И во-вторых, оказалось, что сверхпроводник способен переходить в свое обычное состояние не только в результате увеличения температуры, но даже самое слабое магнитное поле может в значительной степени ухудшить его проводимость. В решении этой проблемы уже сделаны определенные шаги и получены обнадеживающие результаты: в рамках научно-исследовательских разработок американской фирмой «Бел телефон» было получено соединение олова с ниобием, которое не теряет своих сверхпроводящих характеристик даже в сильных магнитных полях. А это уже вселяет кое-какую надежду на возможность создания перпетуум-мобиле в необозримом будущем.
Пока же проекты электрических, химических, электромеханических и других вечных двигателей ежегодно десятками приносятся на суд управлений по делам изобретений всех стран мира, оцениваются и вновь отвергаются, входя в противоречие с элементарными законами физики. Следовательно, перпетуум-мобиле с позиций законов, определяющих жизнь в текущий период времени, является заблуждением.
Время для всех идет одинаково
На протяжении тысячелетий человечество жило представлением о непреложности времени. Было даже нелепо предполагать, что время может ускоряться и замедляться. Интересно, что с точки зрения физики понятие времени даже не с чем сравнить, это как бы самостоятельно и изначально существующая константа, не имеющая аналогов. Ведь времени действительно нельзя дать определение. Все знания человечества построены на принципе сравнения с уже известным. А что было до времени?
Вплоть до XX в. вся система физического и математического знания отправной точкой считала трехмерность этого пространства, в котором время являлось постоянной и абсолютной величиной. Попробуем проследить ход изменения научного мировоззрения, приведшего постепенно к революционному повороту в осмыслении пространства и времени. Еще великий Аристотель заложил основы научного исследования, пытаясь объяснить законы, управляющие этим миром. Система мироздания, по Аристотелю, была сконцентрирована вокруг Земли, являвшейся неподвижной, все остальные планеты, видимые на звездном небе, двигались вокруг нее по окружности, следовательно, Вселенная представляла собой замкнутую сферу.
Именно Аристотелем был сформулирован первый закон свободного падения тел на Землю, в котором утверждалось, что «в безвоздушном пространстве все тела падают бесконечно быстро», скорость же падения пропорциональна весу тела. Эта система просуществовала почти две тысячи лет практически без изменений, хотя в отдельные периоды исследователи замечали «слабые» места «Метафизики» Аристотеля. Первую обоснованную попытку изменить взгляд человечества на закономерности, предопределяющие существование и движение тел, сделал итальянский ученый Галилео Галилей.
Разработав собственную модель телескопа, он наблюдал за движением небесных тел, постепенно приходя к выводу, противоречащему геоцентрическим представлениям того времени: Земля вращается вокруг Солнца, Вселенная же, вероятно, бесконечна.
Проводя мысленный эксперимент по падению тела в шахте, проходящей через всю толщу Земли насквозь, он пришел к выводу, что в безвоздушном пространстве тело будет двигаться сначала ускоренно, затем замедленно, на выходе же из шахты скорость тела будет равна первоначальной. Скатывая шарики с наклоненных под различными углами плоскостей, он постепенно приходит к пониманию закона инерции, по которому тело сохраняет состояние покоя или прямолинейного движения в случае отсутствия действия на него силы.
Галилей на основании данных своих экспериментов установил, что свободно падающее тело движется с постоянным ускорением, брошенное же под углом к горизонту тело движется сначала равномерно прямолинейно по горизонтали, а затем равноускоренно по вертикали, в целом же по особой траектории — параболе.
Очень важным этапом в понимании относительности пространства и времени является открытие Галилеем принципа относительности, согласно которому «для двух наблюдателей, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, наблюдаемые ими движения с учетом разницы в начальных условиях одинаковы». Математическое обоснование этот принцип получил лишь с открытием основных законов механики Исааком Ньютоном, распространение же на остальные разделы физики — в специальной теории относительности Альберта Эйнштейна.
Однако вернемся к хронологической последовательности. Итак, согласно Ньютону, пространство и время являются абсолютными величинами, не зависящими от внешних обстоятельств. Пространство бесконечно, однородно в трех измерениях, время также бесконечно и однородно, но в одном измерении; обе эти величины существуют помимо человеческих представлений о них.
Сама идея о законе всемирного тяготения пришла к Ньютону, как известно, во время наблюдения за падением яблока. Ньютон рассуждал следующим образом: на яблоко и гораздо более высоко расположенные тела (Луна, Солнце) должна действовать имеющая одну и ту же природу сила тяготения. Между ускорениями, с которыми все тела «падают» на Землю, должна существовать какая-то связь. Предположив, что орбита Земли круговая, он определил следующую закономерность: сила тяготения убывает обратно пропорционально квадрату расстояний от тела до Земли.
Вся сумма наблюдений и рассуждений Ньютона, описанных в его «Началах», сводится к трем известным всем в настоящее время законам движения, которые вкупе с законом всемирного тяготения указали на единые механизмы существования всего на нашей планете. Ньютону, знакомому с идеями Коперника, необходимо было ввести понятие универсально абсолютного пространства, одинакового и неподвижного в любой точке Вселенной, и абсолютного времени, в которых бы имели место прямолинейные движения и покой. С введением этих абсолютных констант законы движения принимали космическую значимость. Именно благодаря формулировке этих законов стал возможным дальнейший технический прогресс человечества и, собственно, полет в космос.
Итак, в эпоху Ньютона (конец XVII в.) время с позиции науки сохраняло свою абсолютность, или равномерность, и неизменность под воздействием внешних обстоятельств. Несмотря на всю свою значимость, законы Ньютона не могли объяснить многих вещей. Так, например, не было возможности объяснить мгновенную передачу тяготения с Земли на любое тело, удаленное как угодно далеко.
Другим значительным противоречием была несопоставимость 3-го закона и понятия абсолютности пространства: если тело с определенной массой в силу своей инерции сопротивляется действию ускоряющего пространства, то и само пространство должно испытывать влияние этого тела на себя, но оно же неизменно по самому определению. Как все это соотнести?
Согласно концепции об абсолютном пространстве, равномерное прямолинейное движение и покой можно легко разграничить, однако сами принципы механики Ньютона отрицают физическое различие между этими двумя состояниями. Иначе говоря, относительность различий покоя и равномерного движения не может существовать в условиях абсолютных пространства и времени. Стремясь логически ликвидировать эту неувязку, Ньютон вводит понятие центра тяжести (точнее, инерции Солнечной системы), который всегда находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения. Именно относительно этого гипотетического центра и возникают абсолютные пространство и время.
Итак, абсолютность времени и пространства в свете законов Ньютона остаются неизменными, однако классическая физика погружается во все более и более глубокий кризис, который можно было бы преодолеть с появлением совершенно новой и не связанной «обязательствами» с традиционными представлениями об устройстве мира теории.
Рубеж веков часто становится временем различных переворотов, в т. ч. и научных. Революционным для физики, а значит, и для всех наук, занимающихся изучением нашего мира, стал 1905 г. В это время мало кому известный эксперт федерального Бюро патентов, преподаватель физики по специальности Альберт Эйнштейн выпускает статью в журнале «Annalen der Physik» под названием «К электродинамике движущихся тел». Следом появляется вторая статья «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии?». Два этих труда и станут в последующем основой теории относительности.
Что же нового и революционного несла работа Эйнштейна? Во-первых, это было совершенно новое видение природы света. В XIX в. сложилось представление о свете как о волновом движении светового эфира — некой упругой среды. Новые данные, получаемые в сфере оптической физики, невозможно было трактовать с позиций волновой природы светового эфира, поэтому было принято рассматривать это явление природы как электромагнитное силовое поле, описываемое с помощью набора математических уравнений, выведенных Дж. Максвеллом.
С точки зрения концепции Ньютона об абсолютном пространстве и времени, световой эфир должен покоиться, а «пролетающие» сквозь него галактики и наша планета должны вызывать «эфирный ветер» или изменение прямолинейного распространения солнечных лучей, регистрируемые экспериментально оптическими приборами. Однако многочисленные исследования в этой области не показали абсолютно никаких следов «эфирного ветра».
Эксперименты опровергли существование светового эфира. Появилась потребность дать совершенно иную трактовку природы света, что и сделал Эйнштейн, заменив эфир электромагнитным полем. Отправной точкой для его исследований было рассмотрение скорости распространения света — максимальной из возможных скоростей передачи какого-либо сигнала и одновременно конечной.
Исходя из этого утверждения, можно прийти к отрицанию возможности одновременного происхождения событий в удаленных друг от друга точках (при наблюдении этих событий неким сторонним наблюдателем). Значит, Эйнштейн пришел к пониманию относительности одновременности событий, а затем и к относительности самого времени — невозможность абсолютной одновременности влечет за собой и невозможность существования абсолютного времени во всех системах отсчета.