Теория относительности — история создания¶
Теория относительности — физическая теория, описывающая пространство, время и гравитацию; создана Альбертом Эйнштейном в начале XX века и состоит из двух частей: специальной (1905) и общей (1915). Вопрос о том, кто открыл теорию относительности, имеет однозначный ответ: её основоположник — Альберт Эйнштейн, однако работа опиралась на достижения многих учёных, чьи идеи легли в её фундамент.
¶Альберт Эйнштейн
Альберт Эйнштейн (1879—1955) — немецкий и швейцарский, затем американский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики и автор теории относительности. В 1905 году, работая патентным экспертом в Берне, он опубликовал серию работ, вошедших в историю как «annus mirabilis» — «год чудес». Среди них была статья «О электродинамике движущихся тел», в которой была изложена специальная теория относительности.
¶Предшественники и интеллектуальные истоки
¶Электродинамика Максвелла и эфир
Во второй половине XIX века электромагнитная теория Джеймса Клерка Максвелла показала, что свет — это электромагнитная волна, распространяющаяся со скоростью около 300 000 км/с. Это породило проблему эфира — предполагаемой среды, в которой, как считалось, колеблются электромагнитные волны. Согласно классической физике, скорость света должна была меняться в зависимости от движения наблюдателя относительно эфира.
¶Опыты Майкельсона — Морли
В 1887 году Альберт Майкельсон и Эдвард Морли провели в Кливленде (США) точный интерферометрический опыт,旨在 измерить скорость Земли относительно эфира. Результат оказался отрицательным: движение относительно эфира обнаружить не удалось, что стало одним из «великих кризисов» классической физики.
¶Лоренц и Пуанкаре
Голландский физик Хендрик Лоренц в 1890-х годах вывел преобразования, которые позже получили его имя и которые математически описывают сокращение длины и замедление времени при движении. Французский математик и физик Анри Пуанкаре обсуждал принцип относительности, симметрию законов физики и структуру пространства-времени, высказывая идеи, близкие к будущей теории Эйнштейна. Однако ни Лоренц, ни Пуанкаре не сформулировали теорию в том виде, в каком она вошла в физику: им не хватило радикального пересмотра понятий абсолютного времени и пространства.
¶Специальная теория относительности (1905)
Специальная теория относительности (СТО) основана на двух постулатах:
- Принцип относительности: законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта.
- Постоянство скорости света: скорость света в вакууме одинакова для всех наблюдателей и не зависит от движения источника или наблюдателя.
Из этих простых положений следуют радикальные выводы: относительность одновременности, сокращение длины, замедление времени, эквивалентность массы и энергии (формула E=mc²). Теория была встречена сдержанно и получила широкое признание лишь после работ по общей теории относительности и подтверждения её предсказаний.
¶Общая теория относительности (1915)
Общая теория относительности (ОТО) — гравитационная теория, в которой гравитация трактуется как искривление пространства-времени под действием массы и энергии. Работа над ней заняла у Эйнштейна десять лет: от 1905 до 1915 года он развивал идеи, используя аппарат римановой геометрии и тензорный анализ. 25 ноября 1915 года на заседании Прусской академии наук Эйнштейн представил окончательные уравнения поля.
Ключевым экспериментальным подтверждением ОТО стало наблюдение отклонения света у края Солнца во время полного солнечного затмения 29 мая 1919 года, организованное британскими астрономами Артуром Эддингтоном и Фрэнком Дайсоном. Результаты, объявленные в ноябре 1919 года, сделали Эйнштейна всемирно известным.
¶Признание и значение
В 1921 году Эйнштейн получил Нобелевскую премию по физике — формально за объяснение фотоэффекта, однако работа над теорией относительности принесла ему мировую славу. Теория относительности стала одним из двух фундаментальных столпов современной физики наряду с квантовой механикой и применяется в астрономии, космологии, ядерной физике, спутниковой навигации (система GPS требует поправок на релятивистские эффекты) и других областях.
¶Споры об авторстве
Вопрос об авторстве теории относительности периодически становится предметом дискуссий. Указывается на вклад Лоренца, Пуанкаре, Михаила Абрагама, Гюнтера Милинковского и других. Однако историки науки сходятся во мнении: хотя предпосылки были заложены другими исследователями, именно Эйнштейн сформулировал теорию как целостную систему, предложил её физическую интерпретацию и сделал из неё следствия, подтверждённые экспериментально.
¶История
- Isaacson, W. Einstein: His Life and Universe. — New York: Simon & Schuster, 2007.
- Пайс, А. Тишина Нобеля: Научная биография Эйнштейна. — М.: Наука, 1983.
- Фейнман, Р. Лекции по физике. — М.: Мир, 1974.
- Пуанкаре, А. Наука и гипотезы. — М.: Директ-Медиа, 2014.