Это была теория, развязывавшая узлы, завязавшиеся вокруг опытов над движением материальных тел и связанных с ними электромагнитных полей, это был выход из тупика, тормовившего дальнейшее развитие физики.
Решения загадки требовала теория электромагнетизма и в конечном счете технический прогресс, все более устремлявшийся по пути использования электромагнитных явлений, по пути электрификации производства, транспорта, средств связи.
Из скромных и считавшихся спервоначалу чем-то вроде занятной лабораторной игрушки опытов Ампера, Эрстеда, Фарадея на протяжении каких-нибудь трех-четырех десятилетий родились динамо-машина Грамма, трансформатор Усагина и Голлара, электрический телеграф, телефон, наконец пересылка депеш с помощью электромагнитных волн, передаваемых «по эфиру». 15 сентября 1882 года совершилась первая передача тока от генератора к электромотору по проводам на расстояние 57 километров между Мисбахом и Мюнхеном в Баварии. Идея опыта принадлежала французскому инженеру Марселю Депрэ. Среди немногих людей, оценивших всемирно-историческое значение этого события, были великие учителя коммунизма.
«Дорогой Фред! — писал 8 ноября 1882 года Маркс своему другу в Лондон. — Что скажешь ты об опыте Депрэ на Мюнхенской электрической выставке? Уже около года Лонге обещал мне достать работы Депрэ…» — «Дорогой Мавр! — отвечал Энгельс. — …меня очень интересуют подробности о произведенных в Мюнхене опытах Депрэ… Открытие делает возможным использование всей колоссальной массы водяной силы, пропадавшей до сих пор даром…» «Круг завершен, — продолжал в другом письме Энгельс. — Новейшее открытие Депрэ, состоящее в том, что электрический ток очень высокого напряжения при сравнительно малой потере энергии можно передавать… на такие расстояния, о каких до сих пор и мечтать не смели… это открытие окончательно освобождает промышленность почти от всяких границ, полагаемых местными условиями… В конце концов оно станет самым мощным рычагом для устранения противоположности между городом и деревней. Совершенно ясно, что благодаря этому
Через девять лет трудами русского инженера Михаила Осиповича Доливо-Добровольского дальность переброски электрической энергий была доведена до 175 километров. Это была первая в истории передача трехфазного промышленного тока. Практический расчет моторов и генераторов переменного тока стал возможен лишь на основе углубленного приложения теории электромагнитного поля. Этим занимался, в частности, Карл Штейнметц, рабочий-социалист, тяжелым трудом добившийся знаний, преследуемый и изгнанный с родной земли жандармами Бисмарка. Лаборатории и учебные корпуса политехникума в Цюрихе видели в своих стенах Штейнметца. Это было за шесть лет до того, как туда пришел Эйнштейн. Им было суждено встретиться — под совсем иными долготами и в совсем иной обстановке — лишь через много, много лет…
XX век начался, следовательно, не только как век атома, но и как век электричества. Усилия теоретической физики закономерно были поделены между вопросами атомно-кинетической теории вещества и учением об электромагнитном поле.
На этот перекресток исторических дорог вышел Эйнштейн,
2
Ликвидация механического эфира устраняла прежде всего из физики — почин этому сделал Галилей и с этого же начал Эйнштейн — абсолютное движение вместе с абсолютным покоем, В реальной основе каждого из опытов, о которых было рассказано во второй главе, оказывалось отныне относительное, и только такое движение. Требовалось разметить с полной ясностью те материальные «площадки», те объекты, о движении которых в каждом случае идет речь, и, отправляясь от этих опорных вех, вести анализ дальше…
В эксперименте Майкельсона, например, имеем перемещение световых волн относительно зеркальной установки и составляющей с нею одно целое Земли. Другая картина в явлении аберрации звездного света: тут существенно движение Земли относительно Солнца [17]. При наблюдении двойных звезд расстановка опять иная: главную роль играет перемещение членов «пары» относительно друг друга. Самая сложная картина — в опыте Физо: свет движется относительно воды, и вода относительно трубы (и Земли вместе с нею).
Какие же основные законы природы могли считаться твердо установленными в результате сопоставления всех опытов? Ответ известен. Первый из этих законов — независимость световой скорости от перемещения источника света. Второй — «принцип относительности», то есть независимость законов, управляющих физическими событиями, от состояния равномерного и прямолинейного перемещения «площадки». В этом не было сомнения. Но величайшей загадкой являлось то, что оба закона, проявляясь порознь в различных конкретных случаях, оказывались в непримиримом противоречии друг с другом при попытке привести их в связь.
Так, аберрация звездного света необходимо включает в себя, как мы видели, закон постоянства скорости света. Однако принцип относительности при этом, по-видимому, исключается: наклон оси трубы, нацеленной на звезду, как будто «выдает» факт движения Земли. Наоборот, в опыте Майкельсона перемещение земного шара никак не обнаруживает себя, но зато, чтобы объяснить этот нулевой результат, надо считать, что свет между зеркалами движется быстрее вдоль траектории движения Земли, чем поперек. (Иначе не понять, каким образом луч света, догоняющий «уходящее» от него зеркало, настигает его за то же время, какое требуется лучу, движущемуся между зеркалами в перпендикулярном направлении.)
Но можно ли поверить тому, что общие законы природы, затрагивающие одну и ту же область явлений, оказываются действительными для одной конкретной ситуации и недействительными для другой? Поверить в это нельзя, но и выхода из тупика найти тоже как будто невозможно…
Оставалось, однако, еще одно логическое звено, на которое никто не отваживался обратить достаточное внимание. Речь шла о хорошо знакомой и множество раз встречавшийся нам операции сложения скоростей, производимой по всем правилам классической механики. В школьных учебниках эти правила фигурируют, как уже говорилось, под названием «закона параллелограмма». В простейшем случае, когда скорости направлены в одну сторону, они просто арифметически суммируются. Если в обратную, то вычитаются. В опыте Майкельсона, в частности, приходилось складывать скорость Земли и скорость света. В явлении аберрации участвовало сложение тех же скоростей, но направленных под углом друг к другу. В опыте Физо, наконец, скорость света суммировалась со скоростью воды. И так далее. Именно эти простые и привычные приемы сложения и служили, как мы помним, своего рода мостом, с помощью которого производился переход от одной движущейся материальной «площадки» к другой.
Но стоило ли вообще останавливаться на этом пункте? В течение столетий, а может быть тысячелетий, люди, плывя по течению быстрой реки, не сомневались в том, что к скорости, с которой скользит их ладья, прибавляется скорость течения воды в реке!
Эйнштейн усомнился в этом.
Закон сложения скоростей классической механики вытекает, бесспорно, из основы основ классической механики, а сама эта механика проверена всем опытом человеческой практики. Это так, но дело в том, что практика, о которой идет речь, касается лишь материальных объектов («площадок»), движущихся с небольшими по сравнению с быстротой света скоростями. Всюду же там, где замешана скорость света или где есть тела, мчащиеся с быстротой, близкой к этой скорости, законы механики Ньютона не должны ли уступить место другим законам? Что дело обстоит именно так, явствовало со всею наглядностью хотя бы из факта независимости света от движения источника. Звезда, как мы знаем, может приближаться или удаляться от земного шара, но скорость ее перемещения не прибавляется от этого и не вычитается из скорости света. Или в опыте Физо: скорость света относительно трубы не равна скорости света относительно воды плюс скорость воды, но почти на 60 процентов меньше!
Факты и логика вещей подводили, таким образом, вплотную к идее отказа от абсолютной незыблемости законов ньютоновской механики, к необходимости поисков новых законов.
И нельзя сказать, чтобы идея эта оставалась совсем уже посторонней для физиков конца XIX и самых
