Martins GARDNERS: RELATIVITĀTES TEORIJA VISIEM

Uz kvadrātveida akmens plates (tā malas apmēram 1,5 m garas, biezums vairāk nekā 30 cm) uzstādīja apa­ratūru. Pati plate peldēja dzīvsudrabā. Tas novērsa vib­rācijas, plati varēja viegli pagriezt ap vertikālu centrālo asi, un tā noturējās horizontāli. Ar vienu spoguļu sis­tēmu gaismas staru virzīja turp un atpakaļ astoņas rei­zes, tādā veidā panākot gaismas stara ceļa maksimālo pagarinājumu. Vienlaicīgi otra spoguļu sistēma tāpat

virzīja gaismas staru astoņas reizes turp un atpakaļ, tikai virziena, kas bija perpendikulārs iepriekšējam.

Plati pagrieza tā, lai viens no stariem ietu turp un atpakaļ virziena, kas paralēls Zemes ētera vējam, bet otrs — tam perpendikulāri. Būtu jāsecina, ka pirmais stars visu savu ceļu noies ilgākā laikā nekā otrais. Sā­kuma gan liekas, ka pareizi būtu otrādi, bet labāk visu rūpīgi izspriedīsim. Vispirms apskatīsim pirmo gaismas staru, kas iet pa un pret ētera vēju. Ja vienā virzienā vējš gaismas ātrumu palielina, vai tad tieši par tikpat tas gaismas ātrumu otra virzienā nesamazina? Bet, ja tas ir ta, tad taču paātrinājums un palēninājums viens otru kompense, un laiks, kurā gaismas stars noiet visu ceļu, būtu taisni tads pats kā tad, ja nekāda ētera vēja ne- butu.

Lai gan tiešām gaismas ātruma palielinājums un sa- mazinajums abos virzienos ir pilnīgi vienāds, tomēr — un tas ir pats galvenais — ētera vējš samazina ātrumu ilgākā laika periodā. Precīzi aprēķini parāda, ka laiks, kurā pirmais stars noietu pilno ceļu pret vēju, ir lielāks par laiku, kura stars noietu to ceļu, ja vēja nebūtu. Bet, ka viegli var pārliecināties, vējš paildzina arī otrā stara, kas iet perpendikulāri pirmajam, laiku.

Tikai šis laika pagarinājums ir mazāks nekā pirmā stara gadījumā, un tāpēc, ja Zeme tiešām kustas mierā esošā ētera okeānā, tad jābūt ētera vējam, ko vaja­dzētu novērot ar Maikelsona — Morleja iekārtu. Abi zinātnieki tiešām ticēja, ka viņi ne tikai konstatēs šo ētera vēju, bet arī jebkurā momentā varēs noteikt pre­cīzu Zemes kustības virzienu ēterā (mainot plates stā­vokli, kamēr abu gaismas staru laiku starpība būs mak­simāla).

Jāatzīmē, ka Maikelsona — Morleja iekārtā patieso gaismas ātrumu katram no stariem tieši neizmērīja, jo abi stari pēc savu pilno ceļu noiešanas savienojās un ar nelielu teleskopu varēja novērot to interferenci. Tā kā plati lēnām grieza, tad jebkuru abu staru relatīvo ātrumu izmaiņa izsauktu interferences maiņu — tumšo un gaišo līniju pārbīdi. Bet tādas pārbīdes nebija! Tā­pēc Maikelsonu eksperiments atkal galīgi satrieca. Pār­steigti bija arī visi pārējie pasaules fiziķi. Lai arī kā Maikelsons un Morlejs pagrieza savu aparatūru, viņi nevarēja konstatēt ne mazākās ētera vēja pazīmes! Ne­kad agrāk zinātnes vēsturē neviens no eksperimentiem ar negatīvu rezultātu nebija vienlaicīgi tik sagraujošs un reizē arī tik sekmīgs, taču Maikelsons secināja, ka eksperiments atkal nav izdevies. Viņš pat nevarēja ie­domāties, ka šī neveiksme izvirzīs viņa eksperimentu par vienu no vissvarīgākajiem un revolucionārākiem zinātnes vēsturē.

Maikelsons un Morlejs uzlaboja savu iekārtu un vē­lāk vēlreiz atkārtoja savu eksperimentu. To mēģināja

arī citi iiziķi. Visprecīzākos eksperimentus izdarīja Čarlzs Taunss 1960. gadā Kolumbijas universitātē. Viņa iekārtā bija iemontēts māzera atomu pulkstenis, kurā izmanto molekulu svārstības. Šī aparatūra bija tik ju­tīga, ka ētera vēju varētu konstatēt pat tad, ja Zemes kustības ātrums būtu tikai viena tūkstošā daļa no pa­tiesā Zemes kustības ātruma. Taču pat šāda ētera vēja pēdas iekārta nevarēja konstatēt.

Maikelsona — Morleja eksperimenta negatīvais re­zultāts sākumā tā pārsteidza fiziķus, ka tie sāka izdomāt dažādus izskaidrojumus, lai tikai glābtu ētera vēja teo­riju. Protams, ja šāds eksperiments būtu veikts dažus gadsimtus ātrāk, tad, norādīja H. Vitrovs savā grāmatā «Visuma uzbūve un attīstība», katrs, izskaidrojot ekspe­rimentu, būtu devis tam vienkāršu atbildi: «Zeme ne­kustas! …» Bet laikā, kad eksperimentēja Maikelsons un Morlejs, neviens vairs tādu atbildi nedeva. Izskaid­rojumam vienkāršāk bija izmantot teoriju, kas bija ra­dusies jau pirms Maikelsona — Morleja eksperi­menta — Zeme ēteru rauj līdzi (tāpat kā gaisu slēgtā dzelzceļā vagonā). Sākumā tā domāja arī Maikelsons, bet tad citi eksperimenti parādīja šādas ētera līdzi rau­šanas neiespējamību.

Visneparastāko eksperimenta izskaidrojumu deva īru fiziķis Džordžs Ficdžeralds. Pēc viņa domām ētera vējš iedarbojas uz kustīgu ķermeni un to saspiež kustības virziena. Lai aprēķinātu kustošā ķermeņa garumu, jā­zina ta garums miera stāvoklī un jāpareizina tas ar šadu lielumu:

kur v — ķermeņa kustības ātrums, c — gaismas ātrums.

No formulas^ redzams, ka ķermeņa garuma samazinā­šanas ir neievērojama, ja ķermeņa kustības ātrums v ir mazs, bet ta kļūst ievērojami liela, ja ķermenis kustas ar ātrumu tuvu gaismas ātrumam. Tā, piemēram, kos­miskais kuģis, kas pēc formas atgādinātu garu cigāru, kustoties ar lielu ātrumu, izskatītos kā pavisam īss cigārs.

butu vienādā ar nulli.

Ķermeņa garumu pareizinot ar nulli, arī rezultātā mēs dabūtu nulli. Tātad, ja kāds ķermenis kustētos ar gais­mas ātrumu, tad kustības virzienā tam nebūtu nekāda garuma!

Ficdžeralda teoriju skaisti matemātiski izskaidroja holandiešu fiziķis Hendriks Lorencs. Viņš pie šiem se­cinājumiem nonāca pilnīgi patstāvīgi. Vēlāk Lorencs kļuva arī par vienu no tuvākiem Einšteina draugiem, taču tajā laikā viņi vēl nebija pazīstami. Jauno teoriju nosauca par Lorenča — Ficdžeralda (vai Ficdžeralda — Lorenča) kontrakcijas (saīsināšanās) teoriju.

Gaismas ātrums ir parejiem ķermeņiem nesasniedzama ātruma robeža. Ja ķermenis kustētos ar šādu ātrumu,

larl i 7toiVc m o

Jaunā teorija izskaidro Maikelsona — Morleja eks­perimenta neveiksmi. Ja kvadrātveidīgajai platei un līdz ar to arī visai aparatūrai nedaudz samazinās ga­rums ētera vēja virzienā, tad šajā virzienā gaismas sta­ram jāveic mazāks attālums. Mēs jau konstatējām, ka ētera vējš gaismas staru bremzētu, taču tā kā ceļa ga­rums ir saīsināts, gaismas stars varēs to noiet tādā pašā

laikā kā tad, kad nebūtu ne ētera vēja, ne ceļa saīsinā­šanās. Citiem vārdiem sakot, garumam ir jāsamazinās tieši tik daudz, lai gaismas ātrums būtu neatkarīgs no Maikelsona — Morleja iekārtas stāvokļa.

Bet tagad jūs varat jautāt, kāpēc vienkārši nevarētu izmērīt aparatūras garumu, lai noskaidrotu, vai tiešām tas samazinās Zemes kustības virzienā? Skaidrs, ka arī jūsu mērlineāla garums samazinātos tajā pašā attiecībā, un rezultāts būtu tāds pats kā tad, kad kontrakcijas ne­būtu. Uz kustīgās Zemes tātad visam samazinās garums, un iegūtais rezultāts analogs grāmatas sākumā aprak­stītajam Puankarē iedomātajam eksperimentam, kad pēkšņi Visumā viss kļūst tūkstoš reižu lielāks un to nekā nevar konstatēt. Kaut gan pēc Lorenča — Fic- džeralda kontrakcijas teorijas garuma izmaiņa notiek tikai vienā virzienā, tomēr zināmās robežās (robežas nosaka topoloģija -— mācība par īpašībām, kuras sagla­bājas, ķermeņus deformējot) forma ir tikpat relatīva kā izmēri. Gan pašas aparatūras, gan visa tā, kas atro­das uz Zemes, garuma izmaiņu varētu ievērot tikai tāds cilvēks, kas atrastos ārpus Zemes un nekustētos reizē ar to.

Daudzi rakstnieki zinātnieki, runājot par relativitātes teoriju, uzskatīja Lorenča — Ficdžeralda saīsināšanās hipotēzi par hipotēzi od hoc (latīņu izteiciens, kas no­zīmē «tikai dotajam gadījumam»), ko nevar pārbaudīt ne ar kādiem citiem eksperimentiem. Ādolfs Grīnbaums domāja, ka tas nav visai pareizi. Šī hipotēze bija ad hoc tikai tāpēc, ka tajā laikā vēl nebija iespējas to pār­baudīt. Vispār šī hipotēze nav ad hoc. To 1932. gadā pārliecinoši pierādīja Kenedijs un Torndaiks.