[skroznik]

Относительность и свет или русский вклад в теорию относительности

В.А. Петров - Начальник теоротдела ИФВЭ

В 2015 году исполнилось 140 лет со дня рождения Владимира Сергеевича Игнатовского. Ни в одном из средств массовой информации, включая научно-популярные и научные, об этом не было сказано ни слова. «А кто это такой?» - спросите вы. Я думаю, вам стоит об этом узнать.



Но начнем вроде бы совсем с другого. «Как хорошо известно», теория относительности создана гением одного человека – Альберта Эйнштейна. На самом деле теория относительности создавалась постепенно на протяжении нескольких десятков лет, и начало было положено Джеймсом Максвеллом, обратившим внимание на потенциальную возможность определить скорость абсолютного движения Земли посредством специфических электромагнитных (по большей части – оптических) явлений. Уже в 1872 году французский исследователь Элевтер Маскар пришел к выводу, что оптические явления ни в какой мере не могут быть средством к обнаружению абсолютного движения и, более того, нам даны лишь относительные движения.

Из этого заключения логически следует, что одно из важнейших оптических явлений – свет, характеризуемый своей скоростью, не зависит от поступательного движения источника.

После Маскара экспериментальные поиски абсолютного движения предпринимались различными исследователями, наиболее известными из которых являются Майкельсон и Морли, и все – с отрицательным результатом. К 80-м годам 19 века «великий отшельник» Оливер Хевисайд открыл на базе уравнений Максвелла, что поле движущегося заряда сплющивается в направлении его движения. Это послужило толчком для гениальной мысли рыжего ирландца Джорджа Фицджеральда: если тела держатся посредством межмолекулярных сил, имеющих электромагнитную природу, то их размеры должны сокращаться в направлении движения. Насколько сильно это сокращение? Фицджеральд: ровно настолько, чтобы объяснить отрицательный результат опытов типа опыта Майкельсона-Морли. Позже к такому же заключению пришел - в процессе поисков примирения электродинамики с эфиром - знаменитый создатель «электронной теории» Хендрик Лоренц.

К 1904 году все основные элементы того, что составляет концептуальное содержание теории относительности были известны, и итогом был доклад Анри Пуанкаре на конференции в Сент-Луисе, где им был сформулирован во всей общности принцип относительности, утверждающий, что «законы физических явлений должны быть одинаковыми для неподвижного наблюдателя и для наблюдателя, совершающего равномерное поступательное движение». Формальные основы теории были изложены Пуанкаре в 1905 году, а менее, чем через три недели Альбертом Эйнштейном была направлена в печать статья «К электродинамике движущихся тел». Эту статью и принято считать за первую формулировку «теории относительности Эйнштейна».

И с этим названием можно согласиться, поскольку изложение фактически воспроизводило то, как лично Эйнштейн понимал теорию. Вот они, знаменитые «постулаты Эйнштейна»:

1. Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которой из двух координатных систем, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, эти изменения состояния относятся.
2. Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с определенной скоростью V, независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом.

Бросается в глаза, что при всей декларируемой всеобщности принципа относительности (пункт 1) его оказывается недостаточно, и Эйнштейном особо постулируется свойство одного из многих частных физических явлений (подчиняющихся принципу относительности!), а именно распространения света.

Такая «теория относительности Эйнштейна» пришлась не по душе Владимиру Сергеевичу Игнатовскому, русскому физику, работавшему в 1910-е годы на германских оптических заводах, крупному, несмотря на свои всего-то 35 лет, специалисту в облаcти расчетов точной оптики. В докладе на Всегерманском съезде естествоиспытателей и врачей в сентябре 1910 года он говорил: «Я задал себе вопрос: к каким преобразованиям координат мы придем, если зададимся только (выделено автором) принципом относительности? Будут ли преобразования Лоренца единственными, удовлетворяющими этому принципу?» И далее Игнатовский, опираясь на принцип относительности, изотропию и однородность пространства-времени и обратимость преобразований, пришел к наиболее общему виду преобразований пространственно-временных координат, которые содержали фундаментальную постоянную с размерностью скорости и которая, согласно формулам, являлась универсальной максимальной скоростью, с которой могут распространяться физические процессы, независимо от их природы и системы отсчета. То, что свет распространяется именно с такой максимально возможной скоростью – следствие того, что фотоны имеют нулевую массу, факт в кинематическом отношении довольно случайный. Представим себе, что свет имеет массу, пусть самую ничтожную.

Легко понять, что в этом случае говорить о постоянстве скорости света бессмысленно. Доклад вызвал огромный интерес, а в завязавшейся дискуссии участвовали такие светила как Зоммерфельд и Борн. В последующие два года Игнатовский написал на эту тему еще несколько работ, которые все были опубликованы в ведущих физических журналах Германии. Но далее его интересы вновь сосредоточились на оптике, и к теории относительности он более не возвращался.

Как бы то ни было, мы должны понимать: наш соотечественник В.С. Игнатовский был первым в мире, кто сумел сформулировать теорию относительности и получить релятивистские преобразования в общем виде, не обращаясь к какому–либо частному виду физических явлений. Даже Пуанкаре исходил, прежде всего, из группы инвариантности уравнений Максвелла.

Постоянство же скорости света (при известных условиях) оказалось лишь частным следствием теории относительности в виде, сформулированном В.С. Игнатовским.

К моменту революции Игнатовский был уже в России, и, несмотря на заманчивые возможности в комфортной Европе, остался в Петрограде перед лицом надвигающейся разрухи и гражданской войны. В 1920-30 годы плодотворно работал на промышленность и оборону, активно преподавал. В 1932 году был избран членом-корреспондентом АН СССР.

1941 год: Игнатовский остается в блокадном Ленинграде, откуда его институт эвакуируют только в начале 1943 года. Но в ноябре 1941 года 66-летний Игнатовский арестован НКВД по абсурдному обвинению в намерениях содействовать немцам в захвате Ленинграда. В январе 1942 года после мучительного «следствия» расстрелян вместе с женой.

Так трагически закончилась жизнь «русского пионера релятивизма» - Владимира Сергеевича Игнатовского. В 1955 году он был посмертно реабилитирован, но, увы, отечественное ученое сообщество не поспешило извлечь из небытия и прославить его имя, как это было с именами Н.И. Вавилова, М.П. Бронштейна или П. Флоренского. Не спешит и сейчас: труды его так и не изданы на Родине, годовщины не отмечают статьями в академических журналах, студенты, изучающие теорию относительности, никогда о нем не слышали.