения двой¬
ного лучепрелом¬
ления.
179

Поперечность
товых волн и
потеза эфира.
испытывают продольные колебания. В обыч¬
ном световом луче колеблются все бес¬
порядочно направленные магнитики эфира.
После прохождения через кристалл турма¬
лина почему-то возбуждаются продольные
колебания только в определенным образом
ориентированных магнитиках эфира. Тогда,
хотя колебания и продольны, появляется
выделенное направление.
* $ $
/V	У	/V
Конечно, легко сказать, что все это ерун¬
да. Но сказать и обосновать — вещи
разные.
А можно попробовать объяснить поляри¬
зацию света и с корпускулярной точки
зрения. Для этого достаточно ввести гипо¬
тезу, что сами световые корпускулы» анало¬
гичны магнитикам, а кристалл просто при¬
водит в порядок их расположение. Кстати,
автор последней гипотезы не кто иной, как
Ньютон. Именно он первый уловил исклю¬
чительное значение опытов Гюйгенса, опы¬
тов, в которых, по его выражению, прояви¬
лись «изначальные» свойства света.
Короче, не стоит удивляться, что гипотеза
поперечности световых колебаний была
принята физиками с таким трудом. Она
казалась им очень неестественной. Призна¬
ние поперечных колебаний в эфире означа¬
ло отказ от модели газообразного эфира!
Ведь в газах поперечные волны отсутст¬
вуют!
180

Следовательно, приходилось перестраи¬
ваться и представлять эфир каким-то ана¬
логом твердых тел.
Но в этом случае уж совершенно непо¬
нятно, как в таком эфире небесные тела
двигаются без трения! И это еще не все.
Во всех твердых и жидких телах могут рас¬
пространяться как поперечные, так и про¬
дольные волны. А Френель и Араго в нача¬
ле XIX столетия проделали опыты*, объ¬
яснить которые можно было, только пред¬
положив, что продольные колебания в све¬
товых лучах совершенно отсутствуют. И это
было уже совсем нехорошо!
В механике было доказано, что если на
границу раздела двух упругих сред набе¬
гает даже строго поперечная волна, в отра¬
женной и преломленной волнах должна
иметься продольная составляющая. А в эфи¬
ре никакой продольной волны не появляет¬
ся! Отраженный свет состоит из строго по¬
перечных колебаний!
Едва удалось найти удовлетворительную
гипотезу, объясняющую этот факт, как фи¬
зики оказались лицом к лицу перед совер¬
шенно удивительными открытиями.
Майкл Фарадей обнаружил, что плос¬
кость поляризации света вращается под
действием магнитного поля. Световые и
электромагнитные явления оказались тесно
связанными между собой. Эфир «световой»
оказался по меньшей мере очень близким
родичем эфиру «электрическому»!
* Конечно, мы снова отказываемся от разбора
этих работ.

ГЛАВА 1ХГ
прочитав которую читатель,
возможно, сможет чуть
лучше представить, как
«просто» заниматься физи¬
кой
РОЖДЕНИЕ НЕУВАЕКАЕМОГО ЭФИРА
Завидная судьба
эфира.
Я не знаю, что такое этот эфир.
Н	НЬЮТОН
ачиная с этой главы, мы вступаем,
так сказать, в «предгорья» теории
Эйнштейна. Все дальнейшее посвящено, по
существу, одному вопросу: «Можно ли ка¬
кими угодно опытами обнаружить покоя¬
щийся эфир — выделить абсолютную си¬
стему?»
В XIX столетии отношение физиков к ги¬
потезе эфира очень напоминало отношение
родителей к единственному балованному
ребенку.
Эфиру прощали все: и его совершенно
странные свойства сверхтвердого тела
(строгая поперечность световых колеба¬
ний); и одновременно его исключительную
182

разреженность, вытекающую из полного от¬
сутствия влияния его на движение звезд
и планет; и искусственность поведения эфи¬
ра в сплошных телах (два эфира в исланд¬
ском шпате?!). Позже вместо гипотезы
о двух эфирах была выдвинута гипотеза
о различной упругости эфира вдоль разных
кристаллографических направлений (Ней¬
ман, 1835 г.), но это тоже вряд ли можно
рассматривать как счастливую находку.
Физики мирились со всем потому, что
без эфира, без какой-то среды немыс¬
лимо было представить, как распространя¬
ются электромагнитные волны в простран¬
стве.
В наши дни мы довольно спокойно гово¬
рим, что само пространство обладает свой¬
ством передавать электромагнитные и гра¬
витационные волны. Причем это свойство
мы не связываем с наличием какой-то за¬
ливающей вселенную среды.
Механические модели эфира отброшены, зрения6пока,
и вместо них введено новое понятие — поня-	не
НОВаНа*
тие поля. Чтобы не вдаваться в тонкости,
просто отметим: современная физика отка¬
залась от попыток представлять электро¬
магнитные волны аналогично волнам в ме¬
ханических средах и газах.
Сейчас мы просто констатируем факт:
в пространстве могут распространяться
волны; эти волны обладают такими-то свой¬
ствами.
Мы' знаем теперь, что гипотеза, будто
пространство заполнено какой-то средой,
аналогичной по своим свойствам газам или
упругим телам, — эфиром, — несостоятель¬
на, она противоречит опытам.
Короче, в вопросе об эфире физики вер¬
нулись к методу принципов. Но, думаю,
довольно ясно, как тяжело было отказаться
от очень наглядной гипотезы эфира — упру¬
гой среды, заливающей вселенную.
точка
есте-
об ос-
183

Сентиментальное
введение.
Небольшое филологическое замечание.
Когда говорят, что теория относительно¬
сти изгнала из физики эфир, имеют в виду
«истребление» среды, заполняющей про¬
странство и построенной из частиц. Сейчас
мы утверждаем только то, что через про¬
странство могут передаваться волны. Мож¬
но называть такое пространство эфиром,
никто особенно не будет возражать; это
вопрос сугубо терминологический.
Классический эфир погиб, когда устано¬
вили, что в оптических явлениях так же,
как в механике, отсутствует выделенная
система отсчета.
Но прежде чем в этом убедились, прежде
чем Эйнштейн создал свою теорию, приш¬
лось потратить двести с лишним лет на
поиски. Сотни опытов, десятки теорий, та¬
лант и трудолюбие многих поколений физи¬
ков подготовили триумф Эйнштейна.
Каждый по мере сил вносил свою долю:
и те, чьи работы были похоронены навечно
очень скоро после их рождения; и те, чьи
труды оставили заметный след в физике.
Пожалуй, нет в истории науки более дра¬
матичной повести, чем поиски теории эфи¬
ра. Несколько раз казалось, что все уже
ясно, что все сомнения исчезли. Но прохо¬
дил десяток лет, и новые опыты ставили
под удар теории, столь убедительные в не¬
давнем прошлом.
У нас, естественно, нет возможности да¬
же очень схематично проследить этот ве¬
ликий и тяжелый путь.
Мы ограничимся лишь упоминанием
о двух работах, сделанных на заре изуче¬
ния световых явлений. Они выбраны не
столько потому, что сыграли важнейшую
роль в истории эфира и учении о свете,
сколько потому, что, проследив за замеча¬
тельными, неожиданными и поразительно
смелыми выводами их авторов (в общем
184

сравнительно рядовых ученых), можно по¬
чувствовать, что такое физика.
Первая работа.
Датский математик и астроном Олаф
Ремер в 1676 году в движении ближайшего
спутника Юпитера обнаружил очень стран¬
ные неправильности: систематически нару¬
шалась периодичность затмений спутника.
5 - Солнце
У- Юпитер
Т-Земля
/-спутник Юпитера
Изображены моменты
ЗАТМЕНИЙ СПУТНИКА
Юпитера
Наблюдаемая картина представлялась в
высшей степени удивительной.
Факт номер один.
Известно, что время одного полного обо¬
рота спутника Юпитера постоянно. Наблю¬
дения, проведенные в разные времена года,
давали одну и ту же цифру — 42 часа
47 минут 33 секунды. Конечно, иногда по¬
лучали чуть больше, иногда чуть меньше,
но отклонения не превышали пределов оши¬
бок эксперимента, а среднее наблюдаемое
значение продолжительности одного оборо¬
та оставалось постоянным, что, впрочем,
было вполне естественным.
Далее. Орбиты Земли и Юпитера и ско¬
рости движения этих планет были хорошо
изучены астрономами. Поэтому, казалось
бы, зная момент наступления одного затме¬
ния спутника, можно легко предсказать,
когда начнется любое последующее. Надо
Мистификация! На¬
блюдаемое кажу¬
щееся время одно-
го оборота спутни¬
ка непостоянно. Но
во времена Ремера
заметить этого не
могли из-за недо¬
статочной точнос¬
ти приборов.
185

только провести кропотливые, но в принци¬
пе очень простые вычисления.
Действительно, есть три тела. Известно,
как они двигаются. И совсем несложно ус¬
тановить, через какие интервалы времени
они окажутся на одной прямой.
Пусть затмение наблюдается в момент,
когда Юпитер, Земля и спутник Юпитера
находятся в положении 1. Зная время од¬
ного оборота спутника Юпитера, можно
вычислить моменты наступления остальных
затмений на весь земной год вперед.
Но вместо нарисованной мирной карти¬
ны астрономы столкнулись с удивитель¬
ным фактом номер два.
Факт номер два.
Оказалось, что моменты наступления за¬
тмений сначала запаздывают. Запаздыва¬
ние все возрастает примерно в продолже¬
ние нашего земного полугода и достигает
под конец значительной величины — не¬
скольких минут.
Потом в течение следующего полугода
запаздывание все уменьшается и умень¬
шается, пока не исчезает совсем.
Впечатление такое, будто спутник пер¬
вые полгода вращается вокруг Юпитера не¬
сколько медленнее, а вторые полгода—не¬
сколько быстрее, чем это наблюдалось в
момент, соответствующий положению 1.
Получалось так, будто движение спутни¬
ка возмущено какой-то неизвестной причи¬
ной, которая то ускоряет его, то замедляет;
причем воздействие ее по своему характе¬
ру периодично с периодом примерно в один
земной год.
Но откуда может появиться подобное
возмущение?
Ремер выдвинул смелую гипотезу: при¬
чина отклонений не в спутнике Юпитера,
он вращается равномерно, а в том, что
скорость света конечна, и в результате на¬

блюдателю на Земле кажется, что время
одного оборота различно.
Повторяю (насколько можно понять из
имевшейся в распоряжении автора литера¬
туры) , во времена Ремера инструменты были
недостаточно точны, чтобы непосредственно
поймать разницу во временах одного обо¬
рота спутника Юпитера, измеряя это время,
скажем, сегодня и через полгода.
Но, регулярно накапливаясь, отклонения
в доли секунды привели к различию между
наблюдениями и предсказаниями теории
для моментов наступления затмения в не¬
сколько минут.
Кстати, с явлением, «очень напоминаю¬
щим» запаздывание затмений спутника
Юпитера, приходится сталкиваться в по¬
вседневной жизни.
Довольно часто можно слышать: «У этих
часов очень точный ход. Они отстают на
минуту в месяц».
Точность обычных наручных часов не по¬
зволяет обнаружить отставание на две се¬
кунды в сутки. Но, постепенно накапли¬
ваясь, за месяц эта малая ошибка дает
вполне заметное значение — минуту. Уже
через несколько суток по секундной стрел¬
ке можно заметить, что часы отстают, хотя,
если сверять их по сигналам точного вре¬
мени в двенадцать дня и двенадцать ночи,
нет возможности заметить отставание на
одну секунду. При такой проверке соз¬
дается впечатление, что часы идут совер¬
шенно точно.
Но если в примере с наручными часами
все достаточно очевидно, то со спутником
Юпитера положение было очень запутанно
ввиду побочных эффектов.
Шеф Ремера — крупнейший французский
астроном Кассини — сначала было согла¬
сился с его идеей. Но потом отказался от
нее, так как наблюдаемые движения дру¬
Попытка популяр¬
но объяснить ка¬
жущееся противо¬
речие в наблюда.
емых Ремером
фактах.
187

гих спутников Юпитера как будто противо¬
речили выводам Ремера. И, как часто бы¬
вает, Ремер так и не дождался при жизни
полного признания своей теории.
Принципиально эффект кажущейся не¬
равномерности вращения, вызванный конеч¬
ностью скорости света, очень ясен.
Кажется, первая
совершенно точная
аналогия*
Рассмотрим два положения Земли и
Юпитера. В эти двух положениях и прове¬
дем измерение интервалов между двумя
затмениями. Заметим, что в положении 1
расстояние между Землей и Юпитером
уменьшается со временем, а в положении 2
растет.
Учтем теперь, что скорость света ко¬
нечна.
Пусть Юпитер, спутник и Зе-мля нахо¬
дятся в положении 1. Пусть спутник за¬
шел за Юпитер в момент времени В это
мгновение на Земле мы получим световые
волны, которые были посланы с поверхно¬
сти спутника в какой-то предыдущий мо¬
мент. Иными словами, мы увидим изобра¬
жение спутника в том месте, где его уже
нет.
Точно так же мы ничего не увидим, если
попытаемся найти быстро летящий само¬
лет в той точке, откуда доносится звук
188

мотора. Пока звук будет до нас добираться,
самолет улетит дальше.
Изображение спутника, скрывающегося
за Юпитером, мы получим не в момент 1х,
а спустя некоторое время 1 (г А), которое
нужно затратить свету, чтобы пробежать
расстояние т± от спутника Юпитера до Зем¬
ли. Оно будет равно ^1 (п)"
Пожалуй, и в этом
случае проще ра¬
зобраться в сути
дела, используя
формулы.
где с — скорость света.
Земной наблюдатель по своим часам от¬
метит, что затмение спутника Юпитера
Г1*
началось в момент и	'
Когда произойдет второе затмение (а оно
наступит примерно через двое суток), все
повторится. И мы занесем в журнал наб¬
людений, что затмение началось в момент
1т = {1 + —где 1\ — расстояние между
с
Землей и Юпитером в момент начала вто¬
рого затмения.
Интервал времени между началами двух
1 1 1
затмений равен Д11Т = (11 — 11 ) +^г( гг — г1 ).
Но, как помните, в положении 1 расстоя¬
ние между Землей и Юпитером все время
уменьшается. Следовательно, п,<^гь и вто¬
рая скобка отрицательная.
Правда, скорость света (с) очень велика,
поэтому все второе слагаемое очень мало
по сравнению с первым членом. Но все же
измеряется несколько меньший интервал
времени, чем действительный период
между двумя затмениями.
Все сказанное можно повторить по отно¬
шению к измерениям, проведенным в поло¬
жении 2, и тогда получим:
* Наблюдатель, естественно, отмечает момент 1т.
Момент 11 можно установить только при помощи
расчетов, зная также Г1 и с.
189

Опять назидател!
ные поучения!
Д*2т = (*2 —*2 )+^(Г2 — Г2 )
Есть, однако, существенное различие.
Когда Земля и Юпитер находятся в поло¬
жении 2, расстояние между ними все время
растет, то есть Г2>Г2.
Значит, вторая скобка положительна, и
интервал Д1гт несколько больше действи¬
тельного периода между затмениями. (Са¬
мо собой разумеется, что М2т>Д1ат.)
Зная движение Земли и Юпитера, можно
определить разность расстояний между
ними в любые моменты времени. И, имея
эти данные, путем несложных вычислений
легко найти скорость света.
Вычисления самого Ремера были доволь¬
но грубы: по его данным, скорость света
равна приблизительно 215 тысячам кило¬
метров в секунду *.
Наш разговор о методе Ремера чуть ме¬
нее схематичен, чем принято обычно. Но и
мы обратили внимание только на одно за¬
труднение — противоречивость кажущегося
постоянства времени одного оборота спут¬
ника и предсказаний времени затмений на
длительные сроки, — забыв о многих не
менее тяжелых препятствиях на пути Ре¬
мера. Мало было связать руководящую
идею конечности скорости света с тем, что
предсказания затмений на длительные сро¬
ки были ошибочны. Требовалось еще обра¬
ботать очень сложный и запутанный экспе¬
риментальный материал, материал настоль¬
ко противоречивый, что Кассини отказался
от теории Ремера.
Когда работа закончена, когда не ос¬
тается сомнений в ее справедливости, все
представляется очень простым. Это впечат¬
ление бывает особенно четким при поверх¬
ностном знакомстве. Но стоит присмот-
* Точное значение, как известно, — 299 976 км/сек.
190

реться внимательней, как видишь, сколько
было поисков и сомнений у исследователей,
какой тяжелый путь скрыт за этой мнимой
простотой. Избитый афоризм «гениальное
всегда просто» мало поэтому соответствует
истине. Более точно было бы сказать: «Про¬
стым кажется все, что уже ясно понято
другими». Причем простота видна тем ра¬
зительней, чем меньше мы сами понимаем,
о чем идет речь.
ОС УГОЛ, НАЗЫВАЕМЫЙ ГОДИЧНЫМ
^ПАРАЛЛАКСОМ ЗВЕЗДЫ
Перейдем ко второй работе, сыгравшей
в теории света и эфира исключительную
роль.
Интересно, что в какой-то степени она
была сделана случайно.
С тех пор как появилась система Копер¬
ника, ее сторонники пытались доказать вра¬
щение Земли, обнаружив кажущееся годич¬
ное движение неподвижных звезд — парал¬
лактическое смещение.
Идея наблюдений очевидна.
Когда Земля находится в положении Т',
звезда представляется нам в точке 5'. Спу¬
стя полгода мы из Т" увидим ее в точке
Очень издалека
начинается рас¬
сказ об аберрации
света — эффекте,
замечательном как
по своей физиче¬
ской сущности, так
и своей историей.
191

Любопытные
дения.
5". И за год она совершает движение
3' 5" 5'*.
Иными словами, видимое движение звез¬
ды проявляется в том, что в разные времена
года надо направлять телескоп под различ¬
ными углами к земной поверхности. А это
на нашем языке и означает — в различные
точки неба.
Так как расстояние от Земли до звезд во
много раз превышает размеры земной ор¬
биты, годичный параллакс ничтожно мал.
Поэтому астрономы XVI столетия, с их не¬
совершенными приборами, заметить его не
могли. Ведь наибольший параллакс у са¬
мой близкой к нам звезды Ргсшта («Бли¬
жайшая») Центавра равен 0,75"! Под та¬
ким углом виден человеческий волос на
расстоянии 18 метров! **
Известный датский астроном Тихо де
Браге тщетно пытался обнаружить годич¬
ный параллакс Полярной звезды и после
неудачных опытов в конце концов стал не¬
примиримым противником учения Копер¬
ника.
В XVII столетии точность астрономиче¬
ских наблюдений значительно возрастает
и действительно удается наблюдать сме¬
щение звезд. Решили, что обнаружен годич¬
ный параллакс и получено еще одно под¬
тверждение идеи Коперника.
Но вот Брадлей, изучая годичные сме¬
щения многих звезд, приходит к выводу, что
* Для простоты рассматривается случай, когда
звезда находится в плоскости земной орбиты
(в плоскости эклиптики).
Несущественная для нас тонкость! Если звезда на¬
ходится не в плоскости эклиптики, ее видимое дви¬
жение происходит по эллипсу, подобному земной
орбите, как она представляется со звезды.
** Между прочим, по годичному параллаксу
звезды определяют ее расстояние до Земли. В на¬
ши дни параллакс определяют с точностью 0,01".
Это угол, под которым человеческий волос виден
с расстояния 1,5 километра!
192

это отнюдь не параллактическое смещение.
Наблюдаемые движения совершенно не
совпадали с теоретическими представле¬
ниями.
Не было просто ничего похожего.
Во-первых, абсолютно все звезды, лежа¬
щие в плоскости эклиптики, в течение года
дважды пробегали одну и ту же дугу, рав¬
ную 40,9 секунды.
Далее. Все звезды, не лежащие в плос¬
кости эклиптики, описывали на небе эллип¬
сы, большая ось которых также равнялась
тем же 40,9 секунды.
Если допустить», что эти движения и есть
параллактические смещения, пришлось бы
сделать невероятное предположение, что
все звезды удалены от Земли на одно и
то же расстояние. Впрочем, такой отчаян¬
ный шаг тоже не мог спасти положение.
В открытом Брадлеем движении наблюда¬
лись такие закономерности, которые уже
совсем нельзя было объяснить, считая, что
мы видим параллактическое смещение.
Действительно, если видимое движение
звезд вызвано параллактическим смеще-
193

нием, то при тех двух положениях Земли,
когда Солнце, Земля и звезды находятся
на одной прямой, звезда должна наблю¬
даться в одной и той же точке небосклона.
А Брадлей установил, что как раз при по¬
ложении Земли в этих точках звезда мак¬
симально отклоняется от своего среднего
положения на небосводе.
Естественно, возник вопрос: какова же
причина наблюдаемого движения? Брадлей
нашел совершенно неожиданное и изящное
решение задачи.
Пусть скорость света конечна, говорит
Брадлей. Свет — это поток летящих от
звезды на Землю мельчайших частиц —
корпускул (Брадлей твердо стоял за кор¬
пускулярную теорию света).
Тогда, поскольку Земля двигается по
своей орбите со значительной скоростью,
наблюдаемая картина звездного неба дол-
Уже вторая доволь- жна отличаться от реальной.
гия1ТОЧНая анало“ Пояснить идею Брадлея очень просто.
Предположим, что в какой-то обсервато¬
рии проводятся наблюдения и телескоп на¬
правлен точно в зенит вертикально к по¬
верхности Земли. Чтобы сделать наш при¬
мер «более реальным», вооружим обсерва¬
торию телескопом-рефлектором, в котором
верхнее отверстие трубы телескопа ничем
не закрыто. В какой-то момент может слу¬
читься так, что начнется совершенно отвес¬
ный дождь. Если телескоп не убрать, есте-
194

ственно, все зеркало, расположенное внизу
грубы, будет равномерно залито дождем.
Капли дождя, двигаясь вдоль оптической
оси трубы сверху вниз, попадут строго в
центр зеркала.
Перенесем теперь мысленно обсервато¬
рию, телескоп и рассеянного астронома на
быстро плывущий корабль и снова прика¬
жем начаться совершенно отвесному
дождю.
Картина изменится. Пока капля прохо¬
дит путь от верхнего отверстия трубы до
зеркала, телескоп «проезжает» некоторое
расстояние, и частица падает не парал¬
лельно оси телескопа. Ее «сносит» в на¬
правлении, противоположном движению.
В результате левый край зеркала будет за¬
ливаться больше,чем правый (см.рисунок).
Чтобы частицы дождя двигались по-преж¬
нему параллельно оси телескопа, его необ¬
ходимо наклонить на некоторый угол впра¬
во. Если бы наблюдателю пришла в голову
идея — определять направление падения
дождевых капель по оси телескопа в тот
момент, когда капли падают параллельно
стенкам трубы, то он ошибся бы.
Вернемся теперь к звездам. Мы смотрим
на звезду в зените небосклона через диа¬
фрагму телескопа. Пусть Земля при этом
покоится. Тогда «дождь световых корпус¬
кул», падающий от звезды, пройдет точно
параллельно оси телескопа -и попадет
в приемное устройство.
А если Земля движется? Тогда за вре¬
мя падения световых корпускул вдоль
трубы телескопа переместится и сама тру¬
ба; лучи же пойдут не параллельно оси,
а под каким-то углом к ней. И попадут они
не в приемное устройство, а сместятся в
сторону.
Чтобы световые корпускулы двигались
параллельно оси телескопа, надо просто
от
195

Очень существен¬
ное замечание.
наклонить трубу вперед. Тогда в резуль¬
тате совместного движения частиц и трубы
лучи света пройдут параллельно оси при¬
бора.
Угол наклона определяется просто.
Если скорость световых корпускул — с,
а скорость телескопа (скорость Земли) —
V, то
<Р = Г
Направление на звезду астроном опреде¬
ляет по направлению оси телескопа в мо¬
мент, когда изображение звезды находится
в центре поля видимости (на оптической
оси). В корпускулярной же теории Нью¬
тона сравнительно просто показывается, что
изображение предмета окажется на оптиче¬
ской оси прибора только в том случае, ко¬
гда световые корпускулы от этого предмета
летят параллельно оптической оси. А мы
сейчас только убедились, что ввиду движе¬
ния Земли корпускулы двигаются парал¬
лельно оси телескопа, когда он направлен
не на звезду, а несколько отклонен. Вот
что такое аберрация света *. Из-за аберра¬
ции света мы, следовательно, видим звезду
не в том направлении, где она находится.
Может быть, стоит заметить, что все мы
не раз наблюдали аберрацию отвесно па¬
дающего дождя. Если судить только по
дождевым следам на стекле двигающегося
вагона, создастся впечатление, что дождь
падает косо к поверхности Земли.
Стоит особо отметить, что если бы Земля
* Аберрация дословно означает «отклонение», «за¬
блуждение». Поэтому не приходится удивляться, что
термин «аберрация» используют также для обозна¬
чения совершенно отличных по своей природе физи¬
ческих явлений, связанных с искажением хода све¬
товых лучей. Существует еще «хроматическая абер¬
рация», «сферическая аберрация», «продольная
аберрация» и еще несколько аберраций.
196

двигалась равномерно и прямолинейно по
отношению к неподвижным звездам, мы,
конечно, никак не могли бы эксперимен¬
тально установить наличие аберрации све¬
та. Всегда во всех опытах телескопы были
бы наклонены на один и тот же угол по
отношению к истинному направлению на
звезду; никакого аберрационного движе¬
ния звезды по небосклону не наблюдалось
бы, и об аберрационном смещении можно
было бы заключить только на основе тео¬
ретических рассуждений. Аберрационное
смещение звезд, как видно из рисунка, на¬
блюдается потому, что в разных точках
орбиты скорость Земли имеет различное
направление.
...Теория Брадлея великолепно объяс¬
нила наблюдаемые смещения звезд. В ча¬
стности, стало совершенно понятно, почему
максимальные угловые смещения всех звезд
равны между собой — ведь они всецело оп¬
ределяются отношением орбитальной ско¬
рости Земли к скорости света.
Кстати, по величине углового смещения
можно было определить скорость света.
Брадлей и нашел, что с = 303 тысячам ки¬
лометров в секунду, то есть определил ско¬
рость света с точностью до одного про¬
цента.
197

Неувлекаемый
эфир! Внимание!
Аберрационное смещение звезд послужи¬
ло также прекрасным доказательством
системы Коперника.
Словом, Брадлей открыл значительно бо¬
лее интересное явление, чем то, которое он
искал.
А параллактическое смещение было обна¬
ружено только в середине XIX столетия,
так как эффект был слишком тонок для
инструментов XVIII века.
Итак, наука торжествовала...
Все это очень мило, но ведь корпускуляр¬
ная теория оказалась неправильной! Следо¬
вательно, объяснение аберрации, которое
дал Брадлей, удовлетворить нас не может!
Необходимо объяснить аберрацию с пози¬
ции волновой теории, ибо без такого объ¬
яснения вся теория повисает в воздухе.
Толкование аберрации с волновой точки
зрения нашел Роберт Юнг (1804). И тогда
обнаружили, что проблема аберрации зна¬
чительно ядовитее, чем думали вначале.
Юнг предположил, что эфир не увлекает¬
ся Землей при ее движении; что Земля не¬
сется сквозь эфирное море и ее скорость
относительно частиц эфира равна орби¬
тальной скорости*. Только в этом случае —
в случае полностью неувлекаемого эфира —
аберрационный эффект, рассчитанный по
волновой теории, полностью совпадает по
величине со значением, предсказанным кор¬
пускулярной теорией света и полученным
экспериментально.
Сейчас мы коротко передадим сущность
рассуждений Юнга, но пока важно отме¬
тить другое.
При попытке построить волновую тео¬
рию аберрации физики впервые столкну¬
лись с центральной проблемой теории
* Орбитальная скорость Земли была известна —■
30 километров в секунду.
198

эфира — проблемой, которая в конечном
счете погубила эфир.
Как взаимодействует эфир с движущейся
Землей? Как движение Земли относительно
эфира сказывается на оптических и элек¬
тромагнитных явлениях? Можно ли обна¬
ружить экспериментально движение относи¬
тельно эфира? В итоге все это сводится
к одному.
Существует ли абсолютная система от¬
счета — покоящийся эфир?
Итак, аберрация в волновой теории све¬
та получила важнейшее, принципиальное
значение. Точное решение задачи аберра¬
ции в волновой теории довольно кропот¬
ливо, и мы ограничимся грубыми качест¬
венными замечаниями.
Впрочем, эти соображения отражают со- увл?км?ый Иэфир"
вершенно правильно суть вопроса.	Очень важное мес-
Световые волны, излучаемые звездой, Т0‘
концентрически разбегаются от нее в непо¬
движном эфире *.
Предположим, что Земля в своем движе¬
нии не увлекает эфир. Тогда волны, про¬
шедшие через диафрагму телескопа, будут
как бы «снесены» относительно оси при¬
бора влево.
* Следует напомнить, что мы понимаем под непо¬
движным эфиром. Эфир считается покоящимся
в системе неподвижных звезд.
199

Опыт Араго
1818 год!
А если бы Земля увлекала эфир в своем
движении, никакой аберрации не было бы!
Существование аберрации показывало бы,
что эфир не увлекается Землей. Значит, при
движении Земли относительно неподвиж¬
ных звезд вблизи нее должен возникать
«эфирный ветер».
И естественно задать вопрос:	можно
ли обнаружить «эфирный ветер» при помо¬
щи других оптических явлений? Неслож¬
ные теоретические соображения сразу при¬
вели к заключению: «Да, можно».
Например, коэффициент преломления
света в случае, если Земля не увлекает
эфир, должен быть разным в зависимости
от того, движется Земля навстречу источ¬
нику света (звезде) или от него.
Проделали опыт — ничего не обнару¬
жили. А точность приборов позволяла уви¬
деть предсказанный теорией эффект.
Такой результат очень смущал. С одной
стороны, аберрация как будто подтвержда¬
ла теорию неувлекаемого эфира. А с дру¬
гой стороны, опыты с коэффициентом пре¬
ломления противоречили этой теории.
Далее. С самой аберрацией также не все
было хорошо. Угол наклона телескопа оп¬
ределяется отношением пути, который он
«проезжает» за время, пока свет проходит
от вершины телескопической трубы до ос¬
нования, к ее длине. Или, что то же, угол
V
наклона определяется отношением
у*
Точнее ф=—• Причем (и это очень существ
* Отношение скорости Земли к скорости света
30 км/сек
равно —;	;—= 10~ . Тангенс такого малого
3-105 км!сек
угла с высокой степенью точности равен самому
углу (угол измеряется в радианной мере). Поэтому
200

венно) здесь с по своему смыслу не что
иное как скорость распространения света
именно внутри трубы телескопа.
И вот кто-то (автор не узнал, кто
именно*) проделал исключительно эффект¬
ный опыт — трубу телескопа залил водой.
Скорость распространения света в воде
отлична от скорости в воздухе и составляет
примерно 3/4 ее. Следовательно, угол абер¬
рации звезд для таких «водяных» телеско¬
пов должен измениться, увеличившись в
4/з раза.
Проделали опыт, измерили угол и полу¬
чили, что в «водяном» телескопе он ос¬
тается прежним.
Это уже ни на что не было похоже!
Однако все неприятности на время при¬
тушил Френель, предложив очень произ¬
вольную и очень остроумную гипотезу
о характере увлечения эфира сплошными
средами. Он сказал: допустим, что плот¬
ность эфира в сплошных средах больше,
чем в пустоте. Тогда эфир в пустоте —
«внешний эфир» — движущимся телом не
увлекается. А эфир, который находится
внутри тела, частично увлекается. Френель
мотивировал это тем, что количество эфира,
* Этот эксперимент проделал, в частности, Эйри
(1872 г.). Но если верить Майкельсону («Лекции по
оптике»), у Эйри были предшественники, причем экс¬
перимент был сделан, во всяком случае, до опытов
Физо (1851 г.). Точную ссылку на работу Майкель-
сон не дает.
201

Здесь впервые
упоминается о
квадратичном по
V
отношению к —
с
эффекте. Его по¬
искам физики по¬
святили почти все
XIX столетие.
втекающего в движущееся тело, должно
равняться количеству вытекающего. А по¬
скольку плотность эфира внутри тела
больше, чем снаружи, то количество эфира
внутри останется постоянно только тогда,
когда скорость движения «внутреннего
эфира» относительно тела меньше, чем
«внешнего эфира».
Такая теория объясняла и опыты с коэф¬
фициентами преломления и опыты с «водя¬
ными» телескопами.
Расчеты, проведенные на основе теории
Френеля, показывали, что в принципе эф-
фект-то есть. Коэффициент преломления
действительно должен меняться в зависи¬
мости от движения тела относительно эфи¬
ра. И, соответственно, аберрация у «водя¬
ного» телескопа также должна быть отлич¬
на от аберрации в «нормальном» телескопе.
Эффект есть. Но в результате частичного
увлечения он очень мал. Значительно мень¬
ше, чем ожидалось. И относительные из¬
менения коэффициента преломления полу-
V2	V
чаются порядка”, а не", то есть «второго
V2
порядка малости». (Для Земли 10“8).
Но такие поправки настолько малы, что
проверить их экспериментально не пред¬
ставляется возможным. Ведь из доступных
нам движений относительно эфира наибо¬
лее быстрым является только движение
Земли (30 км/сек!).
Точно так же аберрация в «водяных»
телескопах должна отличаться от аберра¬
ции в обычных телескопах на величину по-
V2
рядка . Достаточно же хороших при¬
боров для обнаружения таких ничтожных
изменений не существовало. Поэтому по¬
сле апелляции Френеля вынесение смерт¬
ного приговора эфиру было пока отложено.
202

Мы уж очень долго следим за историей
эфира. Самое поучительное, пожалуй, то,
как упорно физики держались за эту идею.
Теории эфира следовали одна за другой:
эфир вихревой, эфир с неравномерной
плотностью, эфир, построенный аналогич¬
но смолам, эфир, напоминающий систему
зубчатых колес. Потом эфиры увлекаемые,
неувлекаемые и увлекаемые частично!
Было бы очень опрометчиво насмехаться
над всеми этими эфирами.
Теории эфира строились крупнейшими
учеными. Эти теории были изящны, тонки,
интересны; в них вкладывалось много та¬
ланта и выдумки. Все это делалось, чтобы
спасти волновую теорию, потому что пред¬
ставить волны вне среды, состоящей из ка¬
ких-то частиц, физики не могли.
Но чем дальше, тем яснее становилось,
что эфир какой-то выродок среди физиче¬
ских субстанций.
Во-первых, никто не мог создать такой
теории, которая удовлетворительно объяс¬
няла бы весь комплекс известных фактов.
А во-вторых, гипотетический эфир прихо¬
дилось наделять столь удивительными ка¬
чествами, делать до того странные допу¬
щения, что примириться с таким эфиром
ученые не могли.
Очень хорошо оценил положение с эфи¬
ром Кельвин. «Подобные теории могут не
нравиться или нравиться, но удовлетворить
они не могут».
И помимо всех неприятностей, а их у
эфира было достаточно, висел нерешенный
вопрос: влияет ли движение относительно
эфира на оптические явления хотя бы и во
«втором порядке малости»?
Если бы оказалось, что не влияет, при¬
шлось бы отбросить френелевскую теорию
частичного увлечения эфира — последнюю
хрупкую опору, на которой он держался.

Эти выводы, есте¬
ственно, относятся
к положению дела
в XIX столетии.
Что же мы можем сказать об эфире?
1.	Волновая природа света заставляет
предположить существование эфира — не¬
кой загадочной материальной среды. Эта
среда удивительна и непонятна по своим
свойствам, но без нее трудно представить
себе распространение световых волн.
2.	Факт аберрации света говорит, что
эфир не увлекается Землей при ее движе¬
нии. В увлекаемом эфире аберрация долж¬
на отсутствовать.
3.	Отсюда сразу следует, что движение
Земли относительно неподвижных звезд
должно сказываться во многих оптических
явлениях (в частности, изменение коэффи¬
циента преломления).
Теория аберрации показывает также, что
угол аберрации в «водяном» телескопе от¬
личен от угла аберрации в обычном теле¬
скопе.
4.	Опыты опровергают пункт 3. Не удает¬
ся заметить и влияние движения Земли от¬
носительно эфира на световые процессы.
Все это очень смущает, но...
5.	Положение спасает Френель, создав
теорию частичного увлечения эфира. По
Френелю, утверждение пункта 2 в принци¬
пе справедливо, но эффект должен быть
ничтожно мал. Движение относительно
эфира должно сказываться только «во вто¬
ром порядке отношения».
6.	Пока еще нет опытов, точность кото¬
рых позволяет обнаружить эффект «во вто¬
ром порядке», и потому вопрос остается от¬
крытым.

ГЛАВА Хг
главное достоинство кото¬
рой — довольно подроб¬
ный рассказ об эффекте
Допплера и опыте Май-
кельсона, а основной недо¬
статок — обилие рассуж¬
дений. В этой главе чита¬
тель расстается, наконец,
с эфиром, чтобы перейти
к теории относительности
НЕУВЛЕКАЕМЫЙ ЭФИР, ЕГО РАСЦВЕТ
И ГИБЕЛЬ
Я не знаю, что такое этот эфир.
НЬЮТОН
Итак, вопрос о существовании выде¬
ленной системы отсчета — покояще¬
гося эфира — висел в воздухе. Может быть,
стоит еще раз напомнить, что весь бой раз¬
горелся вокруг принципа относительности.
Если движение какой-то системы (допу¬
стим, Земли) относительно эфира влияет
на оптические явления — принцип Галилея
в оптике несправедлив.
Если не влияет — напротив, справедлив.
По Френелю, движение не влияет «в пер-
V
вом порядке отношения “». Это утверж-
Очень отрывочные
сведения о разви¬
тии теории эфира
в XIX веке.
Эфир и теория
электромагнетизма.
205

Несколько слов о
теории Максвелла.
дение называли иногда практическйм
принципом относительности.
Но вот в шестидесятых годах весь во¬
прос об эфире был поставлен совершенно
по-новому, и это еще больше запутало
дело.
Уже упоминалось, что Фарадей первым
установил связь оптических и электромаг¬
нитных явлений. Значение его работ, одна¬
ко, значительно шире. Он создал твердую
экспериментальную основу для дальнейше¬
го изучения электромагнетизма, и после не¬
го исследования в этой области стреми¬
тельно развиваются. Можно сказать, что
Фарадей в истории электричества — то же,
что Галилей в механике.
После Галилея, естественно, должен был
появиться Ньютон. И вот в 1865 году Джемс
Кларк Максвелл создает законченную тео¬
рию электромагнитных явлений.
Сходство Максвелла с Ньютоном не
только в том, что его работу можно поста¬
вить в один ряд с «Началами». Не только
в том, что, так же как Ньютон, он создал
стройную теорию совершенно нового класса
явлений.
Открытие Максвелла явилось полным
торжеством метода принципов, причем ме¬
тод был использован в совершенно новой
форме.
Если говорить совсем схематично, Макс¬
велл сделал вот что. Он составил уравне¬
ния. Эти уравнения очень хорошо описы¬
вали все известные электромагнитные яв¬
ления. Но это далеко не все.
Среди решений уравнений были такие,
которые как будто не соответствовали ни¬
чему. Эти решения описывали электромаг¬
нитные волны, распространяющиеся в «пу¬
стом» пространстве. А во времена Максвел¬
ла подобные волны не были еще известны.
Из уравнений следовало, что, во-первых,
206

волны поперечны и, во-вторых, они распро¬
страняются с определенной конечной ско¬
ростью.
Что означают слова «электромагнитные
волны поперечны»? Что в них колеблется?
Из этих же уравнений следовало, что
в электромагнитной волне должны коле¬
баться векторы электрического и магнит¬
ного полей, причем векторы эти перпенди¬
кулярны к направлению распространения
волны.
А откуда взял Максвелл «скорость волн»?
В его уравнения входила некая постоян¬
ная величина, размерность которой совпа¬
дала с размерностью скорости. И Макс¬
велл сделал смелое предположение. Он до¬
пустил, что полученные из уравнений пе¬
риодические решения описывают реальные
электромагнитные волны. При этом неиз¬
вестная постоянная величина получила фи¬
зический смысл — как скорость волн.
Эту величину можно было измерить чи¬
сто электромагнитным путем. Измерили.
Оказалось, что она равна 310 тысячам ки¬
лометров в секунду. Как видите, числово-
вольно близкое к скорости света. Эти изме¬
рения, естественно, были не очень точны.

Поразительная
идея Максвелла.
Автор, выполняя
обещание, начи¬
нает рассуждать.
Снова назидатель¬
ные замечания.
Более поздние опыты показали, что ско¬
рость электромагнитных волн равна
299 796 километрам в секунду.
Но Максвелл пошел еще дальше. Мало
того, что он постулировал существование
тогда еще никому не известных электро¬
магнитных волн. На основании того факта,
что их гипотетическая скорость очень
близка к скорости света, он выдвинул ги¬
потезу, что свет — это тоже электромаг¬
нитные волны.
Это очень дерзкая, предельно неожидан¬
ная мысль. Поглядев, что «постоянная»
в его уравнениях совпадает со скоростью
света, Максвелл решил:	«Здесь что-то
скрыто. Вероятно, свет и мои электромаг¬
нитные волны — это одно и то же».
К теории Максвелла далеко не сразу
пришло признание. Но к концу столетия
все были убеждены в ее справедливости.
Что же произошло с эфиром после появ¬
ления теории электромагнитных волн?
Ничего хорошего. После Максвелла
к эфиру предъявили еще большие требова¬
ния. Теперь уже и все электромагнитные
явления надо было объяснять при помощи
того же эфира.
С другой стороны, и сами опыты с элек¬
тромагнитными процессами давали новые
возможности проверки теории эфира.
...Подробный разговор о дальнейшей
судьбе эфира, естественно, невозможен.
Поэтому, может статься, вы не будете
очень убеждены в неотвратимости выводов
Эйнштейна.
Может быть, это и хорошо.
Прошу поверить, что самое простое — из¬
ложить схемы нескольких решающих опы¬
тов и объявить: «Вот в результате того-то
и того-то гипотеза эфира стала неприемле¬
мой». Это можно сделать очень убедитель¬
но, так что читатели поверят, причем тем
208

охотнее, что все это правда. После такого
рассказа остается обычно чувство легкого
недоумения. «Как же все это не видели
ученые того времени?»
Иногда закрадывается даже чувство из¬
вестного превосходства над такими людь¬
ми, как Максвелл или Ньютон.
Автору кажется, что подобное понима¬
ние хуже самого черного невежества, и по¬
тому в нашей беседе он, автор, все время
усиленно пытался охранить вас, читателей,
от подобных иллюзий.
Если хорошо подумать, придется при¬
знать:	почти все вопросы, затронутые
в нашей беседе, разобраны неудовлетвори¬
тельно. Это совершенно естественно, иначе
и не могло быть, но об этом стоит все
время помнить. В наибольшей степени по¬
следнее замечание относится к такой об¬
щей проблеме, как теория эфира. Мы мо¬
жем только очень схематично коснуться
основных затруднений, и следует честно
признать: перед вами только очень пло¬
хой, неясный и грубый отпечаток той борь¬
бы, которая бушевала в прошлом столетии.
Причем не приходится сомневаться, что лю¬
бой образованный физик середины XIX сто¬
летия спокойно разбил бы вас, если бы вы
попытались доказать несостоятельность
эфира только на основе нашего разговора.
...В прошлой главе мы остановились на
хитроумной теории Френеля. Однако она
касалась поведения эфира в сплошных сре¬
дах. Френель объяснил, почему все опыты,
в которых пытались уловить изменение
оптических свойств сплошных сред относи¬
тельно эфира, должны давать отклонения
V
только «во втором порядке отношения
Но, может быть, осуществимы опыты без
привлечения сплошных сред, и тогда эф¬
фект движения относительно эфира можно
Состояние гипоте¬
зы неувлекаемо-
го эфира перед
опытом Майкель-
сона.
209

Успехи теории
эфира.
выловить «в первом порядке отношения
V
— »?
Подобные опыты искали, но найти не
могли. Природа как будто подшучивала
над учеными.
Опыты, которые возможно было проде¬
лать, позволяли наблюдать движение от¬
носительно эфира, но только «во втором
V
порядке отношения ».
Было предложено несколько принципи¬
альных схем возможных опытов «первого
порядка» *, но все они оказались неосуще-
ствимыми из-за условий измерения.
С. И. Вавилов так характеризовал си¬
туацию: «Создается довольно курьезное
положение. В неувлекаемом эфире должны
существовать эффекты первого порядка...
но измерить их нельзя».
Этот самый «курьез» и мучил физиков
примерно полстолетия. А эфир пока жил
потому, что против него не было решающих
доводов.
Скорее даже наоборот. В интервале ме¬
жду созданием теории Френеля (частичное
увлечение эфира в сплошных телах) и опы¬
том Майкельсона (о котором мы сейчас
расскажем) теория неувлекаемого эфира
имела и крупные достижения.
Во-первых, аберрацию света теория не¬
увлекаемого эфира объясняла сразу.
Во-вторых, эфир устоял против обвине¬
ния, что «в первом порядке» эффект движе¬
ния относительно него не удавалось обна¬
ружить.
Отсутствие эффектов «первого порядка»
в опытах со сплошными средами объяснил,
* Например, Максвелл подметил, как из опытов
Ремера можно «выловить» движение солнечной сис¬
темы в целом относительно эфира уже «в первом
порядке». Подробнее см. Ландсберг «Оптика».
210

как помните, Френель; причем теория Фре¬
неля получила блестящее подтверждение.
В 1851 году Физо сделал опыт по проверке
теории Френеля. Мы не будем разбирать
схемы этого опыта и только заметим: об
эксперименте Физо не кто-нибудь, а сам
Майкельсон написал: «Произведенный им
опыт — один из самых остроумных, когда-
либо сделанных физиками».
Так вот, опыт Физо дал точное совпаде¬
ние с предсказаниями Френеля. Впослед¬
ствии Майкельсон проверил результаты
Физо и снова убедился, что они правильны.
И, наконец, в-третьих. В 1842 году Ганс
Христиан Допплер, используя гипотезу
неувлекаемого эфира, теоретически устано¬
вил, что при движении источника или при¬
емника световых сигналов относительно
эфира частота световых волн (или цвет
света), воспринимаемая наблюдателем, от¬
лична от «истинной», когда приемник и
источник света покоятся относительно эфи¬
ра. И вскоре, исследуя спектры звезд, полу¬
чили качественные подтверждения этого
предсказания.
Вот схема эффекта Допплера в теории следует несколь-
НеувлекаемОГО Эфира.	сназ о явлении
1.	Приемник И ИСТОЧНИК неподвижны ОТ- Допплера,
носительно эфира. Свет источника воспри¬
нимается в приемнике с частотой со.
2.	Источник покоится относительно эфи¬
ра, а приемник движется со скоростью V.
В приемнике отмечается, что свет имеет ча¬
стоту со', отличную от со. (При сближении
источника и приемника со'> со; при удале¬
нии— ‘о'<со.)
3.	Приемник покоится, источник движет¬
ся с той же скоростью V. Свет восприни¬
мается с частотой со", причем со">со, но
не равна со', хотя относительная скорость
источника и приемника не изменилась.
Вот последняя фраза очень важна. Если
211

справедлива теория неувлекаемого эфира,
то даже в том случае, когда относительная
скорость источника и приемника одна и та
же, воспринимаемая частота света различ¬
на в зависимости от того, движется ли от¬
носительно эфира приемник или же источ¬
ник света.
Чтобы не очень отвлекаться, ограничим¬
ся замечанием, что, по Допплеру, теория
эффекта изменения частоты воспринимае¬
мых световых волн абсолютно аналогична
соответствующему эффекту для звуковых
волн. Это совершенно естественно, посколь¬
ку для звука существует неувлекаемый
эфир — атмосфера.
И сейчас мы несколько отвлечемся, что¬
бы подробнее рассказать об эффекте
Допплера. На это есть несколько причин.
Но мы ограничимся ссылкой на две.
Во-первых, эффект Допплера играет ис¬
ключительную роль в разнообразных обла¬
стях физики. В частности, использование
Допплер-эффекта — один из самых мощ¬
ных экспериментальных методов современ-
212

ной астрофизики. А во-вторых, об эффекте
Допплера почему-то у многих обычно смут¬
ное представление, хотя сущность явления
очень просто понять.
Сейчас мы решим пример из курса при¬
мерно 6—7-го класса средней школы. За¬
дача совершенно точно отражает суть
эффекта Допплера для звука, а также яви¬
лась бы совершенно точной аналогией
Допплер-эффекта для световых волн, если
бы была правильна теория неувлекаемого
эфира.
Итак, есть некий порт А. От него со ско¬
ростью V удаляется некий корабль В. Есте¬
ственно, скорость корабля определена от¬
носительно воды. По неким причинам
связь между портом и кораблем поддержи¬
вается следующим не слишком удобным
способом.
Через промежутки времени Д1 началь¬
ник порта отправляет на корабль посыль¬
ные катера.
Капитан корабля делает то же самое.
Он также отправляет катера в порт через
интервалы М. Скорость катеров относи¬
тельно воды обозначим с. Естественно,
с>у. Иначе ни один катер из порта не
попал бы на корабль.
Требуется узнать, какой интервал време¬
ни между двумя последующими приемами
катеров из порта пройдет на корабле и ка¬
ков интервал между приходами катеров
в порту.
Найдем время, которое тратит катер,
чтобы добраться из порта до корабля.
Если в момент отправления первого ка¬
тера расстояние до корабля было а, то вре¬
мя пути катера определяется очевидным
равенством:
3 = с • 1пУт. = а + у1пуТ., и отсюда:
I1 — —-—
Тпут.— с__у
Военно-морская
аналогия.
213

На эту формулу
стоит взглянуть.
Но этого мало, по¬
лезно ее сравнить
со следующей.
В момент, когда отправится следующий
катер, корабль будет находиться уже на
расстоянии а + ДЬу, и время пути этого
катера, естественно, равно
Если первый катер был отправлен в мо¬
мент {0, а второй соответственно в мо¬
мент (0 4- Д1, то времена их прибытия на
корабль соответственно:
А интервал времени между приемами ка¬
теров, очевидно, равен:
Как видите, интервал между двумя при¬
емами катеров больше, чем интервал
между моментами их отправления. Это, ко¬
нечно, совершенно понятно, потому что
второй катер находился в худших усло¬
виях — ему нужно пройти больший путь,
чем предыдущему.
Обратим теперь внимание, что в выра¬
жение для Д{Приема не входит величи-
на а — начальное расстояние корабля от
порта. Иными словами, для любой пары
катеров, следующих друг за другом, растя¬
жение интервала между их прибытием на
корабль отпределяется только отношением
а + ДЬу
с *
214

Если корабль не удаляется, а прибли¬
жается, достаточно изменить знак скоро¬
сти корабля. Характер решения не изменит¬
ся. (Надеюсь, что в этом читатели могут
убедиться самостоятельно.)
Итак,
М
^приема =(1 зрр)'
Знаки — и + соответствуют удалению и
приближению корабля.
Если ввести новую характеристику —
частоту отправления и приема катеров,
1
а она, естественно, определится какV=^-,
то мы получим:
^приема =::: ^отправл.(1 Р)*
Рассмотренный пример совершенно точ¬
но показывает, как изменится частота зву¬
ковых волн, если источник покоится отно¬
сительно атмосферы, а приемник движется.
Если бы была правильна теория неувле-
каемого эфира, точно так же должно было
обстоять и с электромагнитными волнами.
Полагаю, что читатели смогут сами опре¬
делить частоту приема в порту катеров, по¬
сланных с корабля, и получить формулу:
^отправл.
^приема =	*
Здесь + соответствует приближению, а —
удалению корабля.
Как видите, хотя качественно в обоих
случаях частота меняется одинаково, коли¬
чественно должны наблюдаться разные ре¬
зультаты в зависимости от того, источник
или приемник движутся относительно эфи¬
ра, даже если скорость их относительно
эфира одинакова *.
* В первом примере. Порт — источник
света. Корабль — приемник. Катера — световые вол¬
ны. И, наконец, море — неувлекаемый эфир.
Во втором:	корабль — источник. Порт —
приемник.

Часто приходится читать, что, слушая
рев сирены электропоезда, проезжающего
мимо наблюдателя на полотне дороги,
легко можно непосредственно наблюдать
эффект Допплера
Должен заметить, что, очевидно, это воз¬
можно лишь для людей с очень развитым
слухом. Обычно же фиксируется не изме¬
нение частоты, а изменение громкости
(интенсивности). Поэтому наблюдатели
без особых музыкальных данных и несколь¬
ко «испорченные» образованием отождест¬
вляют кривую изменения интенсивности
звука с теоретически предсказанным изме¬
нением частоты и приходят к выводу, что
кривая для изменения частоты в акустиче¬
ском эффекте Допплера имеет примерно
такой вид:
На самом же деле по оси ординат здесь
откладывается интенсивность, а не частота.
Кривая же, характеризующая изменение
частоты и обычно не воспринимаемая на
слух, представлена на следующем рисунке.

т — «истинная» частота сирены (то
есть частота, наблюдаемая, если источник
и наблюдатель находятся относительно ат¬
мосферы).
При скорости примерно 65 км/час изме¬
нение высоты звука достигает приблизи¬
тельно полутона (то есть вместо, скажем,
ноты «до» мы должны услышать «до-
диез»). Однако поскольку сирена поезда
редко дает «чистый» (монохроматичный)
звук, вся наблюдаемая картина несколько
хитрее. Могу повторить, ЧТО реально Сообщается о не-
эффект Допплера без специальных лабора-
торных устройств наблюдать затруднитель- людей,
но, если вы не обладаете хорошим музы¬
кальным слухом.
Вообще-то стоит добавить, что обычно на¬
блюдаемая картина описывается несколько
более сложными формулами, чем приве¬
денные выше.
Мы рассмотрели те случаи, когда ско¬
рость направлена вдоль прямой, соединяю-
217

щей источник и приемник. Когда это не
так (а это почти всегда не так), вместо
полной скорости V следует брать ее проек¬
цию на прямую, соединяющую источник и
приемник.
Мы ограничимся этим замечанием, отме¬
тив только, что, как показано на предыду¬
щем рисунке, в момент, когда электричка
проезжает мимо наблюдателя и проекция
скорости на прямую, соединяющую наблю¬
дателя и электричку, очевидно, равна
нулю, воспринимаемая частота равна
истинной.
Теперь можно обратить внимание на те
любопытные следствия, что вытекают из
эффекта Допплера для световых волн.
Когда приемник и источник света сбли¬
жаются, воспринимаемая частота растет.
\/
218

Двигаясь со скоростью, достаточно близ¬
кой к скорости света, навстречу какой-
либо звезде, мы увидим не ту спектраль¬
ную часть ее излучения, что расположена
в области видимых световых волн, а ин¬
фракрасную часть спектра или даже ра-
диоволновую.
Теоретически вполне возможно увидеть
яркое радужное сияние вокруг радиобаш¬
ни, если только приближаться к ней со
скоростью, сравнимой со световой.
Напротив, достаточно быстро удаляясь
от источника, можно своими глазами на¬
блюдать гамма-кванты. Какой-либо атом¬
ный котел явится в этом случае ярчайшим
источником света.
Не помню, в каком именно научно-фан¬
тастическом романе некий хирург нашел
способ изменять сетчатку глаза таким об¬
разом, что оказалось возможно непосред¬
ственно наблюдать электромагнитные ко¬
лебания с большой длиной волны. Эффект
Допплера открывает подобные возможно¬
сти без оперативного вмешательства.
Все те выводы, что сейчас сделаны,
остаются и в правильной теории эффекта
Допплера, построенной на основе теории
относительности. Можно сказать, что тео¬
рия явления Допплера в схеме неувлекае-
мого эфира «почти правильна».
Однако есть и очень существенное от¬
личие.
Во-первых, в теории неувлекаемого эфи¬
ра, как мы видели, можно различить слу¬
чаи:	1) приемник движется навстречу
источнику со скоростью V относительно
эфира; 2) приемник покоится, а источ¬
ник двигается ему навстречу с той же ско¬
ростью V. В обоих случаях частота возра¬
стет, но по-разному. Вспомнив формулы,
приведенные выше, легко убедиться, что

Правильная фор¬
мула для измене¬
ния частоты све¬
товых волн. Она
еще раз появится
в XIV главе.
разность воспринимаемых частот по по¬
рядку величины равна Р2.
В теории относительности, как будет
видно из дальнейшего, вообще бессмыслен¬
но говорить о существовании какой-либо
абсолютной системы отсчета — мирового
эфира. Бессмысленно поэтому и различать
эти два случая. Изменение частоты цели¬
ком определяется относительной скоростью
источника и наблюдателя. Частота по-
прежнему возрастает при сближении и па¬
дает при удалении.
Но формула для изменения частоты
несколько трансформируется. А именно:
Во-вторых, точная теория эффекта
Допплера, построенная на базе теории
Эйнштейна, приводит к заключению, что
воспринимаемая частота должна изменить¬
ся даже в том случае, когда проекция ско¬
рости на прямую, соединяющую источник
и приемник, равна нулю (электричка на¬
ходится прямо против наблюдателя). Этот
замечательный вывод, так называемый по¬
перечный эффект Допплера, очень тесно
связан с изменением хода времени в раз¬
ных системах отсчета. Экспериментальное
подтверждение этого предсказания теории
сам Эйнштейн считал важнейшим доводом
в ее пользу.
К сожалению, автор не знает, как в до¬
ступной форме изложить существо эффек¬
та Допплера с точки зрения теории отно¬
сительности. Поэтому в дальнейшем мы
ограничимся только краткими замечаниями
по поводу явления Допплера. Важнейшие
же черты явления, пожалуй, отмечены
в предыдущем кратком анализе.
Итак, возвращаясь к эфиру, можно ска¬
220

зать, что качественно теория эффекта
Допплера, основанная на представлении
о неувлекаемом эфире, совпадала с опы¬
том. А точный анализ его был непосилен
физикам XIX столетия, так как правиль¬
ная формула для частоты отличается от
той, что основана на представлении
о неувлекаемом эфире на величину поряд-
Итак, несмотря на все трудности с эфи¬
ром, многие факты свидетельствовали за
его бытие.
Аберрация света, экспериментальное
подтверждение частичного увлечения по
Френелю, эффект Допплера, наконец, почти
вся волновая теория — все это, казалось
бы, очень веские аргументы в пользу
неувлекаемого эфира.
Обычно говорят: решающим доказатель¬
ством справедливости теории служит пра¬
вильное предсказание результатов новых
экспериментов. Пример с теорией Фре¬
неля может убедить, что в таких вопросах
нужно быть необычайно осторожным. Даже
если теория подтверждается эксперимен¬
тальными данными, все же, пока этот экс¬
периментальный материал не станет весь¬
ма обширным, не может быть полной уве¬
ренности в ее истинности.
Ведь предсказал же Френель результат
опытов Физо!
Зато, безусловно, опровергнуть теорию
вполне возможно одним опытом.
И в 1881 году Майкельсон провел,
наконец, первый опыт, позволяющий уло¬
вить эффект движения Земли относительно
V
эфира «во втором порядке отношения ~».
Результат был отрицателен.
Движение Земли относительно эфира не

И вот опыт Май-
кельсона, погубив¬
ший эфир.
Нечто вроде нази¬
дательного лириче¬
ского отступления.
влияло к г! оптические явления и «во
V
втором порядке отношения “ »!
В этом месте традиции предписывают
автору и читателям замереть в благоговей¬
ном молчании.
«Сыроватый подвал Потсдамской астро¬
физической лаборатории. Уже давно погас¬
ли все огни. Город бюргеров спал мертвым
сном, когда Альберт Абрагам Майкельсон
закончил, наконец, отладку прибора. По¬
медлив мгновение, он слегка дрожащими
пальцами включил источник света и приник
к окошечку интерферометра.
Вряд ли прошло больше нескольких се¬
кунд, но он мог поклясться, что протекла
вечность, пока его глаза напряженно иска¬
ли ожидаемое смещение интерференцион¬
ных полос. Еще одна вечность протекла,
прежде чем он осознал, что эффекта нет.
Вместо бурной радости он чувствовал
смертельную усталость. Радость придет
позже; он знал это так же твердо, как то,
что сейчас он закончил опыт, равного кото¬
рому не было в истории физики».
Автор должен признаться, что когда-то
он примерно так представлял себе научную
работу и процесс крупного научного от¬
крытия.
На наше воображение легче всего дейст¬
вуют эффектные драматические сцены, и
мы обычно отмечаем в своей памяти толь¬
ко подобные ситуации. Яблоко Исаака
Ньютона, дуэли Яноша Бояи, отречение
Галилео Галилея, гибель юного Эвариста
Галуа, «эврика» Архимеда — все эти (и —
увы! — часто только эти) разнообразные
картины возникают в нашем сознании, ког¬
да речь заходит об ученых и их творчестве.
В общем истинная романтика науки, ро¬
мантика повседневного труда, несмотря на
частые призывы помнить о ее существова-
222

нии, как-то мало завоевала право на жизнь.
Впрочем, это относится не только к науке.
Штурм Джомолунгмы привлекает наше
внимание куда больше, чем восхождение
на какой-нибудь безвестный пик, даже если
там были проявлены мужество и стойкость
не меньшие, чем при покорении высочайшей
вершины нашей планеты. То, что люди мо¬
гут серьезно интересоваться такой ерундой,
как выяснение проблемы — «кто первый
вступил на вершину: Тенсинг или Хилла¬
ри?», очень четко рисует характер интере¬
сов многих «поклонников» альпинизма.
Точно так же иные «болельщики от науки»
увлекаются не работой, а «шумовыми эф¬
фектами».
Многие из «интересующихся физикой»
знают имя Майкельсона не как одного из
223

Любопытный от¬
зыв Майкельсона
о своих опытах.
самых трудолюбивых и тонких эксперимен¬
таторов в истории науки, а как автора
опыта, приведшего к созданию теории от¬
носительности.
Результат и только результат окружает
имя Майкельсона ореолом святости в соз¬
нании очень большого числа «культурных»
людей.
А вот что писал о своем опыте сам Май-
кельсон уже много лет спустя после окон¬
чания работы:
«Предполагали, что в случае, если этот
опыт приведет к положительному резуль¬
тату, он даст возможность определить
не только движение Земли по ее пути (во¬
круг Солнца. — В. С.), но и ее абсолютное
движение в эфире. По различным веским
причинам полагают, что Солнце, а за ним
и все планеты движутся в определенном
направлении через пространство со скоро¬
стью примерно 30 километров в секунду.
Эта скорость не вполне точно определена,
и я надеялся, что при помощи этого опыта
мы будем иметь возможность измерить ско¬
рость движения всей солнечной системы
в пространстве. Но так как результат опы¬
та оказался отрицательным, задача еще
ждет своего решения. Этот опыт имеет для
меня исторический интерес, ибо именно для
решения указанной задачи был изобретен
интерферометр.
Вероятно, всякий согласится, что произ¬
веденная нами работа в достаточной сте¬
пени вознаградила нас за отрицательный
результат опыта тем, что привела к изобре¬
тению интерферометра».
Этот отрывок продиктован не только
скромностью большого человека. Майкель-
сон был действительно очень разочарован
отрицательным результатом своего экспе¬
римента. Он рассчитывал одновременно
установить движение солнечной системы
224

в системе отсчета неподвижных звезд и
подтвердить теорию неувлекаемого эфира.
Ни того, ни другого добиться не удалось.
Опыт показал только, что теория неувле¬
каемого эфира не оправдывается. До созда¬
ния теории относительности было еще очень
далеко, и Майкельсон мог только конста¬
тировать, что результат опыта совершенно
непонятен. Поэтому его разочарование
было и искренне и естественно. Впрочем,
он утешался тем, что изобрел действитель¬
но замечательный прибор — интерферо¬
метр.
Вообще стоило бы детально разобрать
не только идею, но и теорию опыта Май-
кельсона. Но следует помнить, что точная
теория этого эксперимента сравнительно
мало напоминает общепринятую в изложе¬
ниях схему. Достаточно заметить, что
в первом сообщении сам Майкельсон при¬
водит ошибочный расчет.
Если на основе теории неувлекаемого
эфира правильно вычислить предполагае¬
мый эффект, результат окажется вдвое
меньше рассчитанного Майкельсоном.
Как указывает Майкельсон, идея опыта
принадлежит Максвеллу, а схема (именно
схема!) установки весьма проста.
По теории неувлекаемого эфира скорость
света относительно эфира совершенно не
зависит от движения источника относи¬
тельно эфира. (Точно так же, как скорость
звука в атмосфере не зависит от движения
источника звука относительно атмосфе¬
ры *.) И если теория неувлекаемого эфира
правильна, то должен существовать сле¬
дующий любопытный эффект.
* Уже упоминалось, что теория неувлекаемого
эфира совершенно аналогична теории распростране¬
ния звуковых волн в атмосфере. Атмосфера — «не-
увлекаемый звуковой эфир».

Рассмотрим источник света и зеркало,
жестко закрепленные друг относительно
друга. Они, естественно, как и всё в мире,
погружены в море неувлекаемого эфира.
Если эта система движется относительно
эфира со скоростью V, то можно легко убе¬
диться, что свет затратит на путь туда и
обратно время, отличное от времени, кото¬
рое требуется ему на тот же путь в случае,
когда эта система покоится относительно
эфира.
Описание опыта
Майкельсона, «пе¬
реведенное» на
язык школьных
задач о пловцах.
Собственно, на этом и основан экспери¬
мент Майкельсона. В теории неувлекаемого
эфира «строгое» описание опыта выглядит
так *.
По спокойной воде буксируется квадрат¬
ный плот. (Квадратным он взят только для
простоты дальнейших расчетов.)
Скорость плота относительно воды — V.,
Из точки А одновременно бросаются
в воду два спортсмена: пловец № 1 и пло¬
вец № 2. Оба имеют одинаковую ско¬
рость — с.
Пловец № 1 плывет к точке Д; пловец
№ 2 — к точке В. Достигнув этих точек,
они поворачивают назад и плывут в точ¬
ку А. Конечно, с>у, в противном случае
плот просто уплывет от обоих спортсменов.
* Во избежание путаницы надо представлять,
что поскольку (как мы увидим дальше) теория
неувлекаемого эфира неправильна, неправильно и
дальнейшее описание опыта.
226

Требуется подсчитать время, которое за- пр^оГ^атема""
тратил на свой путь каждый из пловцов, ки.
Задача, как видите, доступна семиклассни¬
ку. Позвольте поэтому привести ее решение
без пояснений.
Для пловца № 1:
1) *ада = ^
2) с-{АД = /+У-1
^АД~*~*ДА »
АД ’ *АД ~
I
С—V’
С**ДА ^ У * ^ДА 9 *ДА
ЛЛ , 	1_ , 	1_
' 'АДА с — V ' С + V
/
С+У ’
2/с
С2 — V2
2/
с
1
у2
С2
)
Здесь ~	*о — время, которое затратил
бы пловец на путь туда-обратно, если бы
плот не двигался.
I	/. V2 \*
Если	то 1 _ у? ^ \	) ‘
с	С2
* Здесь впервые используются приближенные вы¬
числения, на которые, несмотря на их важнейшее зна¬
чение, мало обращают внимания в школе. Поэтому
поясним вывод как приведенной формулы, так и

Тогда время, затраченное пловцом № 1 на
путь, равно:
Для пловца № 2 решение чуть-чуть
сложнее. Кратчайшим путем из А в В бу¬
дет гипотенуза треугольника АВВ1, где
В1—то положение, которое занимает ко¬
нец плота в момент, когда пловец № 2
доплывает до В.
Если пловец № 2 умный, он с самого
начала рассчитает свой путь, сделает
упреждение на снос плота и «поплывет по
гипотенузе». То же самое можно сказать
о его обратном пути из В в А.
Время пути находится просто:
еще одной, неоднократно используемой в дальней¬
шем.
Если а очень мало, можно утверждать, что
Доказать это очень просто.
Пункт № 1. Когда а мало, то у \—а ^ 1 — —'
Действительно, возводя обе части приближенного ра-
Правая часть равенства больше левой на
но если а<1, то а2 совсем уже малая величина и ею
можно пренебречь (если, например, а =0,001,
«2 =0,000001).
Итак, с точностью до членов порядка а2.
а
у 1 —а
а
2
228

Р>'	6"
3) 1
N2 '
^АВА ^0'
У~>
у2
~С2"
Снова, если ~<СП,то
К 1	^	2с2
Пу
дроби
н к т № 2.
1
а
~~2
Умножим числитель и знаменатель
на 1+~. Получим, что
а
4
Как и раньше, можно пренебречь членом
менателе. Тогда окончательно
1	1	а
УI — а
— в зна-
4
Это равенство справедливо с точностью до членов
порядка «2. Не следует опасаться, конечно, того,
что мы пренебрегали членами порядка а2 не один,
а два раза. Это не может сколько-нибудь заметно
увеличить ошибку.
Фактически невозможно уловить разницу между
тысячью человек, тысячью без одного или же ты¬
сячью без двух.
229

Выводы.
опыта
сказана.
И окончательно в этом случае:
= + -$&)•
(Заметим, что это время меньше, чем вре¬
мя пловца № 1.)
Как видите:
1М1	2С2	*
Пловец № 1 оказывается в менее выгод¬
ном положении, чем пловец № 2. Он вер¬
нется назад позже. Если плот повернется
на 90°, не изменяя направления движения,
пловцы обменяются ролями: № 1 окажется
в роли № 2, а № 2 — в роли № 1. Тогда,
естественно, пловец № 2 отстанет от плов¬
ца № 1.
А теперь достаточно:
заменить воду неувлекаемым эфиром;
плот — прибором Майкельсона, несущим¬
ся сквозь эфирное море вместе с Землей;
пловцов — световыми лучами.
ужеТерас- И мы получим схему опыта Майкельсона.
Аналогия здесь совершенно точная. В на¬
шем примере строго изложена элементар¬
ная теория опыта Майкельсона с точки
зрения гипотезы неувлекаемого эфира. Но,
повторяю, реальная картина существенно
усложняется из-за аберрации и преломле¬
ния света в оптических приборах.
230

Итак, чтобы убедиться в движении Зем¬
ли сквозь эфирное море, надо взять источ¬
ник света и зеркало и измерить время, ко¬
торое тратит световой луч на путь туда-об¬
ратно (см. рисунок на стр. 230). При вра¬
щении платформы прибора мы, согласно
сделанному расчету должны уловить, что
время пути светового луча изменяется.
Наибольшее время на путь туда-обратно
свет затратит, когда плечо АВ параллель¬
но движению Земли сквозь эфир; наимень¬
шее— когда это плечо перпендикулярно
(в этом случае «эфирный ветер» только
несколько «сдувает» в сторону световой пу¬
чок). Если мы эту разницу поймаем, то
убедимся в движении Земли сквозь эфир.
Все очень просто.
Правда, если учесть, что предполагаемая
разница времен составляла Аоооооооо
времени пути светового луча *, а свой путь
в приборе (несколько метров) он пробегает
примерно за стомиллионную долю секун¬
ды, может быть, станет яснее, насколько
«прост» был опыт Майкельсона.
Максвелл считал практическое осущест¬
вление своей идеи абсолютно безнадежным
делом, и это совершенно понятно. Ведь не¬
обходимая относительная точность измере¬
ний (10~8) означает, например, что интер¬
вал в несколько тысяч лет надо замерить
с точностью до одной секунды.
Или другое сравнение.
Разница времен, которую взялся уловить
Майкельсон, по порядку меньше времени,
необходимого электрону, чтобы сделать
один оборот вокруг ядра.
Трудно даже представить все невероят-
* Так как V земли=30 км сек,то
^=10-* и (1М-(„,)=
Замечания о прак¬
тическом осущест¬
влении опыта.
231

ные препятствия, стоявшие на пути Май-
кельсона.
Может быть, достаточно указать только
одно «симпатичное» обстоятельство. База
прибора имела длину примерно 1 метр.
Для того чтобы замечать изменение вре¬
мени движения луча света с точностью
10~8, надо быть убежденным, что длина
пути светового луча остается неизменной, по
крайней мере с точностью 10~9. Иначе вре¬
мя пути светового луча могло бы меняться
просто из-за изменения длины базы. Точ¬
ность же 10~9 означает, что расстояние
в 1 метр может изменяться не больше чем
на 10 ангстрем! Напомним, что 10 анг¬
стрем— это линейный размер 3—4 атомов,
поставленных рядом.
Следовательно, малейший толчок, ни¬
чтожное изменение температуры — и база
изменилась бы на значительно большую ве¬
личину. На прибор Майкельсона в бук¬
вальном смысле слова нельзя было ды¬
шать! Чтобы избежать сотрясений, Май-
кельсон работал в подвале на тумбе, вры¬
той в землю. Каменная плита, на которой
была смонтирована установка, была поло¬
жена на круглую деревянную пластину,
плавающую в сосуде, наполненном ртутью.
Сотрясение удалось ликвидировать. Но
как измерить время пути светового луча?
Любые попытки непосредственного измере¬
ния обрекали, конечно, опыт на полную
неудачу. И Майкельсон применил очень
изящный прием. Он использовал эффект
интерференции.
...Если пучок света раздвоить, а потом
снова свести два полулуча в одну точку,
на экране будет наблюдаться определенное
чередование интерференционных полос.
На рисунке показан тот способ разделе¬
ния луча, который использовал Майкель-

сон. Слабо посеребренная пластина частич¬
но отражает и частично пропускает свет.
Колебания в обоих световых лучах
строго когерентны (синхронны), и, попадая
на экран, световые волны интерферируют.
Если разность путей строго постоянна, ин¬
терференционная картина, видимая в око¬
шечко интерферометра, неизменна, по¬
скольку она полностью определяется раз¬
ностью времен хода световых пучков. Стоит
чуть-чуть изменить разность путей, как ха¬
рактер наблюдаемых интерференционных
полос изменится. Чему равно это самое
«чуть-чуть»? Оказывается, можно добиться
почти невероятной относительной точно¬
сти — 10~10!
Экран
Это и использовал Майкельсон. В прибо¬
ре он разделил пучок света на два взаим*
но-перпендикулярных луча, а затем свел их
вместе. В окошечке интерферометра на¬
блюдалась какая-то интерференционная
картина, чередование интерференционных
полос. Пока все внешние условия остава¬
лись неизменными, интерференционные по¬
лосы также не изменялись. Майкельсон
добился, что они оставались неизменны¬
ми по нескольку часов.
Если теория неувлекаемого эфира верна,
то, как мы видели, свету совсем не безраз¬
лично, распространяется он параллельно
движению Земли сквозь эфир или перпен-
Более или менее
точное описание,
опыта.
См. описание опы¬
та с плотом.
233

дикулярно. На один и тот же путь он за¬
тратит различное время. Поэтому при по¬
вороте прибора на 90° («пловец № 1» и
«пловец № 2» меняются местами) должно
наблюдаться изменение интерференционной
картины. И тем не менее...
5 • ИСТОЧНИК СВЕТА
А И В - ЗЕРКАЛА
Р-ПОЛУПРОЭРАЧНАЯ ПЛАСТИНКА
интерферометр
^-направление движения
Земли
Уже в первом своем опыте Майкельсон
установил, что при повороте прибора на 90°
никакого ожидаемого систематического
смещения интерференционных полос не
наблюдается. Результат прямо противоре¬
чил выводам теории.
...Когда речь шла о такой важной про¬
блеме, как теория эфира, казалось бы не¬
однократно подтвержденная, отрицательный
результат опыта в первую очередь вызывал
сомнения в том, насколько часто был сде¬
лан эксперимент.
Между прочим, С. И. Вавилов замечает,
что точность измерений в первом опыте
была слишком мала и Майкельсон скорее
угадал, чем строго обосновал, правильный
вывод. Поэтому прежде всего Майкельсон
решил проверить собственные наблюдения.
Через шесть лет он (совместно с Мор-

леем) повторяет свой опыт на более совер¬
шенной установке. На этот раз он как буд¬
то безусловно убеждается в отсутствии эф¬
фекта. Однако были высказаны новые со¬
мнения.
К работам, имеющим такое значение,
как опыт Майкельсона, физики вообще
относятся крайне недоверчиво. И опыт Май¬
кельсона со все возрастающей точностью
повторяли еще много раз, вплоть до 1927 (!)
года.
Конечный приговор всей совокупности
экспериментов гласил: «Майкельсон прав!
Никакого эффекта движения Земли сквозь
эфир нет, никакого «эфирного ветра» не
существует!»
Заметьте— 1927 год! Прошло уже 40 лет
со времени первого опыта Майкельсона и
22 года от дня создания теории относитель¬
ности. Уже проделаны десятки различных
экспериментов, подтверждающих эту тео¬
рию. Но результат Майкельсона все снова
и снова настойчиво проверяют ученые.
Подобная скрупулезная придирчивость
очень характерна для физики вообще. Нет
такого общего положения в ее истории, ко¬
торое не подвергалось бы самой жестокой
экспериментальной проверке, и трудно ска¬
зать, когда, наконец, наступает тот благо¬
словенный для теории момент, когда
можно считать, что она безусловно спра¬
ведлива...
Из опыта следовало, что гипотеза неувле-
каемого эфира в чем-то несправедлива,
в чем-то ее надо менять. Этот вывод и сде¬
лал Майкельсон. Но он не знал, что именно
несостоятельно в теории неувлекаемого
эфира. Может быть, эфир увлекается толь¬
ко у поверхности Земли? А опыты проводи¬
лись в подвальном помещении.
Майкельсон допускал эту возможность.
«...Безнадежно пытаться решать вопрос
Несколько слов о
характере физи¬
ков.
Снова сомнения.
235

о движении солнечной системы по наблю¬
дениям оптических явлений на поверхности
Земли. Но не исключено, что даже на уме¬
ренной высоте над уровнем моря, напри¬
мер на вершине какой-нибудь уединенной
горы, относительное движение можно заме¬
тить при помощи аппарата вроде описан¬
ного в наших опытах».
Впоследствии опыт Майкельсона был по¬
вторен на вершине горы и даже на воздуш¬
ном шаре. Результат по-прежнему был от¬
рицателен.
Несколько раз возникали сомнения в пра¬
вильности расчета и в обработке данных
эксперимента. Снова и снова проверяли
работу Майкельсона, пока не убедились
окончательно в отсутствии «эфирного
ветра».
Помимо опыта Майкельсона, были про¬
деланы многие отличные по своей идее
«опыты второго порядка», И все они давали
отрицательный результат.
Уже была создана теория относительно¬
сти, уже все стало понятным, уже эфир
был выброшен «в ту же мусорную кучу, где
давно гнили флогистон, теплород, Ьоггог
уасш» *, как четко сформулировал один из
ученых начала XX столетия, а эксперимен¬
таторы снова и снова проверяли результат
Майкельсона. И трудно сказать, в каком
году и в какой именно день подобная ин¬
спекция перестала представлять научный
интерес.
Всегда наступает какой-то момент, когда
совершенно законное вначале критическое,
недоверчивое отношение к новой теории
переходит в закостенелый консерватизм.
* Теплород, флогистон, Ьоггог V а с 111
(ужас пустоты) — все это в свое время очень
модные и распространенные теоретические концеп¬
ции, отброшенные в дальнейшем как несостоятель¬
ные.
236

Но когда именно он наступает, сказать
трудно. Во всяком случае, теория относи¬
тельности «вышла чистой» после такого
«перекрестного допроса с пристрастием»,
после стольких вызовов к судейскому столу
эксперимента, что можно быть уверенным
в ее абсолютной «порядочности».
Теперь остановимся и посмотрим, что,
собственно, сделано.
Мы очень поверхностно проследили раз¬
витие теории эфира и убедились, что после
опыта Майкельсона — точнее, после второй
работы Майкельсона и Морлея (1887 г.) —
необходимо какое-то существеннейшее из¬
менение этой теории.
Какое именно, мы не знаем. Причем,
хотя мы и зашли в тупик с гипотезой эфи¬
ра, мы успели убедиться, что многие факты
эта гипотеза объясняет очень хорошо и на¬
глядно. Если вы «привыкли» к эфиру, если
вы почувствовали некоторую симпатию к
этой гипотезе — возможно, станет яснее,
почему уничтожение эфира означало рево¬
люцию в физике.
С нашей точки зрения гипотеза эфира —
некоей загадочной субстанции — представ¬
ляет только исторический интерес. Но, пред¬
ставив, почему был дорог эфир для физи¬
ков, мы лучше поймем, что сделал Эйн¬
штейн.
Теорию относительности можно разби¬
рать, совершенно не касаясь эфира. Воз¬
можно, тогда даже легче усвоить постула¬
ты Эйнштейна. Но было бы очень жаль
утерять перспективу. В самом начале кни¬
ги говорилось, что постулаты Эйнштейна
очень просты. Разрешите теперь взять эти
слова назад.
Теория Эйнштейна очень стройна, изящ¬
на по своей структуре.
Постулаты Эйнштейна, пожалуй, значи¬
тельно естественней и сформулированы на¬
Попытаемся под¬
вести черту.
Снова несколько
слов о самом Эйн¬
штейне.
237

много более четко и строго, чем вся клас¬
сическая физика.
Все эффекты, все существующие экспе¬
рименты теория Эйнштейна объясняет со¬
вершенно непринужденно.
Наконец, теория относительности непо¬
средственно использует только опытные
факты и в этом смысле непосредственно
вытекает из опыта.
Но при всем этом для меня лично остает¬
ся абсолютной загадкой, как двадцати¬
пятилетний юноша Альберт Эйнштейн при¬
шел к своей теории.
Пожалуй, малоубедительно соображение,
что после работы Майкельсона теория
относительности оставалась единственным
выходом.
Было очень много возможностей исправ¬
ления теории эфира. Их использовали, до¬
бивались известных успехов.
Лоренц, например, пытался объяснить
опыт Майкельсона, сохранив эфир, сохра¬
нив почти все основы классической физики.
Ритц построил теорию, в которой эфир,
правда, отбрасывался, но зато сохранялась
неизменной классическая механика.
С точки зрения своей эпохи Эйнштейн
пошел самым невероятным путем.
И создание теории относительности, по¬
жалуй, в первую очередь обусловлено теми
непостижимыми качествами ее автора, ко¬
торые можно называть, можно объяснять,
но нельзя воспринять.
И мне кажется, что среди многих бес¬
смысленных занятий почетное место за¬
нимают попытки проанализировать в дета¬
лях механику мышления гения. Что ка¬
сается мнения самого Эйнштейна, то он
обычно объяснял, что думал над этими во¬
просами примерно десять лет. Точные сло¬
ва Эйнштейна приведены в следующей гла¬
ве; причем хотелось бы обратить внима¬
238

ние на ту замечательную наивность, с ко¬
торой Эйнштейн пишет: «Интуитивно мне
казалось ясным с самого начала...»
Покончим с эфиром. Вот резюме Май-
кельсона, которое довольно верно отражает
состояние проблемы непосредственно перед
созданием теории относительности:
«Ряд не зависящих друг от друга рас-
суждений приводит нас к заключению, что
среда, в которой распространяются свето¬
вые волны, не представляет обычной фор¬
мы вещества.
Несмотря на то, что мы весьма мало
знаем об этой среде, мы все-таки можем
сказать, что про обыкновенную материю мы
знаем еще меньше...
Явление аберрации звезд можно объяс¬
нить при помощи гипотезы, что эфир не
принимает участия в движении Земли во¬
круг Солнца. Между тем все попытки про¬
верить эту гипотезу дали отрицательные
результаты, вследствие чего мы можем ска¬
зать, что весь вопрос пока еще находится
в неудовлетворительном состоянии».
Здесь Майкельсон
цитирует, вероят¬
но, самого остро¬
умного физика в
истории науки
лорда Кельвина
(Томпсона).

ГЛАВА XI,
в которой автор пытается
запутать терпеливого чита¬
теля, убеждая его в проти¬
воречивости постулатов
Эйнштейна. В итоге выяс¬
няется, что постулаты Эйн¬
штейна	несовместимы с
классической механикой,
и автор призывает читателя
разделить его восхищенное
удивление Эйнштейном.
Первая	половина главы,
возможно, несколько труд¬
на, но утешение можно
найти в	том, что самое
главное	содержится как
раз во второй половине
ЭЙНШТЕЙН
(основные постулаты)
Счастливец Ньютон, систему мира мож¬
но установить только один раз.
ЛАГРАНЖ
Традиционные об¬
щие рассуждения.
Несколько слов
о предшественни¬
ках Эйнштейна.
II
I I аконец мы у цели. Все последующее
А А посвящено непосредственно теории
Эйнштейна. Мы не будем сколько-нибудь
подробно останавливаться на других попыт¬
ках объяснить результат Майкельсона, хо¬
тя они очень интересны и поучительны. Но
несколько слов сказать о предшественни¬
ках надо, хотя бы затем, чтобы лишний
раз убедиться, как много возможных путей
открывается каждый раз, когда старая
теория зашла в тупик и нужно создавать
новую.
Первый — Лоренц, очень много работав-
240

ший над теорией электромагнитного поля и
создавший в восьмидесятых годах прошло¬
го века наиболее стройную и прогрессив¬
ную схему «эфирной физики». После рабо¬
ты Майкельсона он сделал отчаянную по¬
пытку спасти свою теорию (1904 г.).
Лоренц предположил, что все тела, дви¬
жущиеся относительно эфира, сокращают¬
ся в направлении перемещения в отно-
Здесь /0 — длина тела, покоящегося относи¬
тельно эфира; V — скорость тела относи¬
тельно эфира *.
Он даже нашел очень правдоподобное
(конечно, тоже гипотетическое) объяснение
этого явления на основе своей теории
строения материи. Теория Лоренца не толь¬
ко объясняла результаты опыта Майкель¬
сона, но и по своей формальной, математи¬
ческой структуре очень походила на теорию
Эйнштейна.
Еще ближе к теории относительности
идеи крупнейшего французского математи¬
ка Пуанкаре **.
Довольно часто недоумевают: почему Ло¬
ренц и особенно Пуанкаре, так близко по¬
дошедшие к теории относительности, не
смогли сделать последний шаг? Традиции
обязывают высказаться по этому поводу.
Теорию относительности открыл Эйн¬
штейн, а не Пуанкаре или Лоренц един¬
ственно потому, что Эйнштейн несравненно
глубже разобрался в существе дела.
Этот ответ полностью исчерпывает про¬
блему.
Если же говорить серьезно, то, пожалуй,
* Эта же гипотеза была независимо сформу¬
лирована Фитцджеральдом.
** Любопытно, что статья Пуанкаре послана
в печать на три недели позже, чем работа Эйн¬
штейна.
шении

Некий вклад в ис¬
торию науки,
широко распространенное мнение, что Пу¬
анкаре и Лоренцу оставалось совсем не¬
много для формулировки теории относи¬
тельности, ошибочно.
Всякая физическая теория в первую оче¬
редь определяется не математическим ап¬
паратом, а физическим содержанием. Ло¬
ренц и особенно Пуанкаре действительно
были очень близки к математической фор¬
мулировке теории, но в физике они не ра¬
зобрались. А этот последний шаг в данном
случае и был самым трудным. И гадать,
через сколько времени Пуанкаре пришел
бы к идеям Эйнштейна, — в высшей степе¬
ни бессодержательное занятие.
Статья Эйнштейна «К электродинамике
движущихся тел» была напечатана в
1905 году в семнадцатом томе «Аппа1еп бег
РЬу31С» *.
Говорить о значении этой работы излиш¬
не, а внешняя характеристика труда Эйн¬
штейна прекрасно дана Инфельдом:
«Название статьи очень скромное, одна*
ко при чтении мы сразу замечаем, что эта
работа отличается от других аналогичных
работ. Она не содержит ссылок на литера¬
туру, не цитируются авторитеты, а отдель¬
ные сноски носят лишь пояснительный ха¬
рактер. Работа написана простым языком,
и большая ее часть может быть понята без
глубокого знания предмета. Можно только
удивляться, что эта работа, отличающаяся
так резко по своей форме от обычных на¬
учных работ, была пропущена референтом
(если таковой вообще существовал). Это
тем более удивительно, что для полного
понимания этой статьи требуется такая
глубина, которая ценнее и встречается ре¬
же, чем педантичное знание. Метод изло-
* Основной немецкий физический журнал «Ан¬
налы физики».
242

жения и сам стиль работы сохранили свою
свежесть еще и сегодня. Она до сих пор
является лучшим пособием для изучения
теории относительности. Автор этой работы
не принадлежал к научным кругам, он не
был даже преподавателем средней школы.
В то время, 50 лет назад, будучи молодым
доктором философии, 26 лет от роду, он
служил в Швейцарском патентном ведом¬
стве в Берне».
...Эйнштейн начал с выбора безусловных
опытных фактов. Фактам «несть числа», и
они, казалось бы, противоречат один дру¬
гому. Отсеять все побочное и выбрать ос¬
новное— задача сама по себе исключи¬
тельно тяжелая.
Но вот безусловное. Опыт Майкельсо-
на окончательно убедил, что оптические
явления на Земле не зависят от ее движе¬
ния относительно неподвижных звезд. А так
как годичное движение Земли относитель¬
но звезд можно с высокой степенью точно¬
сти считать равномерным и прямолиней¬
ным (и это очень важно), то, следователь¬
но, Майкельсон показал, что равномерное
и прямолинейное движение Земли относи¬
тельно неподвижных звезд не сказывается
на оптических явлениях на Земле *.
* Стоит обратить внимание на последнее заме¬
чание, потому что вращательное движение системы
отсчета относительно неподвижных звезд влияет на
оптические и электромагнитные явления в этой си¬
стеме. В связи с этим уместно обсудить один гипо¬
тетический курьез. Из теории относительности сле¬
дует, что, например, суточное вращение Земли
должно влиять на оптические явления. Майкельсон
и Гель в 1925 году сделали изумительно
тонкий опыт и обнаружили этот эффект. Еще
в 1913 году влияние вращения системы отсчета от¬
носительно неподвижных звезд на оптические и элек¬
тромагнитные явления экспериментально установил
Саньяк (правда, идея опыта также принадлежала
Майкельсону).
Но весь юмор в том, что для этих опытов пред-

Первый постулат
теории Эйнштей¬
на — принцип
относительности.
Сейчас необходи¬
мо снова просмот¬
реть главу V.
Но если так, то, значит, принцип относи¬
тельности Галилея верен и для электромаг¬
нитных явлений, и возможно, он вообще
общий закон природы! Это предположение
Эйнштейн берет за первый постулат своей
теории.
«Все законы природы одинаковы во всех
инерциальных системах координат, движу¬
щихся равномерно и прямолинейно друг
относительно друга».
Как видите, словесно этот постулат от¬
личается от принципа Галилея только тем,
что вместо слова «механика» поставлено
«природа». Соответственно и физическое
содержание совпадает с существом прин¬
ципа относительности Галилея, с той важ¬
нейшей поправкой, что теперь постулирует¬
ся равноправие инерциальных систем по
отношению ко всем физическим законам
(а не только к законам механики).
Физическое содержание принципа отно¬
сительности нам уже знакомо.
Именно: равномерное и прямолинейное
движение системы отсчета относительно
сказания теории относительности качественно совпа¬
дают с предсказаниями теории неувлекаемого эфира.
В данном случае правильная и неправильная теории
дают один и тот же результат.
И представьте себе, насколько опоздало бы появ¬
ление теории Эйнштейна, если бы Майкельсон сна¬
чала проделал опыт с суточным вращением, чтобы
показать, что эфир не увлекается вращательным
движением Земли. Ведь все считали бы, что сущест¬
вование неувлекаемого эфира доказано. Лучшее под¬
тверждение гипотезы неувлекаемого эфира, казалось
бы, трудно придумать. А если бы еще Майкельсон
почил на лаврах и свой «настоящий» опыт не стал
делать, то...
В общем лучшей темы для рассуждения о том,
что было бы, если бы... желать не надо.
Эти, мягко говоря, несколько наивные соображе¬
ния иллюстрируют тем не менее один примечатель¬
ный момент: опровергнуть теорию можно при по¬
мощи одного эксперимента. Чтобы утвердить ее, не¬
обходима тьма и тьма различных опытов.
244

неподвижных звезд абсолютно ни на что не
влияет. (Ни один опыт, произведенный
внутри замкнутой комнаты, не обнаружит
ее равномерного и прямолинейного движе¬
ния относительно неподвижных звезд.)
Возможно, в такой форме принцип отно¬
сительности покажется тривиальным. Ведь
звезды так далеко, и интуитивно как будто
ясно, что они ни на что влиять не могут.
Вспомните, однако, о вращательном дви¬
жении. Стоит заставить «изолированную от
внешнего мира» комнату «вращаться отно¬
сительно звезд», как наблюдатель внутри
комнаты сразу это заметит.
Так что принцип относительности отнюдь
не самоочевиден. Напротив, он весьма уди¬
вителен. Но мир так устроен...
Итак, Эйнштейн распространяет принцип
относительности на все законы природы
(а в первую очередь на законы электромаг¬
нетизма), тем самым сразу объясняя отри¬
цательный результат опыта Майкельсона.
Он — совершенно очевидное следствие
принципа относительности.
Равномерное прямолинейное движение
относительно неподвижных звезд ни на что
не влияет, и поэтому, пусть Земля движет¬
ся, световые лучи в установке Майкельсо¬
на ведут себя точно так же, как если бы
она покоилась. Чтобы не углубляться в де¬
тали, приведем совершенно точную ана¬
логию.
Если в салоне равномерно плывущего ко¬
рабля играть в бильярд, то все будет про¬
исходить так же, как и на твердой Земле.
Бильярдным шарам безразлично, летят ли
они по направлению движения, или против
движения, или под углом в 90° к курсу ко¬
рабля.
Шар, пущенный ог одной стенки к дру¬
гой по направлению движения и отражен¬
ный затем назад, затратит на путь «туда»
Принцип относи¬
тельности и опыт
Майкельсона.
245

такое же время, как и на путь «обратно»
(естественно, мы пренебрегаем изменением
скорости из-за трения шара о сукно стола).
Шар, летящий перпендикулярно направ¬
лению движения корабля, также «не зна¬
ет», что корабль движется; он ударится
о борт стола точно против того места, от¬
куда вылетел. Движение корабля не «сдует»
шар в сторону.
В общем игроки в бильярд никак не
почувствуют, что игра происходит на ко¬
рабле, а не в здании.
Если вместо бильярда представить себе
экспериментальную установку Майкельсо-
на, вместо шаров — световые лучи, а вме¬
сто корабля — Землю, то весь опыт прой¬
дет так, как если бы Земля покоилась от¬
носительно неподвижных звезд (неувле-
каемого эфира).
Подобно бильярдным шарам, лучам све¬
та безразлично, под каким углом к направ¬
лению движения Земли они распространя¬
ются, и время их пути совершенно не зави¬
сит от этого угла.
Принцип относи- Очевидно, что, приняв принцип относи-
тельности и эфир, тельности Эйнштейна, надо распроститься
с выделенной системой отсчета — неувле-
каемым эфиром. Если помните, в V главе
остался открытым вопрос о существовании
246

«абсолютной системы». Мы допускали, что
такую систему, может быть, можно об¬
наружить, исследуя, например, электромаг¬
нитные процессы. Распространяя принцип
относительности на все законы природы,
Эйнштейн тем самым уничтожает идею
существования выделенной системы от¬
счета.
Но не противоречит ли принципу относи¬
тельности аберрация? Ведь мы объясняли
ее, считая, что имеется абсолютная система
отсчета — неувлекаемый эфир. Однако
кто сказал, что это объяснение единственно
возможное?
Само по себе явление аберрации не про¬
тиворечит принципу относительности.
Ему противоречит наше толкование
аберрации. Ну что ж, тем хуже для объяс¬
нения.
А «сами по себе» данные эксперимента
показывают только то, что возможно обна¬
ружить.
Итак, основа — принцип относительности.
В этом пункте Эйнштейн не отходит от
«классики». Наоборот, он расширяет галш
леевский классический принцип, расширяет
границы его применения.
Беда в том, что один принцип относи¬
тельности сам по себе мало проясняет поло¬
жение. То, что приходится отбросить тео¬
рию неувлекаемого эфира, еще не так
страшно. Мы вообще можем забыть об
эфире и непредвзято исследовать опытные
факты.
Но тут-то как раз и начинается непо¬
нятное.
Используем принцип относительности для
анализа простого опыта.
Рассмотрим уже известные нам инерци¬
альные системы отсчета К и К1, относи¬
тельная скорость которых равна V. Проде-
Аберрация и пер
вые сомнения.
«Ученый» пример.
247

лаем в системе К опыт по определению ско*
рости света. Назовем его условно «опыт Ь».
Для этого возьмем источник света 3, не¬
подвижный в системе К, и каким-нибудь
способом (например, способом Физо) из¬
мерим скорость света. Наша эксперимен¬
тальная установка неподвижна в системе К.
Пусть мы получили, что скорость света
равна какому-то числу с.
Сдублируем нашу установку в систе¬
ме Кь которая движется относительно си¬
стемы К так, как это показано на рисунке
(возьмем источник 81, неподвижный в си¬
стеме Ю и г. д.), и проделаем аналогичный
«опыт Ь *». Все условия «опыта I*1» относи¬
тельно системы Ю тождественно повторяют
условия «опыта Ь» относительно системы К.
Согласно принципу относительности ско¬
рость света, измеренная в «опыте Ь1», снова
должна оказаться равной с, поскольку одна
инерциальная система ничем не хуже
другой.
Действительно, получив другое значение
скорости света в системе Кь мы убедились
бы, что законы природы различны в раз¬
личных инерциальных системах. Пока все
хорошо.
248

Но мы имеем полное право рассматри¬
вать любой опыт из любой системы отсче¬
та. Рассмотрим и опишем «опыт Ь1», ис¬
пользуя систему К.
В системе К источник света 81 и вся экс¬
периментальная установка движутся на¬
право со скоростью V. И мы сейчас убе¬
димся, что в ней скорость светового луча,
бегущего от этого источника направо, рав¬
на скорости света плюс скорость системы
Кл относительно системы К, то есть (с + у).
И соответственно, налево свет бежит со
скоростью, равной разности скорости света
и скорости системы Кл, то есть (с — у).
Мы подошли к очень важному месту и,
чтобы лучше понять дальнейшее, перейдем
от общих, абстрактных рассуждений к кон¬
кретному примеру.
Пусть физик находится со своей установ¬
кой в вагоне равномерно идущего поезда.
Измерения, которые он провел, показы¬
вают, что скорость света относительно ис¬
точника не зависит от направления, а по¬
стоянна и равна определенному числу — с.
Иначе говоря, он установил, что свет одно¬
временно достиг передней и задней стенок
вагона через Д1, и определил скорость
I/
_2_.
Если вагон сделан из стекла, наблюда¬
тель на полотне дороги также может изу-
Внимание! Начи¬
нается крупная и
очень важная мис¬
тификация!
249

Весь предыдущий
отрывок (как и все
выводы) заведомо
неправилен. Один
принцип относи¬
тельности отнюдь
не приводит к то¬
му, что скорость
света зависит от
движения источни¬
ка. Но где ошибка
в рассуждении?
Что еще явно не
использовано в вы¬
воде?
чать процесс распространения света. Одна¬
ко для него все будет выглядеть несколько
по-другому.
Пока свет бежит от источника к стенкам
вагона, поезд проезжает некоторое расстоя¬
ние. Передняя стенка «убегает», а задняя
«бежит навстречу» световому лучу. До нее
свет должен пройти меньшее расстояние.
Но свет достигает стенок одновременно!
Очевидно, эго может быть только, если впе¬
ред свет распространяется с большей ско¬
ростью, чем назад.
Скорости эти можно найти совершенно
просто. Как только что было сказано, ско¬
рость светового луча «вперед» равна с + V,
а «назад» с — V (здесь V — скорость ва¬
гона).
Тот же самый вывод можно получить,
рассуждая несколько иначе. Относительно
источника света скорость света постоянна
и в любой системе отсчета равна с (прин¬
цип относительности!).
Если луч света из фар паровоза «убе¬
гает» от поезда со скоростью с, а поезд
«убегает» от наблюдателя на полотне со
скоростью V, то от наблюдателя на полотне
свет «убегает» со скоростью с + у. Соответ¬
ственно скорость луча света, посланного из
фонарика на концевом вагоне, относитель¬
но полотна дороги равна с—у. В этом мы
убеждаемся сразу, применив формулу сло¬
жения скоростей.
Говоря иначе, мы пришли к выводу, что
скорость света зависит от движения источ¬
ника. При выводе этого положения мы ис¬
пользовали только принцип относительно¬
сти, и потому, если наше утверждение не
оправдывается на опыте, принцип относи¬
тельности для электромагнитных явлений
несправедлив.
Итак, принимая принцип относительности,
мы должны заключить, что если в какой-
250

то системе отсчета источник света дви¬
жется со скоростью V (см. рисунок), то
прибор А, помещенный слева от источника,
покажет, что свет, посылаемый источником,
распространяется со скоростью с — V. Соот¬
ветственно прибор В покажет, что свет
распространяется со скоростью с + у. Одним
словом, скорость источника света следует
геометрически сложить со скоростью све¬
тового сигнала. И скорость света, которая
относительно источника всегда равна од¬
ному и тому же значению с, естественно,
изменяется в той системе отсчета, где ис¬
точник движется.
Совершенно точную аналогию только что
сказанному получим, рассматривая взрыв
снаряда. Осколки снаряда разлетаются
с одной и той же скоростью с относительно
центра тяжести снаряда.
Выберем две системы отсчета: одну, свя*
занную с Землей, другую — с центром тя¬
жести системы снарядных осколков.
Координатные оси определим так, чтобы
в момент взрыва начала координат обеих
систем находились в той точке, где взры¬
вается снаряд. Тогда через время 1 осколки

окажутся на поверхности сферы радиусом
с. {, центр которой совпадает с центром тя¬
жести снарядных осколков и, следователь¬
но, с началом координат системы отсчета,
бги^1?стич^ка^я связанной с центром тяжести,
теория.	Центр этой сферы, однако, уже не будет
совпадать с началом координат для наблю¬
дателя с Земли, который скажет, что в мо-
^•ВРЕМ»
С-скорость осколкое
У"СКОРОСТ& СНАРЯДА
мент ^ осколки находятся на поверхности
сферы, центр которой удален от начала
координат на расстоянии у{. Далее — в си¬
стеме центра тяжести снаряда скорость ос¬
колков не зависит от направления полета
и постоянна, а в системе отсчета «Земля»
скорости зависят от направления и изме¬
няются ОТ С—V ДО С-{-V.
Ввиду этой аналогии теорию, согласно
которой скорость света зависит от движе¬
ния источника, и назвали «баллистиче¬
ской».
Естественно, эта теория легко объясняет
отрицательный результат опыта Майкель-
сона *. Однако чем глубже исследовали
выводы баллистической теории, тем безра¬
достней становилась картина. Преломле¬
ние, отражение, интерференция, дифрак¬
ция света — все эти явления нельзя было
удовлетворительно объяснить.
252
* Как помните, для объяснения опыта Майкель-
сона достаточно принять принцип относительности.

Но главное, в 1913 году было показано,
что наблюдаемые движения двойных звезд
прямо противоречат баллистической тео¬
рии. В чем именно противоречие и при чем
тут именно двойные звезды, нам не так
важно. Примем на веру, что в 1913 году
появились эксперименты, опровергающие
баллистическую теорию.
Обратите внимание на дату — 1913!
Уже восемь лет прошло после того, как вы¬
шел труд Эйнштейна. Когда Эйнштейн пи¬
сал свою работу, не существовало ни экс¬
периментов, непосредственно противореча¬
щих баллистической теории, ни, впрочем,
самой теории, которую предложил Ритц
только в 1908 году *. Нет сомнения, что
в процессе работы Эйнштейн обязан был
рассмотреть гипотезу, которую впослед¬
ствии высказал Ритц. Действительно, стоит
принять принцип относительности, как бал¬
листическая гипотеза напрашивается, «сту¬
чится в дверь». Несколькими строками
выше мы пытались доказать, что она
единственно возможное следствие принци¬
па относительности. Просмотрите еще раз
эти рассуждения и попробуйте найти ошиб¬
ку! Все кажется так безукоризненно ясно
и логично. Но если так, то мы попали
в очень неприятное положение. Поглядите,
что получилось.
Мы зашли
1. Опыт Маикельсона убеждает	нас пик. Анализ
В принципе относительности.	женил.
2.	Принимая принцип относительности,
мы как будто доказали, что скорость света
должна зависеть от скорости источника, и
тем самым обосновали баллистическую
теорию.
* Так что, говоря о теории Ритца до обсуждения
теории относительности, мы несколько погрешили
против хронологии.
в ту-
поло-
253

Неутешительный
и, к счастью, не¬
правильный вы¬
вод.
3.	Мы утверждаем, что многие опыты
опровергают баллистическую теорию.
Согласовать эти три положения между
собой невозможно — следовательно, какое-
то из них ошибочно. Принцип относитель¬
ности, по-видимому, справедлив. Поэтому
надо отбросить либо 2-й, либо 3-й пункт.
Но какой?
Теперь-то мы знаем, что неправилен
2-й пункт в нашем списке. Но ведь как раз
он кажется столь убедительным. Про¬
смотрите еще раз те рассуждения, что при¬
вели нас к этому выводу. Они пред¬
ставляются идеально строгими.
А вспомним теперь, что у Эйнштейна не
было твердой уверенности в положении
№ 3.
Решающие опыты, опровергающие бал¬
листическую теорию, были сделаны только
в 1913 году (Де-Ситтер!). В распоряже¬
нии Эйнштейна только косвенные доводы
против баллистической гипотезы, те до¬
воды, вес которых можно оценивать, лишь
призывая интуицию.
Но интуиция — это нечто неопределен¬
ное, а пока создается впечатление, что:
1)	принцип относительности и
2)	независимость скорости света от дви¬
жения источника
согласовать нельзя!
Если принять первое, надо отбросить
второе и стать на позиции баллистической
теории.
Если принять второе, то необходимо по¬
жертвовать принципом относительности и
вернуться к эфиру.
И Эйнштейн выбрал, казалось бы, са¬
мую невероятную среди всех имевшихся
возможность объяснить опыт Майкельсона.
Именно эти два положения он взял как
основные постулаты своей теории.
Трудно понять, как именно он понял то,
254

что он понял. Пожалуй, решающую роль
сыграло то непонятное и неуловимое, что
обычно определяют как «интуиция».
Как рассказывает сам Эйнштейн,
с 16 лет он задумался над вопросом: что
увидит наблюдатель, который движется
за лучом света со скоростью света?
«Если бы я стал двигаться за лучом све¬
та со скоростью с (скорость света в пусто¬
те), то я должен был бы воспринимать
такой луч света как покоящееся, перемен¬
ное в пространстве электромагнитное поле.
Но ничего подобного не существует; это
видно как на основании опыта, так и из
уравнений Максвелла. Интуитивно мне ка¬
залось ясным с самого начала, что с точки
зрения такого наблюдателя все должно со¬
вершаться по тем же законам, как и для
наблюдателя, неподвижного относительно
Земли» *.
Кстати, забавно, хотя и не очень связано
с тем, что нас сейчас волнует, что наблю¬
датель, начавший в какой-то момент дви¬
гаться от источника света со скоростью
большей, чем скорость света, должен ви¬
деть события, происходящие в источнике
света, в обратном порядке. Он как бы уви¬
дит кинопленку, пущенную от конца к на¬
чалу.
Итак, Эйнштейн не понимал, как можно
удовлетворительно построить теорию, до¬
пуская, что скорость света в разных систе-
* Легко можно убедиться, что парадокс
с наблюдателем, «оседлавшим» световой луч, равно
возникает как в теории неувлекаемого эфира, так и
при рассмотрении баллистической теории. Разница
только в том, что в баллистической теории можно
рассматривать парадокс в любой инерциальной си¬
стеме отсчета, а в теории эфира — только в абсолют¬
ной системе — неувлекаемом эфире. Эйнштейн, как
видите, долго не понимал, как можно объяснить
этот парадокс.
255

Внимание!
Вот они, постулаты
Эйнштейна.
мах отсчета различна и зависит от движе¬
ния источника света в данной системе.
После многих лет размышлений он, нако¬
нец, находит выход: следует изменить не
только электродинамику, нет... всю физику.
Как видите, все было очень просто.
Вот как он формулирует постулаты
новой теории в первой работе.
1.	«Законы, по которым изменяются со¬
стояния физических систем, не зависят от
того, к которой из двух координатных си¬
стем, находящихся относительно друг дру¬
га в равномерном поступательном движе¬
нии, эти изменения относятся».
2.	«Каждый луч света движется в «по¬
коящейся» системе координат (в любой
данной инерциальной системе координат. —
В. С.) с определенной скоростью с, неза¬
висимо от того, испускается этот луч по¬
коящимся или движущимся телом».
Итак, первое — принцип относительно¬
сти, второе—независимость скорости све¬
та от движения источника.
А как быть с эфиром в новой теории?
«Введение светового эфира окажется
при этом излишним, — пишет Эйнштейн, —
поскольку в предполагаемой теории не
вводится абсолютно покоящегося простран¬
ства, наделенного особыми свойствами...»
Как видите, загадку эфира Эйнштейн ре¬
шает сразу. Эфира нет. Не существует ни¬
какой гипотетической среды с механиче¬
скими свойствами. Просто само простран*
ство обладает свойствами передавать
электромагнитные колебания, и только.
Вообще-то для истребления эфира доста¬
точно одного принципа относительности, и
в баллистической теории Ритца эфир так¬
же уничтожается.
Ну что же, эфиром скрепя сердце
можно пожертвовать. В конце концов от¬
рицательные результаты всех попыток
256

выявить абсолютное движение Земли прин¬
цип относительности объясняет сразу,
а с эфиром достаточно намучились и по¬
мимо опыта Майкельсона.
Второй постулат сам по себе выглядит
также довольно естественно (между про¬
чим, он был принят в теории неувлекаемо-
го эфира).
Но как можно их согласовать? Ведь
совсем недавно мы как будто показали, что
из принципа относительности однозначно
следует баллистическая теория.	постулаты73** эйн-
Если вспомнить, как доказывалась зави- штейна,
симость скорости света от движения источ¬
ника, мы увидим: кроме принципа относи¬
тельности, использовалась только формула
сложения скоростей, хорошо известная из
механики. Вот она.
Если скорость тела В относительно
тела А равна уь а скорость тела С отно¬
сительно В — у2, то скорость С относитель¬
но А равна VI + у2. Сомнение в справедли¬
вости этой формулы означает ни много, ни
мало как сомнение в самих основах меха¬
ники.
Вспомним пример со световыми вспыш¬
ками в вагоне поезда и посмотрим, можно
ли совместить принцип относительности
с постулатом о постоянстве скорости света.
Попытаемся опровергнуть Эйнштейна.
Чтобы показать несостоятельность теории
257

относительности, используем, например,
классический прием — гебис1ю аб аЬзиг-
бит («приведение к нелепости», или «до¬
казательство от противного»). Примем
постулаты Эйнштейна и посмотрим, к ка¬
ким выводам они приводят *.
Пусть точно в середине вагона экспресса
произошла мгновенная вспышка света. Све¬
товая волна побежит во все стороны и че¬
рез ничтожный промежуток времени до¬
стигнет как передней, так и задней стенок
вагона. Допустим, этот момент прихода мы
можем зафиксировать точными приборами.
Одновременно или неодновременно придет
световой сигнал к задней и передней стен¬
кам?
Наблюдатель, использующий систему от¬
счета, жестко связанную с вагоном (для
естественности посадим его внутрь ваго¬
на), заявит: «Конечно, световой сигнал до¬
шел до обеих стенок одновременно». Дей¬
ствительно, скорость света одинакова во
* Здесь уместно сделать маленькое отступление.
Так же как и в классической физике, в специальной
теории относительности «пустое пространство» счи¬
тается «однородным и изотропным». Иными слова¬
ми, физические свойства пространства совершенно
идентичны по всем возможным направлениям. Выде¬
ленного направления нет (изотропность). Точно так
же равноправны все точки пространства (однород¬
ность). Изотропность и однородность пространства
подразумевается всюду в дальнейшем.
Строго говоря, это тоже некий постулат, вытекаю¬
щий из всего нашего опыта. Изотропность простран¬
ства по отношению к «электромагнитным процессам»
видна, например, из того факта, что скорость света
одинакова во всех направлениях (фронт световой
волны занимает поверхность сферы). Еще раз с удо¬
вольствием отметим: физические утверждения даже
самого общего характера всегда диктуются только
опытом. Без ссылки на опыт всякие рассуждения
беспредметны. Могло оказаться, что «пустое» про¬
странство устроено подобно кристаллу и анизотроп¬
но. Только практика может убедить в противном.
Она и убеждает...

всех направлениях (изотропность про¬
странства), расстояние до стен одинаковое
(источник в середине), вагон покоится.
Естественно, сигнал дойдет одновременно
до задней и передней стенок.
Наблюдатель же на полотне (система
отсчета — полотно железной дороги) за¬
явит, что сигнал дошел до стенок неодно¬
временно. Действительно, источник света
в его системе движется, но, согласно вто¬
рому постулату Эйнштейна, это движение
на распространение света никак не влияет.
Световой сигнал снова распространяется
по всем направлениям с одной и той же
скоростью с относительно источника. Одна¬
ко передняя стенка вагона «убегает»
от светового сигнала, а задняя соответ¬
ственно «набегает» на него. Следовательно,
задней стенки сигнал достигнет несколько
раньше, чем передней.
Итак, пара событий в одной системе од-

Странное положе- новременна, а в другой — нет. Результат
ние с одновремен- достаточно странный. Может быть, этот
ностью событий.		 и	г
«нелепый» вывод доказывает, что постула¬
ты Эйнштейна противоречивы?
Число таких парадоксальных примеров
можно увеличить. Однако, вероятно, и
сказанного вполне достаточно, чтобы прий¬
ти в недоумение.
Подведем итог.
В самом начале работы Эйнштейн стал¬
кивается с такими следствиями своих по¬
стулатов, что совершенно ясно: либо надо
сразу признать полную несостоятельность
теории, либо придется менять все основные
представления о пространстве и времени,
структуру всей физики с начала до конца.
Новая теория сразу приобретает несрав¬
ненно более широкое значение, чем, правда,
очень существенный, но в свете новых го¬
ризонтов очень частный вопрос — «об
электродинамике движущихся сред». Речь
идет уже не об уничтожении эфира (этот
вопрос как-то сразу кажется мелким),
а о критическом анализе и пересмотре всех
основ физики.
Повторяю, для меня остается загадкой,
как Эйнштейн рискнул разрабатывать
свою теорию. Часто говорят, что он
выбрал из массы опытного материала
безусловно надежные факты, установил
принципы и поэтому был совершенно уве¬
рен в своих постулатах. Это верно только
отчасти. Действительно, эксперименты на¬
вязывают ему принцип относительности. Но
вот принцип постоянства скорости света
не имел непосредственных прямых под¬
тверждений. И мы видели, что за одновре¬
менное признание принципа относительно¬
сти и принципа постоянства скорости света
приходится платить исключительно доро¬
гой ценой.
Пожалуй, самый естественный выход из
260

положения предложил Ритц (баллистиче¬
ская теория). По Ритцу, эфир отбрасы¬
вается, а уравнения Максвелла изменяют¬
ся. Все это, конечно, очень революционно,
однако выглядит мирно и патриархально
рядом с теорией относительности.
Понятие времени, длины, одновременно¬
сти, преобразование Галилея, дальнодей¬
ствие — все эти основы физики Эйнштейн
начисто пересматривает. По существу, он
показывает, что никаких основ не сущест¬
вует, что всех этих, «по-видимому, всем
знакомых понятий» попросту нет в класси¬
ческой физике, что физики в этих вопросах
интуитивно, бессознательно обобщали
опыт, не задумываясь над тем, что именно
они, делают, на чем строят теории. И все
это делается в конечном счете из-за опыта
Майкельсона.
Мне кажется, в истории науки нет вто¬
рого примера подобного же интеллектуаль¬
ного бесстрашия.
И последнее. Ясно, что к теории относи¬
тельности предъявляются очень высокие
требования. Ей, требующей совершенно
новых, на первый взгляд парадоксальных
представлений о пространстве и времени,
не простят расплывчатых гипотез, при¬
близительных объяснений, логических
погрешностей. Такая теория должна быть
кристально ясной и логически безупреч¬
ной. Абсолютно все известные эксперимен¬
тальные факты должны получить совер¬
шенно четкое объяснение. И, наконец, все
физические законы, в справедливости ко¬
торых физики убедились на опыте, все
ставшие безусловными физические теории
должны быть сохранены как приближен¬
ные, справедливые с высокой степенью
точности, в определенном классе явлений.
Новая теория может обобщать, но не мо¬
жет отбрасывать механику Ньютона.
Может быть, толь¬
ко создание не¬
эвклидовой геомет¬
рии стоит поста¬
вить в один ряд
с работой Эйн¬
штейна.
261

Все эти требования Эйнштейн должен
был выполнить уже на самом первом этапе
работы. Он все это сделал. Но можно
только еще раз повторить: трудно по¬
нять, как смог двадцатипятилетний Эйн¬
штейн создать свою теорию.
А теперь забудем на время обо всем пре¬
дыдущем.
Постулаты специальной теории относи¬
тельности, вообще говоря, очень естест¬
венны.
К систематическому анализу ее мы и
переходим.

ГЛАВА XII,
в которой существенно
обобщается постулат о по¬
стоянстве скорости света,
после чего обсуждаются
понятия времени и одно¬
временности в теории от¬
носительности
ЭЙНШТЕЙН
(одновременность, время)
п
Н I ожалуи, стоит начать с одного за-
1 Л. мечания терминологического ха¬
рактера.
Уже неоднократно упоминалась «точка
зрения наблюдателя». В прошлой главе
при анализе относительности понятия одно¬
временности событий использовались вы¬
ражения: «с точки зрения наблюдателя
внутри вагона», «с точки зрения наблюда¬
теля на полотне». Эта терминология обще¬
принята у физиков и ведет начало от
Эйнштейна. Она очень наглядна, удобна,
и мы будем придерживаться ее и в даль¬
нейшем. Она имеет, однако, и один недо¬
статок. Раз говорится о «наблюдателе»,
о его «точке зрения», то появляются чисто
филологические основания подозревать, что ление.ьшое отступ‘
263

физики стоят на субъективистских пози¬
циях*
На самом деле ничего подобного, конеч¬
но, нет.
Речь идет не о личном, субъективном
восприятии наблюдателя, а о совершенно
объективных физических измерениях, про¬
делываемых в определенных физических
условиях.
«Точка зрения наблюдателя» появляется
всякий раз, когда анализируются относи¬
тельные физические понятия. Мы говорим,
например: «В системе отсчета, жестко свя¬
занной с вагоном поезда, скорость вагона
равна нулю». По-другому ту же мысль вы¬
ражают так: «С точки зрения наблюдателя
внутри вагона поезда» скорость вагона
равна нулю.
Содержание этих двух фраз совершенно
тождественно. Скорость — относительная
физическая величина. Определение или,
в конечном итоге, рецепт измерения скорости
существенным образом связаны с понятием
системы отсчета. В данной системе отсчета
скорость данного тела определяется совер¬
шенно объективными измерениями.
Возможно, стоит
напомнить, что
в физике вообще
нет ни одного
субъективного по¬
нятия, определе¬
ния или величины.
Все сказанное в той же степени относит¬
ся и к другим относительным физическим
величинам и понятиям. Можно привести
как пример угловой размер предмета. Ве¬
роятно, ни у кого не возникло мысли, что
264

угол, под которым виден предмет, субъек¬
тивное понятие. Да, угловой размер зави¬
сит и от расстояния и от направления, под
которым рассматривается изучаемое тело.
Но определяется угловой размер совершен¬
но объективным образом. И если угловой
диаметр шара меняется в зависимости от
расстояния измерительной установки до
этого шара, то понятия «скорость», «одно^
временность» и другие изменяются в зави¬
симости от того, в какой системе отсчета
находится измерительная установка.
Прежде всего несколько изменим второй
постулат.
Сначала внесем чисто словесные изме¬
нения. Тогда принцип независимости ско¬
рости света от движения источника станет
несколько нагляднее.
«Скорость, с которой распространяется
в вакууме фронт любой световой волны
в любой инерциальной системе отсчета,
постоянна по всем направлениям» *.
Затем изменим его по существу.
«Максимальная скорость распростране¬
ния произвольного взаимодействия (любо¬
го сигнала) в любой инерциальной системе
конечна и не зависит от движения источ¬
ника, от которого распространяется взаи¬
модействие» **.
Возвращаемся к
обещанному систе¬
матическому ана¬
лизу основ спе¬
циальной теории
относительности.
Постулируется су¬
ществование мак¬
симальной ско¬
рости для переда¬
чи взаимодейст¬
вия.
* Маленькая логическая тонкость! Независи¬
мость скорости световой волны от движения источ¬
ника света относительно данной инерциальной систе¬
мы отсчета учтена в нашем определении, поскольку
мы говорим о «любой» световой волне (в том числе
и о тех, которые посланы движущимися источника¬
ми). Замечание о постоянстве скорости при любом
направлении распространения фиксирует изотроп¬
ность пространства. Ввиду принципа относитель¬
ности наше утверждение в равной мере относится
ко всем инерциальным системам, если только оно
справедливо в какой-нибудь одной.
** В скобках вместо слов «любое взаимодейст¬
вие» написано «любой сигнал». Под сигналом мы не
265

Одновременность,
Нам придется принять на веру, что ана¬
лиз постулатов Эйнштейна приводит к вы¬
воду, что существует максимальная ско¬
рость, с которой распространяется любое
взаимодействие (любой сигнал); причем
она равна скорости света в вакууме. Прин¬
цип постоянства скорости света, как ока¬
зывается, скрывал значительно более об¬
щий закон природы.
Вообще говоря, предположение, что есть
максимальная скорость передачи взаимо¬
действия, пожалуй, более естественно, чем
гипотеза физики классической:	имеются
взаимодействия, распространяющиеся с бес¬
конечной скоростью.
Не будем детально рассматривать, как
именно из принципа постоянства скорости
света вытекает обобщенный принцип —
«существует предельная скорость распро¬
странения взаимодействий (скорость пере¬
дачи информации)». Поверим, что это пра¬
вильно, и перейдем к анализу одного из
основных понятий теории — к понятию од¬
новременности двух событий.
Позвольте прежде всего напомнить, как
решали вопрос в классической физике. До
Эйнштейна вообще никто не задумывался
над понятием одновременности. Считалось,
подразумеваем ничего отличного от житейского по¬
нятия. Сигнал — это все, что мыслимо использовать
для передачи в точку А сведений о том, что тво¬
рится в точке В. Словом, сигнал — это передача ин¬
формации.
Ясно, почему поставлен знак равенства между
взаимодействием и сигналом. Передачу сигнала
можно осуществить, только использовав какое-ни¬
будь взаимодействие (электромагнитное, гравитаци¬
онное и г. д.) между объектами А и В. А макси¬
мальная скорость распространения взаимодействия
и есть максимальная скорость передачи сигнала
(информации). Заметим, наконец, что понятие «собы¬
тие» в теории относительности является первичным и
по смыслу соответствует обычному житейскому со¬
держанию этого слова.
266

что это самоочевидно. Конечно, в классиче¬
ской физике использовали совершенно оп¬
ределенное понятие одновременности уда¬
ленных событий, но давали его бессозна¬
тельно, интуитивно обобщая опыт.
В III главе мы выяснили точку зрения
классической физики на одновременность.
Вот что было сказано:
Два события, такие, что любое из них,
вообще говоря, может явиться причиной
или следствием другого, одновременны
в том единственном случае, когда ни одно
из них не может быть причиной или след¬
ствием другого».
Легко увидеть, что классическое понятие
одновременности продиктовано принципом
причинности. Несколько труднее заметить,
что, давая определение, мы молчаливо ис¬
пользовали важнейшую гипотезу: «Макси¬
мальная скорость распространения взаимо¬
действия (скорость передачи информации)
бесконечна».
Чуть дальше мы увидим, что только
в этом случае наше определение однознач¬
но. А раньше уже упоминалось, что, при¬
нимая, будто существует бесконечная ско¬
рость передачи информации, мы прихо¬
дим к заключению: если два события од¬
новременны в одной системе отсчета, то они
одновременны и в любой другой.
И в этом смысле одновременность собы¬
тий в классической физике — понятие абсо¬
лютное *.
В доэйнштейновской физике имелась да¬
же модель взаимодействий с бесконечной
скоростью—абсолютно твердое тело.
Абсолютно твердое тело перемещается
* Из абсолютности одновременности сразу сле¬
дует абсолютность времени в классической физике,
но мы не будем исследовать эту сторону дела.
Воспоминание об
определении по¬
нятия одновремен¬
ности.
267

в пространстве как единое целое и потому
передает информацию мгновенно.
Если у такого тела стронуть с места точ¬
ку А, то в тот же момент стронется точка В.
а
А то, что понятие абсолютно твердого
тела принципиально недопустимая идеали¬
зация реальных физических тел, никто не
подозревал. Это стало ясно только после
Эйнштейна *.
Но едва лишь мы отказываемся от су¬
ществования сигналов с бесконечной ско¬
ростью, как классическое представление об
одновременности двух событий, происшед¬
ших в разных точках пространства, оказы¬
вается несостоятельным. Покажем это.
Пусть максимальная скорость распро¬
странения взаимодействия, во-первых, ко¬
нечна, во-вторых, одинакова в любой инер-
* Интересно, хотя и не очень тесно связано
с предыдущим, что уже в классической физике сле¬
дует осторожно пользоваться выражениями: «два
неодновременных события произошли в одной точ¬
ке» и «два неодновременных события произошли
в разных точках»
Эти слова получают содержание, если только ука¬
зана система отсчета. Пассажир поезда Москва —
Ленинград, используя систему отсчета, связанную
с поездом, скажет, что такие два события, как гудки
паровоза, данные при отправлении из Москвы и при
прибытии в Ленинград, произошли в одной точке
пространства. Вряд ли стоит объяснять, что с точки
зрения жителей Земли эти события произошли
в разных точках. Поэтому совпадение двух неодно¬
временных событий в пространстве относительно уже
в классической физике.

циальной системе и равна скорости рас¬
пространения фронта световой волны в ва¬
кууме.
Рассмотрим два события, А и В, исполь¬
зовав для определенности какую-нибудь
конкретную систему отсчета.
Для удобства будем считать, что по всем
своим физическим проявлениям события А
и В абсолютно тождественны. Например, А
и В — две совершенно идентичные вспышки
света. (Эта оговорка делается только для
некоторого уточнения смысла дальнейших
фраз и принципиально не имеет никакого
значения.)
ПуСТЬ ВСПЫШКа А ПрОИЗОШЛа В ТОЧКе Несколько строго
с координатами ха; уд; 2а в момент ныхРпонятий!н'
времени Ц , а вспышка В в точке хв ; у в ; ъв
в момент 1в . Расстояние между этими
точками
Гав =У(хв — ха )2 + (ув — ул )2 + Ов — гк )а.
Чтобы слегка упростить анализ, положим,
что в нашей системе отсчета вспышка А
произошла раньше В и, следовательно, (в
больше Ц • Минимальное время, за кото¬
рое сигнал о событии А пробежит из точки
(ха; уд; . 2а) в точку (хв; ув;	2в)
равно:
А совпадение двух событий во времени — в клас¬
сической физике понятие абсолютное. То есть: ес¬
ли два события одновременны в одной системе от¬
счета, то они одновременны и в любой другой си¬
стеме.
Абсолютность совпадения или несовпадения в про¬
странстве двух одновременных событий в классиче¬
ской физике постулируется, хотя, следует ли это из
факта бесконечной скорости распространения вза¬
имодействий, вообще трудно спорить. Нам не сто¬
ит задерживаться на этих тонкостях. Строго гово¬
ря, абсолютность одновременности скорее так же
постулируется, а не следует непосредственно из
гипотезы о бесконечной скорости распространения
взаимодействий.
269

Если 1в — 1а>1инФ., то имеется прин¬
ципиальная возможность, находясь в точ¬
ке (хв ; ув ; 2в) , узнать, что произошла
вспышка А до того, как произошла вспыш¬
ка В. В этом случае А и В могут быть при¬
чинно связаны: событие В может явиться
следствием события А.
Если же, наоборот, 1в—1а <С^инф.,то прин¬
ципиально любой сигнал о событии А при¬
дет в точку (хв ; ув ; 2в) после того, как
произойдет вспышка В. И тогда события А
и В не могут быть причинно связаны. Собы¬
тие В ни в коем случае не может явиться
следствием события А.
Следовательно, если скорость передачи
информации конечна, то для данного собы¬
тия А с координатами (хА ;уА ; 2а) найдется
бесконечно большое число событий Въ В2,
В3..., происшедших в разные моменты вре-
270

мени в точке (хв; ув;2в), которые не могут
быть причинно связаны с А. Интервал вре¬
мени
принципиально разделяет точки (ха ;уд ; 2а)
и (хв; ув ; 2в).
Все это очень прозрачно, и единственное
неудобство может доставить лишь абст¬
рактный характер изложения. Поэтому об¬
ратимся к иллюстрации.
Поэтов всегда поражало, что мы видим
звезды, потухшие много столетий назад.
Если в тот момент, когда вы читаете эти
строки, на ближайшей .к нам звезде (Прок-
сима Центавра) происходит гигантский
взрыв, уничтожающий звезду, то мы уви¬
дим следы этой катастрофы (вспышку)
только через четыре года.
И мир устроен так, что никаким образом
нельзя передать сообщение об этой ката¬
строфе (сигнал) быстрее, чем это делает
луч света. Мир уже погиб, но мы еще че¬
тыре с лишним года будем видеть на небе
спокойно сияющую звезду.
Когда астрономы в наши дни отмечают
вспышку новой звезды в какой-ли-бо дале¬
кой галактике, это означает, что гигантская
катастрофа, следы которой исследователи
видят сейчас, произошла в те дни, ког¬
да на Земле человекообразные обезьяны
еще не собирались покидать деревьев и
превращаться в человека. И средств сооб¬
щить быстрее нет. Так говорит Эйнштейн.
Значит, событие А — катастрофа на
Проксиме Центавра — и событие В — фото¬
графирование этой катастрофы (вспышки)
на Земле — разделены интервалом времени
*инф., равным четырем годам. Эти два со¬
бытия связаны причинно-следственной за-

Два определения —
самое существен¬
ное в данной гла¬
ве. Все осталь¬
ное — «гарнир».
Сейчас стоит сно¬
ва просмотреть
III главу.
висимостью и принципиально не могут
быть одновременными.
Любая же другая пара событий, проис¬
шедших на Проксиме Центавра и на Зем¬
ле и разделенных интервалом времени,
меньшим четырех лет, принципиально мо¬
жет быть одновременной. Ведь они не мо¬
гут быть причинно связаны!
Совершенно естественным образом мы
пришли к необходимости изменить, уточ¬
нить понятие одновременности. А понятие
одновременности совершенно необходимо.
Без него нельзя сравнивать время (ход
часов) в разных точках, невозможно опре¬
делить длину движущихся тел — просто
нельзя строить физику. Поэтому свою тео¬
рию Эйнштейн начинает с определения од¬
новременности.
Два события, происшедшие в точках А и
В инерциальной системы отсчета К, одно¬
временны, если световые сигналы (или лю¬
бые другие сигналы с предельной скоро¬
стью), посланные из точек А и В в момен¬
ты совершения событий, доходят до точки
в середине отрезка АВ в один и тот же
момент времени.
Теперь у нас все есть для строгого опре¬
деления понятия времени. И оно опреде¬
ляется как
совокупность показаний одинаковых ча¬
сов, помещенных в разных точках простран¬
ства системы К, покоящихся в этой системе
и одновременно имеющих одинаковые по¬
казания *.
* Кстати, без понятия одновременности весь
предыдущий анализ был, строго говоря, бессодержа¬
телен, так как мы не знали, что такое время в раз¬
ных точках пространства. Эта неточность, впрочем,
была допущена сознательно, поскольку необходи¬
мость по-новому определить понятие одновременно¬
сти из только что проделанного рассуждения видна
очень хорошо, а чтобы сделать его безукоризненно
строгим, достаточно небольших уточнений.
272

Как видите, понятие одновременности
событий существенно изменилось по срав¬
нению с определением, данным в третьей
главе. Новое определение одновременности,
как и все понятия физики, навязано нам
реальной действительностью и отражает
объективный мир. Определять, вводить по¬
нятия, вообще говоря, можно как угодно,
но в физике нет места понятиям, которые
не отражают реальный мир. Физиков такие
понятия не интересуют *.
Понятие одновременности событий в
разных точках пространства у Эйнштейна
естественным образом вытекает из обоб¬
щения опыта.
И в «классике» и у Эйнштейна понятие
одновременности основано на принципе
причинности. В природе нет другого образа
одновременности двух событий, кроме
принципиальной невозможности между ни¬
ми причинной связи **.
Не останавливаясь на прочих тонкостях,
связанных с понятием одновременности
( а их осталось очень много), подчеркнем
только, в чем существенное отличие поня¬
тия одновременности по Эйнштейну от
классических взглядов.
Пока речь идет об одновременности со¬
бытий, происходящих в одной точке, все
спокойно, теория относительности совер-
Сходство и разли¬
чие в определении
понятия одновре¬
менности в физи¬
ке Ньютона и по
Эйнштейну.
* Любопытно, что в математике часто опери¬
руют схемами, не имеющими прямого отношения
к реальному миру. Достаточно вспомнить неэвкли¬
дову геометрию. Геометрий можно построить много,
а в реальном мире осуществляется только одна из
них.
** Можно, повторяю, выдумывать не связанные
с причинностью определения одновременности, так
же как возможно, скажем, назвать судьбу «индей¬
кой», однако все тот же Козьма Прутков (простите
автору его слабость) резонно недоумевал по этому
поводу: «Не совсем понимаю: почему многие назы¬
вают судьбу индейкою, а не какою-либо другою,
более на судьбу похожею птицею?»
273

шенно не нарушает классических представ¬
лений. Но как только анализируется поня¬
тие одновременности двух событий, удален¬
ных друг от друга, положение меняется.
Следуя за Эйнштейном, примем, что мак¬
симальная скорость передачи информации
хотя и очень велика (300 тысяч км/сек),
но все же конечна. Тогда, чтобы сигнал
о событии А дошел в точку (хв ; ув; ъъ),
принципиально необходим некоторый про¬
межуток времени. И любое из событий
В2, В3... в точке (хв ; ув>' ), которое прои¬
зошло в момент времени, попадающий в этот
промежуток, принципиально не может быть
причинно связано с событием А. Какое из
этих событий одновременно с А? Можно ли
все их считать одновременными? Это явно
нехорошо. Нужно выбрать какое-то одно
событие В и объявить его одновременным
с А. Но какое?
Невольно очень хочется сказать: «Ну,
ясно, какое событие одновременно с А. То,
которое произошло в тот же момент вре¬
мени». Даже понимая, что эта фраза аб¬
солютно бессодержательна, все равно хо¬
чется ее сказать. Очень трудно отрешиться
от привычного наивного представления,
что время есть нечто абсолютное, ни от
чего не зависящее, само собой понятное,
что-то такое, о чем не стоит вообще гово¬
рить.
И, может быть, главный барьер для по¬
нимания теории Эйнштейна именно в том,
что трудно отбросить привычные, обыден¬
ные представления.
Так все же какое событие из всего бес¬
конечного ряда событий (В1,В2,В3...), кото¬
рые не могут быть причинно связаны с со¬
бытием А, объявить одновременным с А?
Эйнштейн предлагает единственно воз¬
можное в новой ситуации определение од-

новременности. Почему оно «единственно
возможное»?
Легко увидеть, что определение одновре¬
менности, по Эйнштейну, приводи! к сле¬
дующему ренету проверки часов на син¬
хронность (по определению, синхронные ча¬
сы— это часы, одновременно показываю¬
щие одинаковое время).
Пусть в точках А и В некоторой инер¬
циальной системы К находятся двое часов.
Из 1 очки А в момент Ча (по часам А) по¬
сылается световой сигнал в точку В. Здесь
Нужно обратить
внимание на вве¬
денное мимоходом
понятие о син¬
хронности часов.
он мгновенно отражается и возвращается
в точку А в момент Ъа (по тем же часам А).
Если в момент прихода сигнала в точку В
часы В показывали время
I 	 *1А + *2А
1в~*	2
часы А и В синхронны.
Можно показать, что если бы определить
«одновременность» не так, как это сделал
Эйнштейн, то оказалось бы, что часы В
нужно считать синхронными с А в том
случае, когда в момент прибытия светового
сигнала в В они показывают, допустим, не
9.00, а, скажем, 9.15 (или 8.45). Но подоб¬
ные определения синхронных часов проти¬
воречат нашему представлению об изотроп¬
ности пространства. Действительно, с одной
стороны, мы полагаем, что свет идет от А
к В такое же время, как и ог В к А.
А с другой стороны, определяя время пути
по синхронным часам В и А, мы получим,
275

Автор снова
суждает.
что от А к В луч шел 3.15, а назад, от В к
А, — 2.45. Поэтому-то определение Эйнш¬
тейна — единственно возможное.
Мы задержались на всех этих тонко¬
стях не только потому, что «одновремен¬
ность»—центральное понятие теории отно¬
сительности.
рас- Надо честно признать, что даже весьма
обрывочный анализ, прерываемый постоян¬
ными просьбами принять на веру то или
иное утверждение, — даже этот анализ, ко¬
торый с трудом заслуживает чести назы¬
ваться анализом, весьма утомителен. Но,
пожалуй, самый лучший способ показать,
что такое настоящая наука, — это заставить
хотя бы слегка соприкоснуться с ней, ибо
тогда хотя бы в слабой степени можно
представить, какого напряжения интеллек¬
та требуют выводы, которые потом кажут¬
ся чуть ли не очевидными.
Точно так же можно очень долго объяс¬
нять, сколько сил, выдержки, энергии и
мужества необходимо боксеру на ринге,
но человек, который попробовал хотя бы
минуту боксировать просто с тенью, все
поймет без лишних слов.
Возвращаясь на наш «ринг», следует пре¬
дупредить, что сейчас читателю будет на¬
несен еще один удар. Мы убедимся, что
одновременность событий — понятие относи¬
тельное. События, одновременные в одной
инерциальной системе, неодновременны
в другой.
Но прежде чем в этом убедиться, стоит
сделать одно замечание общего характера.
Эйнштейн «не виноват», что одновремен¬
ность событий и соответственно время ока¬
зываются относительными понятиями, —
просто так устроен мир.
А до Эйнштейна вообще не подозревали,
что такие понятия, как «одновременность»,
«время», «длина», нужно строго опреде-
276

лять. Поэтому в чисто психологическом от¬
ношении теория относительности — не мень¬
ший переворот, чем по своему физическому
содержанию.
Очень точно характеризовал положе¬
ние вещей Л. И. Мандельштам:
«То, что понятие одновременности нуж¬
дается, как указал Эйнштейн, в опре¬
делении, а не дано свыше, — это шаг, кото¬
рый взять обратно не сможет никто».
Надо ясно представлять, что в постулатах
и основных понятиях теории Эйнштейна нет
никакого противоречия с логикой. Теория
может противоречить фактам, это другой
вопрос. Но пока все опытные данные са¬
мой разнородной природы великолепно
подтверждают теорию относительности.
Вспомним теперь пример, разобранный
в предыдущей главе. В центре равномерно
движущегося вагона произошла световая
вспышка.
В системе отсчета, связанной с поездом,
сигналы достигли передней и задней сте¬
нок вагона одновременно.
В системе, связанной с полотном дороги,
эти события неодновременны.
Этот «странный» вывод совершенно пра¬
вилен. А весь пример очень ясно показы¬
вает относительность одновременности.
Но любопытно вот что. Вряд ли у кого-
либо при чтении возникла мысль, что, пока
не было четкого понятия одновременности
событий (все равно какого — классического
или по Эйнштейну), наш разговор был бес¬
содержателен.
Утверждение «два события одновремен¬
ны или неодновременны» имеет смысл толь¬
ко тогда, когда есть понятие одновремен¬
ности. А оно не дается свыше, оно не
априорно. Мы сами формулируем его, при¬
дем, повторяю, эта формулировка навязы-
Относительность
одновременно¬
сти — один из
центральных пунк¬
тов теории относи¬
тельности.
277

вается нам реальным, окружающим нас
миром.
Можно привести еще много иллюстраций
относительности понятия одновременности,
но мы ограничимся только одним извест¬
ным примером, предложенным самим Эйн¬
штейном.
По железной дороге идет поезд *. В его
начало и конец ударяют молнии, которые
поражают и поезд и полотно дороги. Нам
надо установить, одновременны ли удары
молний или нет. Наблюдатель в поезде
заявит, что удары одновременны, если при¬
бор (скажем, фотоэлемент), находящийся
точно в середине поезда, зафиксировал
приход световых сигналов от обеих молний
в один и тот же момент.
* Чтобы легче представить себе, что получится,
мысленно вообразите поезд длиной в 10 световых
лет, движущийся со скоростью 150 тысяч километров
в секунду.
278

Наблюдатель на полотне заявит, что
удары молний были одновременными, если
сигналы зафиксированы в один и тот же
момент прибором, который находился точ¬
но посередине тех следов на земле, которые
оставили молнии.
Нам не очень интересно, как именно по¬
строен опыт, но, чтобы избавиться от воз¬
можных недоумений, предположим, что су¬
ществует два комплекта приборов: в поезде
и на полотне железной дороги. Причем
любой из этих приборов срабатывает толь¬
ко тогда, когда оба световых сигнала при¬
ходят к нему в один и тот же момент (до¬
пустим, внутри приборов есть так называе¬
мые схемы совпадений).
После ударов молний мы проверяем обе
серии приборов и смотрим, какой именно
сработал. Если сработал прибор строго по¬
середине поезда, то, по определению, удары
молний одновременны в системе отсчета
«поезд».
В серии приборов, стоявших на земле,
естественно, «щелкнет» тот прибор, кото¬
рый находится на полотне точно против
середины поезда. Но пока световые сигна¬
лы от молний добирались до приборов,
прошло какое-то время, и поезд успел про¬
ехать некоторое расстояние. Его середина
окажется не против той точки на полотне,
что находится посередине между следами
от удара молний по полотну дороги, а бли¬
же к «передней» отметке!
Поэтому в системе отсчета «полотно до¬
роги» удары молний, опять же согласно
нашему определению, неодновременны. На¬
блюдатель на полотне скажет, что раньше
ударила молния в «хвост» поезда.
Точно так же, если окажется, что на по¬
лотне железной дороги «щелкнул» прибор,
который находится строго посередине сле¬
дов на земле от ударов молний, то в поез¬
Классический при¬
мер, иллюстриру¬
ющий относитель¬
ность одновремен¬
ности. Кстати, он
довольно труден.
279

де сработает прибор^ который находится
несколько ближе к его «хвосту». Тогда
удары молний будут одновременны в си¬
стеме отсчета «полотно дороги» и неодно¬
временны в системе «поезд». Но1 никак
не может оказаться, что эти события одно¬
временны сразу в обеих системах отсчета.
Почему мы так детально остановились
на понятии одновременности?
Причин по меньшей мере две.
Во-первых, понятие одновременности —
одно из основных в теории Эйнштейна.
Если хорошо в нем разобраться, вся прин¬
ципиальная физическая сторона теории
представляется чрезвычайно естественной
и ясной. Поэтому-то Эйнштейн всегда на¬
чинал построение своей теории с понятия
одновременности.
Можно, конечно, провести «стыдливое»
изложение теории относительности, прота¬
щить одновременность через заднюю дверь,
не определяя открыто, а введя понятие
280

о	синхронных часах. Это, однако, было бы
нечестно и затемнило бы суть дела.
Об одновременности необходимо гово¬
рить и потому (и это вторая причина), что
по поводу содержания понятия одновре¬
менности в теории Эйнштейна разгорелось
много споров; причем, не поняв, в чем де¬
ло, некоторые авторы полагают, что эйн¬
штейновская трактовка одновременности
противоречит диалектическому материа¬
лизму. В зависимости от своих взглядов
они, соответственно, приветствуют или от¬
вергают эйнштейновские представления о
физической структуре его теории и, в част¬
ности, о понятии одновременности.
И поскольку зашел вопрос об одновре¬
менности, приходится коснуться философ¬
ской стороны проблемы, хотя автор очень
ясно сознает, как мало он компетентен
в философии.
Все, что сказано об одновременности,
лишний раз иллюстрирует справедливость
методологических установок материалисти¬
ческой философии.
Для материалиста ясно, что априорным
понятиям нет места в физике.
Поэтому понятие одновременности необ¬
ходимо определить.
Реальная действительность диктует нам
содержание этого понятия.
Относительность одновременности и со¬
ответственно времени не смущают материа¬
листа.
Материалист не навязывает своих пред¬
ставлений природе.
Наоборот, изучение реальной действи¬
тельности приводит ученого к формулиров¬
ке тех или иных понятий, отражающих эту
действительность.
Вот, собственно, и все.
При всем желании невозможно ус¬
мотреть ни малейшего противоречия
Замечания о су¬
ществе дела с точ¬
ки зрения филосо¬
фа.
281

между постановкой вопроса об одновре¬
менности в теории Эйнштейна и положе¬
ниями диалектического материализма.
В заключение позвольте высказать заме¬
чание общего характера. Методическое
значение теории Эйнштейна прежде всего
в том, что она ясно показала: часто в на¬
уке декларируют понятия, лишенные вся¬
кого содержания (например, «абсолютное
пространство» Ньютона). Другая сторона
той же медали проявляется в широком ис¬
пользовании «самоочевидных» (априорных)
понятий (например, одновременность, дли¬
на, время в классической физике).
Казалось бы, после Эйнштейна в физике
не должно остаться места подобным взгля¬
дам. Но, как ни парадоксально, основные
споры, которые ведутся вокруг трактовки
теории относительности, возникают именно
в результате необдуманного употребления
слов без ясного понимания их содержания.
О

ГЛАВА ХШ,
очень сухо сообщающая
читателю, что такое «интер¬
вал» и преобразование Ло¬
ренца. Прочитав эту главу
до конца, можно также
узнать, как своеобразна в
теории Эйнштейна формула
для сложения скоростей
ЭЙНШТЕЙН
(«удивительные» выводы теории)
ц
I	I есколько упрощая, можно заявить:
А А вся математическая сторона теории
Эйнштейна основана на одном факте— ин¬
вариантности интервала.
Что такое «интервал» и его «инвариант¬
ность», сейчас скажем. Правда, в нашей
беседе значение понятия интервала не бу¬
дет раскрыто, и, уверяя читателя, что это
очень важно, автор напоминает человека,
демонстрирующего фотографию тигра, что¬
бы доказать, какой это страшный зверь.
У собеседника же всегда останется смутное
подозрение, что перед ним просто увеличен¬
ный портрет котенка. Тем не менее от со¬
блазна продемонстрировать фОТО ВСе Же Инвариантность
1	интервала и чуть-
трудно удержаться...	чуть математики.
283

Пусть произошли два каких-то события
А и В.
Пусть координаты этих событий, измерен¬
ные в определенной инерциальной системе
отсчета К, — х А ; уА ; гк и хв ; ув ; гв.
Пусть, наконец, определенные в той же
инерциальной системе моменты времени,
когда случились эти события, — Ц и (в.
Тогда интервал между этими событиями
определяется соотношением:
5ав=с2 (1в " 1а )2 — (хв — хА )2— (ув — Уа )2 —
— (2В — 2А)2.
И эта величина обладает замечательным
свойством.
Допустим, что наши события А и В
рассматривают из другой инерциальной си¬
стемы отсчета К1. Обозначим координаты
событий в этой новой системе ха,* у1; гА
и хв» Ув’ 2в , а моменты времени, когда
произошли события, — 1а и 1в. Для нагляд¬
ности снова представим некую многостра¬
дальную железную дорогу — такую, что си¬
стема отсчета, связанная с полотном доро¬
ги, инерциальна. Допустим, это система К.
(Если вспомнить, что система отсчета «Зем¬
ля», строго говоря, неинерциальная, наш
рельсовый путь придется проложить где-то
в космосе.)
Пусть по дороге равномерно и прямоли¬
нейно идет поезд. Тогда система отсчета,
связанная с поездом, тоже инерциальна.
Это система К1. Где-то на небосклоне
вспыхнули две звезды — это события А
и В.
Если наблюдатели на полотне дороги и
в поезде отметят координаты событий и
моменты, когда они произошли, то окажет¬
ся, что 5Ав = Зав или с2(!в — 1а )2 —
— (хв — хА )2 — (ув — Уа )2 — (2в — 2А)2 =
284

сЧ^-ЛМхЬ-^Му'в-уУ'-Ы-*»’.
Интервал между событиями неизменен
при переходе от одной инерциальной си¬
стемы к другой. Иначе говоря — интер¬
вал инвариантен.
Предыдущее равенство еще удобнее за¬
писать так:
Зав=С21аВ — ГАВ = С2(*ав)2 — (гХв)2 = (Зав)2- Вот что такое ин¬
вариантность ин¬
тервала.
Здесь Гав и гав—расстояние между точка¬
ми, где произошли события А и В в систе¬
мах К и К1, а !ав и 1ав —соответственно
промежутки времени.
Как установили, что интервал остается
неизменным, инвариантным при переходе
от одной системы к другой?
Инвариантность интервала — просто
математическая запись основных положе-
285

ний теории — принцип относительности
плюс принцип постоянства скорости света.
Как именно доказывается инвариантность
интервала, обсуждать не стоит, хотя это
и довольно просто. Это вопрос математики,
а математика, как говорил А. Н. Крылов,
подобно мельнице, перемалывает все, что
вы засыплете. Нас же интересует в первую
очередь «засыпка».
Из инвариантности интервала немедлен¬
но следуют преобразования Лоренца —
формулы, позволяющие перейти от одной
инерциальной системы отсчета к другой.
Это тоже математика. Опустим вывод
преобразования Лоренца и даже скрепя
сердце промолчим об удивительно изящ¬
ной математической трактовке этих преоб¬
разований, принадлежащей Минковскому.
В конце концов все это относится к работе
мельницы, а нам с лихвой хватит попытки
разобраться в основных физических выво¬
дах теории. Посему все формулы будем
принимать на веру.
1. Рассмотрим две инерциальные систе¬
мы отсчета К и К1, оси которых по направ¬
лениям совпадают.
Пусть относительная скорость движения
этих систем V направлена вдоль осей х
и х1. Тогда, зная время и координаты лю¬
бого события в одной системе отсчета, мо-
286

жем найти время и координаты этого же
события в другой системе. А именно:
Как видите, написаны формулы пере¬
хода от штрихованной системы к нештри-
хованной *.
Из рисунка видно, что рассматривается
случай, когда скорость системы К1 в систе¬
ме К равна + V.
Теперь, зная координаты и время в си¬
стеме К1 и использовав наши формулы,
сразу можем найти соответствующие коор¬
динаты и время в системе К.
Чтобы проделать обратный переход,
нужно разрешить наши уравнения относи¬
тельно х1 и I1 (как говорится, «уединить»
х1 и I1). Это очень легко сделать чисто
формально, но еще проще вспомнить, что
ввиду равноправия инерциальных систем
формулы перехода от К к К1 и от К1 к К
должны иметь тождественный вид.
* Стоит обратить внимание на то, что формулы
Лоренца имеют смысл только, если относительная
скорость систем отсчета у<с. При V >с корень
в знаменателе, как легко видеть, — мнимая величи¬
на. Впрочем, все это можно было утверждать зара¬
нее, так как математический формализм обязан со¬
ответствовать физическим предположениям, а, как
помните, скоростей, больших с, не может быть!
Эти формулы и
определяют преоб¬
разование Лорен¬
ца.
X =
XI + V V
у — у ;
287

Предельный пере¬
ход к механике
Ньютона. Важное
замечание общего
характера иллюст¬
рируется конкрет¬
ным примером.
Учитывая, что скорость движения К от¬
носительно К1 равна (—у), сразу напишем:
Мы рассмотрели сравнительно простой
случай, когда относительная скорость дви¬
жения систем К и К1 совпадает по на¬
правлению с осями х и х1.
В общем случае формулы перехода
естественно усложняются, но все принци¬
пиальные отличия теории Эйнштейна от
классической физики полностью выявлены
и в частном случае.
Сразу видно, как существенно отли¬
чаются преобразования Лоренца от ана¬
логичного преобразования Галилея в клас¬
сической механике. Однако, кроме разли¬
чия, есть и значительное сходство.
По этому поводу можно высказать со¬
вершенно общее утверждение. Заранее
ясно, что в теории Эйнштейна как пре¬
дельный случай должна заключаться
классическая механика. Механика Ньюто¬
на многократно оправдывалась при про¬
верке на опыте, и никакая разумная новая
теория не может просто ее отбросить. От
подобных неприятностей классическую
механику метод принципов Ньютона
страхует навечно.
Как бы ни изменились принципиальные
положения, что бы ни оказалось в даль¬
нейшем, но когда скорости тел малы, любая
теория должна давать те же, или, точнее,
почти те же, результаты, что и механика
288

Ньютона. Как приближение к истине зако¬
ны Ньютона останутся навсегда.
Все, что сказано сейчас о механике
Ньютона, можно дословно повторить по
отношению к специальной теории относи¬
тельности. Дальнейшее развитие науки
может внести любые изменения. Может
произойти все, что угодно, но хотя бы как
приближение к истине теория Эйнштейна
останется в науке навсегда.
Вернемся, однако, к конкретному вопро¬
су. Как можно увидеть, что теория Эйн¬
штейна включает в себя механику Ньюто¬
на? В этом легко, например, убедиться при
анализе любого вывода теории. Ограни¬
чимся только одним примером. Когда
у	/ у \2
— <1, можно пренебречь членами ^—\
и > и формулы преобразования Ло¬
289

Один из наиболее
неожиданных вы¬
водов релятивист¬
ской теории для
человека, воспи¬
танного на меха¬
нике Ньютона, —
закон сложения
скоростей.
ренца переходят в хорошо известные клас-
сическяе формулы преобразования Га¬
лилея:
х = х! -}- у!1;
у = у‘;
2	= г1; { = {!.
С другой стороны, преобразование Ло¬
ренца переходит в преобразование Гали¬
лея, если устремить с к бесконечности.
Здесь физическое содержание тоже очень
прозрачно. Бесконечная скорость распро¬
странения сигналов — эта гипотеза, как
помните, лежит в основе классической фи¬
зики.
А теперь разрешите совсем маленькую
сенсацию.
По существу, наша работа уже почти
закончена. Вся специальная теория отно¬
сительности непосредственно вытекает из
двух постулатов, которые мы разобрали
в предыдущих главах.
Самое основное изменение, которое вно¬
сится в классическую физику, — это изме¬
нение понятия времени, или, что то же,
изменение понятия одновременности. Сей
вопрос также рассмотрен. Мы не касались
только одного вывода совершенно прин¬
ципиального характера — связи между
массой и энергией. Но это потом.
Так как математическая часть теории
основана целиком на преобразовании Ло¬
ренца, которое нами рассмотрено, то все
остальное, в том числе сокращение длины
и изменение времени, не более чем про¬
стые следствия.
Итак, перейдем к рассмотрению частно¬
стей с приятным сознанием, что основы
уже ясны. Во-первых — закон сложения
скоростей.
Постановка вопроса очевидна.
Пусть в инерциальной системе К со ско¬
2т

ростью VI движется некое тело. Пусть да¬
лее другое тело движется относительно
первого со скоростью у2. Требуется опре¬
делить скорость второго тела относительно
системы К.
Доставив себе удовольствие строгой и
общей формулировкой проблехМы, вернемся
к железной дороге.
Поезд идет по полотну дороги со ско¬
ростью относительно полотна. (Конечно,
его скорость может быть близка к скоро¬
сти света.) Некто в поезде по не интере¬
сующей нас причине стреляет из ружья, и
скорость пули — относительно поезда — у2.
Требуется определить скорость пули отно¬
сительно полотна дороги. (Конечно, и ско¬
рость пули У2 тоже может быть близка
к скорости света.) Мы ограничимся только
тем частным случаем, когда скорости VI и
у2 направлены по одной прямой, но все
характерные черты теории относительности
великолепно видны и в этом случае.
В классической механике суммарная
скорость определялась предельно простым
выражением усум == VI + у2 (знак + в том
случае, когда стреляют по ходу поезда, и
знак —, когда против хода).
По Эйнштейну, закон для определения
суммарной скорости другой:
V
сум
У] ± У 2
1+ У]-У2
“ С2
Как видно, если ух<Сс и у2<Сс, фор¬
мула Эйнштейна переходит в классиче¬
скую. (В этом случае можно спокойно
пренебречь вторым членом знаменателя по
сравнению с единицей.) Если же скорости
VI и у2 сравнимы со скоростью света, тогда
формула Эйнштейна становится совершен¬
но отличной от классической.
Лучше всего в этохМ можно убедиться,

положив одну из скоростей (например,
у2) равной скорости света. Если помните,
мы уже упоминали об этой задаче, обсуж¬
дая в XI главе, какова будет относительно
полотна дороги скорость светового луча,
посланного источником, находящимся на
поезде. Легко видеть, что независимо
от VI абсолютная величина суммарной ско¬
рости снова равна скорости света.
,1±с = + с.
1±_Ы
С2
Сейчас стоит про- Теперь можно разбить наши рассужде-
страницу 250.	ния в XI главе. Как помните, там, защи¬
щая баллистическую гипотезу, мы прини¬
мали как самоочевидный факт классиче¬
скую формулу сложения скоростей.
И вот, как оказывается, именно это и
неправильно.
Фронт световой волны, идущей из про¬
жектора поезда, распространяется со ско¬
ростью с относительно поезда. Но относи¬
тельно наблюдателя на Земле он распро¬
страняется не со скоростью (V поезда + С),
а снова с той же скоростью с.
Для нашего воображения, воспитанного
на классической механике, это удивитель¬
но. Удивительно, но тем не менее пра¬
вильно.
Более того, относительная скорость двух
фотонов, несущихся навстречу друг другу
со скоростью света, снова равна с, а не
2с, как в классической физике *.
В механике Эйнштейна скорость света
в вакууме представляет барьер, через ко¬
торый невозможно перебраться.
* Очень несложно убедиться, что задача опре¬
деления относительной скорости двух тел тождест¬
венна отысканию закона сложения скоростей.
292

ГЛАВА XIV,
в которой обсуждаются два
вывода теории относитель¬
ности, вызывающие обычно
максимальное недоумение
ЭЙНШТЕЙН (время, длина)
1^
I	ак измерять длину движущихся
А ^-тел, мы уже договорились в III гла¬
ве. Напомним: «Длина движущегося тела
есть расстояние между одновременно отме¬
ченными положениями его начальной и ко¬
нечной точек».
В классической физике длина движу¬
щегося тела, определенная таким образом,
совпадала с длиной неподвижного тела,
и все было хорошо. Еще и еще раз на¬
помним:
1. До Эйнштейна вообще никто не за¬
думывался, «как определяется длина дви¬
жущихся тел». Но, по сути дела, каждый
раз, измеряя длину или говоря о ней, мол¬
чаливо подразумевали, ЧТО она опреде- Относительность
длины и Лоренцо-
ляется именно так, как сказано выше.	во сокращение.
293

2. Совпадение или несовпадение длин
покоящегося и движущегося тела — это
вопрос опыта, и никак нельзя утверждать
заранее, что они должны совпадать.
Не следует навязывать природе наши
взгляды и желания. В данной конкретной
системе отсчета, где проводятся измене¬
ния, стержень неподвижный и стержень
движущийся находятся в разных физи¬
ческих условиях, и нет никаких оснований
ожидать, что длина не изменяется при
движении. Так думали раньше, бессозна¬
тельно обобщая эксперименты. Ведь
в обычных опытах исключительно трудно
наблюдать различие в длинах движущего¬
ся и неподвижного предмета, ибо дости¬
жимые скорости материальных тел неиз¬
меримо меньше скорости света. Поэтому и
не наблюдалось никакого изменения дли¬
ны, а отсюда уверенность, что длина пред¬
мета абсолютна и неизменна независимо
от того, из какой системы отсчета ее
определяют.
Но... самый непосредственный анализ
преобразований Лоренца показывает, что
длина — величина относительная.
Действительно, длина стержня, движу¬
щегося со скоростью V, сокращается в на¬
правлении движения и определяется выра¬
жением: *где 10 — длина стержня, когда он нахо¬
дится в состоянии покоя *, то есть длина,
* Вывод этого соотношения настолько прост, что
его можно продемонстрировать.
Чтобы найти длину движущегося стержня, наблю¬
датель должен одновременно зафиксировать началь¬
ную и концевую точки XI и Х2. Тогда (х2—Х1) и есть
длина стержня 1.
Чтобы найти связь между 1 и 10 следует, исполь¬
зуя преобразования Лоренца, связать координаты

измеренная в той системе отсчета, в ко¬
торой стержень покоится. Этот эффект и
называется Лоренцовым сокращением
длины *.
Для космической ракеты — спутника
Солнца — наблюдаемое с Земли сокраще¬
ние длины равно:
( и х^ ) начальной и концевой точек в той системе,
где он покоится, с соответствующими координатами
X! и х2, определенными в той системе отсчета, где он
движется.
Обратим внимание: в правой части формул стоит
одно и то же время
Это соответствует тому, что при определении дли¬
ны движущегося стержня нужно одновременно фик¬
сировать его начальную и концевую точки. Вычитая
из нижней формулы верхнюю, получим:
,1 =
*2~ Х1 .
Но (х*—х|)=10— длина стержня, определенная в си¬
стеме, где он покоится. А (х2—Х1)=1 — длина дви¬
жущегося стержня.
Таким образом 1—1
V2 .
С2
* Это название принято, поскольку в теории
Лоренца (о ней упоминалось в главе XI) предпо¬
лагалось, что длина тела, движущегося относительно
эфира, сокращается; причем формула для сокра¬
щения такая же, как в теории относительности. Но
физическое содержание формулы сокращения длины
у Лоренца (как и всей его теории) совершенно от¬
лично от содержания теории Эйнштейна. Например,
в теории Лоренца имеет смысл говорить об абсо¬
лютной длине Iо — длине тела, неподвижного относи¬
тельно эфира.
295

1 = 1./1
11 км/сек
3'10б км/сек
■У
%10 (1-0,067-10-8).
Иначе говоря, ракета укоротилась при¬
мерно на 7 стомиллионных долей про¬
цента!
Конечно, нет ни малейшей возможности
заметить такое сокращение. А космические
ракеты — бесспорные чемпионы скорости,
если говорить о макроскопических телах.
Поэтому не должно особенно удивлять,
что длина тела считалась абсолютной ве¬
личиной. Иное дело, когда скорости
близки к световой. Но пока не начали
исследовать элементарные частицы, с та¬
кими скоростями не сталкивались.
Вот, собственно, все, что следовало ска¬
зать о понятии длины в теории относи¬
тельности. Однако релятивистская поста¬
новка проблемы настолько непривычна, что
стоит специально обратить внимание на во¬
прос, который очень часто приходится слы¬
шать: сокращается ли длина на самом деле,
или же Лоренцово сокращение только ка¬
жущееся?
296

Этот вопрос связан с непониманием су¬
щества дела.
Если сказать, что Лоренцово сокраще¬
ние действительно объективно и реаль¬
но,— это будет правильно. Но тогда мо¬
жет сложиться ошибочное представление,
что существует какая-то выделенная си¬
стема отсчета, в которой все тела имеют
максимальную «истинную» длину, а во
всех остальных системах она сокращает¬
ся *. Ничего подобного, конечно, нет.
Лоренцово сокращение длины связано
только с тем, что длина — относительная
величина, зависящая от того, из какой си¬
стемы отсчета ее определяют.
Спрашивать, действительно ли Лоренцо¬
во сокращение, — это то же самое, что
спрашивать, движется ли в действитель¬
ности измеряемый стержень?
Но если последний вопрос не вызывает
недоумений, ибо относительность скорости
очень привычна, то относительность длины
часто пугает и трудно воспринимается.
По существу же, все дело в том, что
очень тяжело менять привычки.
Иногда можно услышать даже, что,
утверждая относительность длины, физики
противоречат философскому материализму.
Подобные заявления продиктованы непо¬
ниманием как физики, так и философии и
не заслуживали бы особого внимания,
если бы не отражали все то же нежелание
людей изменять привычные наглядные
представления. К сожалению, однако, мир
устроен таким образом, что приходится
приложить известные умственные усилия,
* Именно эту идею и развивал Лоренц в своей
теории, полагая, что движение тел относительно не-
увлекаемого эфира вызывает сокращение длины.
297

чтобы понять его структуру. Последнее фи¬
лософское замечание еще более относится
к	определению понятия	времени.
Время. Его'относи:	СРа3У Сформулируем	ВЫВОД,
дельность.	Интервал времени	между	какими-то
двухмя событияхми оказывается	минималь¬
ным в той системе отсчета, где эти собы¬
тия произошли в одной точке.
Эта фраза может показаться несколько
туманной, и потому используем традицион¬
ное оружие популярной литературы —
простой пример.
В вагоне поезда Москва — Ленинград
происходят одна за другой две световые
вспышки.
Пусть по часам, установленным в поезде,
промежуток времени между этими вспыш¬
ками равен А10 — скажем, 10 часам.
В системе отсчета «поезд» вспышки про¬
изошли в одной точке, и «поездные» часы
в том месте, где происходили вспышки,
298

измеряют, естественно, время именно
в этой системе отсчета.
Если моменты времени световых вспы¬
шек засекать в системе отсчета, «привя¬
занной» к полотну железной дороги, при¬
чем опять по часам, находящимся в месте
вспышек, то придется использовать двое
часов, так как в этой системе вспышки
происходят в разных точках (сегодня
поезд в Москве, а завтра в Ленинграде!).
Если в момент первой вспышки часы
в поезде показывали то же время, что и
Г*
.а.				1.6
Ш
.&		,‘й.	-А	.Л.
часы А на перроне Ленинградского вок¬
зала в Москве, то в момент второй
вспышки часы в поезде будут показывать
меньшее время, чем синхронные с часами
А * часы В на перроне Московского вокза¬
ла в Ленинграде.
* Двое часов, находящихся в разных точках и
неподвижных в данной системе отсчета, синхронны,
если они одновременно показывают одинаковое вре¬
мя. При этом понятие одновременности определяет¬
ся именно относительно этой системы отсчета. Од¬
нако с точки зрения наблюдателя из другой си¬
стемы отсчета эта пара часов не будет синхронна.
299

Иначе говоря, если ход движущихся ча¬
сов сравнивать с ходом нескольких не¬
подвижных синхронных часов, то он будет
отставать от хода покоящихся. В нашем
примере «поездные» часы могут отстать
на 1 час. И когда на В будет 9 часов утра,
они покажут 8 часов.
Особо подчеркнем, что системы отсчета
«поезд» и «полотно дороги» в разобран¬
ном примере находились в существенно
неравноправных условиях. Одни часы
в поезде сравнивались с двумя часами на
платформе.
Если опыт видоизменить — вообразить
очень длинный поезд, увешанный син¬
хронными часами *, и платформу с одними
часами, — то окажется: при сравнении по¬
казаний перронных часов с показаниями
«поездных» мы убедимся, что отстают
часы перронные.
Поэтому нехорошо, очевидно, говорить:
время в движущейся системе отсчета те¬
чет медленнее.
* В этом случае понятие одновременности, не¬
обходимое для определения синхронности часов, ес¬
тественно, определяется в системе отсчета, связан¬
ной с поездом.
300

Такое утверждение противоречит прин¬
ципу относительности. Все инерциальные
системы отсчета совершенно равноправны,
и, конечно, нельзя думать, что в одной си¬
стеме время течет быстрее, чем в другой.
Когда говорят о Лоренцовом сокраще¬
нии времени, всегда имеют в виду только
то утверждение, что было приведено
выше *.
Полную равноправность понятия времени
в разных инерциальных системах хорошо
поясняет одйа иллюстрация.
Представьте две ракеты с радиостанция¬
ми на борту. Пусть летчики снабжены фи-
* Ввиду большого значения этого положения
стоит его повторить... Промежуток времени между
двумя событиями минимален в той системе отсчета,
где они произошли в одной точке пространства.
Этот промежуток времени обозначают как Ат и на¬
зывают собственным временем. В любой другой
инерциальной системе промежуток времени между
этими событиями определяется через Ат соотноше¬
нием:
301

зически идентичными часами. Пусть ракеты
разлетаются с постоянной относительной
скоростью V и каждую секунду по своим ча¬
сам радиостанция каждой ракеты посылает
радиосигналы.
Наблюдатель на ракете №2, измеряя по
своим часам интервалы между моментами
приема радиосигналов, посланных ракетой
№1, обнаружит, что они несколько больше
одной секунды. А именно:
каждый.
Это растягивание времени между двумя
последовательными приемами сигналов
определяется эффектом Допплера *.
Если теперь наблюдатель в ракете №2
произведет несложный расчет, он заклю¬
чит, что по его часам п-й сигнал был
отправлен в момент времени
(Расчет воспроизводить не будем и по¬
верим, что здесь нет ошибки.)
* Воспользуемся случаем, чтобы напомнить
некоторые моменты релятивистской теории
эффекта Допплера для электромагнитных волн. На
первый взгляд она не очень отличается от клас¬
сической, и нет оснований говорить о каких-то «уди¬
вительных» выводах.
Снова, если источник и приемник двигаются на¬
встречу друг другу, воспринимаемая приемником
частота больше, чем если бы они покоились. И так
же, как и раньше, если источник и приемник уда¬
ляются— воспринимаемая частота меньше. Все это
очень напоминает выводы классической теории.
Но есть одно важнейшее отличие. Ясно, что если
отброшен неувлекаемый эфир и для электромаг¬
нитных явлений справедлив принцип относитель¬
ности, то не имеет смысла различать два разных
случая: 1) источник движется, скажем, навстречу
приемнику, а приемник покоится и 2) приемник дви¬
жется навстречу источнику, а источник покоится.
п
секунд.
ът

Но поскольку по часам ракеты № 1 п-и
сигнал был послан в момент 1П = п се¬
кунд, наблюдатель в ракете №2 заявит,
что часы ракеты № 1 отстают.
Действительно, между отправлением пер¬
вого и п-го сигналов с ракеты № 1 по
кунд, а по часам ракеты № 1 меньше, всего
п секунд.
Но ведь вся задача сформулирована со¬
вершенно симметрично, и ракета № 1
ничем не лучше ракеты «№2. Поэтому ясно,
что в нашем рассуждении можно спокойно
переменить номера ракет. И с теми же ос¬
нованиями наблюдатель в ракете № 1 будет
утверждать, что отстают часы ракеты «№2.
Кто же прав?
Оба.
Чтобы это несколько необычное утверж¬
дение стало понятнее, надо только уточ¬
нить, что подразумевает наблюдатель ра¬
Как только отброшена «абсолютная система отсче-
та», такое различие теряет всякое содержание.
Изменение частоты определяется только относи¬
тельной скоростью источника и приемника.
Если быть совсем точным, то надо добавить —
той составляющей относительной скорости, что на¬
правлена по прямой, проходящей через две точ¬
ки — «приемник» и «источник».
Не так уж важно, как именно изменяется формула
для воспринимаемой частоты по сравнению с клас¬
сической Существенно, что теория эффекта Доппле¬
ра очень тесно связана с одним из самых порази¬
тельных выводов Эйнштейна — замедлением ритма
движущихся часов. Поэтому, как уже сообщалось
ранее, экспериментальную проверку своей формулы
для эффекта Допплера Эйнштейн считал важнейшим
опытом для проверки всей теории. Опыт великолеп¬
но подтвердил выводы Эйнштейна; причем любо¬
пытно, что сами экспериментаторы не понимали
и не принимали его теории.
часам ракеты №2 прошло
П
се-

Самый «главный»
парадокс теории
относительности —
парадокс с часа¬
ми.
кеты № 1, определяя время отправления
п-го сигнала с ракеты №2 по своим часам.
Это время по самому своему смыслу есть
не что иное, как показания часов, синхрон¬
ных с часами ракеты № 1 и находящихся
в той точке, где в момент отправления п-го
сигнала была ракета № 2.
По сравнению с показаниями этих часов
часы ракеты №2 будут показывать мень¬
шее время — отставать. Точно так же,
утверждая, что отстают часы ракеты № 1,
наблюдатель в ракете № 2 мысленно «ве¬
шает» часы, синхронные со своими, в точку,
где находится ракета № 1.
Мы снова приходим к старому выводу.
Отстают те часы, которые сравниваются
с показаниями нескольких синхронных
между собой часов другой инерциальной
системы.
В таком виде это заявление выглядит
несколько формально, но по смыслу оно
совпадает с основным утверждением об из¬
мерении промежутка времени между двумя
событиями. Интервал времени минимален
в той системе отсчета, где события про¬
изошли в одной точке *.
Однако, честно признаемся, изменение
ритма часов воспринимается тяжелее, чем
Лоренцово сокращение длины. Это вызва¬
но, вероятно, отчасти тем, что вообще труд¬
нее воспринять понятие времени, а отчасти
«необратимостью» эффекта. Что именно
* Математический вывод Лоренцова сокращения
времени так же, как и длины, очень прост. Рассмот¬
рим две системы отсчета, К и К1, относительная
скорость которых направлена вдоль оси X.
В системе, где вспышки произошли в одной точ¬
ке, квадрат интервала между вспышками равен
с2Ат2} так как Ах — расстояние между точками,
где произошли вспышки,— равно нулю. В системе,
где вспышки случились в разных точках, квадрат
интервала равен
С2Д*2 — ДХ2.
304

подразумевается под «необратимостью»,
лучше всего пояснить, вспомнив о длине.
Разгоним стержень относительно какой-
либо инерциальной системы до скорости,
близкой к скорости света, а затем затор¬
мозим его. Предположим, что при малых
ускорениях по-прежнему справедливы фор¬
мулы специальной теории относительности.
Тогда наблюдатель, покоящийся в нашей
системе, измеряя в процессе движения дли¬
ну стержня, должен получить примерно
такой график.
В начальный момент длина стержня рав¬
на 10, затем с ростом скорости она по¬
степенно уменьшается. Когда скорость дос¬
тигает максимального значения V и стер¬
жень двигается по инерции, длина его
остается некоторое время постоянной. По¬
том по мере торможения она монотонно
растет, возвращаясь к прежнему значению
10. После окончания движения стержень
«забывает», что он двигался. Его длина
остается неизменной.
Поскольку интервал между событиями остается
неизменным при переходе от одной системы к дру¬
гой, то с2Дт2 = с?Д1:2 — Дх2,
но так как ^ — V (относительной скорости си-
ил и
Дх
стем
ЗОБ

Со временем положение иное.
Если «разогнать» часы С (например,
поставив в некую фантастическую ракету)
и заставить их некоторое время двигаться
со скоростью V, а потом затормозить, то
после остановки они не будут показывать
то время, что часы В, синхронные с А
и находящиеся «на остановке».
Часы С отстанут от В. В этом случае
обратимой величиной оказывается ритм
часов. После путешествия часы С будут
идти так же, как до полета (синхронно
с А и В). Но время путешествия, кото¬
рое они отмерят, будет меньше времени,
измеренного по часам А и В. При этом
мы снова предположим, что, если часы дви¬
гались с не очень большим ускорением,
можно с хорошей степенью точности опре¬
делять измерение их ритма в каждый дан¬
ный момент, используя формулы специаль¬
ной теории. То есть:
Вообще-то как задача определения дли¬
ны ускоренно движущегося тела, так и
вопрос о ходе времени на этом теле не
могут быть решены с помощью специаль¬
ной теории относительности.
Специальная теория рассматривает толь¬
ко инерциальные системы, и поэтому в на¬
С

ших рассуждениях выводы специальной тео¬
рии, строго говоря, незаконно распростра¬
нялись на более общие случаи.
Однако общепринято считать: если уско¬
рения в некоем определенном смысле ма¬
лы *, это можно делать.
Впрочем, некоторые ученые возражают
против такого вывода, считая использова¬
ние специальной теории незаконным. Но мы
будем слепо следовать за большинством.
Еще раз повторим: сейчас обсуждается
проблема, строго говоря, «не подсудная»
специальной теории. Полное решение во¬
проса может быть получено только в об¬
щей теории относительности.
И еще одно и весьма важное замечание.
Мы поверили, что, сравнивая ход своих ча¬
сов с ускоренно двигающимися часами, на¬
блюдатель в инерциальной системе от¬
счета с хорошей точностью может исполь¬
зовать формулу, приведенную чуть выше,
или, иными словами, воспользоваться спе¬
циальной теорией относительности.
Поверим теперь, что, решая аналогичную
задачу, наблюдатель, связанный с ускорен¬
но движущимися часами (наблюдатель
в неинерциальной системе отсчета), вообще
не имеет права использовать формулы спе¬
циальной теории. Поверим, что это неза¬
конно.
А теперь сообщим, в чем состоит так на¬
зываемый «парадокс часов».
Парадокс заключается в следующем.
Развезем с относительной скоростью, близ¬
* Эта фраза сформулирована так учено потому,
что мы не в состоянии углубляться в детальный ана¬
лиз, а слова «ускорения малы» (или «велики») са¬
ми по себе еще ничего не значат. Необходимо дать
критерий, указать точное математическое условие
малости ускорений. Критерия мы приводить не бу¬
дем, но, имея его в виду, осторожно пишем: уско¬
рения малы «в некоем определенном смысле».

кой к скорости света, в разные точки про¬
странства двое часов, а затем свезем их
вместе.
С точки зрения наблюдателя А двига¬
лись часы В, их ритм замедлился, и при
встрече В будут отставать.
Но наблюдатель В волен рассуждать
точно так же. Он скажет, что двигались
часы А и отставать должны они.
После путешествия часы А и В ока¬
зываются в одной точке. Разность их пока¬
заний— величина абсолютная, и потому
прав может быть лишь один из двух.
После нашего вступления ответ очевиден.
Тот из наблюдателей, чьи часы испытывали
действие ускорений (пусть это был наблю¬
датель В), «не имеет права» использовать
специальную теорию относительности. Если
он не знает общей теории, то вообще не
может ничего сказать о ритме часов А.
Но зато наблюдатель А вправе как при¬
ближение использовать специальную тео¬
рию (если ускорения часов В не слиш¬
303

ком велики). Он заключит (и будет прав),
что отстанут часы В, причем как имен¬
но — можно вычислить.
Если ускорения В «велики», то, исполь¬
зуя только специальную теорию, вообще
ничего определенного нельзя сказать.
Но если прибегнуть к общей теории отно¬
сительности, можно показать, что В дол¬
жны отставать от А.
И, наконец, если ускорялись и В и
A,	весь вопрос следует адресовать
к общей теории, так как в этом случае мо¬
гут осуществляться самые разные вари¬
анты.
Так что ответ на кажущийся парадокс
скрыт в неравноправии двух часов: А и
B.	Если они разъехались, а затем встре¬
тились, то хотя бы одни часы испытали
действие ускорений *.
* Наше рассуждение, конечно, дает лишь каче¬
ственное объяснение парадокса с часами. Надо
сказать, что по поводу конкретного вычисления раз¬
ности хода часов А и В к моменту встречи суще¬
ствуют разные мнения. Здесь, а также в последней
главе, где мы снова вспомним о парадоксе с ча¬
сами, мы следуем тому мнению, которое можно
считать общепринятым.

ЭЙНШТЕЙН. ЗАКОНЫ МЕХАНИКИ
(масса и энергия)
И опять
дения.
г>
* аконы механики Эйнштейна поража-
ют своей необычностью человека,
воспитанного на классических представле¬
ниях, хотя между релятивистской механи¬
кой и механикой Ньютона значительно
больше общего, чем может показаться на
первый взгляд.
Начнем с того, что первый закон Нью¬
тона остается неизменным и в релятиви¬
стской механике — в инерциальной системе
отсчета тело, свободное от действия внеш¬
них сил, сохраняет неизменным свой им-
рассуж- пульс
Третий закон механики Ньютона — ра¬
венство действия и противодействия — так-
310

же остается в механике теории относитель¬
ности. Снова можно утверждать, что «если
два тела взаимодействуют между собой, то
их суммарный импульс остается неизмен¬
ным».
Собственно говоря, остается неизменным
и второй закон механики. По-прежнему
сила равна скорости изменения импульса:
Но если содержание второго закона
прежнее, конкретная его форма существен¬
но меняется. Нам придется принять на ве¬
ру, что в релятивистской механике им¬
пульс тела определяется выражением:
Выводить эту формулу мы не в состоя¬
нии и потому отметим только, что опреде¬
ление импульса выглядит довольно естест¬
венно и правдоподобно.
Во-первых, при скоростях, много меньших
скорости света, мы получаем (как и долж¬
но быть) знакомое классическое выраже¬
ние для импульса Р = ту.
С другой стороны, по мере приближения
скорости тела к скорости света импульс
стремится к бесконечности, что тоже понят¬
но, так как полностью соответствует тому
обстоятельству, что никакое материальное
тело нельзя разогнать до скорости, равной
скорости света.
На графике очень хорошо видно, как свя¬
зан истинный импульс тела с приближен¬
ным классическим выражением.
Сплошная линия — это релятивистское
выражение для импульса, а пунктирная —
классическое. Даже при очень больших,
Второй закон Нью¬
тона в релятивист¬
ской механике.
Ш V
Р
311

'ИМпулЬй
с «житейской точки зрения», скоростях ре¬
лятивистская формула почти совпадает
с классической.
При скорости в 30 километров в секун¬
ду *, используя классическое выражение,
мы занижаем импульс на одну вторую
миллионной доли процента.
Поэтому ясно, что даже при расчете дви¬
жения космических ракет никому не при¬
ходит в голову учитывать релятивистские
эффекты. Очевидно, еще более нелепо ис¬
пользовать строгие формулы теории отно¬
сительности при рассмотрении тех значи¬
тельно более медленных движений, с кото¬
рыми мы имеем дело в повседневной тех¬
нике. В этих случаях великолепно оправ¬
дывается первое приближение — механика
Ньютона.
Но в нашем веке инженерам пришлось
встретиться с большим числом чисто тех¬
нических задач, для решения которых не¬
* Это примерно в 3 раза больше второй косми¬
ческой скорости, необходимой для преодоления зем¬
ного тяготения (11,2 километра в секунду).
312

обходима механика Эйнштейна. Элементар¬
ные частицы — электроны, протоны — раз¬
гоняются в современных ускорителях до
скоростей, предельно близких к скорости
света.
Если электрон ускорять при помощи
сравнительно скромной разности потен¬
циалов в 1 миллион вольт, он приобретет
скорость 0,92 с. При такой скорости им¬
пульс, вычисленный по классической фор¬
муле, уже в 3 раза ниже истинного значе¬
ния. Излишне пояснять, что при расчетах
ускорителей элементарных частиц исполь¬
зуют строгие формулы релятивистской ме¬
ханики. Так что в наше время теория Эйн¬
штейна используется и в инженерной фи¬
зике. Вероятно, так же излишне упоминать,
что практика прекрасно согласуется с фор¬
мулами Эйнштейна.
Вернемся ко второму закону Ньютона
в релятивистской механике. Если считать,
что импульс тела должен определяться как
произведение массы тела на скорость, то
оказывается, что масса зависит от ско¬
рости.
А именно:
т — масса покоящегося тела, «масса по¬
коя».
С точки зрения классической физики та¬
кая зависимость, конечно, поразительна,
но ничего нелепого в ней нет.
Мир устроен так, что на массу влияет
скорость, и если это влияние не видно при
малых скоростях (механика Ньютона), это
отнюдь не значит, что оно вообще должно
отсутствовать.
Можно, конечно, протестовать против
нашего определения массы. Можно, напри¬
М =
т
Масса тела. Заме¬
чания по поводу
понятия «масса».
где
313

мер, утверждать, что импульс не должен
быть равен произведению массы на ско¬
рость и что «истинная», «всамделишная»
масса тела — это его масса покоя т.
Но, пожалуй, самое логичное определение
массы именно то, что предложено выше;
и хотя нельзя запретить давать другие, ме¬
нее удачные определения, пользоваться ими
физики не будут.
Масса характеризует инертность тела,
его стремление оставаться в неизменном
состоянии (в инерциальной системе отсче¬
та). Оказалось, что инертность зависит от
скорости, и это должно учитываться в опре¬
делении массы.
Почему вообще мы рассуждаем о том,
как определять массу тела, логично или не¬
логично вводится это понятие?
Пожалуй, полезно лишний раз напом¬
нить, что физические понятия не даются
свыше, что они не есть нечто раз навсегда
установленное, существующее само по себе.
Физики вводят свои понятия так, чтобы
возможно лучше и логичнее описывать
реальный мир, и новые открытия могут
привести к тому, что будут вскрыты
ранее не известные свойства, заставляю¬
щие по-новому взглянуть на физические
понятия.
Именно так и получилось с массой.
В частности, хотя в классической физике
можно было определять массу как коэффи¬
циент пропорциональности между силой и
ускорением, оказалось, что это определе¬
ние просто неправильно. Его можно ис¬
пользовать лишь при малых скоростях,
когда справедлива механика Ньютона и
масса практически не зависит от скорости.
В релятивистской механике вообще, как
правило, ускорение не совпадает по на¬
правлению с вектором силы. Ускорение и

сила одинаково направлены только в двух
случаях: когда вектор силы совпадает по
направлению с вектором скорости и если
сила перпендикулярна скорости.
Во всех остальных случаях ускорение
непараллельно силе.
Но и это не все. Даже в тех двух слу¬
чаях, когда ускорение параллельно силе,
тоже не приходится говорить о каком-то
едином коэффициенте пропорциональности
между силой и ускорением. Оказывается,
что свернуть тело с «пути истинного»
(ускорение перпендикулярно скорости) лег¬
че, чем повышать его скорость по величине
(ускорение параллельно скорости).
Поэтому массу тела следует определять
через импульс, используя наиболее общую
форму второго закона механики. Любопыт¬
но, что сам Ньютон сформулировал второй
закон именно так, как он приведен на пер¬
вой странице этой главы, а не в его
(
«школьном» виде _ та ^ •
В общем новое понятие о массе тела мо¬
жет удивлять, но не должно обескуражи¬
вать.
Однако механика Эйнштейна таит еще
одну и главную неожиданность.
Определяя кинетическую энергию тела,
Эйнштейн установил, что она равна
где Ео — какое-то постоянное число, кото¬
рое легко можно найти.
По определению, кинетическая энергия
ЕГк, приобретенная телом, равна рабо¬
те, затраченной внешними силами, чтобы
разогнать покоящееся тело до скорости V.
Соответственно, по самому своему смыслу
Важнейший вывод
специальной тео¬
рии относитель¬
ности — связь мас¬
сы и энергии.
315

кинетическая энергия покоящегося тела
равна нулю. Если взглянуть на формулу, то
ясно, что это требование выполняется, если
Е0 = тс2.
Релятивистское выражение для кинетиче¬
ской энергии принимает теперь вид:
Ек (у) = тс2
Очевидно, что при малых скоростях
V
(то есть ~<С1) релятивистское выраже¬
ние для кинетической энергии должно пе-
ГПУ2.
реходить в классическое— Ек =~^“
Легко можно убедиться, что так и есть
на самом деле **.
* Следует заметить, впрочем, что часто реля¬
тивистской кинетической энергией называют вели-
_	тс2
чину Е =	. В конечном счете вопрос
V ‘-5
заключается в выборе наиболее разумной термино¬
логии, и потому мы не будем обсуждать этот факт,
придерживаясь в дальнейшем того определения, ко¬
торое дано в тексте, поскольку оно позволяет не¬
сколько проще объяснить связь массы и энергии,
хотя, пожалуй, менее логично.
ту2
2
Стоит воспользоваться случаем и обратить вни¬
мание на условный характер понятий «малого» и
316

С другой стороны, при скоростях, близ¬
ких к с, кинетическая энергия (как и
должно быть) стремится к бесконечности.
Так что все, казалось бы, и понятно и хо¬
рошо.
Тем не менее формула настораживает.
И вот почему. Работа, произведенная внеш¬
ними силами над телом, всегда равна раз¬
ности его полной энергии в конечном и на¬
чальном состоянии. Если вся работа тра¬
тится на сообщение телу кинетической
энергии, то, естественно, именно кинетиче¬
ская энергия определяет рост полной энер¬
гии Ек (V) = Еполн. (V) Еполн. (0).
В классической механике полная энер¬
гия покоящегося тела в большом числе
случаев была несущественна. При реше¬
нии задач требовалось учитывать только те
формы полной энергии, которые изменяют¬
ся при движении тела (например, потен¬
циальная энергия). И в каждой конкрет¬
ной механической задаче можно за начало
отсчета энергии выбрать энергию покоя¬
щегося тела — считать, что эта энергия
равна нулю.
Но в релятивистской механике кинетиче¬
ская энергия тела всегда — разность двух
членов.
Оказывается, что начало отсчета энергии
почему-то не равно нулю. Можно, пока что
чисто формально, каждому покоящемуся
телу приписать энергию Е0 = те2.
Тогда Ек (у) =Е(у)—Ео= (М—ш)с2, где
«большого». В нашем случае скорости «малы», если
V
—	1, так что скорость в 100 км/сек очень не¬
значительная.
317

переменная масса тела. И можно говорить,
что полная энергия покоящегося тела опре¬
деляется отношением Е = шс2.
Спрашивается, что это —математическая
случайность? Каприз уравнений? Чисто
формальное обстоятельство? Имеет ли ка¬
кой-либо физический смысл энергия тс2,
или же это «энергия» в кавычках?
Логика теории привела Эйнштейна к за¬
ключению, что энергия покоя (Е==шс2) —
совершенно реальная физическая величи¬
на. И в каждом теле действительно скон¬
денсирована такая энергия. Но нужно при¬
знаться, что обтекаемые слова «логика тео¬
рии»» скрывают и смазывают поразительно
смелую логику мышления Эйнштейна, пере¬
дать которую мы не в состоянии.
Этот вывод сам Эйнштейн и считал важ¬
нейшим результатом своей теории. Вот что
писал он в 1905 году:
«Масса тела является мерой содержания
в нем энергии; если энергия меняется на
ДЕ, то в ту же сторону меняется и масса
на величину ДЕ/с2. Не исключено, что на
телах, у которых содержание энергии мо¬
жет меняться в сильной степени (например,
на солях радия), удастся произвести про¬
верку теории».
Итак, каждой массе соответствует энер¬
гия, и обратно — любому виду энергии со¬
ответствует масса. Связь между ними опре¬
деляется соотношением Е = шс2. Нагретое
тело имеет большую массу, чем оно же,
но в холодном состоянии. Напротив, осты¬
вая, отдавая каким-либо способом энергию
в окружающую среду, тело теряет массу.
Всякий процесс с выделением энергии свя¬
31В

зан с потерей массы, и обратно, приобре¬
тая энергию, тело или система тел одно¬
временно приобретает и массу.
Любое выделение или поглощение
энергии связано с изменением массы.
Например, строго говоря, масса покоя
двух атомов водорода больше массы покоя
двухатомной молекулы водорода, посколь¬
ку при соединении атомов в молекулы вы¬
деляется энергия, которая и уносит с собой
массу:
Н + Н = Н2 + <Э; 2шн^>Шн2.
При любой химической реакции, идущей
с выделением энергии (экзотермической),
масса продуктов реакции меньше, чем мас¬
са реагирующих веществ.
Но вот перед нами эндотермическая реак¬
ция, идущая с поглощением энергии. Масса
продуктов такой реакции оказывается
больше, чем масса реагирующих веществ.
Самый простой пример эндотермической
реакции — распад (диссоциация) молекулы
водорода на атомы:
Н2 + Р = Н + Н; шРг < 2шн *
Конечно, никому не приходит в голову
учитывать изменение массы при образова¬
нии молекулы водорода. Самые точные из¬
мерения не дают и намека на то, что такое
изменение масс при обычных химических
реакциях существует. Закон сохранения
массы при химических реакциях великолеп¬
но оправдывается на опыте.
И, наконец, взвешивая, скажем, кусок
железа холодным и нагретым, невозможно
заметить какую-либо разницу масс, хотя
разница в энергии хорошо заметна.
Почему же, наблюдая при каком-то хими¬
ческом (или любом другом) процессе за¬
метную разницу в энергетических состоя¬
ниях тела, мы не можем заметить измене¬
ния его массы?
319

Это оказывается довольно очевидным, ес¬
ли только вспомнить основное соотноше¬
ние: Е = тс2. Стоит немного изменить со¬
множитель т (массу), чтобы значительно
изменилась энергия Е.
Масса значительно «дороже» энергии.
Один грамм массы эквивалентен «астроно¬
мической» энергии Е=1 г - 9 • 1020 см2/сек2=
= 9*1020 эргов. И обратно, один эрг энер¬
гии соответствует смехотворно малой массе
9ТТ020 грамма.
Энергия, соответствующая массе в один
грамм, колоссальна. Такой кинетической
энергией обладает ракета с массой при¬
мерно 1 500 тонн, посланная со скоростью,
достаточной для преодоления земного тяго¬
тения (11,2 км/сек.).
Часто приходится читать: «Из-за боль¬
шой затраты энергии во время футболь¬
ного матча спортсмен теряет в весе 2—4 ки¬
лограмма». Это так и есть на самом деле.
Но, вероятно, ни один из центрфорвардов
не представляет, какое количество энергии
теряет он вместе с массой. Если эту мас¬
су перевести в энергию, ею можно было бы
выбить за пределы земного тяготения фут¬
больный мяч с массой в 5 миллионов тонн.
320

А энергии, выделяемые (или затрачивае¬
мые) в обычных химических реакциях, свя¬
заны с такими ничтожными изменениями
массы, что наши приборы не смогли бы за¬
регистрировать эти исчезающе малые де¬
фекты, даже если увеличить их в тысячу
раз.
Точно так же теоретически безусловное
увеличение массы нагретых тел практически
сказывается в настолько далеком знаке
после запятой, что является только чисто
умозрительным курьезом.
Положение, однако, существенно меняет¬
ся, если перейти к ядерным реакциям. Еще
в 1905 году Эйнштейн предполагал, что
процессы радиоактивности могут служить
проверкой изменения массы. Тогда это
было гипотезой. Сейчас теория подтверж¬
дена при изучении тех многочисленных
ядерных реакций, что известны в наши дни.
Энергия, освобождаемая или поглощае¬
мая при ядерных реакциях, в сотни тысяч
и миллионы раз превышает энергетический
выход в обычных химических реакциях.
Соответственно и изменения массы при
ядерных реакциях в миллионы раз больше.
Если, например, при реакции образования
воды на каждые две грамм-молекулы водо¬
рода и одну грамм-молекулу кислорода (то
есть на 18 граммов вещества) выделяется
136 тысяч малых калорий, 2Н2+02=2Н20+
+ 136 000 калорий, то при ядерной реакции
образования ядер гелия из лития и водорода
Ы7 + Н1 = 2Не4 +(3 на каждые 7 граммов
ядер лития и 1 грамм ядер водорода ос¬
вобождается примерно 5-109 калорий
(5 миллиардов). При таких выходах энер¬
гии сравнительно легко можно наблюдать
изменения массы *.
Атомная энергия.
Дефект массы.
* Кстати, иногда приходится читать, что выде¬
ление (или поглощение) громадного количества
энергии при ядерных реакциях вызвано (объясняет¬
321

Но и в ядерных реакциях изменение мас¬
сы обычно не превышает долей процента.
Подобно скупому рыцарю, природа тща¬
тельно хранит энергию, и даже при таких
потрясениях, как ядерные взрывы, расхо¬
дуются лишь малые доли запасов.
Для примера приведем точный энергети-
чески-массовый баланс упомянутой реак¬
ции *.
1л7+Н1=2НеЧ-д.
В результате точных измерений определи¬
ли, что масса одного атома равна:
лития (Ы7) = 7,01818 • 1,66 - 10—24 г;
водорода (Н1) = 1,00813- 1,66- 10~24 г и
гелия (Не4) = 4,00389 • 1,66 • 10“24 г.
Подсчитаем массу реагирующих веществ
и продуктов реакции:
Ы7+Н1 2Не4
7,01818- 1,66 -10—24 + 1,00813 • 1,66 • 10—24
2 • 4,0039 • 1,66 • 10~~24 г. Сложив, получим:
8,02631 • 1,66- 10~24 г-> 8,00778*1,66-10—24 г.
Слева имеется избыток массы, равный
3,08- 10—26 г. Освобождающаяся в реакции
энергия (она в равенстве добавляется
справа) должна соответствовать этой мас¬
се, и значит:
д=Дтс2=3,08*10-26 г-9-102Э~ =
= 2,72 • 10“5 эрга.
ся) изменением массы реагирующих веществ. Это ут¬
верждение, конечно, совершенно неправильно. За¬
метное изменение массы (дефект массы) свидетель¬
ствует, что реакция ядер идет с колоссальным вы¬
делением или поглощением энергии, а не объясняет,
почему такое выделение энергии имеет место при
ядерных реакциях. Ответ на вопрос «почему?» свя¬
зан с такой «мелочью», как выяснение природы
ядерных сил.
* Заметьте, что массы атомов записаны
в «слегка» необычной форме. В них выделен со¬
множитель 1,66 • 10—24 г. Это масса протона.
322

При этой реакции освобождающаяся
энергия проявляется в виде кинетической
энергии образовавшихся ядер гелия (а-ча-
стиц).
Экспериментальные данные великолепно
подтверждают теоретические расчеты как
в этой, так и в сотнях других ядерных
реакций. Точно измерив массы всех атом¬
ных ядер, можно предвидеть, как будет
протекать данная ядерная реакция — с вы¬
делением или с поглощением энергии; пред¬
сказать, какое именно количество энергии
освободится или поглотится (свяжется).
В разобранном примере мы уверенно
предсказали освобождение энергии, и при¬
веденная реакция может быть использова¬
на как исключительно мощный источник
энергии. На два реагирующих ядра ато¬
мов лития и водорода освобождается ог¬
ромная энергия — 2,76 • 10~5 эрга!
В словах «огромная энергия» нет ни
оговорки, ни насмешки. Эта энергия дейст¬
вительно колоссальна. Ведь речь идет
только о двух атомах. При обычных хими¬
ческих реакциях на один элементарный акт
освобождается в миллионы раз меньше
энергии: 10“и—10—12 эрга. Чтобы осущест¬
вить ядерную реакцию, необходимо преодо¬
леть ядерный энергетический барьер — за¬
тратить энергию. Правда, выигрыш энергии
в результате реакции с лихвой возмещает
затраты, но барьер существует, и его «надо
брать». На графике на стр. 324 схемати¬
чески представлена обычная энергетиче¬
ская диаграмма для ядерных реакций.
Как видно, обычно освобождающаяся
энергия ( ДЕ^>Е) значительно больше энер¬
гии активации. К сожалению, масштабы
схемы не позволяют отразить истинное со¬
отношение этих энергий. На самом деле
А Е может превышать активационный барь¬
ер в десятки раз.

Е.
~1 Г
еу

Е»-энергия реягируюни*
6Е!ЦЕСТв ДО РЕАКЦИИ
Б, -ЭНЕРГИЯ ПОСЛЕ РЕАКЦИИ
Ед~ЭНЕРГИЯ акти&ации
дЕ -ЭНЕРГИЯ, ОСВОБОЖДАЮ’
1ЦАЯСЯ ПРИ РЕАКЦИИ
-►
Если создать условия, когда часть энер¬
гии, выделяемой при реакции, используется
на преодоление барьеров еще не прореаги¬
ровавших атомов, возникает цепная ядер-
ная реакция.
Не будем увлекаться и подробнее гово¬
рить о ядерных реакциях. Ограничимся
только расшифровкой утверждения, что
высокий активационный барьер для подав¬
ляющего большинства ядерных реакций
совершенно естественен, и ничего другого
нельзя было ожидать.
Если бы такой порог отсутствовал, то все
элементы давным-давно прореагировали бы
сами собой («свалились в энергетические
ямы»), и ядерные реакции с выделением
энергии были бы невозможны просто из-за
отсутствия необходимого «сырья».
С другой стороны, очевидно, что в усло¬
виях, когда непрерывно идут ядерные реак¬
ции, нельзя и думать о возможности воз¬
никновения такого высокоорганизованного
образования материи, как живые мысля¬
щие существа. А потому следует радовать¬
ся, что на Земле ядерные реакции идут,
как правило, только в искусственных усло¬
виях. Впрочем, как известно, есть и исклю¬
чение— распад естественных радиоактив¬
ных веществ, с открытия которых и нача¬
лась эра ядерной энергии.

Но в звездах ядерные реакции проте¬
кают исключительно бурно.
Чтобы представить невероятную энергию,
вырабатываемую в звездных термоядерных
«установках», достаточно привести только
одну цифру.
Наше солнышко — середняк среди звезд,
типичная посредственность, но энергия, ко¬
торую оно отдает в каждую секунду, экви¬
валентна приблизительно 5 миллионам
тонн массы *. На долю Земли в секунду
приходится энергия, эквивалентная при¬
мерно 2 килограммам массы. За счет этой
энергии за сутки Земля «толстеет» прибли¬
зительно на 170 тонн **.
Пожалуй, даже по тем отрывочным при¬
мерам, что были приведены, можно пред¬
ставить значение теории относительности
в физике наших дней.
* Впрочем, не нужно беспокоиться. Масса Солн¬
ца так велика, что можно не опасаться ее истоще¬
ния. При такой мощности излучения Солнце «похуде¬
ет» вдвое за 6 000 миллиардов лет.
** Эта цифра, впрочем, сильно завышена, по¬
скольку Земля излучает энергию в пространство, и
суммарный «истинный» приход энергии меньше.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ,
б котором автор прощается
с читателем.
ели читатель последовательно и
добросовестно добрался до этих
строк, то автор может только радоваться.
Полагаю, что это чувство (но по другой
причине) разделяет и читатель. Поэтому не
стоит особенно задерживаться с оконча¬
нием.
О значелии теории относительности вряд
ли стоит распространяться.
Вряд ли также следует объяснять, что
почти вся современная физика в большей
или меньшей степени связана с релятиви¬
стской теорией, а ядерная физика и астро¬
физика вообще немыслимы без теории
Эйнштейна.
Подобные декларативные рассуждения
всегда неубедительны. К тому же, если все
предыдущее не убеждает читателя и не
разъясняет, что означает теория Эйнштейна
для физики нашего времени, наивно на¬
деяться, что еще одна-две страницы спасут
положение.
Если же это было показано, то дальней¬
шие разглагольствования тем более из¬
лишни.
326

Что касается экспериментальных под¬
тверждений теории, то, бесспорно, было бы
полезно рассмотреть несколько примеров,
проследить, как релятивистская теория
объясняет, например, аберрацию света.
К сожалению, строгий анализ опытов не¬
возможен без основательного использова¬
ния математики, а увеличивать число иллю¬
страций вряд ли имеет смысл.
Единственное, что нужно сделать, — это
четко выделить одно общее утверждение.
За 55 лет, прошедших со дня появления
первой статьи Эйнштейна, не было найдено
ни одного экспериментального факта, про¬
тиворечащего теории.
Напротив, весь комплекс опытных дан¬
ных великолепно объясняется теорией от¬
носительности.
Причем (и это весьма характерно), ис¬
пользуя теорию Эйнштейна, много раз уда¬
валось предсказывать новые, еще неизве¬
стные и неожиданные эффекты, которые
действительно наблюдались в дальнейшем.
Наиболее замечательный пример такого
предвидения — эквивалентность массы и
энергии. Вот и все.
Но, прежде чем поставить точку, мне
хотелось бы только заметить, что, даже не¬
зависимо от своего чисто научного значе¬
ния, работы Эйнштейна, в которых пора¬
зительные физические идеи оформлены
с безупречным и холодным изяществом ма¬
тематика, поражают той внутренней логи¬
кой и красотой, что отличает совершенные
произведения искусства.
По существу, наша беседа окончена. Ос¬
тавшуюся последнюю главу стоило вклю¬
чить, лишь учитывая капризы моды. Впро¬
чем, ее выводы можно рассматривать как
забавный пример законов релятивистской
механики, и это также оправдывает ее су¬
ществование.
327

ГЛАВА XVI,
последняя и отчасти ерети¬
ческая. В ней предаются
анафеме фотонные ракеты,
а также выясняются взгля¬
ды автора на мечту, после
чего он, возможно, быст¬
рее расстанется е много¬
терпеливым читателем
ФОТОННЫЕ ГРЕЗЫ
Вступление, пояс¬
няющее, о чем
идет разговор, и
некие общие заме¬
чания.
Манилов долго стоял на крыльце, про¬
вожая глазами удалявшуюся бричку...
Потом мысли его перенеслись незаметно
к другим предметам и, наконец, занес¬
лись бог знает куда. Он думал о благопо¬
лучии дружеской жизни, о том, как бы
хорошо жить с другом на берегу какой-
нибудь реки, потом через эту реку на¬
чал строиться у него мост, потом огром¬
нейший дом с таким высоким бельведе¬
ром, что можно оттуда видеть даже
Москву и там пить вечером чай на от¬
крытом воздухе и рассуждать о каких-ни¬
будь приятных предметах. Потом, что они
вместе с Чичиковым приехали в какое-то
общество в хороших каретах, где обвора¬
живают всех приятностью обращения... и
далее, наконец, бог знает что такое, чего
уже он и сам никак не мог разобрать.
ГОГОЛЬ
ак ни печально, я вынужден писать
о фотонных ракетах.
В наши дни в книге о теории относи¬
тельности несколько неудобно умолчать об
этом.
328

Пожалуй, именно идея создания фотон¬
ных ракет, ракет, с помощью которых, как
утверждают, можно достигнуть самых да¬
леких звезд вселенной, наиболее поражает
воображение нашего поколения, успешно
конкурируя с рассказами о будущем ки¬
бернетики или же о перспективах овладе¬
ния термоядерной энергией.
Речь идет ни более и ни менее, как о ра¬
кетных кораблях со скоростями относи¬
тельно стартовой площадки, близкими
к скорости света.
А потому неотвратимо и неизбежно при¬
зывается теория относительности, ибо зако¬
ны движения подобных гипотетических ко¬
раблей космоса — это законы релятивист¬
ской механики.
И, говоря о фотонных ракетах, всегда
апеллируют к теории Эйнштейна, подобно
тому как часто ничем себя не проявившие
люди ссылаются на рекомендации имени¬
тых знакомых.
Прежде чем выяснить, действительно ли
в данном случае можно говорить о каких-
то «протекциях», или же мы сталкиваемся
с довольно обычными в подобных ситуа¬
циях спекуляциями, попробуем решить не¬
большой психологический ребус.
Чем вызван такой невероятный сенсаци¬
онный успех фотонных ракет — завоевате¬
лей вселенной? Тот успех, о котором вы¬
разительно свидетельствуют научно-фанта¬
стические творения, авторы которых «с ха¬
рактерным для них отсутствием воображе¬
ния» (как мимоходом съязвил в давние
времена Кельвин) непринужденно заполни¬
ли Галактику самыми разнообразными
звездолетами.
Основных причин, пожалуй, две.
Во-первых (и это главное), сама по себе
идея покорения неизмеримых пространств
вселенной исключительно привлекательна.

Честно сообщает¬
ся конечный итог
всей главы, кото¬
рый и обосновы¬
вается далее на
многих страницах.
А во-вторых, эта идея особенно притяга¬
тельна в наши дни. Когда преодолено зем¬
ное тяготение и созданы искусственные
спутники Солнца, когда можно думать, что
в ближайшие годы будет предпринята по¬
пытка высадиться на Луне, когда астронав¬
тика превращается в практическую и акту¬
альную область науки, — почти невозможно
примириться с мыслью, что никогда, ни при
каких достижениях техники человечество
не достигнет далеких звезд вселенной.
К сожалению, мечта, как бы она ни была
прекрасна, не более чем мечта. Но... у нас
нет никаких реальных оснований думать,
что человечество сможет создать ракеты,
которые свяжут нас с иными звездными
мирами и даже с иными галактиками.
Мне самому очень неприятен этот вывод,
и очень хотелось бы знать, что есть какие-
то конкретные указания, как и каким пу¬
тем можно достигнуть самых далеких звезд.
Но, к несчастью, разговоры о фотонных
ракетах нельзя расценивать иначе, как
весьма привлекательную, но тем не менее
весьма неосновательную сенсацию.
Постараюсь объективно изложить все
«за» и «против», и читатель сможет судить,
справедливо ли столь категорическое и ма¬
лоутешительное утверждение.
Какое же содержание скрыто за неожи¬
данным и эффектным сочетанием слов —
«фотонная ракета»?
Как предполагают, фотонные корабли
будут набирать скорость в результате от¬
дачи мощного потока квантов электромаг¬
нитного излучения — фотонов. Направлен¬
ное электромагнитное излучение уносит
импульс, и поскольку суммарный импульс
замкнутой системы — «ракета 4- излуче¬
ние»— должен сохраняться, ракета приоб¬
ретает равный по величине и противопо¬
ложно направленный импульс.
330

Во всем сказанном нет ничего нового по
сравнению с обычным объяснением прин¬
ципа ракетного движения. Несколько не¬
обычен лишь способ — реактивная отдача
при помощи фотонов. Для будущих звездо¬
летов избран столь экстравагантный двига¬
тель потому, что наиболее выгодный спо¬
соб отдачи горючего с борта ракеты такой,
когда реактивная струя имеет относительно
корабля максимально возможную ско¬
рость— скорость света*. Однако подобный
способ отдачи подразумевает выброс массы
в виде квантов электромагнитного излуче¬
ния — фотонов, так как достигнуть скорости
света можно, только если масса покоя раз¬
гоняемой частицы равна нулю! **
Кстати, столь же успешно, как о фотон¬
ных, можно рассуждать об электронных,
протонных и мезонных ракетах. Если, ска¬
жем, у электронов отдачи скорость отно¬
сительно ракеты очень близка к скорости
света, то подобный реактивный двигатель
очень незначительно проигрывает по срав¬
нению с фотонным в отношении импульса,
* Впрочем, утверждение в тексте справедливо
лишь в том случае, когда вся масса горючего пре¬
вращается в кванты электромагнитного поля и от¬
брасывается реактивным двигателем. Если же в дви¬
гателе «сгорает» не все горючее вещество и продук¬
ты сгорания остаются в виде балласта, который при¬
ходится отправлять за борт ракеты, не получая
при этом добавочный импульс, наиболее выгодным
может оказаться другой режим, а именно такой,
при котором вся масса вещества отбрасывается
реактивным двигателем, но уже по необходимости
со скоростью, значительно меньшей скорости света.
Все это, однако, тонкости, не имеющие для нас
особого значения.
** Правда, для развлечения можно обсуждать и
нейтринные ракеты. Масса покоя нейтрино равна
нулю, и, следовательно, отдача посредством ней¬
трино может быть столь же выгодна, как и при
помощи фотонов. Однако нейтринная ракета — это
вообще нечто «по ту сторону добра и зла».
331

получаемого ракетой на единицу выброшен¬
ной массы.
А фантазируя о техническом осущест¬
влении двигателя, способного разгоня^ть ра¬
кету до световых скоростей, пожалуй, лег¬
че представить себе отдачу импульса приг
помощи электронов. Впрочем, выбор, объ-
екта фантазии — дело вкуса.
Прежде всего уточним, почему вообще1
световые скорости непременно сопутствуют
мечтам о звездных полетах.
Ближайшая к Солнцу звезда (она так и
названа «Ближайшая Центавра») отделена
от нас куском пространства в 4,2 светового
года. Соответственно время, необходимое-
для путешествия со скоростью V, равно
Субреля т и в и с т-
ские ракеты и пу¬
тешествия к бли¬
жайшим созвезди¬
ям — фантастика
хотя и беспочвен¬
ная, но относи¬
тельно допусти¬
мая.
Поэтому даже для полета к ближайшей
из звезд ракета должна достигнуть ^относи¬
тельно солнечной системы скоростей, срав¬
нимых со скоростью света. Иначе экспеди¬
ция продлится десятки тысяч лет. Напри¬
мер, при весьма приличной для «каботаж¬
ного» межпланетного путешествия скорости
100 километров в секунду добираться к со¬
звездию Центавра пришлось бы примерно
12 600 лет. Подобные сроки не очень удоб-
ны, и потому, если уж лететь к звездам
(хотя бы и в мечтах), необходимы ракеты
со скоростями, более или менее близкими
к скорости света.
Итак, прикинем, чш необходимо для пу¬
тешествия. Ограничимся ближайшими со¬
звездиям: скажем, для начала направимся
к самому близкому — созвездию Центавра.
Если корабль смог бы развить скорость
100 тысяч километров в секунду, весь по¬
лет занял бы 28—30 лет. Время не малень¬
кое, но в общем приемлемое. Поэтому удов-
332

летворимся пока такой «медленной» ра¬
кетой *.
Прежде всего необходимо представить
полезную массу ракеты — иначе говоря,
всю массу за вычетом горючего. Естествен¬
но, здесь есть богатый материал для по¬
лета мысли, однако, скажем, 100 тысяч
тонн — наименьшее значение, которое мож¬
но выбрать (ибо даже в фантазии надо
сохранять совесть).
100 тысяч тонн! На первый взгляд циф¬
ра громадная. Стоит, однако, вспомнить,
что водоизмещение крупнейших океанских
кораблей достигает 50—80 тысяч тонн.
Вряд ли размеры звездолета можно мыс¬
лить меньше размеров линкора хотя бы по¬
тому, что, как мы сейчас убедимся, необхо¬
дим колоссальный запас горючего, а его
надо же где-то хранить. А корпус? Корпус
* Это очень удобно еще и потому, что при
скорости в 100 000 км/сек движение ракеты непло¬
хо описывает старая, верная механика Ньютона.
В самом деле, при этой скорости масса ракеты
возрастает по сравнению с массой покоя только на
6 процентов:
'М =
/-(-У
у 0,89
1,0бш
Соответственно импульс ракеты превышает им¬
пульс, рассчитанный по формуле Ньютона, на те же
6 процентов. Легко можно убедиться и в том, что
кинетическая энергия нашей ракеты
Ек — шс2( ,1— — 1	0,06 тс2
\Г 0,89	)
превышает энергию, вычисленную по формуле клас¬
сической механики, примерно на 8 процентов. В этом
легко можно убедиться, вспомнив, что
шу2 тс2^
Екласс == ~2~ = ~18^
Отклонения невелики, и, забыв о теории относи¬
тельности, мы можем рассчитать движение такой
ракеты, используя классическую механику.

По весьма уважи¬
тельным причи¬
нам истребляется
межзвездная сре¬
да.
должен быть неизмеримо прочнее, чем у лин¬
кора, поскольку самые тяжелые артилле¬
рийские дуэли представляются детской пе¬
рестрелкой из рогаток рядом с той ужасной
непрерывной бомбардировкой, которая
ждет ракету в пути.
Пытаясь представить себе массу ракеты,
можно, конечно, забыть об оборудовании,
о научной аппаратуре, о всех сложнейших
приборах управления полетом, но нельзя
сбрасывать со счетов сам реактивный дви¬
гатель. Необычайно мощный, основанный,
безусловно, на использовании ядерного го¬
рючего, а следовательно, окруженный ис¬
ключительной защитой, он один должен
весить (даже в мечтах) по меньшей мере
десятки тысяч тонн.
Короче, самые отчаянные энтузиасты
должны согласиться, что, считая полезную
массу ракеты в 100 тысяч тонн (105), мы
еще занижаем ее возможное значение в де¬
сятки раз. И если в дальнейшем мы оста¬
немся верны этой цифре, то единственно
потому, что вся беспочвенность идеи очень
хорошо видна даже в этом случае.
Пойдем на уступки мечтателям и, про¬
явив известную резвость мысли, вообразим,
что наш корпус успешно выдерживает со¬
ударения с космической пылью и защищает
от космического излучения. Вообще-то го¬
воря, никакой ультракорпус не поможет,
но допустим, что с этой задачей мы спра¬
вились.
Дело в том, что стоит лишь задуматься
о двигателе, и все сразу отходит на задний
план. (Впрочем, вероятно, справедлива и
«обратная теорема»: «если заинтересовать¬
ся проблемой защиты, то можно уже не
думать о двигателе».)
Проблема № 1 — проблема горючего.
Любой вид «химического» топлива дол¬
жен быть отброшен сразу и бесповоротно.
334

Действительно, при скорости 100 тысяч ки¬
лометров в секунду каждый килограмм ра¬
кеты имеет кинетическую энергию 5,4-1014
килограммометров. За эту энергию нужно
«платить». Поэтому, даже если считать, что
кпд двигателя равен единице, и пренебречь
действием внешних сил, для разгона одного
килограмма массы необходимо сжечь столь¬
ко топлива, чтобы освободилось 5,4 • 1022
эргов *.
Мерить это число земными масштабами
несколько затруднительно. Объемы обыч¬
ных горючих, необходимые для получения
такой энергии, исчисляются десятками, сот¬
нями и тысячами кубических километров.
Поэтому источником энергии могут слу¬
жить только ядерные реакции — ядерное
горючее.
На первый взгляд ядерная энергия спа¬
сает положение. Действительно, на каждый
килограмм разгоняемой массы необходи¬
мо «сжечь» — перевести в кванты электро¬
магнитного излучения—только 60 граммов
горючего вещества.
Процессы, при которых все реагирующее
вещество переходит в излучение, известны.
Зто реакции аннигиляции элементарных
частиц с соответствующими античастицами.
Например, при реакции «электрон — пози¬
трон» две реагирующие частицы полностью
«сгорают», и вместо них образуются два
I амма-кванта.
Однако даже при самом пылком вообра¬
жении приходится признать, что нет ни ма¬
лейших надежд на использование таких
реакций в технике хотя бы потому, что
абсолютно невозможно представить резер¬
* Хотя такая варварски грубая оценка совер¬
шенно ошибочна, поскольку топливо находится на
борту ракеты и потому приходится разгонять мас¬
су с «балластом», мы удовлетворимся принятым
очень заниженным значением.
Утешительные со¬
ображения по по¬
воду «анти горюче,
го»...
335

вуар для горючего антивещества. Ан¬
тичастицы моментально вступят в реакцию
со стенками, после чего ракетный корабль
с экипажем незамедлительно отправится
в «надзвездные» миры.
Можно ли думать, что весьма значитель¬
ную массу антивещества удастся удержать
в ловушке при помощи какого-то сверх¬
сильного электромагнитного поля (в так на¬
зываемой «магнитной бутылке») таким
образом, что горючее не вступит в какой-
либо контакт со стенками?
Надеяться можно вообще на все, что
угодно. Например, в средние века примерно
столь же обоснованно полагали, что в обыч¬
ной (немагнитной) бутылке можно запеча¬
тать дьявола.
Впрочем, пока мы летим «только» к со¬
звездию Центавра, скрепя сердце можно
примириться с обычным ядерным горючим.
№

Можно рассчитывать или на уже освоен¬
ные реакции распада тяжелых ядер, или
же на термоядерные реакции синтеза лег¬
ких ядер, энергетическую базу будущего.
Если иметь в виду такие реальные ядерные
топлива, то, чтобы разогнать 1 килограмм
массы до скорости 100 тысяч километров
в секунду, потребуется всего лишь несколь¬
ко килограммов ядерного горючего *, допу¬
стим 10 килограммов. Вспоминая, что в про¬
цессе путешествия корабль должен мини¬
мум два раза набирать такую скорость (при
отлете с Земли и при отправлении в обрат¬
ный путь к Земле) и два раза гасить ее
(при подлетах к звезде и к Земле), полу¬
чаем, что на каждый килограмм полезной
массы ракеты необходимо взять как мини¬
мум 10 тонн ядерного горючего.
Итак, если полезная масса 105 тонн, стар- и некоторые об-
товая масса ракеты как минимум — цифры.
109 тонн. Примерно столько весит металли¬
ческий астероид средних размеров — объ¬
емом в Vю кубического километра.
Оценим теперь энергию реактивной
струи, необходимой для разгона ракеты
с ускорением 1 м/сек2.
Если считать, что струя состоит из ча¬
стиц, имеющих массу покоя, то при разум¬
ных скоростях истечения (порядка 100 ты¬
сяч км/сек) кинетическая энергия струи,
выбрасываемой за секунду, определится
маловразумительным числом 1027 эргов.
Фотонный двигатель не спасает положе¬
ния. Мощность фотонной струи, обеспечи¬
вающей нужную тягу, — 3- 1027 эрг/сек.
На Земле невозможно найти процессы,
при которых за секунду выделяется такая
* Кстати, подсчет показывает, что такое ядер-
ное горючее также должно иметь фантастически
высокий энергетический выход по сравнению с из¬
вестными ядерными топливами.
337

энергия. Весь земной шар за одну секунду
получает от Солнца примерно в 550 раз
меньшую энергию. Нужную мощность мож¬
но развить, полностью «сжигая» 1 100 кило¬
граммов массы за одну секунду, или же,
если думать об урановом горючем, пример¬
но 1 300 тонн урана.
Иначе говоря, получить эту энергию мо¬
жно, взорвав около миллиона атомных
бомб.
Причем, вспомните, при расчетах все
время выбирались наиболее выгодные нам
цифры — в частности, взято очень малень¬
кое ускорение. Но полученное число так
неправдоподобно огромно, что можно по¬
зволить себе широкий купеческий жест —
уменьшить его в 100, в 1 000, если угодно,
в 10 тысяч раз, ибо одинаково невозможно
представить ракетный двигатель на ядер-
ном горючем с мощностью в 1027 эргов за
секунду или же с мощностью в 1023 эргов
за секунду. В обоих случаях вырабатывае¬
мая энергия мгновенно испепелит меж¬
звездный корабль.
Можно, конечно, мечтать о создании ма¬
териалов, способных успешно выдерживать
чудовищные температуры и давления, воз¬
никающие в двигателе, но весь опыт физи¬
ки, все наши представления о строении
материи заставляют думать, что подобные
сказочные вещества совершенно нереаль¬
ны. К материалу двигателя предъявляются
требования куда более серьезные, чем
к корпусу ракеты. А мы не можем себе
представить даже, как обезопасить корабль
от столкновений с метеорными частицами.
Короче, можно заключить, что всю идею
следует уверенно и безоговорочно пере¬
править на доработку в удалое ведомство
научной фантастики.
И все же такие мечты не более как сухая
статистическая опись рядом с рассужде-

ниями о ракетах, скорость которых макси¬
мально близка к скорости света.
А обычно, когда пишут о фотонных звез¬
долетах, подразумевают не те «скромные»
субрелятивистские ракеты, о которых го¬
ворилось выше. Нет! Имеют в виду меж¬
звездные корабли с почти световыми скоро¬
стями. Естественно заинтересоваться: за¬
чем? Почему бы не ограничиться субреля¬
тивистскими ракетами?
Ответ непосредственно связан с размера-
ми вселенной, во-первых, и с парадоксом
часов, во-вторых.
Размеры нашей Галактики порядка 105
световых лет. Иные галактики отделены от
нас расстояниями в сотни тысяч и миллио¬
ны световых лет. Поэтому, казалось бы, что,
даже получив ракеты со скоростями, сколь
угодно близкими к максимально возможной
скорости — скорости света, при любых мы¬
слимых и немыслимых достижениях техни¬
ки человечество обречено оставаться в пре¬
делах ничтожного островка вселенной ра¬
диусом в несколько десятков световых лет
(1013—1014 километров).
Но как будто теория относительности
открывает совершенно новые горизонты.
(Хотя, вообще говоря, задачу о ходе време¬
ни на ускоренно движущейся ракете нель¬
зя решать при помощи одной только специ¬
альной теории относительности.) Обычно
полагают, что с хорошей степенью точности
в каждый данный момент связь ракетного
и земного времени определяется формулой
Лоренца *:
Дт=А( |
Релятиви стеки е
звездолеты со ско¬
ростями, почти
равными световой.
Фантастика за
гранью возможно¬
го.
В очень обтекае¬
мой форме гово¬
рится о протека¬
нии времени на
релятивистской ра¬
кете.
* Впрочем, некоторые ученые (их, правда, поч¬
ти абсолютное меньшинство) возражают против та¬
кого рассмотрения, считая его незаконным. Так что
вопрос в известной степени дискуссионен. Автор
339

Но тогда, стоит только разогнать ракету
до скорости, близкой к скорости света, и
можно выиграть сколь угодно много вре¬
мени по сравнению со временем, протек¬
шим на Земле. Появляется принципиальная
возможность достигнуть далеких уголков
вселенной.
Правда, пока ракета разгоняется, выиг¬
рыш во времени не столь велик. Однако
при постоянном собственном ускорении по¬
рядка ускорения земного тяготения можно
за несколько собственных лет разогнаться,
например, до скорости V = ^1 —с, при
которой можно облететь Галактику за ра¬
зумное собственное время *.
Так что с этой стороны все более или ме¬
нее в порядке. Конечно, если увеличить
радиус облета еще раз в 100, окажется, что
даже по собственному времени ракеты пу¬
тешествие потребует такого времени разго¬
на, что не хватит человеческой жизни. Но
в конце концов удовлетворимся исследова¬
нием нашей Галактики.
Естественно, вернувшись на Землю, где
за время путешествия прошли десятки ты¬
сяч лет, путешественник найдет совершенно
новое человечество, но величие задачи, без-
должен признаться, что ему не удалось найти рабо¬
ты, в которой проблема изменения хода времени на
ракете была бы рассмотрена, на его взгляд, совер¬
шенно строго. Впрочем, вероятнее всего, этот вывод
обусловлен недостаточно хорошим пониманием, а не
дефектами самих работ.
* Для наблюдателя на Земле время разгона,
естественно, очень велико. Например, при ускорении
^=10 м/сек2 для достижения скорости у=5 (■-
период ускорения по собственному времени раке¬
ты займет приблизительно 9,6 года. А на Земле за
это время пройдет около 9 600 лет.
340

условно, окупает жертвы, связанные с по¬
летом «в вечность».
Дело за малым — достигнуть скоростей,
максимально близких к скорости света. По¬
следнее представляется столь же (если не
менее) вероятным, как, скажем, создание
живого человека путем непосредственного
монтажа из атомов периодической системы.
Если даже вообразить человечество, уже
снабженное субрелягивистскими ракетами,
то от ракет, позволяющих облететь Галак¬
тику, его все еще будет отделять неизме¬
римое расстояние.
Это обусловлено спецификой движения
тел вблизи пороговой скорости — скорости
света.
По мере приближения к скорости света
масса ракеты стремится к бесконечности, и,
чтобы ее ускорять, требуется все большая
сила. Поэтому расход горючего катастро¬
фически возрастет на несколько порядков,
превышая те «скромные» цифры, что были
получены для субрелятивистских ракет.
Что же касается защиты от столкновения
с. космической пылью при скоростях, близ¬
ких к световой, — это вообще совершенно
безнадежная затея.
Но... допустим, чго проблема защиты
как-то решена.
Допустим, ЧТО каким-то чудесным СПО- Допускается
собом удалось сотворить двигатель, СПО- мыслимое И
собный безболезненно перерабатывать чу¬
довищную энергию, необходимую для ус¬
корения корабля при скоростях, близких
к световой.
Допустим, что реактивная отдача осу¬
ществляется самым выгодным способом —
квантами света.
Допустим, наконец, что получено удиви¬
тельное ядерное «супергорючее» с энергети¬
ческим выходом — единица (вся реагирую¬
щая масса переходит в излучение).
все
не-
341

И тогда, если станет реальной вся эта
блистательная феерия невероятных гипо¬
тез... Тогда оказывается, что для разгона
ракеты «только» до скорости 0,9999 С необ¬
ходимо 200 килограммов горючего на каж¬
дый килограмм массы покоя ракеты в ко¬
нечной стадии пути. Учитывая, что в каж¬
дом путешествии минимум 2 ускорения и
2 замедления, немедленно получаем, что
стартовая масса ракеты примерно в 109 (!)
раз превосходит ее полезную массу. Это
число говорит само за себя.
В качестве курьеза можно только отме¬
тить, что при скорости
необходимой для облета Галактики в ра¬
зумное собственное время, стартовая мас¬
са ракеты относится к полезной уже как
1017 (!!!). По-прежнему считая, что полез¬
ная масса — 105 тонн (конечно, смехотворно
малое значение!), получаем приятную об¬
щую массу 1022 тонн. Для справки: масса
нашей грешной планеты — 6-1021 тонн*.
Развивать возражения вряд ли целесо¬
образно.
Мне представляется, что для объективно¬
го человека ситуация предельно ясна, а фо¬
тонных энтузиастов (кстати, мне искренне
жаль, что я не могу принадлежать к их
* Мы не в состоянии обсуждать здесь так назы¬
ваемый прямоточный фотонный двигатель, призван¬
ный уменьшить стартовую массу. Можно только
заметить, что он принципиально не может спасти
положение, потому что при субсветовых скоростях
(порядка 200—250 тысяч км/сек) масса вещества,
попадающего в ракету (это межзвездное вещество
и предполагается использовать как горючее),
ничтожно мала, а при скоростях, максимально близ¬
ких к световой, — ничтожна эффективность двигате¬
ля, ибо разность скоростей засасываемой и выбра¬
сываемой из сопла массы близка к нулю.
342

числу) этот небольшой скептический экс¬
курс все равно не убедит. Естественно, мож¬
но предложить десятки «проектов» хране¬
ния антивещества, защиты от космической
пыли и, наконец, сотни способов так посы¬
лать фотонную струю, чтобы экипаж и ко¬
рабль не превратились бы в элементарные
частицы в первые же мгновения работы
двигателя.
Однако можно ответственно утверждать,
что в наше время и с нашим уровнем зна¬
ний предлагать какие-либо технические
идеи совершенно бессмысленно. Кстати, все
уже предложенные проекты таковы, что ис¬
пользовать их даже в фантастических ро¬
манах морально неудобно. Фантазируя,
можно оперировать неведомым, можно опи¬
раться на неведомое, но нельзя предлагать
проекты, нацело противоречащие тем зако¬
нам физики, которые, как мы можем быть
уверены, пусть в приближенной форме, но
останутся навсегда.
343

Позволю себе пояснить эту мысль на при¬
мере курьезного проекта «магнитной бу¬
тылки», о котором уже вскользь упомина¬
лось и о котором часто приходится читать,
здесь автор окон- Предлагается запасать антивещество
спокойствие.	в виде позитронов (вторая половина горю¬
чего— электроны) и хранить их в замеча¬
тельной «магнитной бутылке» *. Не стоит
сейчас думать о всей необходимой мас¬
се горючего, бог с ней. Но совер¬
шенно немыслимо допустить, что даже
тонну, даже килограмм позитронов можно
удержать каким-либо магнитным полем.
Электростатическое отталкивание подобного
числа позитронов таково, что необходимые
для мало-мальски сносной фантазии поля
на десятки порядков превышают те, что
встречаются в природе (или получены ис¬
кусственно). Трудно даже по заказу пред¬
ложить более нелепую идею, но...
Иногда, чтобы улучшить положение, го¬
ворят, что можно перемешать этакие изоли¬
рованные друг от друга группки позитронов
и электронов на манер расположения ионов
кристаллической решетки ионного кристал¬
ла. Этим рассчитывают спасти положение.
Не стоит приводить расчеты, позволяющие
оценить «революционное» значение такой
технической новинки, но, честно говоря, все
это вместе взятое весьма напоминает за¬
клинания шаманов. Столь же основательно
можно рассчитывать, что со временем люди
* Позитроны и электроны — излюблен¬
ный объект для горючего у межзвездных скиталь¬
цев, потому что реакция между ними — единственная
известная реакция, в которой вероятность того, что
реагирующие частицы превратятся в гамма-кванты,
равна единице. Например, протоны, реагируя с анти¬
протонами, дают в результате мезоны, и, таким об¬
разом, масса покоя продуктов реакции не равна ну¬
лю. А надо, чтобы была равна, иначе горючее не¬
идеально.
344

окажутся способны своим дуновением оста¬
навливать железнодорожный состав (это не
гипербола!).
Вообще-то если уж мечтать о хранении
антивещества, то мечтать широко. Мож¬
но, например, представить, что удалось по¬
строить антиатомы всех элементов периоди¬
ческой системы. Из этих антиатомов изго¬
товить антиметалл (скажем, антижелезо),
а вот этот антиметалл подвесить в электро¬
магнитном поле *. Для этого нужны не
слишком большие поля. Далее можно за¬
метить, что найден способ безопас¬
но разделять антиатомы на позитроны и
антипротоны. Далее, конечно, позитроны
реагируют с электронами (это мы тоже
устроили). Правда, остались антипротоны.
Их также необходимо превратить в кван¬
ты. Ну что же, допустим (как говорится,
гулять так гулять), что мы научились так
осуществлять реакцию протон — антипро¬
тон, что реагирующие частицы всегда пере¬
ходят в кванты.
Вся эта фантасмагория обладает одним
несомненным достоинством по сравнению,
скажем, с проектом хранения позитронов.
В ней нет элементов, грубо противореча¬
щих здравому смыслу. Нет такого, о чем
можно было бы сказать: это элементарная
нелепость.
Я весьма горжусь своим проектом и по¬
лагаю, что он достоин занять свое место
рядом с прочими.
К сожалению, я не в состоянии предло¬
жить столь же плодотворный проект дви¬
гателя для ракеты с массой хотя бы в 105
* Хороший проводник можно подвесить в элек¬
тромагнитном поле (широко известный способ осу¬
ществления «гроба Магомета»). Особенно хорошо
этот опыт удается со сверхпроводником. Ну что же,
можно хранить антижелезо в сверхпроводящем со¬
стоянии.
345

Историко
гическое
ние.
тонн, позволяющего межзвездному кораблю
разгоняться до субсветовых скоростей, не
переходя при этом в парообразное состоя¬
ние.
Возможно, в противном случае я бы так¬
же оказался в фотонном лагере.
Если же говорить серьезно и затронуть
психологическую сторону вопроса, то можно
сказать, что идея фотонных ракет — свиде¬
тельство не столько смелости, сколько огра¬
ниченности человеческого воображения.
Обычно даже в фантазиях люди не рискуют
допускать что-либо неизвестное технике
своего времени и потому идут по самому
торному и самому неверному пути — чудо¬
вищному гипертрофированию известных
способов.
- мифоло- Эту тенденцию можно заметить, в част-
отступле- ности, в мифах и сказках. Гелиос — бог
Солнца у древних греков — мчится по небу
на колеснице, запряженной чудесными ко¬
нями. Кони чудесны, замечательны, ско¬
рость их бега колоссальна, иногда им для
усиления придают крылья. Но «свежей
технической» идеи в подобных сказаниях
нет. Просто в олимпийской конюшне боги
могут получить очень хороших лошадей.
Греки мечтали об удивительных лошадях
и колесницах, не подозревая о поразитель¬
ной силе пара.
В век паровых машин воображали по¬
трясающие паровые повозки, не представ¬
ляя себе двигатель внутреннего сгорания.
В древних сказаниях Луны достигали на
спине чудовищных птиц, а в XIX веке —
веке воздушных шаров — Эдгар По отпра¬
вил туда героев на воздушном шаре.
Начало XX века заполнено фантазиями
с «электропрофилем», а атомная энергия
оставалась в тени.
В наше время — время ракет и ядерной
энергии — естественно и неизбежно «возник-
346

ли» фотонные корабли. И, вероятно, сно¬
ва повторится старая история.
Если звезды и будут когда-либо достиг¬
нуты, то путешествие осуществится каким-
то совершенно не представляемым для нас,
невероятным способом.
А ракеты не стоит нагружать сверх ме¬
ры, Исследование солнечной системы толь¬
ко начинается, и в этой области они хо¬
зяева. Что же касается звезд и галактик...
Несколько веков назад француз Сирано
де Бержерак выпустил книгу о полете на
Луну. Среди доброго десятка очарователь¬
но нелепых способов путешествия, непри¬
нужденно предложенных автором, среди
всего этого забавного бреда по странной
случайности проскользнула идея улететь
на Луну, используя ракеты для фейервер¬
ков. Надо заметить, к чести Сирано, что
он, по-видимому, не очень задумывался
над тем, что, собственно, выходит из-под
его пера, и ко всем своим проектам отно¬
сился одинаково несерьезно. Однако ра¬
кетный двигатель, причем использующий
довольно современное пороховое горючее,
был им предложен. Угадал он случайно, но
угадал...
Наше положение хуже. Можно утверж¬
дать, что фотонные ракеты на ядерном
топливе — заведомо неправильный путь,
даже если речь идет о полете к ближайшей
звездной системе,
Естественно, я не могу предложить ни¬
чего более привлекательного, и вообще за¬
труднительно обсуждать невообразимое, но
фотонные ракеты к звездам не полетят.
В заключение позвольте ответить на во- ния?.Т°рые извине‘
прос, который мог возникнуть при чтении
этих страниц. Стоит ли так резко нападать
на фотонные ракеты — ведь мечта о полете
к звездам действительно замечательна?
Мечта замечательна, но мечтать надо
347

И резюме.
348
трезво. Я верю, что все писавшие о фотон¬
ных кораблях руководствовались лучшими
побуждениями, но на деле они дезориенти¬
ровали тех, кто не может разобраться само¬
стоятельно и должен верить на слово. И в
результате приходится читать, что полет
к звездам — задача ближайших десятиле¬
тий; или же встретить серьезное обсужде¬
ние «проблемы», как лучше строить двига¬
тель— на квантах относительно высокой
частоты и энергии (квантах света) или же
использовать кванты электромагнитного
поля с малой энергией?!
Дело не только в том, что все это отвле¬
кает внимание от нерешенных, но реальных
задач. Это лишь одна сторона вопроса.
В конце концов смешно было бы запре¬
щать фантазировать. А если кто-либо хо¬
чет лететь к звездам, такие благородные
стремления можно только приветствовать.
Но не нужно дискредитировать физику,
создавая впечатление, что пути принципи¬
ально ясны и чуть ли не настало время по¬
думать об инженерных проектах. Науке не
требуется неосновательная реклама.
Осуществление полета к звездам, с точ¬
ки зрения наших знаний, совершенно неве¬
роятно. Невероятно так же, как, скажем,
для Галилея было бы невероятно телеви¬
дение или радиопередача.
Представьте, что некоего физика, скажем
времен Галилея, спросили: можно ли рас¬
считывать на возможность передачи изо¬
бражения на расстояния в сотни километ¬
ров? Он бы, естественно, ответил: «Все
данные физики говорят — нет, нельзя». Для
этого нужно чудо. Необходимо открытие,
изменяющее все наши представления о ми¬
ре. Нужно нечто непредставляемое, проти¬
воречащее, конечно, не законам природы,
а нашим знаниям этих законов.
Точно так же для осуществления полета

к звездам необходим основательный ком¬
плекс «чудес» такого рода. Нелепо и наивно
гадать, когда будут и будут ли сделаны
открытия, позволяющие хотя бы надеяться
на полеты в глубь вселенной, так же как
нелепо гадать о характере этих открытий.
Можно только верить, что, совершив уже
столько чудес, человечество совершит и
это. Но ясно, что никакие ядерные горю¬
чие, никакие супер-, ультра-, экстрамате¬
риалы, никакие фотонные ракеты не могут
решить проблему.
Нужно нечто Неведомое.
Такое же Неведомое, как атомная элек¬
тростанция для питекантропов.
А наивная, неразумная, детская и неис¬
требимая вера в это Неведомое не остав¬
ляет меня так же, как, вероятно, и любого
человека нашего века.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение, в котором автор откровенничает с благосклон¬
ным читателем, а также пробует весьма назидательно
объяснить, почему и зачем он написал все, что следу¬
ет далее	 5
Глава I, всецело посвященная тому, кто начинал.
ГАЛИЛЕЙ. ПРИНЦИП	ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ . . . „ И
Глава II, содержащая очень краткие сведения о жизни
и характере Ньютона. В заключение читатель может
узнать, что такое метод принципов.
НЬЮТОН. МЕХАНИКА	(метод)	 36
Глава III, самая длинная во всей книге и, вероятно, са¬
мая трудная; в ней обсуждается теория измерений
в физике.
НЬЮТОН. МЕХАНИКА (анализ основных понятий: дли¬
на, время)	 44
Глава IV, недостатки которой отчасти искупает эпиграф.
В этой главе довольно сухо и многословно объясняется,
что такое система отсчета, а также неоднократно по¬
вторяется очень существенная мысль: «Пока не указа¬
на система отсчета, всякие разговоры о механическом
движении совершенно лишены содержания».
НЬЮТОН. МЕХАНИКА (анализ основных понятий: дви¬
жение) 	 86
Глава V, в которой автор сначала рассуждает, а под ко¬
нец удивляется; причем призывает благосклонного чи¬
тателя последовать его примеру.
НЬЮТОН. МЕХАНИКА (анализ основных понятий: си¬
стема отсчета) .	 101
Глава VI, и, как надеется автор, довольно интересная.
НЬЮТОН. ТЯГОТЕНИЕ	  133
350

Глава VII, хотя и весьма расплывчатая, но тем не менее
в конце, после долгих отступлений, объясняет, почему
именно гипотеза эфира стала особенно привлекатель¬
ной для физиков.
СВЕТ, ЭФИР (Ньютон, Гюйгенс)	153
Глава VIII, посвященная обоснованию волновой теории
света. Терпеливый читатель, возможно, получит удоволь¬
ствие, познакомившись с очень тонкими и далеко иду¬
щими выводами, которые были сделаны при исследова¬
нии неожиданного эффекта двойного лучепреломления.
ЭФИР (продолжение)	 168
Глава IX, прочитав которую читатель, возможно, сможет
чуть лучше представить, как «просто» заниматься фи¬
зикой.
РОЖДЕНИЕ НЕУВЛЕКАЕМОГО ЭФИРА	182
Глава X, главное достоинство которой — довольно подроб¬
ный рассказ об эффекте Допплера и опыте Майкельсона,
а основной недостаток — обилие рассуждений. В этой
главе читатель расстается, наконец, с эфиром, чтобы
перейти к теории относительности.
НЕУВЛЕКАЕМЫЙ ЭФИР, ЕГО РАСЦВЕТ И	ГИБЕЛЬ	205
Глава XI, в которой автор пытается запутать терпеливого
читателя, убеждая его в противоречивости постулатов
Эйнштейна. В итоге выясняется, что постулаты Эйнштей¬
на несовместимы с классической механикой, и автор
призывает читателя разделить его восхищенное удивле¬
ние Эйнштейном. Первая половина главы, возможно,
несколько трудна, но утешение можно найти в том, что
самое главное содержится как раз во второй половине.
ЭЙНШТЕЙН (основные постулаты)	240
Глава XII, в которой существенно обобщается постулат
о постоянстве скорости света, после чего обсуждаются
понятия времени и одновременности в теории относи¬
тельности.
ЭЙНШТЕЙН (одновременность, время)	263
Глава XIII, очень сухо сообщающая читателю, что такое
«интервал» и преобразование Лоренца. Прочитав эту
главу до конца, можно также узнать, как своеобразна
в теории Эйнштейна формула для сложения скоростей.
ЭЙНШТЕЙН («удивительные» выводы теории)	.	.	.	283
Глава XIV, в которой обсуждаются два вывода теории
относительности, вызывающие обычно максимальное
недоумение.
ЭЙНШТЕЙН (время, длина)	293
351

Глава XV, все недостатки которой должно искупить со¬
держание.
ЭЙНШТЕЙН. ЗАКОНЫ МЕХАНИКИ (масса и энергия) 310
Заключение, в котором автор прощается с читателем .	.	326
Глава XVI, последняя и отчасти еретическая. В ней пре¬
даются анафеме фотонные ракеты, а также выясняются
взгляды автора на мечту, после чего он, возможно,
быстрее расстанется с многотерпеливым читателем.
ФОТОННЫЕ ГРЕЗЫ	328
Смилга Вольдемар Петрович
ОЧЕВИДНОЕ? НЕТ, ЕЩЕ НЕИЗВЕДАННОЕ...
Редактор В. Федченко
Художд редактор А. Степанова.	Техн. редактор Я. Михайловская
А01721 Подп. к печати 19/1 1961 г. Бум. 84хЮ81/32. Печ. л. 11(18,04).
Уч.-изд. л. 14,9. Тираж 50 000 экз. Заказ 1523. Цена 60 коп.
Типография «Красное знамя» изд-ва «Молодая гвардия».
Москва, А-55, Сущевская, 21.