Филипп Ленард

О принципе относительности, эфире и тяготении
(Критика теории относительности)
Общая часть

Новое о принципе относительности

Наше разграничение между "принципом тяготения", относящимся лишь к движениям, происходящим под действием силы тяготения, пропорциональной массе, благодаря чему он не противоречит требованиям здравого рассудка, и Эйнштейновским "обобщенным принципом относительности", который должен быть распространен на все движения, но не может справиться с указанными ранее трудностями, — это разграничение должно быть сохранено в силе, так как против него не было приведено никаких возражений.

Для того, чтобы его опровергнуть, пришлось бы показать, что ограничение обобщенного принципа относительности действием одних только пропорциональных массам сил тяготения должно повлечь за собой недействительность выводов г. Эйнштейна о перемещении перигелия и отклонениях световых лучей. До сих пор это не сделано. Напротив, насколько можно заключить, как раз эти выводы и относятся только к действиям тяготения. См. также приведенные в приложении указания на то, что даже и принцип тяготения не представляется совершенно удовлетворительным без оговорок.

За последнее время его значение надо считать еще более укрепившимся. Те, уже указанные нами выводы из принципа, которые подлежат проверке на опыте и на которых сейчас особенно сосредоточено внимание, касаются только тяготения. Таким образом, если они окажутся верными, этим будет подтвержден только принцип тяготения, а не обобщенный принцип относительности, вопреки существующему, видимо, общему представлению.

Но более того, если подробно разобрать новейшие данные опыта, и если мы хотим при этом избежать поверхностных обывательских суждений, которые не соответствуют нашему предмету, то придется признать, что даже принцип тяготения не нашел пока своего безусловного подтверждения на опыте, так как проверка сделанных из него выводов сопряжена с особыми трудностями.

Один из этих выводов, доступный проверке на опыте, касается искривления световых лучей вблизи больших центров тяготения, каковым является Солнце. Бесспорно, было бы чрезвычайно важно знать, действительно ли имеет место это указываемое г. Эйнштейном искривление. Возможность проверить это была дана последним солнечным затмением, и с полным основанием ее постарались использовать, насколько известно, в полной мере, какую только дозволяли обстоятельства.

Но нельзя при этом забывать, что еще вопрос, было ли наблюдаемое искривление лучей: действительно вызвано царящим на солнечной поверхности нолем тяготения, а не следствием каких-либо побочных обстоятельств; не было ли здесь, например, неизбежного искривления лучей в, несомненно, существующей солнечной атмосфере. Поскольку этот вопрос не был исследован и разрешен более исчерпывающе, чем о том до нас дошли сведения, придется ждать дальнейших возможностей. Удовлетворительное исследование провести не просто, потому что дело идет о незначительных, лежащих на границе того, что можно еще измерять, перемещениях местоположения звезд вблизи Солнца. Для сбора новых данных приходится ограничиваться случаями редкими и непродолжительными полными солнечными затмениями.

Равным образом, и в другом случае, дающем возможность проверки принципа тяготения, а именно в случае движения Меркурия, мы наталкиваемся на все ту же огромную трудность устранения побочных обстоятельств.

Замечательно, что то же самое имеет место и в третьем из всех до сих пор представлявшихся случаев возможностей проверить принцип тяготения. Имеется в виду смещение спектральных линий больших небесных тел. Здесь также большой помехой для непосредственных выводов являются посторонние процессы (на этот раз Доплеровский эффект влияния давления и кажущееся влияние соседних спектральных линий).

Вспомним обширные исследования г. Зеелигера *), показавшего, что наблюдаемое перемещение перигелия этой планеты, соответствующее уравнению Гербера, должно иметь место также и при недействительности Эйнштейновского принципа, если только в окрестности Солнца распределены определенные массы, о наличии или отсутствии которых пока что трудно судить. Но, если даже имеется хотя только значительная часть этих 3еелигеровских масс, — а это отнюдь не представляется а priori невероятным, в виду достаточно ничтожного значения их вблизи столь большого центрального тела, как Солнце, действительно увлекающего за собой многие массы, непрерывно вновь и вновь открываемые, — то и тогда принцип тяготения окажется неверен, а еще менее верен будет обобщенный принцип относительности. Именно одновременное влияние и масс и принципа относительности должно было бы дать в результате другое, большее перемещение перигелия Меркурия, чем наблюдаемое в действительности. Это придает особый интерес стоящей пред астрономами задаче все более тщательного исследования окружающих Солнце масс. Если удастся установить отсутствие сколько-нибудь заслуживающей внимания части Зеелигеровских масс, то это будет аргументом в защиту правильности принципа тяготения; если же, напротив, будет доказано существование этих масс, то должно будет признать принцип ложным или пересмотреть его в какой-либо его части.

"Доказан" этим принцип все-таки не был. Мы только потому считаем нужным здесь это отметить, что среди непосвященной публики распространено заблуждение, будто основные естественнонаучные познания, как принципы, законы природы, — могут быть "доказаны" единичными их подтверждениями. Речь может скорее идти всего лишь о всё более растущей их достоверности и надежности, поскольку при их постоянном, проверенном на опыте применении, они остаются не опровергнутыми. Это следует из того, что правильные выводы могут быть получены также на основе ложных принципов, и именно таких, которые наряду с ложными содержат в себе и правильные элементы (ср. также пример в примеч. 11 на с. 21). Доказана может быть только неправильность принципа, и для этого достаточно хотя бы одного только бесспорно установленного его несогласования с опытом.

В самом деле, одно время принимали зодиакальный свет за последствие, а, следовательно, и за доказательство присутствия внутри орбиты Меркурия масс, вроде Зеелигеровских. Но, по-видимому, происхождение этого света все еще недостаточно выяснено, чтобы на его основе можно было смело строить какие-либо выводы.

Принцип тяготения исходит из пропорциональности тяготения массе. Поэтому, если считать, что эта пропорциональность уже достаточно подтверждена опытом, то тем самым будет твердо установлено, что и принцип тяготения, представляющий часть обобщенного принципа относительности, равно как и вытекающие из него выводы, также обладают достаточной достоверностью.

Пропорциональность силы тяготения массе доказывается опытом с маятником Галилея, Ньютона, Весселя, третьим законом Кеплера и новейшими исследованиями тяготения. Сравниваемые при этом друг с другом элементы весьма разнородны. Особенный, слишком еще малоисследованный случай мы имеем в опытах с гелием и водородом. Оба эти элемента представляют крайний случай различного строения атомов. При поглощении катодных лучей, они дают наибольшее отклонение от пропорциональности массам. Исследовать пропорциональность их тяжести массе лучше всего можно было бы при помощи возможно более совершенных измерений скорости распространения звука: вычисленные на основании этих измерений плотности обоих газов должны были бы оказаться пропорциональными их определенному на весах удельному весу. Осуществление этих опытов будет доступно тем исследователям, которым правительства уделят необходимую часть земных сокровищ, в том числе и потребные количества названного благородного газа.

Тогда и искривления лучей близ Солнца можно было бы ожидать без всякого участия солнечной атмосферы, а также считалось бы установленным отсутствие 3еелигеровских масс вокруг Солнца, предполагая, конечно, что математические построения г. Эйнштейна свободны от ошибок. Заслугой г. Эйнштейна было бы при этом то, что он открыл и проследил зависимость указанных фактов, исходя из закона пропорциональности тяготения массе. Но что касается общего, на все движения и все роды сил распространяющегося принципа относительности с его противоречащими здравому рассудку требованиями, то он все же во всем этом не играет никакой роли, как это следует из уже выясненного различия между ним и принципом тяготения. Если же его и любят связывать с приведенными научными открытиями и достижениями, то до тех пор, пока не опровергнута допустимость такого отграничения его от принципа тяготения, это остается просто делом вкуса. Но нельзя не согласиться, что вкус к логическим трудностям, не вызываемым природой вещей, надо признать противоестественным.

Совсем иное было бы дело, — и впоследствии, может быть, так и будет, — если бы действительно были обнаружены факты, представляющие бесспорное и ясное доказательство не только в пользу принципа тяготения, но и в защиту обобщенного принципа относительности. Иначе говоря, если были бы установлены явления, свидетельствующие о действительном существовании процессов, характерных для особого круга представлений обобщенного принципа относительности и не укладывающихся в рамки иного образа мышления. К таким процессам должны были бы быть отнесены принимаемые г. Эйнштейном поля тяготения без центров тяготения, о которых мы говорили раньше, и которые были бы причиной сил инерции, наблюдаемых при неравномерном движении, происходящем под влиянием непропорциональных массе сил. Пока вопрос о таких полях тяготения остается нерешенным в той мере, как это имеет место до сих пор, все попытки отыскать непреложные признаки существования этих полей представляются в высшей степени ценными.

Тут может повториться случай, совершенно аналогичный случаю с уравнениями Максвелла в электродинамике. В этих уравнениях уже заключалось принятие электрических силовых полей без наэлектризованных центров, подобных замыкающимся в самих себе электрическим силовым линиям. Такие поля до того времени никогда не были наблюдаемы. Они должны были бы проявиться в электрических волнах, существование которых тогда столь же находилось под вопросом, как в настоящее время существование эйнштейновских полей тяготения с действием, тожественным действию силы инерции.

Тогда, конечно, говорили, что теория Максвелла "сразу же" стала достоверной, подобно тому, как сейчас некоторые говорят то же самое о принципе относительности. На самом же деле "сразу же" было установлено только то, что прежние электродинамические теории с их представлениями о непосредственном действии на расстоянии, строго говоря (т.е., если иметь в виду их значение для всех случаев), не соответствовали действительности, и что поэтому такое представление о непосредственно действующих на расстоянии силах не могло служить основой правильного объяснения природы. Мы знаем теперь, что и максвеллевская теория имеет свои пределы, хотя это, разумеется, не требует изменения общей картины нашего понимания природы, так как то, что максвеллевская теория привнесла для его основ, — а именно представление о действии на расстоянии чрез посредствующую среду, — осталось непоколебленным.

Следует оговориться, что наше сравнение нисколько не отвергает возможности существования волн тяготения, несомненно, исходящих от движущихся центров тяготения, если тяготение обладает конечной скоростью распространения. Но для таких волн всегда должны быть указаны центры тяготения, служащие их источником.

Как известно, эти электрические волны были перенесены Герцем из мира возможностей в мир действительности. Своим исследованием Герц превратил "максвеллевскую теорию" из новой и интересной, но вовсе не обязательной гипотезы в изображение действительности, казавшееся тогда единственно применимым и превосходящим все предшествовавшие ему построения. Следует выждать, не найдет ли "теория относительности" своего Герца, в какой бы форме в частности ни проявилось его вмешательство. Выжидательная позиция в данном случае тем более законна, что здесь выдвигаются требования гораздо более коренной ломки нашего понимания всего совершающегося в природе, чем это имело место при замене максвелловской теорией прежних теорий действия на расстоянии. Если Эйнштейновские поля тяготения, имитирующие силу инерции, представляют нечто большее, чем просто вспомогательные построения для сохранения его обобщенного принципа относительности, то это должно обнаружиться на опыте. И тогда в самом деде нынешний здравый рассудок естествоиспытателя нуждался бы в видоизменении, чтобы называться действительно естественным и здравым, т. е. согласным с природой и разумом.

Я уже указывал, что ответ его вообще представляется далеко не полным. В нем слишком мало, а то и вовсе не затронуты следующие главные пункты: недозволенный логический эксперимент (примеч. 10, стр. 20) и ограничение обобщенного принципа относительности случаями силы тяготения, пропорциональной массе. О логическом эксперименте ср. также примеч. 8а (с. 18). Что касается ограничения принципа, то молчаливо, косвенным образом, — а, следовательно, быть может, бессознательно, — оно принимается. В самом деле, поскольку в ответе затронута область применения принципа, в нем говорится только о тяготении. Но мало пользы оттого, что ограничение принципа проводится, пока речь идет о возможной его проверке на опыте, если все-таки всеобщая его применимость распространяется без ограничений и выставляется как нечто всё ниспровергающее (ср. также примеч. 8 а).

Здесь будет уместно указать, почему я не считаю правильным ответ г. Эйнштейна на мое возражение против его обобщенного принципа относительности с точки зрения здравого смысла.

Г. Эйнштейн ссылается на "здравый смысл" машиниста, который мог бы опровергнуть также и первоначальный, простой, распространяющийся только на равномерное движение принцип относительности, указавши, что ему приходится топить и смазывать свой локомотив, а не все то, что находится вокруг железнодорожного пути, и потому, несомненно, что первый, а не последнее находится в состоянии движения. Отсюда, поскольку мы считаем первоначальный принцип относительности правильным, должно следовать, что на деле простой "здравый смысл" оказался источником заблуждения.

Ошибка в том, что этот "здравый смысл" предполагаемого машиниста в действительности не может быть принят за таковой, так как он не видит общеизвестных вещей, чего не могло бы случиться со здравомыслящим и сведущим человеком. Он не замечает того простого факта, что топить и смазывать локомотив было бы необходимо также и в том случае, если бы в движении находилась вся местность вместе с рельсами, а локомотив оставался бы неподвижен в пространстве. Ведь колеса локомотива, во всяком случае, были бы прижаты к рельсам силою тяжести. Для того, чтобы относительное движение, — совершенно независимо от вопроса об абсолютном движении, — не сменилось состояние покоя, колеса должны были бы вертеться, преодолевая силу трения, а для этого надо было бы пустить машину в ход, подтапливая ее и смазывая. Напротив, тот здравый смысл, который, как мы видели, противится обобщенному принципу относительности, не упускает из виду никаких известных фактов. Поэтому, не будучи поколеблен возражениями г. Эйнштейна, он останется правым до тех пор, пока не будут открыты новые факты такого рода, что заставят здравый рассудок, если он хочет остаться таковым по-прежнему, изменить круг своих представлений.

---

*) Н. Seeliger, "Das Zodiakallicht und die empirisehen Gliederin der Bewegung d. inneren Planeten", Sitz.-Ber. d. Munch. Akad d. Wissensch. Bd. 56, S. 595,1906. Ср. также E. F r e n d 1 i с h. Astron. Nachr. Bd. 201, S. 49, 1915 и Н. See 1 igcr, там же, стр. 273.