Материальность полей

О том, что звук распространяется со сравнительно небольшой скоростью, догадались очень давно. Наблюдая орудийную стрельбу, если вы находитесь на некотором расстоянии от орудия, вы сначала видите вспышку света, а затем, через некоторое время, до вас доносится звук выстрела. Уже это явление позволяет довольно точно определить скорость распространения звука. Она составляет около 330 метров в секунду.   

Значительно сложнее было определить скорость света. Ведь она равна, как теперь известно, гигантской величине — 300 000 километров в секунду. Вокруг земного шара луч света облетел бы чуть больше, чем за 0,1 секунды. Долгое время не умели измерять столь большие скорости.   

Впервые это удалось сделать с помощью наблюдений затмений спутников Юпитера. Эти крохотные планетки уже исчезали за диском планеты, но астрономы ещё видели их свет, — он успевал дойти до Земли. Они уже появлялись из-за края планеты, но астрономы их видеть не могли: луч света от них ещё не достиг объектива телескопа. По этим запаздываниям и определили впервые скорость распространения света.   

В настоящее время скорость распространения света измеряют с очень большой точностью в земных условиях — в лабораториях учёных — с помощью вращающихся зеркал.   

В физике очень часто употребляется понятие “поле” — область действия какой-либо силы или явления. Но поле — не просто область пространства, где действует данная сила, — оно характеризует также величину и направление действия этой силы в любой точке поля. Могут быть, например, электрические, магнитные поля, поля тяготения и т. д.

Мы знаем, что свет, представляющий собой электромагнитные колебания, распространяется со скоростью 300 000 километров в секунду.   

А как поле тяготения? С какой скоростью распространяется оно? Со скоростью звука — 330 метров в секунду — или со скоростью света — 300 000 километров в секунду, — или же с какой-либо другой скоростью?   

Раньше считали, что тела, притягиваясь друг к другу, непосредственно влияют друг на друга без участия промежуточной среды. Между тем, базируясь на материалистических позициях, нельзя представить себе такого взаимодействия “через ничто”. Данные сегодняшней науки подтвердили, что передача всякого физического процесса может происходить только непосредственно от одной точки к другой, соседней, от одного места к другому, соседнему, то есть неизбежно существует взаимная последовательность причин и следствий как во времени, так и в пространстве. Пуля пробьёт яблочко мишени после того, как она покинет ствол винтовки. Звук выстрела слышен после того, как сделан выстрел, и т. д. Из последовательности распространения следует вывод, что и сила тяготения, поле тяготения не распространяется мгновенно, а имеет конечную конкретную скорость распространения.   

Нужна была новая теория, которая бы учла эти положения. Основы такого нового понимания заложил в 1905—1915 годах в своей специальной и общей теории относительности, опираясь на геометрию Лобачевского и Римана, гениальный учёный Альберт Эйнштейн.   

Одним из основных выводов специальной теории относительности, определяющей взаимосвязь пространства и времени, является соотношение между массой и энергией. Движущееся тело, гласит теория относительности, имеет запас кинетической энергии, и масса такого тела больше, чем масса того же тела, находящегося в покое.   

Чем больше энергии содержит данное тело, тем больше его масса. Стакан нагретого чая имеет большую массу, чем стакан холодного чая.   

Из установленного Эйнштейном соотношения между массой и энергией следует, что килограмму массы тела соответствует колоссальная энергия: 9,18·10   ¹⁵килограммометров.

Но что такое масса тела? Определяя величину массы тела, можно исходить из механического понятия: масса — это мера инерции тела. Следовательно, масса тела может быть выражена величиной силы и ускорения, которое данная сила может придать массе, воздействуя на неё. В физике массу, измеренную таким способом, называют инертной массой.   

Но можно величину массы определить и из ньютоновской формулы всемирного тяготения. Эту массу тел, которые могут быть неподвижны относительно друг друга, называют гравитационной, или тяжёлой массой. Физическая природа инертной и гравитационной масс различна. Но количественное значение инертной и гравитационной масс всегда для любого конкретного тела оказывалось одинаковым.   

Но мы только что говорили, что величина инертной массы изменяется от скорости движения. Значит, и гравитационная масса, рассудил Эйнштейн, тоже должна изменяться с изменением скорости. А отсюда он сделал вывод, что инерция и притяжение — явления одного порядка; всемирное тяготение — явление, аналогичное инерции; инерция — другая форма проявления тяготения.   

Когда-то Максвелл, основываясь на равенстве скорости распространения электромагнитных волн и скорости света, высказал предположение, что свет также является одним из видов электромагнитных волн. Это предположение в значительной мере способствовало движению науки вперёд. Столь же значительным было отождествление Эйнштейном инерции и тяготения на основе равенства инертной и гравитационной масс. Оно позволило ему в 1915 году создать общую теорию относительности — современную теорию всемирного тяготения, значительно более точно и глубоко раскрывающую строение Вселенной, чем классическая теория Ньютона.