Martins GARDNERS: RELATIVITĀTES TEORIJA VISIEM

Līdz pat 19. gs. fiziķi uzskatīja, ka Visumu pilda kāda īpaša nemanāma un nekustīga vide, ko nosauca par ēteru. Tā kā šo ēteru uzskatīja par vidi, kurā izplatās

Lai to saprastu, apskatīsim gaismas dabu. Īstenībā gaisma ir vesela elektromagnētiska starojuma spektra (kura sastāvā ietilpst arī radioviļņi, ultraīsviļņi, infra­sarkanie, ultravioletie un y stari) tikai neliela redzamā daļa. Šajā grāmatā mēs nosacīti ar vārdu gaisma apzī­mēsim jebkuru elektromagnētisko izstarojumu, jo šis vārdiņš ir daudz īsāks nekā elektromagnētiskais izstaro- jums. Gaisma ir viļņējāda kustība, bet tā laika fiziķiem likās absurds domāt par šādu kustību, vienlaicīgi nedo­mājot par materiālo ēteru, kas ir tikpat kā domāt par viļņiem ūdenī un tajā pašā laikā nedomāt par pašu ūdeni.

Ja ar revolveri izšausim lodi no kustībā esošas reak­tīvās lidmašīnas tās kustības virzienā un no tā paša revolvera uz Zemes, tad dabiski, ka pirmajā gadījumā lodes kustības ātrums attiecībā pret Zemi būs lielāks. Šo ātrumu iegūsim, ja saskaitīsim lodes un lidmašīnas kustības ātrumus. Turpretim gaismas stara kustības āt­rums nav atkarīgs no tā, vai gaismas avots kustas vai ir miera stāvoklī. Šo faktu pārliecinoši pierādīja ekspe­rimenti pagājušā gadsimta beigās un šī gadsimta sā­kumā, kā arī vēlāk. Pēdējo pierādījumu 1955. gadā ieguva padomju astronomi, novērojot gaismu, kuru iz­staro rotējošas Saules diska pretējās malas. Lai gan vienā un tajā pašā laikā abas Saules malas ar lielu lineāro ātrumu kustas pretējos virzienos, uz Zemes gaismas stari no Saules abām malām pienāca ar vienu un to pašu ātrumu. Tajā pašā laikā veica līdzīgus ekspe­rimentus — novēroja gaismas starus no rotējošām du- bultzvaigznēm. Gaismas ātrums vakuumā bija vienmēr viens un tas pats — nedaudz mazāks par 300 000 km/s neatkarīgi no tā, kā kustējās gaismas avots.

Tagad kļūst skaidrs, kādā veidā zinātnieks, kuru tā­lāk sauksim vienkārši par novērotāju, var noteikt savu absolūto ātrumu. Ja gaismas stars, kura ātrums c nav atkarīgs no gaismas avota kustības ātruma, kustas mierā stāvošā, nemainīgā ēterā, tad gaismas ātrums ēterā ļauj mums noteikt novērotāja absolūto kustību. Ja novērotājs kustēsies tādā pašā virzienā kā gaismas

stars, tad viņam būtu jākonstatē, ka attiecībā pret viņu gaismas stara ātrums ir mazāks par c, bet, ja novērotājs kustēsies pretim gaismas staram, tad viņš konstatētu, ka gaismas stara ātrums ir lielāks par c. Tātad atkarībā no tā, kā kustas novērotājs attiecībā pret gaismas staru, gaismas stara ātruma mērījumiem ir jāizmainās. Šī iz­maiņa parādītu novērotāja patieso, absolūto kustību ēterā.

Apskatot ķermeņa kustību šādā ēterā, fiziķi ļoti bieži lieto jedzienu ētera vējš. Kā piemēru atkal apskatīsim braucošu vilcienu. Ja cilvēks pārvietojas vagonā ar āt­rumu 3 km/h, tad, kā jau apskatījām, tā kustības ātrums attiecība pret vilcienu ir pastāvīgs un nav atkarīgs no ta, vai cilvēks iet uz priekšu vai atpakaļ. Viss teiktais

—

mmmmmmutmmm

attiecas arī uz skaņas viļņiem slēgtā vagonā. Arī skaņa izplatās viļņu veidā un, piemēram, gaisā svārstības pār­iet no molekulas uz molekulu. Tā kā šajā piemērā gaiss ir vagonā, tad skaņa attiecībā pret vagonu visos vir­zienos izplatīsies ar vienādu ātrumu.

Viss izmainīsies, ja mēs no slēgtā vagona pāriesim uz vaļēju platformu, jo tur gaiss vairs nav izolēts kā vagona iekšpusē. Ja vilciens kustas ar ātrumu 60 km/h, tad uz platformas pretēji vilciena kustības virzienam pūš vējš, kura ātrums arī būs 60 km/h. Tādēļ arī ska­ņas ātrums vilciena kustības virzienā būs mazāks nekā tad, ja tas būtu miera stāvoklī, bet pretējā virzienā — lielāks.

19. gadsimta fiziķi bija pārliecināti, ka hipotētiskais ēters ir analogs gaisam uz kustīgas platformas. Vai tad varētu būt citādi? Ja jau ēters ir nekustīgs, tad jebku­ram šādā ēterā kustošam ķermenim jāsajūt ētera vējš, kas pūstu kustībai pretējā virzienā. Gaisma ir viļņējāda kustība nekustīgā ēterā. Tātad, ja gribētu noteikt tās ātrumu, novērotājam atrodoties uz kāda kustīga ķer­meņa, tad taču ētera vējš šādu mērījumu izmainītu.

Zeme, griežoties pa orbītu ap Sauli, kustas ar ātrumu apmēram 30 km/s. Pēc fiziķu domām, šādai Zemes kus­tībai būtu jārada ētera vējš, kas pūstu Zemes kustībai pretējā virzienā cauri tās starpatomu telpai ar ātrumu 30 km/s. Tagad varētu noteikt Zemes absolūto kustību (tās kustību pret nekustīgo ēteru), ja izmērītu ātrumu, ar kādu gaismas stars noietu zināmu attālumu turp un atpakaļ uz Zemes virsmas. Ētera vēja dēļ gaismas āt­rums vienā virzienā būtu lielāks nekā otrā, un, šos gais­mas izplatīšanas ātrumus dažādos virzienos salīdzinot, varētu dotā momentā noteikt Zemes kustības absolūto virzienu un ātrumu. 1875. gadā, 4 gadus pirms piedzima Einšteins, ievērojamais skotu fiziķis Džeimss Maksvels pirmais izteica priekšlikumu veikt šādu eksperimentu.*

Šo eksperimentu 1881. gadā izdarīja jaunais Savie­noto Valstu Jūras kara flotes virsnieks Alberts Maikel-

* Maksvels šo priekšlikumu apraksta savā publikācijā «Ēters», kura bija iespiesta Britānijas Enciklopēdijas devītajā izdevumā.

sons. Viņš piedzima Vācijā, bet viņa vecāki bija poļi. Kad Maikelsonam bija divi gadi, ģimene pārcēlās dzī­vot uz Ameriku. Pēc Jūras kara akadēmijas beigšanas Annapolisā un pēc divu gadu dienesta Maikelsons šajā paša akadēmijā sāk pasniegt fiziku un ķīmiju. Saņēmis garaku atvaļinājumu, viņš brauc uz Eiropu mācīties, un Berlīnes universitātē slavenā vācu zinātnieka Hermaņa Helmholca laboratorijā Maikelsons pirmo reizi mēģina konstatēt ētera vēju. Sev par lielu izbrīnu viņš neat- klaja gaismas ātruma izmaiņu nevienā virzienā, kādā turp un atpakaļ tika laists gaismas stars. Tas bija gluži tapat, it ka zivs, peldot jūrā dažādos virzienos, nema­nītu ūdens kustību attiecībā pret savu ķermeni, vai pi­lots, kurš lidotu pilnīgi vaļējā kabīnē un nejustu vēju, kas pustu viņam sejā.

Ievērojamais austriešu fiziķis Ernsts Mahs (7. nodaļā par viņu vel runāsim atsevišķi) jau agrāk rakstīja kri­tiskas piezīmes par absolūto kustību ēterā. Izlasījis Mai­kelsona publikāciju, viņš tūlīt secināja, ka doma par ēteru jaatmet. Tomēr lielākā daļa fiziķu to neuzdrošinā­jās, jo Maikelsona eksperimentā iekārta bija vēl ne­precīza, un varēja domāt, ka, lietojot jutīgāku apara­tūru, tomēr vajadzīgo rezultātu varēs iegūt. Tā domāja arī pats Maikelsons. Savā eksperimentā viņš kļūdas ne- vareja atrast, tāpēc to atkārtoja, uzlabojot mērīšanas precizitāti.

Maikelsons atsacījās no Jūras kara dienesta un kļuva par profesoru Keisas lietišķo zinātņu skolā (taga­dēja Keisas universitātē Klīvlendā Ohaio štatā). Tu- vakaja universitātē ķīmiju mācīja Edvards Morlejs, kurš velak kļuva par labu Maikelsona draugu. Bernards

Jaffe savā grāmatā «Maikelsons un gaismas ātrums» tā apraksta abus draugus: «Arēji šie divi zinātnieki bija pilnīgi kontrasti.. . Maikelsons bija skaists, vienmēr labi ģērbies un nevainojami skuvies, turpretim Morlejs ģērbās nevērīgi un bija tipisks aizmāršīga profesora piemērs . .. Viņš atļāva matiem tik tālu ataugt, ka tie sacirtojās jau uz pleciem, bet nekārtīgās, rudās bārdas sari auga viņam līdz pat ausīm.»

Morleja laboratorijas pagrabā 1887. gadā abi zināt­nieki uzstādīja otru, precīzāku eksperimentu, lai va­rētu atklāt nenotveramo ētera vēju. Šis tā saucamais Maikelsona — Morleja eksperiments kļuva par vienu no lielākajiem pagrieziena punktiem mūsdienu fizikā.