Фарадей и Максвелл разработали теорию электромагнитного поля, и оказалось, что уравнения, описывающие это поле, нельзя вывести на основе механики Ньютона. Теория Максвелла показала, что свет представляет собой электромагнитные волны. Но что колеблется в этой волне? Пришлось ввести понятие о новой мировой среде – электромагнитном эфире. Колебания его и ощущаются в виде волн света. Таким образом, оказалось, что мировое пространство заполнено двумя материальными средами – механическим и электромагнитным эфиром. Вскоре стали считать, что вместо двух эфиров можно оставить только один, приписав ему и механическое свойство неподвижности в целом, и появление в нем электромагнитных волн света.

Этот эфир явился камнем преткновения для физиков. В самом деле, световые волны являются поперечными, а они возможны только в твердой среде. Следовательно, эфир должен быть абсолютно упругим. Но в этом случае неясно, как в нем движутся, не встречая сопротивления, космические тела.

Но это был еще не самый трудный вопрос. Из законов распространения света вытекало, что, измеряя скорость распространения света вдоль движения Земли по орбите и против этого движения, можно было определить, находится ли эфир в неподвижном состоянии или движется вместе с Землей. Если эфир неподвижен, то скорость света, измеренная по направлению движения Земли, должна отличаться от скорости света, измеренной, когда свет движется в противоположном направлении. Произведенный в 1881 году американским физиком Майкельсоном опыт измерения скоростей показал, что в обоих направлениях скорость света одинакова. Некоторые ученые пытались объяснить результат опыта тем, что якобы эфир увлекается Землей и движется вслед за ней в мировом пространстве. Все попытки объяснить результат опыта не имели успеха.

Эйнштейн разрешил эти казавшиеся непреодолимыми трудности гениально просто. Они, по его мнению, заключаются не в том, что физики не могут придумать удачного объяснения опыту Майкельсона, а в том, что старые понятия о пространстве и времени не совсем соответствуют действительности.

В основе созданной Эйнштейном специальной теории относительности лежат два постулата:

1. Не существует способа, с помощью которого можно было бы установить, находится тело в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения относительно неподвижного эфира. Иначе говоря, не только механические, а вообще все явления природы происходят совершенно одинаково в инерциальных системах.

2. Независимо от движения его источника, свет всегда распространяется через вакуум с одной и той же постоянной скоростью (300 000 км/сек).

Исходя из этих постулатов, Эйнштейн видоизменил определения массы, энергии, импульса и свойств пространства и времени.

Что же дала науке специальная теория относительности?

Вот ее основные выводы:

1. В природе не может быть скорости, большей скорости распространения света в вакууме (300 000 км/сек).

2. Закон сложения скоростей имеет такое математическое выражение, которое ни при каких скоростях не может дать суммарной скорости, большей скорости света в вакууме.

3. Пространство и время не являются абсолютными понятиями. Например, измерение длины одного и того же тела будет зависеть от того, в какой системе оно производится. Длина меняется в зависимости от относительной скорости объекта и наблюдателя. То же самое относится и к интервалам времени. Длительность какого-либо процесса будет зависеть от того, какими часами производится измерение: покоящимися относительно системы, в которой происходит процесс, или движущимися. Не имеет абсолютного смысла понятие одновременности. Два события, одновременные в одной системе отсчета, могут оказаться неодновременными в другой.

4. Масса тела растет с увеличением скорости его движения. Теория дала математическое выражение этой зависимости от скорости движущегося тела.

5. Всякое тело обладает колоссальным запасом внутренней энергии. В одном грамме массы заключено 25 миллионов киловатт-часов энергии. Это положение нашло свое выражение в известном соотношении Е = mс2, где Е означает энергию, m – массу тела, а с – скорость света.

Специальная теория относительности объяснила результат опыта Майкельсона, показала ненужность эфира – механического и светоносного, отвела надлежащее место механике Ньютона, применимой к сравнительно медленным движениям, когда скорость значительно меньше скорости света. Специальная теория относительности не только прекрасно согласуется с экспериментом, но находит широкое практическое применение. Она фактически стала началом атомной эры. Вот почему вся атомная физика своими успехами в значительной степени обязана Эйнштейну.

Общая теория относительности, часть которой была разработана Эйнштейном в 1911 году, представляет собой современную релятивистскую теорию тяготения.

Этот вопрос оказался сложным, и поискам ответа на него Эйнштейн отдал 20 лет жизни.

За это время ему удалось разработать основы теории, но она еще и в настоящее время далека от своего завершения. Ее выводы имеют огромное значение для космологии. Те положения, которые можно проверить на космических объектах, подтверждают ее соответствие с действительностью.

Первая рукопись с изложением специальной теории относительности состоит всего из 30 страниц. Но выдвинутые ею идеи породили в настоящее время научную литературу, которая, если ее собрать, может составить громадную библиотеку. Эти идеи совершенно изменили принципиальные основы физики, и поэтому вся современная физика развивается как наука, основанная на принципах и выводах теории относительности, автором которой является величайший ученый Альберт Эйнштейн.

Альберт Эйнштейн (1879-1955)