| 11652078 12288 3054 948 1сь (Дж. Г. Стоке, Г. Герц), но они оказались либо внутренне противоречивыми, либо не описывали всей совокупности экспериментальных фактов. Наиболее успешной была электродинамика X. Лоренца, в основе к-рой лежало представление о неподвижном эфире и к-рая, на первый взгляд, была несовместима с принципом относительности. В 1892 Лоренц (ранее англ, физик Дж. Фицджеральд, 1889) заметил, что отрицат. результат опыта Майкельсона объясняется, если продольные размеры всех тел сокращаются в корень из (1-v2/c2)раз при движении тел относительно эфира со скоростью v. Это сокращение (т. н. Лоренца - Фицджеральда сокращение) Лоренц объяснял изменением действующих в телах электромагнитных сил при движении тела через эфир. В 1895 Лоренц, рассматривая соответствие между движущейся и неподвижной относительно эфира системами тел, ввёл (в приближении v/c) понятие "местного времени" t'=t-(v/c)(x-vt) и доказал, что эффекты движения относительно эфира отсутствуют в порядке v/c.
Ситуация наталкивала на мысль о необнаружимости движения относительно эфира. Такой вывод сделал А. Пуанкаре, к-рый начиная с 1895 выражал убеждение, что движение относительно эфира необнаружимо принципиально. В 1900-е гг. при обсуждении электромагнитных явлений он начал пользоваться термином "принцип относительности", формулируя его как невозможность обнаружения движения относительно эфира. В нач. 1900-х гг. был проведён ряд опытов, подтвердивших, что движение Земли не влияет на электромагнитные, в частности на оптические, явления. [К этому вопросу возвращались и после создания О. т.; в 1963, напр., отсутствие эфирного ветра проверено в опытах, к-рые могли бы обнаружить эфирный ветер в неск. м/сек (Д. Чампней и др.).] Проблема согласования этого факта с электродинамикой Максвелла - Лоренца стала насущной.
Объяснение невозможности обнаружить абс. движение в рамках представлений об эфире и связанной с ним привилегированной системе отсчёта было дано Лоренцом и Пуанкаре в 1904-05. Предполагая, что уравнения электродинамики Лоренца (см. Лоренца - Максвелла уравнения) справедливы в системе координат, покоящейся относительно эфира, они сделали вывод, что все тела при движении в эфире испытывают лоренц-фицджеральдовское сжатие, а происходящие в них движения изменяются определённым образом, но эти изменения в силу их универсальности необнаружимы для наблюдателя, движущегося вместе с телом. Преобразования, названные Пуанкаре преобразованиями Лоренца, описывали связь между пространственно-временными координатами для процессов в двух телах, одно из к-рых двигалось, а другое покоилось относительно эфира. (Ранее близкие преобразования применил нем. физик В. Фохт; правильные преобразования нашёл впервые Дж. Лармор в 1900.)
В завершающей работе Пуанкаре (поступившей в печать 23 июля 1905) содержался разработанный математич. анализ релятивистских преобразований, интерпретировавшихся в описанном выше смысле. Было показано, что преобразования Лоренца образуют группу, оставляющую инвариантным интервал х2+y2+z2-c2t2; были найдены преобразования для потенциалов электромагнитного поля, плотностей тока и заряда, установлена инвариантность действия для электромагнитного поля, показано, что группа Лоренца является группой инвариантности уравнений электродинамики. Лоренц и Пуанкаре видели также универсальный характер лоренц-инвариантности, к-рую они формулировали как требование, чтобы все силы и массы преобразовывались так же, как электромагнитные.
Ещё в 1904 Пуанкаре, перечисляя принципы классич. физики, дал общую и полную формулировку принципа относительности: "Законы природы должны быть одинаковы как для неподвижного наблюдателя, так и для наблюдателя, находящегося в состоянии равномерного и прямолинейного движения, так что не существует и не может существовать способа обнаружить, находимся мы в состоянии такого движения или нет" ("Bulletin des sciences mathematiques", 1904, v. 25, ser. 2, p. 302).
Для того чтобы убедиться, что постулат относительности в такой форме выполним, был необходим последовательный анализ измерения пространственно-временных координат в произвольной и. с. о. Важный шаг в этом направлении был сделан Пуанкаре ещё в 1900, когда он заметил, что синхронизация часов светом в системе отсчёта, движущейся относительно эфира, даёт местное время Лоренца в приближении v/c. Последовательно такой анализ уже с совр. точки зрения был сделан Эйнштейном.
В работе, направленной в печать 30 июня 1905, Эйнштейн изложил совершенно новую точку зрения на проблему принципа относительности. Он сделал вывод, что из невозможности обнаружить абс. движение следует равноправие всех и. с. о. Эйнштейн отказался от представления об эфире и стал рассматривать поле в пустоте как новый вид физического объекта, не нуждающийся в механическом носителе (эфире). Это было революционным шагом, означавшим резкий разрыв с господствовавшими в физике того времени взглядами. Равноправие всех и. с. о. логически требовало признания полного равноправия пространственно-временных координат, измеряемых в любой и. с. о. Эйнштейн дал последовательный анализ физич. содержания понятий времени и координат события, исходя из того, что координаты в каждой и. с. о. измеряются стандартными масштабами, а время- часами, синхронизированными светом, и поставил и разрешил вопрос о связи пространственных и временных координат, измеренных в разных и. с. о. Эта связь должна была быть такой, чтобы электродинамика Максвелла - Лоренца, находившаяся в согласии с обширной совокупностью фактов, была справедлива в любой и. с. о. Из уравнений Максвелла - Лоренца вытекает, что скорость света в вакууме не зависит ни от направления распространения света, ни от движения источника. Т. о., в них неявно содержались и принятая Эйнштейном синхронизация часов светом и универсальное постоянство скорости света. Дав явное определение синхронизации часов и сформулировав 2 постулата -
"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 определённой скоростью V, независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом" (Собр. научных трудов, т. 1, М., 1965, с. 10),- из к-рых следовала независимость скорости света от движения источника для любой и. с. о., Эйнштейн нашёл связь между пространственно-временными координатами события, измеряемыми в различных и. с. о. Полученные преобразования, математически тождественные преобразованиям Лоренца, приобрели, т. о., в работе Эйнштейна новое физич. содержание, а требование лоренц-инвариантности законов природы стало очевидным следствием и выражением равноправия всех и. с. о.
Анализ содержания релятивистских преобразований привёл Эйнштейна к заключению о необходимости изменения складывавшихся в течение столетий представлений об абсолютности длины, времени и одновременности; отказ от них позволил установить относит, характер сжатия Лоренца - Фицджеральда и др. явлений, рассматривавшихся ранее как "реальные" эффекты, вызванные движением тела относительно эфира.
Т. о., Эйнштейном было дано полное решение проблемы относительности и построена О. т. как физич. теория пространства-времени, основанная на представлении об относит, характере релятивистских явлений и относительности времени. Найденное Эйнштейном объединение принципа относительности с относительностью одновременности получило назв. "принцип относительности Эйнштейна".
Открытие относительности одновременности было завершением развития идеи относительности, в начале к-рого стояла теория Н. Коперника. Из теории Коперника следовала относительность "места в пространстве"; Эйнштейн сделал аналогичный вывод для понятия "момента времени". Вместо них осн. понятием теории стало понятие события - оно абсолютно в том смысле, что два совпадающих события остаются таковыми для любого наблюдателя.
В 1905-06 Эйнштейн, применив принцип относительности, установил связь между массой и энергией, а вскоре М. Планк (1906) нашёл релятивистские выражения для энергии и импульса электрона, не прибегая к гипотезам о его структуре (использовавшимся ранее в работах Лоренца и Пуанкаре), и тем самым завершил программу "релятивизации" классич. электродинамики. В 1906 Планк ввёл термин "теория относительности". В 1907-08 Г. Минковский указал, что О. т. может рассматриваться как геометрия пространства-времени; в его работах был развит совр. четырёхмерный аппарат теории. К 1910 построение О. т. в основном завершается, но её воздействие на развитие теоретич. физики только начинается.
Появление теории относительности Эйнштейна оказало существ, влияние на развитие революции в физике, происходившей в нач. 20 в. О. т. была первой физич. теорией, продемонстрировавшей, что представления, основанные на повседневном опыте, казавшиеся очевидными и отождествлявшиеся с истинами "здравого смысла", могут оказываться неприменимыми при переходе в новые области опыта. О. т. стала первой "не наглядной" науч. теорией. Революционизировав мышление физиков, О. т. подготовила почву для ещё более далеко идущего отказа от "непосредственно очевидных" представлений, потребовавшегося для создания квантовой механики.
О. т. оказала большое непосредственное воздействие на всё последующее развитие физики. Так, успех релятивистской кинематики при объяснении Комп-тона эффекта стал одним из центр, аргументов в пользу корпускулярной природы фотона (1922); использование преобразований Лоренца привело Л. де Бройля (1924) к соотношению Л=h/р (где Л - длина волны, связанной с движущейся частицей, h - Планка постоянная; см. Волны де Бройля); релятивистская инвариантность послужила ключом к открытию Клейна - Гордона уравнения (1926) и Дирака уравнения (1928). Принцип релятивистской инвариантности сыграл решающую роль в развитии квантовой теории поля; с ним связаны такие её достижения, как установление связи между спином и статистикой (В. Паули, 1940) и создание метода перенормировок в квантовой электродинамике (1949). В совр. физике принцип релятивистской инвариантности продолжает играть решающую роль.
Лит.: Классические труды: Принцип относительности, М.- Л., 1935; Эйнштейн А., Собр. науч. трудов, т. 1 - 4, М., 1965 - 67. Учебники и монографии: Паули В., Теория относительности, пер. с англ., М.- Л., 1947; Ландау Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Теория поля, 6 изд., М., 1973 (Теоретическая физика, т. 2); Мандельштам Л. И., Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике, М., 1972; Тейлор Э. Ф., У и л е р Д ж. А., Физика пространства-времени, пер. с англ., М., 1969; У га р о в В. А., Специальная теория относительности, М., 1968; Фейнма^н Р., Лейтон Р., С э н д с М., Фейнмановские лекции по физике, [пер. с англ.], в. 2, М., 1965; Ф о к В. А., Теория пространства, времени и тяготения, 2 изд., М., 1961. Популярная литература: Б о р н М., Эйнштейновская теория относительности, пер. с англ., М., 1964; Л а н д а у Л. Д., Р у м е р Ю. Б., Что такое теория относительности, К., 1965; Фейнман Р. П., Характер физических законов, пер. с англ., М., 1968. Обзоры: Вайскопф В., Видимая форма быстродвижущихся тел, "Успехи физических наук", 1964, т. 84, в. 1, с. 183; Блохинцев Д. И., Обоснованность специальной теории относительности опытами в области физики высоких энергий, там же, 1966, т. 89, в. 2, с. 185 - 99; Шмидт-Отт В. Д., Некоторые новые измерения в связи с доказательством справедливости специальной теории относительности, там же, 1968, т. 96, в. 3, с. 519 - 27. История: Вавилов С. И., Экспериментальные основания теории относительности, М.- Л., 1928; Л а у э М., История физики, пер. с нем., М., 1956; Франкфурт У. И., Френк А. М., Оптика движущихся тел, М., 1972. И. Ю. Кобзарев.
ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ в статистике, количественные характеристики отношения двух сравниваемых между собой показателей. О. в. получаются в результате деления одного из показателей на другой, принятый за базу сравнения. О. в. выражаются в коэффициентах (кратных отношениях), процентах, промиллях и т. д., а в нек-рых случаях-именованными числами (напр., число жителей на 1 |
