Специальной теории относительности

Эйнштейна

Оказалось, что уравнения Дж. Максвелла, описывающие электромагнитное поле, неинвариантны при переходе из одной инерциальной системы в другую относительно преобразова­ний Галилея. Следует сказать, что именно эта неинвариант­ность и вызвала новый всплеск концепций с принятием эфи­ра, и в конечном счете — опыт Майкельсона. Различный спектр мнений и предложений, возникших с связи с выше­указанной коллизией «неподчинения уравнений Максвелла ме­ханическому принципу относительности», можно выразить тремя основными точками зрения:

1. Согласно первой следует отказаться от уравнений Мак­свелла или внести в них необходимые поправки, лишь бы сде­лать их инвариантными относительно галилеевых преобразо­ваний. Однако уравнения Максвелла демонстрировали высо­чайшую степень совпадения теории с экспериментом, а все вносимые поправки оказывались неподтверждаемыми.

2.Вторая точка зрения отстаивалась А. Пуанкаре и Г. Гер­цем, считавшими принцип относительности обязательным для
описания не только механических явлений, но и элект­ромагнитных. В 1890 г. Герц принимает гипотезу, выска­занную ранее Д. Стоксом, о существовании эфира, полностью увлекающегося движущимися телами. Исходя из этих принципов, он находит уравнения, инвариантные по отно­шению к галилеевым преобразованиям координат и времени при переходе из одной инерциальной системы отсчета в дру­гую. В частном случае покоящегося тела эти уравнения переходят в уравнения Максвелла. Герц получил «наиболее очевидное обобщение теории Максвелла на случай движущихся
тел, но оно оказалось несовместимым с результатом эксперимента», ибо противоречило эксперименту Физо по рас­пространению света в движущейся жидкости.

3. Точка зрения, отстаиваемая Х.Лоренцем. Известно, что Лоренц являлся сторонником атомной теории строения вещества, а после открытия в 1897 г. У. Томсоном отрица­тельно заряженной частицы — электрона — создал теорию, в которой уравнения Максвелла включают в себя идею о дискрет­ной структуре электричества. При этом Лоренц использует гипотезу эфира, рассматривая электромагнитное поле как свойство эфира, противопоставляя его состоящему из элект­рически заряженных частиц веществу. Лоренцу удалось всю электродинамику покоящихся и движущихся тел свести к урав­нениям Максвелла, дать на этой основе объяснение большому числу экспериментальных фактов. Но при этом он вводит абсо­лютно покоящуюся выделенную среди прочих систему отсчета, связанную с неподвижным эфиром, в которой только и вы­полняются уравнения Максвелла. Таким образом, точка зре­ния, отстаиваемая Лоренцем, говорила о несостоятельности самого принципа относительности. На место абсолютного пустого неподвижного ньютоновского пространства он ставит абсолютное тело отсчета — неподвижный эфир, то есть вво­дит привилегированную систему отсчета. Однако все имею­щиеся опытные данные свидетельствовали в пользу принципа относительности, в том числе и опыт А. Майкельсона, сви­детельствовали об эквивалентности всех инерциальных сис­тем отсчета, кроме этого, названный опыт устанавливал факт постоянства скорости света в любой системе отсчета. А. Эй­нштейн писал, что «специальная теория относительности обя­зана своим происхождением этой трудности, которая, ввиду ее фундаментального характера, казалась нетерпимой». Сле­дует сказать, что X. Лоренц (и ряд других физиков, среди которых Д. Лармор, Фицджеральд и др.) предпринимали мно­гочисленные попытки, пытаясь согласовать отрицательный ре­зультат опыта Майкельсона с идеей абсолютной системы от­счета. В том числе была, выдвинута гипотеза о сокращении линейных размеров тел в направлении их движения относи тельно эфира. При этом Лоренц и Фицджеральд считали, что тела действительно сокращают свои размеры в направлении движения. Это сокращение должно было полностью компен­сировать влияние относительного движения на скорость рас­пространения света, почему и казалось, что скорость света ос­тается постоянной во всех инерциальных системах отсчета. Не­смотря на то, что высказанная гипотеза выглядела очень искусственной и оказалась неверной, как это выяснилось впос­ледствии, она привела к нахождению уравнений преобразова­ний кинематических параметров, отличных от преобразований Галилея, которые называют уравнениями Лоренца. При усло­вии, что относительная скорость систем отсчета V велика и сравнима со скоростью света С(V<С), имеем следующее: