Явления всеобщего притяжения масс были теоретически разработаны и выяснены раньше всех других вопросов физики. Законы тяжести и движений небесных тел Ньютон свел к простому закону движения материальной точки и к закону взаимодействия двух тяготеющих материальных точек. Эти законы оказались в точном согласии с действительностью, так что с точки зрения опыта нет никаких серьезных оснований сомневаться в их строгой применимости. И если тем не менее теперь вряд ли найдется физик, который верил бы в точность этих законов, то это объясняется глубоким влиянием того развития, которое за последние десятилетия получили наши знания об электромагнитных процессах.
Электромагнитные явления тоже были сведены к элементарным законам, которые строились по точному образцу Ньютонова закона тяготения, и согласно которым электрические массы, магнитные массы и элементы тока взаимодействуют на расстоянии и распространение этого действия через пространство не требует времени. Теория Максвелла заменила непосредственное действие на расстоянии действием от точки к точке, а двадцать пять лет тому назад Герц показал своими гениальными опытами относительно распространения электрической силы, что на самом деле распространение электрических действий требует времени. Это содействовало победе теории Максвелла и доказало несостоятельность теории действия на расстоянии в области электродинамики. Но этим же, естественно, была поколеблена вера в Ньютонову теорию тяготения на расстоянии, и постепенно создалось убеждение, что Ньютонов закон тяготения не охватывает явлений тяготения во всей их совокупности, подобно тому как электростатический и магнитостатический закон Кулона не охватывает совокупности электромагнитных процессов. Правда, до сих пор для вычисления движений небесных тел можно было довольствоваться законом Ньютона, но это объясняется тем, что скорости и ускорения небесных движений малы сравнительно с электромагнитными. В самом деле, представим себе, что движения небесных тел определяются электрическими силами, происходящими от электрическнх зарядов на этих телах, и что скорости и ускорения этих небесных тел суть того же порядка величины, как и в движениях известных нам небесных тел. Нетрудно доказать, что при таких условиях мы на этих движениях не могли бы обнаружить законов Максвелла; напротив, эти движения можно было бы с большой точностью описать, исходя из закона Кулона.
Хотя таким образом и была поколеблена вера во всеобъемлющее значение Ньютонова закона о действии на расстоянии, но все же вначале не было прямых и побудительных оснований к расширению теории Ньютона. Но в настоящее время такое прямое основание возникло для тех, кто стоит на почве теории относительности. Согласно этой последней, в природе не существует средства, которое позволяло бы нам посылать сигналы со скоростью, превышающей скорость света. Но если бы закон Ньютона обладал строгой силой, то мы могли бы при помощи тягогения передавать сигналы моментально в отдаленный пункт, так как движение тяготеющей массы в одном месте должно было бы вызвать одновременные изменения в другом месте.
Нордстрём (Nördström) расширил поэтому теорию тяготения и математически разработал ее, и в этом виде она не противоречит теории относительности. Референт разобрал математические основы расширенной старой теории тяготения и показал, что они свободны от всякой неясности и удовлетворяют всем требованиям, которые могут быть предъявлены теории тяготения при современных опытных данных. Имеется только один неудовлетворительный пункт: согласно этой теории инерция тела находится под влиянием других тел, но не порождена ими, так как сопротивление инерции, оказываемое материальной точкой изменению ее скорости, согласно теории, становится тем большим, чем более удалены от нее остальные тела.
Эйнштейн попытался поэтому сам расширить теорию относительности. Свой опыт он иллюстрирует образом, который вместе с тем должен показать, в какой мере установление теории относительности оправдывается эмпирически.
Когда человек находится в вагоне с завешанным окном, причем вагон движется прямолинейно и равномерно, то он не в состоянии определить, в каком направлении и с какой скоростью движется вагон; он не может даже, если исключить неизбежные сотрясения вагона, решить, движется ли вагон или нет. Говоря абстрактно, по отношению к системе (вагон), движущейся равномерно относительно некоторой начальной системы координат (поверхность Земли), законы явлений таковы же, как относительно начальной системы (поверхность Земли). Это предложение мы называем принципом относительности равномерного движения. Иначе, конечно, обстоит дело, если вагон движется неравномерно. Когда вагон меняет свою скорость, то пассажир получает толчок, который дает ему почувствовать ускорение вагона. Отвлеченно говоря: не существует принципа относительности неравномерного движения. Такое заключение было бы, однако, не вполне безупречно, так как не обязательно ведь, чтобы сидящий в вагоне непременно приписывал испытываемый им толчок ускорению вагона. Что такое заключение преждевременно, можно понять из следующего примера: два физика и , пробудившись от наркотического сна, замечают, что они со всеми своими инструментами находятся в закрытом ящике с непрозрачными стенками. Они совершенно не знают, где расположен ящик, движется ли он и каково его движение. Они видят, что тела, которые они выпускают в середине ящика, все падают по одному и тому же направлению, — скажем, вниз — и с одинаковым ускорением. Какое заключение могут из этого сделать физики? Физик заключает, что ящик находится в покое на некотором небесном теле, и что направление «вниз» есть направление к центру небесного тела, если оно шарообразно. Другой же физик полагает, что ящик, может быть, движется равномерно ускоренно «вверх» под действием приложенной к нему внешней силы, и что небесного тела вблизи может и не быть. Существует ли критерий, по которому физики могли бы решить, кто из них прав? Мы не знаем такого критерия, и есть основание полагать, что такого критерия не существует. Но если наши воображаемые физики действительно не могут решить принципиально, какая из двух точек зрения верна, то и ускорение, подобно скорости, не имеет абсолютного физического значения. Об одной и той же системе координат можно с одинаковым правом сказать, что она обладает ускорением или не обладает; но в зависимости от выбранной точки зрения придется принять существование гравитационного поля, которое вместе с предполагаемым состоянием ускорения системы определяет движение свободно движущихся тел относительно системы координат. То обстоятельство, что в системе координат, которая с нашей точки зрения не имеет ускорения, тела при наличии поля тяжести ведут себя точно так же, как если бы система имела ускорение, принуждает нас попытаться распространить принцип относительности на случай координатных систем, обладающих ускорением.
Вместе с Гроссманом (Grossman) референт обобщил теорию относительности в указанном направлении и в связи с этим дал расширенную теорию тяготения Ньютона и подробно изложил ее математические основы. По этой теории скопление масс в окрестности покоящейся материальной точки влечет за собой увеличение ее инерции. Этот результат представляет высокий теоретический интерес; в самом деле, если инерция тела может увеличиться от скопления масс в его окрестности, то мы вынуждены принять, что инерция точки зависит от существования остальных масс. Оказывается, таким образом, что инерция обусловливается некоторым взаимодействием материальной точки, которой сообщают ускорение, со всеми другими материальными точками. Этот результат представляется весьма удовлетворительным, если принять во внимание следующее: понятие о движении или ускорении тела, взятого само по себе, лишено смысла; можно лишь говорить о движении или ускорении тела относительно других тел. То же самое должно относиться и к сопротивлению инерции, которое тело оказывает ускорению; можно ожидать a priori, — хотя логически это и не представляется необходимым, — что сопротивление инерции есть не что иное, как сопротивление ускорению рассматриваемого тела относительно совокупности всех прочих.
Очерченное здесь расширение теории относительности приводит, правда, к весьма сложным уравнениям; но они выводятся из основ посредством поразительно малого числа гипотез, и имеют, по-видимому, преимущество пред теорией Нордстрёма, удовлетворяя воззрению об относительности инерции. Однако, при современном состоянии опытной науки нельзя, конечно, сказать, какая из двух теорий лучше согласуется с природой. Этот вопрос решат фотографические снимки звезд, появляющихся около солнца во время солнечных затмений. Нужно надеяться, что солнечное затмение в 1914 году принесет с собою важное для нас решение.
Примечания
править- ↑ Краткое содержание доклада, читанного на Съезде естествоиспытателей в Вене, составленное автором.