Все те выводы, что сейчас сделаны, остаются и в правильной теории эффекта Допплера, построенной на основе теории относительности. Можно сказать, что теория явления Допплера в схеме неувлекаемого эфира «почти правильна».
Однако есть и очень существенное отличие.
Во-первых, в теории неувлекаемого эфира, как мы видели, можно различить случаи: 1) приемник движется навстречу источнику со скоростью V относительно эфира; 2) приемник покоится, а источник двигается ему навстречу с той же скоростью V. В обоих случаях частота возрастет, но по-разному. Вспомнив формулы, приведенные выше, легко убедиться, что разность воспринимаемых частот по порядку величины равна β2.
В теории относительности, как будет видно из дальнейшего, вообще бессмысленно говорить о существовании какой-либо абсолютной системы отсчета — мирового эфира. Бессмысленно поэтому и различить эти два случая. Изменение частоты целиком определяется относительной скоростью источника и наблюдателя. Частота по-прежнему возрастает при сближении и падает при удалении.
Но формула для изменения частоты несколько трансформируется. А именно:
Правильная формула для изменения частоты световых волн. Она еще раз появится в XIV главе.
Во-вторых, точная теория эффекта Допплера, построенная на базе теории Эйнштейна, приводит к заключению, что воспринимаемая частота должна измениться даже в том случае, когда проекция скорости на прямую, соединяющую источник и приемник, равна нулю (электричка находится прямо против наблюдателя). Этот замечательный вывод, так называемый поперечный эффект Допплера, очень тесно связан с изменением хода времени в разных системах отсчета. Экспериментальное подтверждение этого предсказания теории сам Эйнштейн считал важнейшим доводом в ее пользу.
К сожалению, автор не знает, как в доступной форме изложить существо эффекта Допплера с точки зрения теории относительности. Поэтому в дальнейшем мы ограничимся только краткими замечаниями по поводу явления Допплера. Важнейшие же черты явления, пожалуй, отмечены в предыдущем кратком анализе.
Итак, возвращаясь к эфиру, можно сказать, что качественно теория эффекта Допплера, основанная на представлении о неувлекаемом эфире, совпадала с опытом. А точный анализ его был непосилен физикам XIX столетия, так как правильная формула для частоты отличается от той, что основана на представлении о неувлекаемом эфире на величину порядка (v/c)2.
Итак, несмотря на все трудности с эфиром, многие факты свидетельствовали за его бытие.
Аберрация света, экспериментальное подтверждение частичного увлечения по Френелю, эффект Допплера, наконец, почти вся волновая теория — все это, казалось бы, очень веские аргументы в пользу неувлекаемого эфира.
Обычно говорят: решающим доказательством справедливости теории служит правильное предсказание результатов новых экспериментов. Пример с теорией Френеля может убедить, что в таких вопросах нужно быть необычайно осторожным. Даже если теория подтверждается экспериментальными данными, все же, пока этот экспериментальный материал не станет весьма обширным, не может быть полной уверенности в ее истинности.
Ведь предсказал же Френель результат опытов Физо!
Зато, безусловно, опровергнуть теорию вполне возможно одним опытом.
И в 1881 году Майкельсон провел, наконец, первый опыт, позволяющий уловить эффект движения Земли относительно эфира «во втором порядке отношения v/c». Результат был отрицателен.
Движение Земли относительно эфира не влияло на оптические явления и «во втором порядке отношения v/c»!
И вот опыт Майкельсона, погубивший эфир.
В этом месте традиции предписывают автору и читателям замереть в благоговейном молчании.
«Сыроватый подвал Потсдамской астрофизической лаборатории. Уже давно погасли все огни. Город бюргеров спал мертвым сном, когда Альберт Абрагам Майкельсон закончил, наконец, отладку прибора. Помедлив мгновение, он слегка дрожащими пальцами включил источник света и приник к окошечку интерферометра.
Вряд ли прошло больше нескольких секунд, но он мог поклясться, что протекла вечность, пока его глаза напряженно искали ожидаемое смещение интерференционных полос. Еще одна вечность протекла, прежде чем он осознал, что эффекта нет.
Нечто вроде назидательного лирического отступления.
Вместо бурной радости он чувствовал смертельную усталость. Радость придет позже; он знал это так же твердо, как то, что сейчас он закончил опыт, равного которому не было в истории физики».
Автор должен признаться, что когда-то он примерно так представлял себе научную работу и процесс крупного научного открытия.
На наше воображение легче всего действуют эффектные драматические сцены, и мы обычно отмечаем в своей памяти только подобные ситуации. Яблоко Исаака Ньютона, дуэли Яноша Бояи, отречение Галилео Галилея, гибель юного Эвариста Галуа, «эврика» Архимеда — все эти (и — увы! — часто только эти) разнообразные картины возникают в нашем сознании, когда речь заходит об ученых и их творчестве. В общем истинная романтика науки, романтика повседневного труда, несмотря на частые призывы помнить о ее существовании, как-то мало завоевала право на жизнь. Впрочем, это относится не только к науке. Штурм Джомолунгмы привлекает наше внимание куда больше, чем восхождение на какой-нибудь безвестный пик, даже если там были проявлены мужество и стойкость не меньшие, чем при покорении высочайшей вершины нашей планеты. То, что люди могут серьезно интересоваться такой ерундой, как выяснение проблемы — «кто первый вступил на вершину: Тенсинг или Хиллари?», очень четко рисует характер интересов многих «поклонников» альпинизма. Точно так же иные «болельщики от науки» увлекаются не работой, а «шумовыми эффектами».
Многие из «интересующихся физикой» знают имя Майкельсона не как одного из самых трудолюбивых и тонких экспериментаторов в истории науки, а как автора опыта, приведшего к созданию теории относительности.
Результат и только результат окружает имя Майкельсона ореолом святости в сознании очень большого числа «культурных» людей.
А вот что писал о своем опыте сам Майкельсон уже много лет спустя после окончания работы:
«Предполагали, что в случае, если этот опыт приведет к положительному результату, он даст возможность определить не только движение Земли по ее пути (вокруг Солнца. — В. С.), но и ее абсолютное движение в эфире. По различным веским причинам полагают, что Солнце, а за ним и все планеты движутся в определенном направлении через пространство со скоростью примерно 30 километров в секунду. Эта скорость не вполне точно определена, и я надеялся, что при помощи этого опыта мы будем иметь возможность измерить скорость движения всей солнечной системы в пространстве. Но так как результат опыта оказался отрицательным, задача еще ждет своего решения. Этот опыт имеет для меня исторический интерес, ибо именно для решения указанной задачи был изобретен интерферометр.
Вероятно, всякий согласится, что произведенная нами работа в достаточной степени вознаградила нас за отрицательный результат опыта тем, что привела к изобретению интерферометра».
Любопытный отзыв Майкельсона о своих опытах.
Этот отрывок продиктован не только скромностью большого человека. Майкельсон был действительно очень разочарован отрицательным результатом своего эксперимента. Он рассчитывал одновременно установить движение солнечной системы в системе отсчета неподвижных звезд и подтвердить теорию неувлекаемого эфира.
