Бояринцев В.И. КАК ПОЯВИЛАСЬ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ? К СТОЛЕТИЮ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ: БРЕНД "ЭЙНШТЕЙН"

Сенсационные открытия в физике в конце XIX-го века вызвали в самых различных кругах общества живейший интерес к собственно научным проблемам.

В 1902-м году Пуанкаре выпустил книгу “Наука и гипотеза”; тираж 6 тысяч экземпляров, через несколько дней она была распродана. В своём докладе на Международном конгрессе в США в 1904-м году Пуанкаре говорил о кризисе в физике, но он говорил и о неизбежности сохранения общих принципов для нового теоретического построения.

Ещё до этого в серии статей 1895-го года Пуанкаре приходит к важному заключению, что принцип относительности Галилея строго выполняется и для оптических и электромагнитных явлений. В самом конце века были уже найдены новые преобразования пространственно-временных координат, составляющие основу будущей физической теории. Пуанкаре усмотрел у Лоренца в этих преобразованиях начало новой механики сверхвысоких скоростей и тут же подключился к дальнейшей разработке новой теории.

        В 1905-м году в сентябрьском номере немецкого журнала “Анналы физики” появилась статья, написанная молодым экспертом швейцарского патентного бюро в Берне Альбертом Эйнштейном. В ней излагалась теория относительности, решавшая проблему электродинамики движущихся тел.
        Изложение материала велось молодым автором в довольно необычной для научных публикаций манере: без указания идей и результатов, заимствованных из других исследований, без сопоставления полученных выводов с итогами более ранних попыток решения той же проблемы.
        Статья не содержала ни одной литературной ссылки. При чтении её создавалось впечатление о полной оригинальности как постановки, так и решения задачи, о первооткрытии всех изложенных там результатов.
        Только путем сопоставления фактически использованных в этой работе положений с ранее опубликованными статьями на данную тему можно было установить связь развиваемых автором идей с высказываниями предшественников, и в первую очередь, с опубликованными за несколько лет до этого результатами Пуанкаре.

Эйнштейн в 1955-м году так ответил на вопрос о независимости его открытия от работ Лоренца и Пуанкаре: “Я был знаком с фундаментальной работой Лоренца, вышедшей в 1895 г., но позднейшей работы и связанного с ней исследования Пуанкаре не знал. В этом смысле моя работа была самостоятельной, новое в ней состояло в следующем. Лоренцевы преобразования выводились здесь не из электродинамики, а из общих соображений”.

Обратите внимание: такое имело место и в случае с Гильбертом, Эйнштейн говорит о сложных соотношениях, полученных их “из общих соображений”. Этот приём: использование чужих результатов, формул, полученных, якобы, им самим из общих соображений, харктеризует научную деятельность Эйнштейна.

Здесь позвольте не поверить Нобелевскому лауреату.

Во-первых, любой учёный, занимающийся какой-то проблемой, обязательно изучает всю литературу по этому вопросу.

Во-вторых, любой человек, просто интересующийся физикой, был в курсе положения дел в ней в тот период.

В-третьих, работая в патентном бюро, Эйнштейн вполне мог быть в курсе теоретических разработках в физике.

В-четвертых, когда говорится, что соотношение получено “из общих соображений” или “методом подбора”, то это наводит на мысль, а не списано ли просто оно у человека, который, зная математику, это соотношение вывел.

Интересная деталь: не сохранилось никаких черновиков первых работ Эйнштейна. “Ещё более интересная деталь: рецензию на первую статью Эйнштейна писал Пуанкаре. Рецензия Пуанкаре - это единственный материал в истории журнала “Анналы физики”, который не сохранился в архивах журнала. Кому-то очень нужно было скрыть, что же писал в рецензии Пуанкаре и как он исправил присланный ему экземпляр статьи” (академик РАН В.Ф.Журавлёв).

И ещё одна интересная деталь: в 1904-м году известный математик Фердинанд Линдеманн писал: “Я произвёл вывод электрических явлений, которые представляют собой важнейшие результаты электродинамики и магнетизма, из оптических; я надеюсь в скором времени опубликовать результаты этих исследований”.

Однако последующие его публикации не содержали таких результатов, вместо этого в 1905 году у редактора “Der Physic” оказалась статья на эту тему никому не известного патентоведа Альберта Эйнштейна.
Рено де ля Тай в статье “Релятивизм Пуанкаре предшествовал Эйнштейновскому” написал:

“…26 сентября 1905 года “Annalen der Physik” (Берлин-Лейпциг) публикуют статью Альберта Эйнштейна, озаглавленную “К электродинамике движущихся тел“. Рукопись, подписанная Эйнштейном и его женой Милевой Марич, была получена редакцией 30 июня 1905 года, то есть более трёх недель спустя заметки Пуанкаре. Эта рукопись была немедленно уничтожена после её публикации...

В его статье можно найти то, о чём в течение десяти лет Пуанкаре дискутировал с Лоренцем и что уже неоднократно публиковалось: ненужность эфира, абсолютного пространства и абсолютного времени, условность понятия одновременности, принцип относительности, постоянство скорости света, синхронизация часов световыми сигналами, преобразования Лоренца, инвариантность уравнений Максвелла, и так далее. К уже известному, Эйнштейн добавил формулы релятивистского эффекта Доплера и аберрации, которые немедленно вытекают из преобразований Лоренца.

Таким образом, независимый исследователь, никогда ничего не публиковавший по обсуждаемому вопросу прежде, якобы переоткрыл практически мгновенно то, что учёные класса Лоренца а Пуанкаре смогли установить только после десяти лет усилий. Более того, вопреки научной этике в своей статье Эйнштейн не делает никаких ссылок на работы предшественников, что особенно поразило Макса Борна. При этом Эйнштейн, который читал по-французски так же хорошо, как и по-немецки, знал работу Пуанкаре “Наука а гипотеза”, а также, без сомнения, и все другие статьи Лоренца а Пуанкаре” (выделено мной. – В.Б.).

Мнение биографов: “Статьи Эйнштейна, написанные в 1905 году, отнюдь не вызвали бурной реакции в научном мире их практически не заметили.

Описание процессов, протекающих с большими скоростями, можно построить, не прибегая к уравнениям теории относительности. Анализ теории относительности, выполненный главой московской математической школы Н.Н.Лузиным, дал ему основание утверждать, что идеи Эйнштейна относятся скорее к “министерству пропаганды”, чем к добросовестной мысли учёного, и что имя Эйнштейна останется забавным казусом в истории науки.

К сожалению, этого не случилось, неправое дело Эйнштейна продолжает жить и развиваться.

И, наконец, возникает вопрос: если лоренцевы преобразования были получены Эйнштейном “из общих соображений”, то они и должны оставаться преобразованиями Лоренца, не так ли?

Основные допущения торы Эйнштейна

“Слово “тора” на иврите означает “учение”, “концепция”. Например, можно сказать “тора Эйнштейна”, т.е. “теория Эйнштейна”. Но если слово не переводится и пишется с заглавной буквы (Тора), то это означает, что речь идёт об исходящем от Бога знании”” (“Студопедия”).

Исходящие от человека знания содержались в сентябрьской (1905 года) статье Эйнштейна и в части постановки задачи о теории, удовлетворяющей принципу относительности, совпадали с работами Лоренца и Пуанкаре.

“Разница состояла лишь в том, что Лоренц указывает источник такой постановки - одно из ранних выступлений Пуанкаре по этому вопросу, а Эйнштейн даёт обоснование принципа относительности без всякой ссылки на первоисточник” (В.Г.Кузнецов “Эйнштейн. Жизнь. Смерть, Бессмертие”, “Наука”, М., 1980).

Геометрическая иллюстрация (по замечанию В.Ф.Журавлева) теории относительности была дана в работах немецкого математика Минковского (1907 год, доклад “Принцип относительности”), но он ни в одной своей статье не отметил выдающихся результатов Пуанкаре в развитии математического аппарата теории относительности и не упомянул предложенную Пуанкаре идею четырёхмерного представления этой теории. В то же время, в ряде вопросов Пуанкаре здесь опередил и Минковского.
Пуанкаре (“К динамике электрона”) первым вводит мнимую координату времени и толкует преобразование Лоренца как поворот в пространстве четырёх измерений. Здесь он также даёт знаменитую теорему о сложении скоростей.

Минковский в своей статье “Пространство и время” дважды ссылается на Пуанкаре, один раз как на автора, давшего определённой группе преобразований знаменитое название “преобразований Лоренца”, а затем упоминая о даваемом Пуанкаре согласовании теории тяготения с постулатом относительности.
Но Минковский писал: “То обстоятельство, что постулат относительности является не искусственной гипотезой, но новым пониманием времени, к которому нас вынуждают явления природы, до настоящего времени в наиболее резкой форме показано Эйнштейном”.

Это что, оценка популяризаторской роли Эйнштейна?

Чисто четырёхмерный мир называли миром Минковского (но никак не Эйнштейна), хотя справедливо было бы говорить о мире Пуанкаре-Минковского.

Справка: Герман Минковский родился в 1864-м году в местечке Алексоты Минской губернии и ещё в детстве переехал в Германию, где закончил среднюю школу и университет. Выше уже упоминалось, что он преподавал математику в Политехникуме, где с этим предметом не желал знакомиться Эйнштейн.
Минковский умер в возрасте 44-х лет (“Я слишком много знал”?).

Зоммерфельд в примечании к статье Минковского “Пространство и время” отмечает: “Релятивистская форма ньютоновского закона, данная Минковским, оказывается для частного, отмеченного в тексте случая исчезающего ускорения, частным случаем более общей формы, предложенной Пуанкаре…”

Статья Пуанкаре почти на три года опередила работу Минковского. Но эта статья фактически осталась незамеченной.

Причина этого любопытного обстоятельства, не имеющего аналогов в современной физике, не может заключаться только в малой известности и распространенности среди физиков знаменитого математического журнала, где была напечатана статья Пуанкаре.

Для большинства физиков был непривычен строгий математический язык Пуанкаре; эта работа на первых порах могла показаться рядом до некоторой степени чисто формальных, математических преобразований. Статья Эйнштейна сразу указывала на вытекающую из вновь открытых закономерностей (Лоренцем и Пуанкаре) необходимость пересмотреть наши основные физические представления о пространстве и времени.

Стиль работы Пуанкаре был строго теоретический, а Эйнштейн начал строить свою статью с рассмотрения мыслимых экспериментов об измерении пространства и времени.
То есть, не ссылаясь на работы Лоренца и Пуанкаре, не упоминая опубликованные в течение десяти лет результаты, предшествующие своей статье, молодой патентовед выступил как ловкий популяризатор чужих идей, что не давало ему морального права считать и рекламировать себя как

“Пуанкаре не мог не знать о попытках немецких авторов представить развитие Эйнштейном и Минковским пространственно-временного аспекта теории Лоренца, как создание новой физической теории. Но, видимо, такие притязания немецкой науки представлялись ему настолько необоснованными, что он не считал нужным делать специальные заявления по этому поводу”

Поведение же Лоренца выглядело “весьма странным потворствованием развернувшейся тогда кампании, тенденциозно приписывающей одному Эйнштейну результаты коллективного труда нескольких выдающихся учёных…” (А.Тяпкин, Л.Шибанов “Пуанкаре”, ЖЗЛ, М., 1982).

Может быть, это было связано с тем, что Лоренц разрешил использовать своё имя для организации частного фонда со сбором в него пожертвований? Это беспрецедентное предприятие говорит о появлении тогда в околонаучной среде весьма деловых людей, организаторским действиям которых не сумел противостоять великий учёный.

И ещё одна интересная деталь: в 1912-м году Лоренц оставил специально созданную для него кафедру теоретической физики и передал её Паулю Эренфесту (самому близкому Эйнштейну европейскому физику, общение с которым продолжалось у него двадцать лет).

Следует отметить, что во время пребывания во Франции в 1922-м году Эйнштейн не смог выступить во Французской Академии наук. “Здесь для многих имя Эйнштейна было одиозным - он был сторонником свободы, мира, социального прогресса” (В.Кузнецов). Видимо, во Французской Академии наук собрались одни националисты, антисемиты и, вообще, будущие фашисты.

Скорее можно предположить, что французским академикам хорошо была известна роль Лоренца и Пуанкаре в создании теории относительности и роль Эйнштейна и связанных с ним “сторонников свободы” в монополизации этой теории. Вспомним, что в своем выступлении 1911-го года в Лондонском университете Пуанкаре по-прежнему связывал происшедший переворот в физике только с именем Лоренца, совсем не упоминая Эйнштейна.

В 1915-м году Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности. В специальной теории относительности (1905-го года) по-новому трактуются такие понятия, как пространство, время, масса; не существует абсолютных пространства, времени и массы; они относительны, т.е. могут изменяться в зависимости от системы отсчёта. Общая теория относительности по существу является теорией тяготения.
Рассмотрим основные положения, заложенные в основу теории относительности, как специальной, так и общей.

Специальная теория относительности базируется на следующих основных положениях:
1) отсутствие в природе эфира, межзвёздной и всепроникающей среды;

2) принцип относительности, представляющий собой расширенный принцип Галилея;

4) неизменность интервала, состоящего из трёх пространственных координат и произведения времени на скорость света;

5) принцип “одновременности”, определяющий одновременность происходящего события, по моменту прихода к наблюдателю светового сигнала.

Первое положение – представление об эфире как о неподвижной среде, которая могла, следовательно, быть избранной в качестве системы отсчёта, позволяла таким образом выделить абсолютное движение. Исходя из признания существования эфира, Лоренцем были получены его преобразования, использованные Эйнштейном в специальной теории относительности при отрицании существования эфира.

Преобразования Лоренца были удобны как формальный приём, позволяющий решить проблемы электродинамики, возникшие в конце XIX-го века.

Второе - по существу есть обобщение механического принципа относительности Галилея (1632 г.) на все явления природы. Галилей, рассматривая механические явления, происходящие в закрытой каюте корабля, пришёл к выводу, что никакими опытами внутри каюты невозможно обнаружить факт покоя или равномерного и прямолинейного движения корабля. Эйнштейн распространил этот вывод на немеханические явления.

Таким образом, принцип относительности утверждает, что все законы природы (а не только законы механики) одинаковы во всех инерциальных системах координат (инерциальная система - это та, в которой выполняются законы Ньютона), то есть системах, движущихся прямолинейно и равномерно относительно друг друга; все инерциальные системы равноправны.

Третье положение - скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах координат. Это допущение понималось Эйнштейном как постоянство скорости света. Опять же после того, как было введено Пуанкаре.

Отметим, что в механике скорость – одна из основных характеристик движения материальной точки, а скорость распространения света в вакууме – одна из основных физических констант: с = 299 792 458 метров в секунду.

Эйнштейн пришёл к выводу, что факт движения системы с некоторой скоростью влияет на ее размеры, скорость течения времени и массу, и заявил, что он получил связь между энергией и массой тела. В действительности же эта связь была получена Пуанкаре (подробнее об этом говорится ниже).
Отсюда возник так называемый парадокс “близнецов”: космонавт, который пролетел на корабле год (по часам корабля) со скоростью, близкой к скорости света, возвратившись на Землю, встретит брата-близнеца, постаревшего почти на сорок лет.

        Третье допущение есть обобщение результатов опыта Майкельсона (1881-го года), из которого следует, что скорость света одинакова в разных направлениях и не зависит от факта движения Земли.
        В основе четвертого и пятого допущения лежит привязка к скорости света.
        Общая теория относительности (теория тяготения), распространяя специальную теорию относительности на ускоренные движения, для чего нужно было показать, что за счёт тяготения могут быть отнесены не только динамические эффекты движения, но и оптические явления, делала вывод о наличии у света гравитационной массы.

Эйнштейн отождествлял тяготение с искривлением пространства-времени. Идея гравитационной массы света и соответственного искривления светового луча под действием тяжёлого тела в его гравитационном поле давала новую гипотезу о происхождении и развитии Вселенной.

В основу общей теории относительности (теории гравитации) Эйнштейн положил следующие допущения:
1) гравитационное поле моделируется искривленным пространством бесконечно малого объёма, и соответствующее ускорение системы отсчёта проявляется в том, что локально гравитационное поле может быть устранено преобразованием координат;

2) уравнения гравитационного и материальных полей инвариантны (независимы) относительно произвольных координат;

3) потенциалы гравитационного поля, представляющие собой геометрические характеристики пространства-времени удовлетворяют уравнениям Эйнштейна, которые на самом деле должны называться уравнениями Гильберта (были выведены Гильбертом в 1915-м году).

Здесь следует отметить, что Эйнштейн в своем первом сообщении об уравнениях гравитационного поля сказал, что приведённые соотношения получены им “из общих соображений”, не упомянув об авторстве Гильберта.

4) скорость распространения гравитационных волн (гравитации) равна скорости света.
Но если свет обладает гравитационной массой, то есть подвержен действию поля тяготения, то под действием этих сил он должен испытывать ускорение. Чтобы допустить такое ускорение, нужно отказаться от основного постулата специальной теории относительности – постоянства скорости света;
5) пространство немыслимо без эфира.

Эйнштейн писал (1924-й год): “... Мы не можем в теоретической физике обойтись без эфира, т.е. континуума, наделённого физическими свойствами…”. Здесь логика переходит в другую категорию – в логику бреда: принятие эфира противоречит отказу от эфира в специальной теории относительности, на которой базируется общая.

Последователи Эйнштейна предприняли массу усилий для того, чтобы исключить из употребления такую физическую категорию, как эфир, говоря о вакууме или физическом вакууме.

Как говорят в таких случаях в Одессе: “Интересное кино!”, когда надо по одной “теории” – эфир не существует, а по другой - без него никак нельзя обойтись!

Необходимо отметить, что расхождение между классической физикой и теорией относительности, касающееся числа и содержания основных постулатов, является весьма принципиальным.
Двойственной была оценка теории относительности при жизни Эйнштейна.

С одной стороны, “…началась прямая травля теории относительности, главным образом в Германии”, а с другой - “...вслед за Махом Адлер выступил против теории относительности и в тюрьме написал работу, которая, по его мнению, неопровержимо доказывала ложность взглядов Эйнштейна. Суд назначил экспертизу, которая должна была определить, не свидетельствует ли эта работа об умственном расстройстве подсудимого” (Б.Кузнецов).

И дальше - “...нападки на Эйнштейна и на теорию относительности стали частью большого заговора против демократии, мира и прогресса”.

Хотя по вопросу “травли” теории относительности в Германии есть и другое мнение: в то время Эйнштейн и Минковский усиленно превозносились немецкой школой физиков в качестве единственных создателей теории относительности.

По поводу же незыблемости физических принципов теории относительности в варианте Эйнштейна можно привести слова Д.Д. Томсона: “Очарование физики в том и состоит, что в ней нет жестких и твёрдых границ, что каждое открытие не является пределом, а только аллеей, ведущей в страну, еще не исследованную, и сколько бы ни существовала наука, всегда будет изобилие нерешённых проблем...” (цитируется по С.П.Кудрявцеву).

В этом же духе высказывался и Луи де Бройль: “История наук показывает, что прогресс науки постоянно тормозится тираническим влиянием определенных концепций, которые стали в конце концов рассматриваться как догмы. По этой причине необходимо периодически подвергать весьма глубокому исследованию принципы, которые в конечном счете, стали применяться без обсуждения”.
Сам же Эйнштейн писал: “Тому, кто творит, плоды собственной фантазии кажутся настолько необходимыми и естественными, что он сам их считает не образами мышления, но заданными реальностями и хочет, чтобы все так считали”.

Знаете ли Вы, что в 1965 году два американца Пензиас (эмигрант из Германии) и Вильсон заявили, что они открыли излучение космоса. Через несколько лет им дали Нобелевскую премию, как-будто никто не знал работ Э. Регенера, измерившего температуру космического пространства с помощью запуска болометра в стратосферу в 1933 г.? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.