Раздел III. Элементы современной физики 123

по существу, определены радиолокационными методами. При таком подходе длина становится второстепенным, а время — самым основным понятием, причем скорость све­та с необходимостью оказывается равной единице.

Чем вызвано такое особое отношение к свету и его ско­рости как к эталону для измерения времени и пространства? Это связано с тем, что свет есть, как уже сказано, электро­магнитная волна, или волна электромагнитного поля, яв­ляющегося формой материи. Световой волне для распрост­ранения не требуется специальной материальной среды — "эфира" (как морским волнам нужна вода, звуку — воздух, вода или твердое тело). Свет, его электромагнитная волна — сама эта материальная среду, которая с постоянной ско­ростью с (раиной около 3GOOOQ км/с) распространяется в пустоте, вакууме. Причем скорость света не зависит от дви­жения источника света или наблюдателя. Это утверждение обычно называют принципом относительности. Оно впер­вые было отчетливо сформулировано Эйнштейном в 1905 г. Более ранние формулировки были даны Гендриком Ан­тоном Лоренцам (1853—1928) и Жюлем Анри Пуанкаре (1854-1912).

Постоянство скорости света, позволяющее считать ее эталоном, установлено в 1881 г. в опыте, поставленном Аль­бертом Абрагамом Маикельсопом (1852—1931) при участии Эдварда У. Марли (1838—1923). Идея эксперимента была весьма проста. Земля движется по орбите вокруг Солнца со скоростью v около 30 км/с. Если бы мировое пространство действительно заполняло эфир, Земля продвигалась бы в "эфирном море" подобно самолету в воздухе. Световой луч, направленный вдоль движения Земли, должен был бы ис­пытывать своего рода "встречный ветер". По отношению к Земле этот луч распространялся бы со скоростью c-v, а в про­тивоположном направлении луч двигался бы со скоростью c+v. Поскольку различия во времени распространения дол­жны были быть крайне малы, Майкельсон в 1887 г. в Клив­ленде с величайшей тщательностью провел новый экспери­мент. Очень точное сравнение указанных скоростей (с помо-

124 Концепции современного естествознания

щью интерференционных методов) показало, что скорость света не зависит от взаимного движения источника света и наблюдателя, т. е. эфира не существует.

Принцип постоянства скорости света наряду с принци­пом, что во всех движущихся с постоянной скоростью (рав­номерно) и прямолинейно друг относительно друга (инер-циальных) системах справедливы одинаковые законы при­роды, легли в основу специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна, опубликованную в 1905 г. в статье "К электродинамике движущихся тел". Постоянство скорости света и одинаковость законов природы порождают удиви­тельные следствия (противоречащие, на первый взгляд, здравому смыслу) и симметрии в описании этих законов.

Помимо относительности расположения, движения и покоя наблюдателей различных инерциальных систем из двух указанных принципов (постулатов) следует относительность одновременности событий, времени (длительности) про­цессов, размеров объектов и их масс. Более того, правило сложения скоростей, порождаемое СТО, приводит к пре­дельности (максимальности) скорости света для объектов, движущихся с досветовыми скоростями.

Симметрия математического описания физических яв­лений и процессов при точной словесной интерпретации звучит так: если частица движется со скоростью, меньшей (большей) с в одной инерциальной системе отсчета, то тог­да она движется со скоростью, меньшей (большей) с во всех инерциальных системах отсчета. (Относительная скорость инерциальных систем отсчета по определению меньше или равна с.) Таким образом, скорость света является барьером в двух смыслах. В соответствии с симметрией релятивист­ского выражения для сложения скоростей скорость с — вер­хний (нижний) предел для частицы, движущейся со суб­световой (сверхсветовой) скоростью. Некоторые физики высказывали предположение о фантастических свойствах "тахионов" (это наименование гипотетических частиц, дви­жущихся со сверхсветовой скоростью, было предложено Джеральдом Фейнбергом (род. 1933). Тахионы могут появ-

Раздел!!!. Элементы современной физики 125

ляться в нашем уютном субсветовом мире лишь в том слу­чае, когда они образуются парами (симметрия!), поэтому физика тахионов относится к квантовой теории поля. Кван­товая теория свободных тахионов уже получила некоторое развитие, ко теоретическое описание взаимодействий с уча­стием тахионов пока еще остается открытой проблемой.

Читатель мог уже заметить, что соображения симметрии играют большую роль в жизни и, естественно, в ее описа­нии, тем более в совершенном математическом описании, которым пользуется теоретическая физика. История создания математического описания симметрии, ее видов связана с высшими разделами алгебры, одним из которых является те­ория групп. Важнейший результат в теоретической физике связан с именем выдающейся женщины-математика Амали Эмми Нетер (Noether) (1882-1935).