Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
1. Введение
9
держащие огромное число частиц, оправданно рассмотрение его как непрерывной среды. Это уже область макрофизики, которая может отличаться от более близкой к реальности микрофизики. Следует отметить, что различие между этими двумя концепциями не разрешено до сих пор, а переход от микрофизики к макрофизике все еще является предметом широкого обсуждения. Мы начали это краткое введение напоминанием, что Эйнштейн был первым, кто сделал возможным измерение числа N и тем самым подтверждение реальности и определение размеров объектов микромира.
Даже при кратком обозрении научных достижений Эйнштейна выявляется существенная черта его деятельности: его стремление получить точное теоретическое объяснение сущности явления, исходя из результатов хорошо поставленных, но не четко интерпретированных экспериментов. Другими словами, он стремился найти полное физическое объяснение результатов таких экспериментов. Его глубокая вера в то, что позади определенного физического факта может лежать «нечто», недостаточно понятое, отличает его от таких великих физиков, как Ньютон, Максвелл, Бор, Карно (если ограничиться только немногими из его предшественников). Именно эта его потребность понять путем проникновения в глубь явления экспериментальные факты, которые достоверны, HO смысл которых не полностью выяснен, объясняет столь большое число его открытий во многих различных областях физики.
Один из многих результатов, притом такой, который можно считать одним из наиболее значительных, полученный путем глубокого анализа экспериментальных данных, связан с экспериментами Майкельсона — Морли. Достигнутый в конце прошлого столетия технический прогресс в области электромагнитных явлений привел к непредвиденному результату: скорость света должна рассматриваться как максимально возможная и независимая от скорости источника света. Этот факт, подтвержденный весьма совершенными экспериментами, привел к детальному анализу понятий времени, пространства и одновременности. Новые и фундаментальные представления теории относительности получили теперь всеобщее признание, но их важность и значение столь велики, что нельзя не остановиться на некоторых из наиболее существенных положений. Следует напомнить, что одним из основных пунктов в рассуждениях Галилея было предположение о независимости друг от друга и абсолютности пространства и времени. Ho эксперименты Майкельсона и Морли, которые также должны были доказать движение Земли в пустом пространстве, привели к неожиданным результатам, главным из которых было то, что свет всегда имеет одну и ту же скорость независимо от
10
А. Каррелли
состояния движения источника. Детальный анализ этого факта благодаря соответствующим рассмотрениям Эйнштейна1) ведет к результатам очень большого значения: время не является больше абсолютной сущностью, т. е. не одинаково для всех наблюдателей; пространство не может рассматриваться независимо от времени. Другими словами, при переходе от одного наблюдателя к другому, движущемуся с постоянной скоростью, пространство преобразуется по законам, совершенно отличным от законов галилеевой физики; то же самое с некоторыми видоизменениями справедливо для времени. Таким образом, мы приходим к новому представлению, согласно которому пространство-время рассматривается как единая сущность. Ясно, что это ведет к новой механике, основанной на теории относительности, и эта механика была полностью подтверждена опытом, поскольку благодаря современной технике оказалось возможным использовать мельчайшие движущиеся частицы вещества. Практически были использованы электроны, которые вследствие своей очень малой массы при движении в очень сильных электрических полях могут достигать очень большой скорости, почти сравнимой со скоростью света. В результате этих экспериментов классическая механика стала механикой медленного движения. Механикой, которая применима к движению со скоростью, близкой к скорости света, является, таким образом, механика теории относительности.
Одним из характерных свойств гения Эйнштейна было то, что его теории, исходящие из фундаментальных принципов, вели к совершенно неожиданным экспериментальным результатам. Действительно, в механике теории относительности масса не является заданной характеристикой тела, поскольку она возрастает с увеличением его скорости и стремится к бесконечности, когда скорость приближается к скорости света. Параметром, характеризующим тело, следует считать массу, KCfopoft оно обладает в состоянии покоя. Ho в механике теории относительности существует еще другой более важный результат: как следствие эйнштейновских релятивистских уравнений мы получаем эквивалентность массы и энергии. Другими словами, согласно теории относительности, в некоторых процессах тела теряют часть своей массы и за счет этого порождают энергию, что было в точности подтверждено на опыте. Этот
1J При создании теории относительности Эйнштейн не опирался на детальный анализ экспериментов Майкельсона — Морли. В письме Давенпорту (перевод приведен, например, в работе [1]) он писал: «Когда я развивал свою теорию, результат Майкельсона не оказал на меня заметного влияния. Я даже не могу припомнить, знал ли я о нем вообще, когда я писал свою первую работу по специальной теории относительности (1905 г.)». — Прим. ред,
