Мечты Эйнштейна о свете создали теорию относительности
Увлечение Эйнштейна светом, считавшееся в то время необычным, привело его на путь к совершенно новой теории физики. Живший за полвека до Эйнштейна шотландец Джеймс Клерк Максвелл открыл мощное объединение и универсализацию природы, взяв разрозненные науки об электричестве и магнетизме и соединив их в одно целое. Это была титаническая попытка сжать десятилетия запутанных экспериментальных результатов и туманных теоретических представлений в аккуратный набор из четырех уравнений, которые управляют множеством явлений. И благодаря усилиям Максвелла родилась вторая великая сила природы, электромагнетизм, которая описывает, опять же всего лишь четырьмя уравнениями, все, начиная от статических ударов, невидимой силы магнитов, потока электричества и даже излучения — то есть света — сам. В то время увлечение Эйнштейна электромагнетизмом считалось немодным. Хотя электромагнетизм сейчас является краеугольным камнем образования каждого молодого физика, в начале 20-го века он рассматривался как не более чем интересный раздел теоретической физики, но на самом деле это то, что тем, кто более разбирается в технике, следует глубоко изучить.
Хотя Эйнштейн не был инженером, в юности его ум горел простым мысленным экспериментом: что бы произошло, если бы вы могли ездить на велосипеде так быстро, что мчались рядом с лучом света? Как будет выглядеть свет с привилегированной точки зрения? Уравнения Максвелла точно описали, из чего состоит свет: из чередующихся волн электричества и магнетизма, скачущих и пересекающих друг друга, когда они мчатся в пространстве. Вот что такое свет; непрерывно колеблющийся ритмичный рисунок волн. Простые рассуждения подсказывают, что если вы догоните луч света, яростно тряся ногами, чтобы поддерживать темп велосипеда, и посмотрите по сторонам, вы увидите волны, застывшие в воздухе, пик электричества здесь, впадину магнетизма. там так же ясно, как схема в учебнике. Но молодой Эйнштейн понял, что это парадокс. Собственные уравнения Максвелла требовали, чтобы свет находился в постоянном движении, что волны электричества и магнетизма должны постоянно сохраняться; замороженный свет не может существовать.
И поэтому Эйнштейн поддерживал этот детский мысленный эксперимент на протяжении всех лет обучения и за его пределами, пытаясь найти связную, последовательную картину того, как будет выглядеть свет, если вы его догоните, задаваясь вопросом, какую форму или форму или идентичность он может принять. Я не могу представить вспышку облегчения, смешанную со страхом, когда он осознал это. Самый простой способ избежать парадокса — сделать его неуместным. Возможно, невозможно представить, как выглядит свет, когда вы его догоняете, потому что невозможно догнать свет. Ничто не может двигаться быстрее света. Вам никогда не придется беспокоиться о разрешении творческого мысленного эксперимента молодого Эйнштейна, точно так же, как вам никогда не придется задаваться вопросом, какая точка находится в одной миле к северу от Северного полюса. Вселенная не позволяет этого, точка. Это осознание в конечном итоге привело к первой из многих революций Эйнштейна: к тому, что мы называем специальной теорией относительности.
