Акт IV. Результат Майкелъсона и Эйнштейн

Результат знаменитого эксперимента Майкельсона привел физиков в замешательство. Если вы убегаете от мчащегося на вас тела, то ожидаете, что оно ударит вас позже, чем в том случае, когда вы стоите неподвижно. Если вы бежите к нему, то оно столкнется с вами раньше. Именно эту идею использовал Майкельсон, измеряя скорость света. Он сравнивал время прохождения света по двум трубкам в случае, когда трубки пересекаются под прямым углом и когда одна из них расположена по направлению движения Земли, а другая перпендикулярна этому направлению. Поскольку первая трубка движется вместе с Землей в продольном направлении, распространяющийся по ней свет должен достичь удаляющегося конца трубки позже, чем свет в другой трубке достигнет ее конца. В действительности схема была более сложной. В вершине угла, образованного трубками, располагалось обычное зеркало; зеркала были установлены и на концах трубок. В обеих трубках лучи из общего источника, отражаясь от зеркал, пробегали в обоих направлениях. Разница во времени измерялась с помощью интерференционного эффекта в месте расположения общего зеркала. (Читателю может показаться, что при движении лучей света в противоположных направлениях разница во времени, связанная с движением Земли, будет уничтожаться. Как показывает математический анализ, это не так.) Эта разница не могла ускользнуть от наблюдения, поскольку интерференционные измерения были достаточно тонкими, чтобы обнаружить установленную в ходе математического анализа величину.

Но не было найдено никакого различия. Эксперимент был повторен, и отрицательный результат четко подтвердился.

Результат эксперимента Майкельсона никак не согласовывался с фундаментальными физическими представлениями. Фактически он противоречил всем разумным ожиданиям. Для Эйнштейна результат Майкельсона не был каким-то отдельным фактом. Он занял свое место среди других развитых к тому времени представлений. Поэтому, когда Эйнштейн прочел об этих решающих экспериментах, проведенных физиками, и о самом точном из них, осуществленном Майкельсоном, эти результаты, хотя они и были очень важными и убедительными, его не удивили. Они не нарушали, а скорее подтверждали его представления. Но суть дела еще не была до конца ясна. Как же все-таки получается такой результат? Эта проблема стала для Эйнштейна навязчивой идеей, хотя он и не видел пути к ее позитивному решению. Акт V. Решение Лоренца

Эта проблема волновала не только Эйнштейна, но и многих других физиков. Знаменитый голландский физик Лоренц развил теорию, в которой математически объяснил, что произошло в эксперименте Майкельсона. Для того чтобы объяснить этот факт, Лоренцу, как и Фицджеральду, казалось необходимым ввести дополнительную гипотезу: он предположил, что вся использовавшаяся в опыте установка подвергается небольшому сокращению в направлении движения Земли. Согласно этой теории, длина трубки, расположенной вдоль земной поверхности, изменилась, в то время как в другой трубке претерпела изменение только толщина, а длина осталась неизменной. Следовало допустить, что происходит сокращение, величина которого должна была компенсировать влияние движения Земли на распространение света. Это была весьма остроумная гипотеза.

Теперь существовали позитивная формула, математически описывающая результат Майкельсона, и дополнительная гипотеза, гипотеза сокращения. Затруднение было «ликвидировано». Но для Эйнштейна ситуация оставалась не менее напряженной, чем прежде; он чувствовал, что дополнительная гипотеза была гипотезой ad hoc, она не затрагивала существа дела.