– III –
По словам Майи Эйнштейн, сестры Альберта, которая в 1908 году, т.е. раньше своего брата, защищала диссертацию по романской филологии, и физика Макса Борна, познакомившегося с Альбертом в 1909 году, статья «К электродинамике движущихся тел» первоначально представлялась в Цюрихский университет в качестве диссертации, когда первый вариант диссертации, связанный с молекулярной физикой, был отклонен. Диссертация по теории относительности состояла из преамбулы, где указывалось на две причины, вызвавшие необходимость написание научной работы, и двух частей, каждая из которых содержала по пять параграфов (в нижеследующем ее оглавлении проставлены страницы в соответствии с [4]).
Преамбула (текст без названия) — 7
I. Кинематическая часть 1. Определение одновременности — 8
2. Об относительности длин и промежутков времени — 10
3. Теория преобразования координат и времени от покоящейся системы к системе, равномерно и прямолинейно движущейся относительно первой — 13
4. Физический смысл полученных уравнений для движущихся твердых тел и движущихся часов — 18
5. Теория сложения скоростей — 20
II. Электродинамическая часть 6. Преобразование уравнений Максвелла для пустого пространства. О природе электродвижущих сил, возникающих при движении в магнитном поле — 22
7. Теории аберрации и эффект Доплера — 26
8. Преобразование энергии лучей света. Теория давления, производимого светом на идеальное зеркало — 27
9. Преобразование Максвелла с учетом конвенциальных токов — 30
10. Динамика слабо ускоренного электрона — 32.
Статья № 1 заканчивается на странице 35 выражением благодарности Мишелю Бессо. Начнем читать преамбулу с самого начала:
Альберт: «Мы пойдем другим путем».
Пейзаж на заднем плане не настоящий,
а фото-студийная декорация.
«Известно, что электродинамика Максвелла в современном ее виде приводит в применении к движущимся телам к асимметрии, которая несвойственна, по-видимому, самим явлениям. Вспомним, например, электродинамическое взаимодействие между магнитом и проводником с током. Наблюдаемое явление зависит здесь только от относительного движения проводника и магнита, в то время как, согласно обычному представлению, два случая, в которых движется либо одно, либо другое из этих тел, должны быть строго разграничены. В самом деле, если движется магнит, а проводник покоится, то вокруг магнита возникает электрическое поле, обладающее некоторым количеством энергии, которое в тех местах, где находятся части проводника, порождает ток. Если же магнит находится в покое, а движется проводник, то вокруг магнита не возникает никакого электрического поля; зато в проводнике возникает ЭДС, которой самой по себе не соответствует никакая энергия, но которая — при предполагаемой тождественности относительного движения в обоих интересующих нас случаях — вызывает электрические токи той же величины и того же направления, что и электрическое поле в первом случае» [4, т.1, с. 7].
Во многих школьных кабинетах физики имеется простейшая динамо-машина, состоящая из стационарно установленного магнита и подвижной катушки с измерительным прибором (рис. A). Когда учитель начинает вращать катушку, стрелка прибора отклоняется. После проведения этого опыта он говорит: «Детки, сейчас вы были свидетелями того, как механическая энергия движения моей руки преобразовалась в энергию электрического тока, которая отклонила стрелку прибора». Таким образом, выделенная курсивом фраза ошибочна: закон сохранения энергии здесь соблюдается.
( A ) 
( B ) 
Слева приведена схема элементарной динамо-машины, которая перерабатывает механическую энергию вращения рамки в переменный электрический ток, отклоняющий стрелку прибора. Справа — детали обычного асинхронного двигателя: статор, на котором видны катушки для получения вращающегося магнитного поля, и ротор, удерживаемый внутри статора с помощью двух фланцев, тоже показанных на рисунке. Эйнштейн начал свою первую статью по теории относительности 1905 года с ошибочного утверждения, которое касалось работы электрического генератора и двигателя. Он думал, что в объяснении работы этих двух электрических машин практического действия имеется некое противоречие, которое он собирался устранить с помощью теории относительности. Между тем никто и никогда не наблюдал здесь нарушения закона сохранения энергии или какого-либо иного противоречия — это с одной стороны. С другой — теория относительности вступает в свои права только при субсветовых скоростях. Спрашивается, к чему было на самом видном месте релятивистской статьи выставлять пример, касающийся малых скоростей?
Вспомним, как работает элементарный асинхронный двигатель (рис. B). На статорную обмотку двигателя подается переменное напряжение таким образом, чтобы возникало вращающееся магнитное поле. Ротор несет на себе короткозамкнутую обмотку, типа беличьего колеса. Переменный магнитный поток статора наводит в роторной обмотке ток, который, в свою очередь, взаимодействуя с магнитным полем статора, заставляет беличье колесо вместе с ротором поворачиваться. Так, электрическая энергия, подключенная к статорной обмотке, преобразуется в энергию вращающегося магнитного поля статора, а та, в свою очередь, трансформируется в механическую энергию вращения массивного ротора.
Эйнштейн на израильской банкноте
В этом, втором случае закон сохранения энергия так же, как и в первом, не нарушается. Никаких противоречий между этими двумя физическими процессами, т.е. работой двигателя и динамо-машины, не существует. Величина ЭДС индукции, наводимая в проводнике, пропорциональна скорости изменения магнитного потока; как при этом получается меняющийся магнитный поток — путем ли движения магнита или путем перемещения проводника — неважно: принцип относительности в обоих случаях здесь соблюдается. Как мог величайший физик мира написать, что при движении проводника в магнитном поле «возникает ЭДС, которой самой по себе не соответствует никакая энергия, но которая... вызывает электрические токи...»? Вы перемещаете проводник и затрачиваете на его движение механическую энергию, которая затем трансформируется в электрическую. Если бы сейчас какой-нибудь учащийся средней школы написал подобную несуразность во время сдачи экзамена по физике, то всякий уважающий себя учитель обязан был влепить ему жирный «неуд».
Но что самое удивительное, данный пример, касающийся перемещения магнита и проводника относительно друг друга, никакого отношения к теории относительности не имеет. Ведь релятивистская концепция затрагивает скорости, близкие к световым. Значит, если указанная автором «асимметрия» имела бы место, то она должна была бы охватывать классическую физику малых скоростей. Таким образом, после выхода статьи «К электродинамике движущихся тел» все преподаватели мира, начиная рассказ о принципах работы электрических машин, обязаны были воздать хвалу Эйнштейну, который открыл нам всем глаза на вопиющее противоречие. Но ничего подобного не происходит, так как любой образованный человек понимает, что все электромагнитные устройства работают в соответствии с законами Максвелла, которые подчинены строгой логике.
Интересно узнать, чем вызвана такая ошибка. Из биографии отца-основателя теории относительности хорошо известно, что когда он был мальчиком, то часто посещал электротехнические мастерские своего отца, Германа, и дяди, Якоба Эйнштейна. В юношеские годы он стал размышлять о принципах работы электрического двигателя и динамо-машины, производством которых были заняты близкие ему люди. В 1895 году Эйнштейн пишет «научное сочинение» под заголовком «К рассмотрению состояния эфира в магнитном поле». Переслав его своему дяде, Цезарю Коху (1854 – 1941), он оправдывается: «У меня совершенно не было материалов, позволявших глубже проникнуть в суть проблемы, что может создать впечатление о поверхностности подхода». Данная работа, по мнению самого автора, «довольно наивна и неполна, что естественно для молодого человека». В ней как раз рассматривались вопросы взаимодействия магнитного поля с проводником.
«Прежде всего, — писал юноша, — следует показать, что имеется пассивное сопротивление генерированию электрическим током магнитного поля; это сопротивление пропорционально длине проводника и не зависит от природы его вещества и площади поперечного сечения» [3, с. 129]. Несомненно, начало статьи 1905 года является продолжением раздумий на эту же тему. Пайс считает, что в этой работе 16-летний «молодой Эйнштейн самостоятельно открыл качественные характеристики самоиндукции». Известно, что Фарадей десять лет носил в кармане своего сюртука кусок магнита, который должен был постоянно напоминать о нерешенных им проблемах индукции.
Читатель дорогой, помни, настоящие открытия в физике давались тяжелейшим трудом; ученые годами и десятилетиями вынашивали свои идеи. Фарадей и Максвелл потратили жизнь на самостоятельное решение одной или двух трудных проблем, которые они перед собой ставили. В статье 1905 года затрагивается с десяток различных вопросов. В «Электродинамической части» некоторые из них еще доведены до своего логического конца, но «Кинематическая часть» — это имитация научного текста. Процитированный абзац преамбулы ясно демонстрирует нам непонимание Эйнштейном основ теории относительности.
А теперь почитайте, что пишет о статье «К электродинамике движущихся тел» сторонники релятивизма. «... В ней Эйнштейн устраняет непоследовательность в воззрениях тогдашней науки, объяснявшей два сходных по сути явления, исходя из разных принципов. Первым была работа электромотора, преобразующего электрический ток в движение, вторым — работа динамо-машины, преобразующей движение в электрический ток. Действие обоих приборов основано на перемещении относительно друг друга проводника и магнита, и когда Эйнштейн подвел под их работу общею теоретическую базу, он тем самым сделал подкоп под основы трехвекового здания ньютоновой механики» [6, с. 70].
Никакого «подкопа» под механику Ньютона, а лучше было бы сказать в данном случае под электродинамику Максвелла, Эйнштейн не сделал. Специальная теория относительности, как уже было сказано, не касается технических устройств и она не могла способствовать улучшению работы этих устройств. Очевидно, что Картер и Хайфилд, которых мы только что процитировали, не являются большими специалистами в области физики. Но вступительный абзац к работе 1905 года читали все крупнейшие физики мира — заметили они эту грубую ошибку? Видимо, кто-то заметил, а кто-то и нет. Голос того, кто заметил, не был донесен до общественности. Зато громко звучали голоса тех, кто принял Эйнштейне за гениального физика.
Не заметил ошибки, например, помощник и биограф Эйнштейна Бенеш Хофман. В изданной книге «Корни теории относительности» он пишет: «Эйнштейн начал свою статью с обсуждения того, как возбуждается индукционный ток в замкнутом проволочном витке с помощью магнита. Он отметил, что сила этого тока зависит от относительного движения витка и магнита, но не от их абсолютного движения в эфире. Однако же, продолжал Эйнштейн, теория Максвелла дает совершенно различные физические объяснения для механизма возникновения индукционного тока в случае, когда виток покоится в эфире, а магнит движется, и в случае, когда движется виток, а магнит остается неподвижным. Если движется магнит, то возникает вихревое электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает электрический ток в проводнике, если же движется виток, а магнит покоится, то никакого электрического поля не должно быть. Как отмечает далее Эйнштейн, эти различные объяснения одного и того же тока, возникающего при относительном движении витка и магнита, и "неудачные попытки обнаружить хоть какое-нибудь движение Земли относительно эфира" наводят на мысль, что такого понятия, как абсолютный покой, не существует. Поразительно, что Эйнштейн в этой статье даже не упомянул эксперимент Майкельсона — Морли, и это впоследствии привело к дискуссиям по поводу того, знал ли он вообще тогда об этом эксперименте» [8, с. 144].
То, что Эйнштейн «не упомянул эксперимент Майкельсона — Морли», нас уже не удивляет (в этой связи еще раз отсылаем нашего читателя к описанию Эксперимента Майкельсона – Морли). Здесь больше удивляет профессор Хофман, который, как оказалось, не знает, что движущийся в магнитном поле проводник несет внутри себя свободные заряды. Эти заряды обладают электрическим полем, которое и взаимодействует с внешним магнитным полем. Направление силы, действующей на заряды и, следовательно, на проводник в целом, называется силой Лоренца. Если есть сила, то несложно вычислить и совершенную ей работу. Как мы видели, Эйнштейн написал об энергетическом дисбалансе, которого в действительности не существует. Таким образом, проблема, которую он поднял, попросту высосана из пальца.
Однако давайте читать преамбулу дальше: «Примеры подобного рода [т.е. пример с электрическими машинами], как и неудавшиеся попытки обнаружить движение Земли относительно "светоносной среды" [здесь явно подразумевается эксперимент Майкельсона — Морли], ведут к предположению, что не только в механике, но и в электродинамике никакие свойства явлений не соответствуют понятию абсолютного покоя и даже, более того, — к предположению, что для всех координатных систем, для которых справедливы уравнения механики, справедливы те же самые электродинамические и оптические законы, как это уже доказано для величин первого порядка [в световых опытах "первого порядка" по v/c, т.е. доплер-эффекта и аберрации, принцип относительности не выполняется; но Лоренц в работе 1895 года рассматривал инвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований, где фигурировали величины первого (v/c) и второго (v/c) порядка; здесь имеется в виду подход Лоренца]. Это предположение (содержание которого в дальнейшем будет называться "принципом относительности" [термин впервые введен Пуанкаре]) мы намерены превратить в предпосылку [первый постулат] и сделать, кроме того, добавочное допущение, находящееся с первым лишь в кажущемся противоречии, а именно, что свет в пустоте всегда распространяется с определенной скоростью V, не зависящей от состояния движения излучающего тела [второй постулат здесь и в основном тексте статьи касается только источника, но не приемника]. Эти две предпосылки достаточны для того, чтобы, положив их в основу теории Максвелла для покоящихся тел, построить простую, свободную от противоречий электродинамику движущихся тел. Введение "светоносного эфира" окажется при этом излишним, поскольку в предполагаемой теории не вводится "абсолютно покоящееся пространство", наделенное особыми свойствами [это не совсем так; в статье введено именно абсолютно покоящееся пространство в виде координатной системы X, Y, Z, T, относительно которого измеряется скорость распространения света V; без этой абсолютной координатной системы скорость света теряет смысл, так как всякая скорость может быть определена только относительно какого-то материального объекта], а также ни одной точке пустого пространства, в котором протекают электромагнитные процессы, не приписывается какой-нибудь вектор скорости [эта часть предложения выглядит бессмысленной]» [4, т. 1, с. 7 – 8].
Отказ от эфира Эйнштейн отчетливо сформулировал в письме к Милеве Марич в августе 1899 года (этот важный пассаж [9, с. 33] был процитирован в начале данной статьи). Тогда, как мы помним, студенту Эйнштейну не понравились токи смещения, введенные Фарадеем и Максвеллом для эфирной среды: «электрические токи должны пониматься не только как "временные затухания электрической поляризации", но и как движение действительных электрических масс, физическое существование которых представляется доказанным». Что «представляется доказанным» — «движение действительных электрических масс»? Кем доказаны? И, вообще, о чём здесь говорится? «Временные затухания электрической поляризации», т.е. токи смещения, нельзя заменить непрерывным перемещением зарядов. Более того, именно они всегда были и остаются немыми свидетельствами того, что всё пространство вокруг нас заполнено эфирной средой, способной поляризоваться. Поэтому электродинамика не может «стать теорией перемещений в пустом пространстве движущихся электричеств и магнетизмов», о чём мечтал молодой Эйнштейн. Для этого пришлось бы переписать не только уравнения Максвелла, но и поменять всю физическую картину мира. Разве не ясно, что студент Эйнштейн просто плохо усвоил основы электродинамики. Эти пробелы в знаниях, собственно, и послужили для возникновения теории относительности в его версии.
Второй абзац преамбулы, если его оценивать в целом, четко выдает благие намерения автора. Читатель должен отдавать себе отчет в том, что ни один из вариантов теории относительности, включая эйнштейновский, не позволяет из двух сформулированных уже в преамбуле постулатов вывести все положения этой концепции. Релятивистов-утопистов отличает стремление к универсализму и всеобщности законов. Они мечтают развить такую теорию, которая бы исходила из одного глобального принципа или какой-нибудь общей и универсальной формулы. Это им никогда не удавалось и данный вариант релятивистской теории не является исключением.
Заканчивается преамбула третьим небольшим абзацем; вот он: «Развиваемая теория [электродинамика движущихся тел] основывается, как и всякая другая электродинамика, на кинематике твердого тела, так как суждения всякой теории касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами. Недостаточное понимание этого обстоятельства является корнем тех трудностей [очевидно, имеется в виду проблема двигатель — генератор (первый абзац) и проблема, связанная с опытом Майкельсона — Морли (второй абзац преамбулы)], преодолевать которые приходится теперь электродинамике движущихся тел».
В этих предложениях нет какого-то особого смысла. Единственное, на что обращено здесь внимание, это на координатные системы — «твердые тела», т.е. отрезки жестких стержней, и часы. Этими двумя инструментами релятивисты, как фокусники, научились ловко манипулировать и обманывать несчастных обывателей, уверяя, что от быстрого перемещения этих предметов может произойти реальное сокращение длины и удлинение времени.
Всякий здравомыслящий человек должен отчетливо понимать, что от числового значения скорости теоретические законы физики измениться не могут. Если они справедливы для звука, когда скорость равна примерно тремстам метрам в секунду, то они останутся точно такими же, когда вместо скорости звука подставят скорость света, равную тремстам тысячам километров в секунду. Далее, читатель должен отчетливо понимать, что от способа измерения отрезков длины и периодов времени сами эти отрезки и периоды реально измениться не могут.
Спросите нас: откуда вообще взялся этот странный взгляд, при котором физические величины и законы становятся зависимыми от процедуры измерения? И мы вам ответим: специальная теория относительности Эйнштейна — Марич возникла под впечатлением от чтения книг Маха и Пуанкаре, в которых излагался инструменталистский, операционалистский и конвенционалистский подходы (см. «Истоки релятивизма», в частности, разделы Эмпириокритицизм Маха и Авенариуса, Теория относительности Пуанкаре и пр.).
Карл Зелиг сообщил нам, будто Эйнштейн своему сокурснику Якобу Эрату «рассказал, как однажды утром хорошо выспавшись, он сел в кровати и вдруг понял, что два события, которые для одного наблюдателя происходят одновременно, могут быть неодновременными для другого» [10, с. 61]. Можем ли мы доверять этим словам? Вряд ли, скорее всего, новое определение времени, введенное через процедуру измерения с помощью луча света, Эйнштейн взял из книги Пуанкаре «Наука и гипотеза». Она вышла в 1902 году. Достоверно известно, что он читал ее вместе со своими друзьями из потешной «Академии», в домашних заседаниях которой всегда принимала участие и Милева Марич. В связи с этим Пайс написал: «Хочу подчеркнуть, что Эйнштейн с друзьями не просто листали работы Пуанкаре. Соловин составил нам подробный список книг, изучавшихся членами "Академии". Из всего списка он выделяет одну-единственную книгу — "Наука и гипотеза", причем говорит о ней так: эта "книга произвела на нас столь сильное впечатление, что в течение нескольких недель мы не могли прийти в себя"! » [3, с. 132].
Цюрихский психиатрический диспансер-санаторий,
в котором 4 августа 1948 года умерла Милева Марич.
Если к процедуре измерения привлекается распространяющийся с определенной скоростью луч света, то отрезок длины и период времени перемещающегося с другой скоростью объекта могут измениться — в этом нет ничего необычного, так как время, пройденный объектом путь и его скорость связаны друг с другом, — однако это вовсе не означает, что процедура измерения как-то могла повлиять на фактические величины. Мы могли вообще не измерять данные величины или измерять по другой методике — от этого законы физики не изменятся. Разумеется, формальная запись законов, куда входят пространственные координаты и время, не обязаны сохранять свой внешний вид. А это значит, что так называемый принцип инвариантности законов физики является безосновательным, во всяком случае, в той его части, которая связана с перемещением источника и приемника колебаний. Волны, испускаемые покоящимся источником света или звука в трехмерном пространстве, заполненным средой (в пустом пространстве колебания распространяться не могут), представляют собой систему концентрических сфер с общим центром. Если источник излучения начнет перемещаться, то указанные сферы получат смещение, а это, в свою очередь, означает, что изменится математическая форма волнового уравнения, описывающего динамику сферических волн.
«Академики»: Конрад Габихт, Морис Соловин и Альберт Эйнштейн.
Усвоив эти простые и ясные положения, читатель должен внимательно следить, где, на каком повороте рассуждений релятивист обманет его. Лучше, если он при чтении работы «К электродинамике движущихся тел» забудет о гениальности автора, о высочайших истинах, которые якобы изложены в статье, и сам, собственным умом постарается осмыслить содержание текста. Тогда он увидит сбивчивость рассуждений и абсолютную несостоятельность заявленных в преамбуле целей.
Перейдем к основному тексту статьи «К электродинамике движущихся тел». Сразу же предупредим: первый параграф, названный «Определение одновременности», никак не связан с преобразованиями Лоренца. Между вторым параграфом, который называется «Об относительности длин и промежутков времени», и третьим, озаглавленным «Теория преобразования координат и времени от покоящейся системы к системе, равномерно и прямолинейно движущейся относительно первой», нет никакой математической и логической связи. Они возникли независимым образом, как если бы были взяты из различных источников. Наиболее важный третий параграф с точки зрения математики написан абсолютно некорректно: результирующие выражения нельзя было вывести из исходных посылок. Другими словами, преобразования Лоренца были просто подогнаны под известные автору выражения. При следующем изложении этого же материала в 1907 году автор отказался от путаной математики 1905 года, и лоренцевы преобразования получил совершенно иначе.
Эйнштейн на своем рабочем месте в Бернском патентном бюро. Фото сделано в год выхода знаменитой статьи «К электродинамике движущихся тел».
Вся вторая сильно математизированная часть по электродинамике так или иначе пересекается в математическими выкладками, встречающимися в трудах Лармора, Лоренца, Пуанкаре и Минковского. Я предполагаю, что преамбула статьи, по всей вероятности, целиком была сочинена Эйнштейном, который не слишком отчетливо представлял идею «Электродинамической части» статьи, написанной, по-видимому, Милевой Марич, — иначе он не писал бы о двигателе и генераторе в таком духе. Очевидно также, что его жена придерживалась радикальных формалистских позиций, когда математический аспект теории превалирует над физическим. Скорее всего, она одобряла позицию мужа, отказавшегося от «светоносного эфира», не просчитав до конца все катастрофические последствия от такого шага. Разумеется, «теория аберрации и эффект Доплера» (седьмой пункт второй части статьи), а также абсолютная система координат (X, Y, Z), скорость света (V), фигурирующие в кинематической части, нуждаются в неподвижной эфирной среде. Кинематическая часть, как наиболее запутанная и темная, где видны следы разнородных наслоений, появилась, очевидно, в результате сумбурного обсуждения сразу нескольких «авторов» — Эйнштейна, Марич и Бессо, который в то время часто бывал у них дома, а также на раннем этапе, возможно, Габихта и Соловина.
