Что такое теория относительности. 3-е, дополненное издание

Если сжечь в закрытой топке тонну угля, то после охлаждения продукты горения будут иметь массу, лишь на одну трехтысячную долю грамма меньшую, чем уголь и кислород, из которых они образовались. Эту недостающую массу унесло выделившееся при горении угля тепло.

Однако современная физика знает и такие явления, в которых изменение массы тел играет заметную роль. Это явления, происходящие при столкновении атомных ядер, когда из одних ядер образуются другие. Так, например, при столкновении ядра атома лития с ядром атома водорода, в результате чего образуются два атома гелия, масса изменяется уже на 1/400 своей величины.

Мы уже говорили, что для увеличения массы тела на один грамм ему следует сообщить энергию в 25 миллионов киловатт-часов. Отсюда вытекает, что при превращении одного грамма смеси лития и водорода в гелий энергии выделяется в 400 раз меньше: 25 000 000 / 400 = 60 000 киловатт-часов!

Ответим теперь на такой вопрос: какое вещество из встречающихся в природе самое дорогое (если считать на вес)?

Принято считать, что это радий, один грамм которого, как указывается в иностранной литературе, еще недавно стоил примерно 25 000 рублей.

Определим, однако, стоимость… света.

В электрических лампочках всего лишь 1/20 часть энергии получается в форме видимого света. Поэтому грамм света соответствует количеству работы, в 20 раз большему, чем 25 миллионов киловатт-часов, то есть 500 миллионам киловатт-часов. Это составит, считая даже всего по десятой части копейки за киловатт-час, 500 000 рублей. Таким образом, грамм света в двадцать раз дороже грамма радия.

ИТОГИ

Итак, строгие и убедительные опыты заставляют нас признать правильность теории относительности, раскрывающей удивительные свойства окружающего мира, — свойства, которые ускользают от нас при первоначальном, точнее — при поверхностном изучении.

Мы увидели, какие глубокие, коренные изменения вносит теория относительности в основные понятия и представления, созданные человечеством в течение веков на основе опыта повседневной жизни.

Не означает ли это полного краха привычных представлений?

Не означает ли это, что вся физика, созданная до появления принципа относительности, зачеркивается и выбрасывается, как старая галоша, сослужившая в свое время службу, но теперь уже никому больше не нужная?

Если бы дело обстояло так, то заниматься научным исследованием было бы бесполезно. Никогда нельзя было бы быть уверенным, что в будущем не появится новое учение, целиком опрокидывающее старое.

Представим себе, однако, пассажира, который при поездке не в поезде Эйнштейна, а в обычном, хотя бы курьерском, вздумал бы ввести поправку на теорию относительности, опасаясь, что иначе его часы отстанут от станционных. Такого пассажира мы бы подняли на смех. В самом деле, ведь уже не говоря о том, что поправка составляет микроскопически малую долю секунды, влияние на самые лучшие часы хотя бы одной только тряски поезда во много раз больше.

Инженер-химик, сомневающийся в том, остается ли постоянной масса воды при нагревании, явно находится не в своем уме. Но зато физик, наблюдающий столкновение атомных ядер и не учитывающий изменения массы при ядерных превращениях, должен быть изгнан из лаборатории за невежество.

Конструкторы проектируют и будут проектировать свои двигатели, пользуясь законами старой физики, потому что поправки на теорию относительности имеют гораздо меньше влияния на их машины, чем микроб, севший, скажем, на маховик. Физик же, наблюдающий за быстрыми электронами, обязан учесть изменение массы электронов со скоростью.

Таким образом, теория относительности не опровергает, а лишь углубляет созданные старой наукой понятия и представления и определяет границы, в пределах которых эти старые понятия могут применяться без того, чтобы приводить к неверным результатам. Все законы природы, открытые физиками до рождения теории относительности, не отменяются, а лишь ясно очерчиваются границы их применимости.

Соотношение между физикой, учитывающей теорию относительности, именуемой иначе релятивистской, и старой физикой, которую называют классической, примерно такое же, как между высшей геодезией, учитывающей шарообразность Земли, и низшей геодезией, пренебрегающей этой шарообразностью. Высшая геодезия должна исходить из относительности понятия вертикали, релятивистская физика должна учитывать относительность размеров тела и промежутков времени между двумя событиями — в противоположность классической физике, для которой этой относительности не существует.

Подобно тому как высшая геодезия является развитием низшей, релятивистская физика явилась развитием и расширением физики классической.

Мы можем совершить переход от формул сферической геометрии — геометрии на поверхности шара к формулам планиметрии — геометрии на плоскости, если будем считать, что радиус Земли бесконечно велик. Земля окажется тогда уже не шаром, а бесконечной плоскостью, вертикаль получит абсолютное значение, сумма углов в треугольнике окажется в точности равной двум прямым.