Martins GARDNERS: RELATIVITĀTES TEORIJA VISIEM

Amerikāņu fiziķi Rojs Kenedijs un E. Torndaiks at­kārtoja Maikelsona — Morleja eksperimentu. Viņi abiem gaismas stariem lika noiet nevis vienādus, bet dažādus ceļa garumus. Lai varētu noteikt laiku starpību, kādā abi gaismas stari noiet šos ceļa gabalus, iekārtu pagrieza. Saskaņā ar Lorenča — Ficdžeralda teoriju laiku starpībai tad vajadzēja izmainīties, un to, tāpat kā Maikelsona — Morleja eksperimentā, varētu novērot interferences ainā. Taču šādas izmaiņas nenovēroja.

Kontrakcijas teoriju varētu visvienkāršāk pārbaudīt, ja izmērītu ātrumu diviem gaismas stariem, kas kustas dažādos virzienos — viens Zemes kustības virzienā, bet otrs pretējā. Skaidrs, ka garuma saīsināšanās ļautu konstatēt arī ētera vēju, ja tāds eksistētu. Tomēr teh­nisko grūtību dēļ šo eksperimentu nevarēja realizēt, kamēr nebija atklāts Mesbauera efekts (par to aprak­stīts 8. nod.). 1962. gada februārī Londonā, Karaliskās biedrības sēdē Kopenhāgenas universitātes profesors Kristjans Melers paziņoja, ka šādu eksperimentu var veikt, ja izmanto Mesbauera efektu. Šim nolūkam elek­tromagnētisko svārstību avots un uztvērējs jāuzstāda uz rotējoša galda pretējiem galiem. Melers norādīja, ka tāds eksperiments varētu pierādīt, ka iepriekš izvirzītā kontrakcijas teorija ir nepareiza. Ļoti iespējams, ka jau

tagad — pec šas gramatas iespiešanas — ir izdarīts tads eksperiments.

Protams, toreiz šādus eksperimentus nevareja veikt, tomēr jau Lorencs uzskatīja, ka principā tas ir iespe- jams un tiem būtu negatīvi rezultāti, līdzīgi ka ieguva Maikelsons. Viņš iet pat tālāk. Lai šo rezultātu izskaid­rotu, Lorencs kontrakcijas teorijā izdarīja svarīgu pa­pildinājumu — ievēroja laika izmaiņu. Viņš rakstīja, ka ētera vēja dēļ ari pulksteņi sāktu iet lenak, pie kam gaismas ātrums 300 000 km/s nemainītos.

Lai to saprastu, apskatīsim konkrētu piemēru. Pie­ņemsim, ka mūsu rīcībā ir pietiekami precīzs pulkstenis, ar kura palīdzību varētu mērīt gaismas ātrumu. Laidī­sim gaismas staru Zemes kustības virzienā no punkta A uz punktu B. Ņemsim punktā A divus sinhronus pulk­steņus, pēc tam vienu no tiem pārnesīsim uz punktu B. Fiksēsim laika momentu, kad gaismas stars atstāj pun­ktu A, un tad ar otru pulksteni punktā B konstatēsim stara ierašanos. Ja gaismas stars virzītos pretī etera vē­jam, tā ātrums nedaudz samazinātos un līdz ar to ari laiks, kurā gaisma noiet attālumu AB, pieaugtu, salī­dzinot ar gadījumu, ja Zeme nekustētos. Bet vai jūs ju­tāt šī sprieduma kļūdu? Taču arī pulkstenis, to pārnesot no punkta A uz B, kustas pretī ētera vējam, un tapec, nonākot punktā B, tā gaita kļūst lēnāka un šis pulkste­nis atpaliek no pulksteņa punktā A. Šādā domu ekspe­rimenta rezultātā iegūtais gaismas ātrums neizmainī­tos — būtu 300 000 km/s.

Lorencs apgalvo, ka tas pats butu arī tad, ja gaismas staru laistu pretējā virzienā (no punkta B uz A). Tad punktā B mēs sinhronizētu divus pulksteņus un vienu no tiem pārnestu uz punktu A. Tā kā tagad gaismas stars ietu no punkta B uz A, tas ir, pa vēju, tad tā āt­rumam būtu jāpieaug, bet pārgājiena laikam savukart jāsaīsinās (salīdzinot ar gadījumu, ja Zeme nekustētos). Taču arī pulksteņa, kuru pārnes no punkta B uz A, gaita paātrināsies un tas punktā B rādīs vairāk. Tā re­zultātā izmērītais gaismas ātrums atkal būtu 300 000 km/s.

Lorenča jaunā teorija ne tikai izskaidroja Maikel­sona — Morleja eksperimenta negatīvo rezultātu, bet ari pierādīja, ka eksperimentāla ceļā nav iespējams no-

teikt etera vēja ietekmi uz gaismas ātrumu. Garuma un laika izmaiņas notiek vienmēr tā, ka ar jebkuru metodi mērot gaismas ātrumu jebkurā atskaites sistēmā iegū­tais rezultāts būs viens un tas pats. Skaidrs, ka fiziķus šada teorija neiepriecināja, jo pēc visas savas būtības ta bija ad hoc teorija. Veltas bija arī viņu pūles aizlā­pīt caurumus etera teorijā. Nevarēja iedomāties, kā varētu aizstāvēt vai noraidīt ētera teoriju. Fiziķi nespeja ticēt tam, ka daba, radot ētera vēju, tajā pat laika ierīkojusi visu tā, lai to nekā nevarētu noteikt. To ilustrē angļu filozofs matemātiķis Bertrands Rasels ar Balta Bruņinieka dziesmiņu no Lūisa Kerola grāma­tas «Alise Brīnumu zemē»:

Pašreiz gribētos man krāsot

Vaigu bārdu zaļā krāsā,

Rokās vēdekli ņemt lielu,

Lai neviens to neredzētu.*

Jaunā Lorenča teorija par vienlaicīgu garuma un laika maiņu likās tikpat absurda kā Baltā Bruņinieka nodoms, taču neko labāku fiziķi nevarēja izgudrot.

Un tomēr. .. Nākošā nodaļā mēs redzēsim, kā Einšteins ar savu speciālo relativitātes teoriju parādīja drosmīgu, lielisku izeju no šī strupceļa.

* Atdzejojis H. Gāliņš.

1905. gadā Šveices patentu birojā kā eksperts strā­dāja Alberts Einšteins. Viņš bija 26 gadus vecs, precē­jies cilvēks, kad publicēja savu slaveno teoriju, kuru vēlāk nosauca par speciālo relativitātes teoriju. Studē­jot fiziku Cīrihes politehniskā institūtā, Einšteins īpaši neizcēlās. Viņš daudz lasīja, domāja un sapņoja, bet tomēr nemēģināja piebāzt savu galvu ar dažādiem mazsvarīgiem faktiem tikai tāpēc, lai iegūtu augstas atzīmes. Vairākas reizes viņš mēģināja kļūt par fizikas pasniedzēju, bet tomēr bija spiests ikreiz šo darbu at­stāt, jo viņam trūka pedagoga dotību.

Bet šim stāstījumam ir arī otra puse. Būdams vēl mazs zēns, Einšteins mēģināja izprast dabas pamatliku­mus. Vēlāk viņš atceras savas bērnības divus lielākos brīnumus: kompasu, kuru tēvs viņam parādīja, kad vi­ņam bija 5 gadi, un Eiklīda ģeometrijas grāmatu, kuru viņš izlasīja 12 gadu vecumā. Šie divi brīnumi it kā simbolizē Einšteina darbu: kompass — fizikālo ģeomet­riju, ārpus mums eksistējošās milzīgās pasaules struk­tūru, kuru mēs nekad absolūti precīzi nevarēsim izzi­nāt; grāmata simbolizē tīro ģeometriju — struktūru, kas ir absolūti noteikta, bet pilnīgi neatspoguļo īsto pa­sauli. Galvenokārt pašmācības ceļā jau sešpadsmit gadu vecumā Einšteins apguva pamatzināšanas matemātikā,

ieskaitot analītisko ģeometriju, diferenciālrēķinus un integrālrēķinus.

Strādājot Šveices patentu birojā, Einšteins lasīja un domāja par visām tām sarežģītajām problēmām, kuras saistījās ar gaismu un kustību. Viņa speciālā relativitā­tes teorija bija lielisks mēģinājums izskaidrot rindu ne­izprotamu eksperimentu, no kuriem pazīstamākais un sa- triecošākais bija Maikelsona — Morleja eksperiments. Bija arī daudz citu eksperimentu, kurus nevarēja iz­skaidrot ar elektromagnētisko parādību teoriju. Ja arī Maikelsona — Morleja eksperiments nekad nebūtu izda­rīts, speciālā relativitātes teorija tomēr būtu radīta. Vē­lāk arī pats Einšteins bija teicis, ka tieši šim eksperi­mentam nebija sevišķi liela loma viņa teorētisko sprie­dumu veidošanā. Protams, ja Maikelsons un Morlejs savā eksperimentā būtu atklājuši ētera vēju, tad spe­ciālās relativitātes teorijas nebūtu. Taču šī eksperi­menta negatīvais rezultāts bija tikai viens no daudza-

jiem faktiem, kas palīdzēja Einšteinam radīt relativitā­tes teoriju.

Jau redzējām, kā ētera vēja teoriju mēģināja glābt Lorencs un Ficdžeralds, iedomājoties, ka ētera vēja spiediens kādā nesaprotamā veidā izsauc kustošu ķer­meņu īstu fizisko saīsināšanos. Sekojot Ernsta Maha do­mai, Einšteins izvirzīja vēl drošāku priekšlikumu. «Kā­pēc Maikelsons un Morlejs nevarēja novērot ētera vēju?» jautāja Einšteins un pats arī atbildēja. «Ētera vēja nav!» Ievērojiet — Einšteins nesacīja, ka nav paša ētera! Varbūt ēters arī eksistē, bet tam nav nozīmes, ja apskata vienmērīgu kustību. Arī pēdējos gados daudzi ievērojami fiziķi iesaka atjaunot terminu ēters, gan, protams, ne iepriekšējā nozīmē — kā nekustīgu atskai­tes sistēmu.