Как физики относительность измеряли, часть 2

часть 1 тут https://author.today/post/181541

Естественно, сразу Майкельсону не поверили. Вообще у физиков любимая традиция — перепроверять чужие эксперименты, так что лажа, как правило, очень быстро всплывает наружу. Но в этом случае лажи не было — все новые проверки, в том числе на более чувствительных приборах, подтвердили результат. Были некоторые положительные тенденции, но подозрение уже целиком завладело умами экспериментаторов, их перепроверили и облегчённо выдохнули — причиной оказались статистические ошибки.

Эксперименты — очень коварная штука. Сам по себе единственный эксперимент ничего не значит, одна из важнейших его особенностей — это повторяемость. Более того, лучше бы повторить его побольше раз и всё записать, а потом обработать, не забывая про когнитивные искажения (тут они наиболее опасны) и перепроверяя всё по десять раз. Иначе можно легко получить положительную корреляцию — например, о страшном вреде ГМО-картошки для подопытных крыс. Именно поэтому эксперименты, особенно разрушающие прежние представления, перепроверяются многократно.

Ну да ладно, вернёмся к нашей истории. Итак, физики убедились, что если эфирный ветер и есть, то зарегистрировать его невозможно. Эксперимент Майкельсона-Морли оказался особо меметичным в том плане, что он, вообще говоря, закончился неудачей, но повлиял на науку больше, чем какой-либо другой. Эфира нет. Всё тлен. Что же делать? Ведь надо как-то двигаться дальше.

Для начала все опять почесали в затылке и решили: раз Майкельсону не удалось найти эфир и скорость света у него оказалась постоянной, не значит ли это, что плечи интерферометра сокращаются при движении сквозь эфир? Это компенсирует его влияние и объясняет случившееся. Высказал такое предположение Хендрик Лоренц, и, что самое смешное, в итоге оказался прав. Правда, немного не совсем так, как ожидалось, но лоренцево сокращение тел при движении называется лоренцевым именно поэтому.

Однако это всё равно не давало ответа, существует ли эфир или нет, и физики начали курить снова. Что-то во всей этой истории не вязалось, но что — они понять не могли. Беда была в том, что уравнения Максвелла оставались инвариантными, то есть они не изменялись в инерциальной системе отсчёта, из чего в свою очередь следовала постоянность скорости света. Если вы едете на машине и плюёте в стоящего на обочине человека, то нужно сложить начальную скорость плевка и скорость машины. А вот свету на это глубоко похрен, он будет двигаться всегда одинаково. В вакууме, естественно.

И тут пришёл Эйнштейн.

Шёл 1905 год. В России начиналась первая революция, Генри Осборн описывал тираннозавра, Флеминг изобретал диод, ну а Эйнштейн взрывал мозги физикам, одну за другой публикуя разрывающие прежние представления научные статьи. Вот они, в хронологическом порядке:

1. «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света». Именно за эту работу он в итоге получил Нобелевскую премию, а всё остальное пошло в виде стыдливой приписки "и за другие достижения в физике". Эвристическая точка зрения заключалась в том, что свет не только излучается в виде квантов, как считал Макс Планк, но и существует в таком же виде.

2. «К электродинамике движущихся тел». Первая и основная работа по теории относительности, в которой впервые были высказаны её базовые постулаты. Для начала Эйнштейн взял принцип относительности Галилея и тупо распространил его на все законы физики вообще. Галилей утверждал, что в двух инерциальных системах законы классической механики неизменны, иными словами, если вы плюнете в человека на земле и на борту самолёта, то плевок он получит один и тот же, хотя на земле вы стоите, а в самолёте движетесь — но движетесь прямолинейно и равномерно. Формулируется это так:

Если в двух замкнутых лабораториях, одна из которых равномерно прямолинейно (и поступательно) движется относительно другой, провести одинаковый механический эксперимент, результат будет одинаковым.

Тут, конечно, есть нюансы, но не будем сейчас о них. Важно то, что если распространить этот принцип на уравнения Максвелла, из этого следовала неизменность скорости света в любой инерциальной системе, неважно, с какой скоростью она движется сама - то есть именно тот факт, который не давал покоя физикам. И, кроме этого, получалось, что светоносный эфир, который так безуспешно искали всё это время, оказался тупо не нужен. Бритва Оккама полоснула по нему с той же лёгкостью, с какой уничтожила в своё время теплород, теорию флогистона и до сих пор отсекает сверхъестественное. Да, существование эфира не опровергли - он просто стал лишним.

Но этого неугомонному немцу показалось мало, и он пошёл дальше, сформулировав принцип относительности одновременности:

Мы должны обратить внимание на то, что все наши суждения, в которых время играет какую-либо роль, всегда являются суждениями об одновременных событиях. Если я, например, говорю: Этот поезд прибывает сюда в 7 часов», то это означает примерно следующее:«Указание маленькой стрелки моих часов на 7 часов и прибытие поезда суть одновременные события».

Итак, мы видим, что не следует придавать абсолютного значения понятию одновременности. Два события, одновременные при наблюдении из одной координатной системы, уже не воспринимаются как одновременные при рассмотрении из системы, движущейся относительно данной системы.

Представьте себе, что два школьника, один в Москве, а другой в Нью-Йорке, одновременно плюнули прохожим на голову. Вы это видели своими глазами, ну, если представить, что вы можете видеть оба события сразу. Но вот ваш знакомый, который летел в это время мимо Земли на огромной скорости, увидит другое. Для него плевки не будут одновременными.

Да как так-то? — должен возопить на этом моменте нормальный человек, и будет прав, потому что описанное выше противоречит здравому смыслу, и именно поэтому до него не могли додуматься раньше. Эйнштейну, однако, было абсолютно наплевать, что там говорит здравый смысл, важно то, что это работало! Это объясняло множество вещей! Помните, я упоминал прецессию Меркурия? Внезапно оказалось, что её прекрасно объясняет новая теория, правда, уже общая, а не специальная. А потом ещё, и ещё, и ещё...

Из этого принципа следовало, что абсолютного времени не существует:

Нет таких часов, чье тиканье было бы слышно везде во всем мире и считалось бы временем

и вообще Ньютон был неправ. Да, кстати, а был ли? Де-юре — да: классическая механика оказалась неточна. Де-факто, однако, она прекрасно работает до определённых границ, а значит, колосс одного из величайших физиков всех времён по-прежнему крепок. В конце концов, инженер гораздо чаще имеет дело именно с ньютоновской физикой, чем с упоротыми придумками Эйнштейна.

А раз время относительно, то относительно и расстояние, ведь оно неразрывно связано с временем понятием скорости. То есть Лоренц был прав со своими сокращениями длины. А если сокращаться может длина, то и время тоже, и это опять-таки следует из постоянства скорости света.

3. «Зависит ли масса тела от содержащейся в нём энергии?». Именно здесь впервые был сформулирован тезис "Масса тела есть мера содержащейся в нем энергии", который впоследствии превратился в знаменитое

Но об этом в следующей серии.