Эйнштейн и Пуанкаре: по следам теории относительности [Жан-Поль Оффре] (pdf) читать постранично, страница - 2

флорентийских холмов на своей вилле д’Аркетри.
«Какие же выводы можно сделать на основе наблюдений, столь трудно
выполнимых и результаты которых достаточно сомнительны?» — спрашивает Галилей, проявивший в данном случае удивительную сдержанность.1
Прошел почти целый век, прежде чем начатые Пьерони наблюдения возобновились. . . и привели к выводам, разительно отличавшимся от выводов
капитана–первооткрывателя.
На рождество 1725 г. частную обсерваторию астронома–любителя Самюэля Молине, расположенную неподалеку от Кью, посетил молодой доктор Джеймс Брэдли, профессор астрономии Оксфордского университета.
Наблюдая звезду γ Дракона, они обнаружили, что она расположена южнее, чем они предполагали. Решив поначалу, что произошла ошибка, они
начали регулярные наблюдения. После смерти Молине Брэдли подтвердил
этот странный результат — если звезда постоянно передвигается, то ее перемещение происходит в направлении. . . противоположном тому, которого
можно было бы ожидать, если бы речь шла о параллаксе!
Сообщив в Королевское общество о своем открытии2 , он предлагает объяснение тому, что назвал «новым перемещением неподвижных звезд»: кажущееся перемещение звезды по небу является не параллаксом, а аберрацией (от лат. aberrare — удаляться, отодвигаться), объясняющейся скоростью
распространения света.
Объяснение, предложенное Брэдли, кажется очень простым. Луч света,
исходящий от звезды, попадает в телескоп. Чтобы попасть в глаз наблюда4

телю, он должен еще пройти всю длину телескопа. За это мгновение, как
бы кратко оно ни было, Земля перемещается, а вместе с ней и наблюдатель
с телескопом. Чтобы компенсировать этот сдвиг, наблюдателю приходится
ориентировать телескоп в направлении, которое не совсем «правильно». И
таким образом он видит звезду не там, где она на самом деле находится.
Это и есть аберрация.
Если вам, читатель, трудно принять объяснение, которое мы только что
привели — как может свет на столь коротком расстоянии произвести такой
эффект? — успокойтесь, его действительно трудно принять, и лучшим математикам и физикам того времени пришлось приложить немало усилий,
чтобы разрешить эту проблему.

Модели Эйлера
Леонард Эйлер (1707–1783) сын протестантского священника, чей приход был расположен в Риене, недалеко от Базеля, подчиняясь воле отца,
изучал теологию и иврит в Базельском университете. Там Жан Бернулли,
ученик Лейбница, заметил его необыкновенные способности и начал давать
ему бесплатно один урок математики в неделю. Вскоре Никола и Даниель
Бернулли стали его друзьями.
Призванный в Санкт-Петербургскую Академию, он приехал туда. . . в
день смерти императрицы Екатерины I, вдовы Петра Великого. В 1739 г.,
будучи главой математического факультета, Эйлер узнал о работах Брэдли
по аберрации и немедленно попытался рассчитать этот эффект.
В те времена существовали два основных прямо противоположных взгляда на природу света. Одни ученые разделяли взгляды Христиана Гюйгенса
(1629–1695), предложенные столетием ранее: свет является колебанием, которое распространяется в упругой среде, называемой эфиром. Другие придерживались «баллистической» концепции Исаака Ньютона, в соответствии
с которой лучи света состоят из корпускул (которые Ньютон назвал rais),
распространяющихся с большой скоростью прямолинейно.
Для изучения проблемы аберрации Эйлер построил ее простейшую модель3 . Представим себе движущийся источник света и наблюдателя, находящегося в состоянии покоя. Источник испускает луч (rai ), которому сообщает скорость v, т.е. приводит его в движение. Луч распространяется в
сторону наблюдателя со скоростью, которая рассчитывается согласно известному правилу параллелограмма, сторонами которого являются «естественная» скорость c и скорость v, и, следовательно, луч достигает глаза
наблюдателя со скоростью и направлением, отличными от того, как если
бы источник находился в состоянии покоя. Угол между двумя векторами
скоростей и является аберрацией.4 Такая модель объясняет аберрацию наложением естественной скорости светового луча на скорость лучей, испускаемых самим источником. Этот результат привел Эйлера в восторг, ибо
показался ему «весьма естественным».
Тем не менее, он построил вторую модель, где наблюдатель движется
со скоростью v, а источник света остается неподвижным. Это «реалистическая» модель, которая соответствует положению наблюдателя, находящегося на Земле (т.е. в движении) и наблюдающего в телескоп «неподвижную»
звезду. Чтобы модель работала, Эйлер предполагает, что источник и наблюдатель составляют вместе систему, которая, по его замыслу, имеет ту
5

же скорость, но движется в противоположном направлении по отношении
к первой модели. Это «преобразование» приводит в движение источник, а
наблюдатель остается в состоянии покоя — точно так же, как это было в
первой модели. . . Но Эйлер замечает, что такое преобразование не