§ 1. Кризис классической космофизической картины мира на рубеже XIX—XX вв.

В первой четверти XX в. произошла вторая в истории естествознания великая научная революция, приведшая к полной ломке классической гравитационной физико-космологической картины мира. Эта революция подготавливалась трудами многих, но своим свершением она обязана Альберту Эйнштейну (1879—1955). Базой для создания новой научной картины мира стали две его фундаментальные физические теории — специальная и общая теория относительности, а также квантовая теория, в разработку которой вклад Эйнштейна также весьма значителен.

Ньютоновская физическая (гравитационно-механическая) картина мира, дополненная к концу XIX в. идеями электродинамики Максвелла и Лоренца, опиралась на представления о полностью независимых, или абсолютных — существовании и качествах таких фундаментальных сущностей, как пространство, время, масса. Пространство представлялось евклидовым — плоским, трехмерным, бесконечным. Материя же мыслилась состоящей из нейтральных атомов, которые в свою очередь составлялись из электрически заряженных частей (электрон и некая заряженная положительно «основа» атома). Были известны два фундаментальных, абсолютных, не связанных друг с другом типа явлений — механические и электромагнитные. Законы их считались не зависящими от масштабов и от состояния и движения тел.

В механике со времен Галилея укрепился принцип относительности, утверждавший одинаковость механических явлений в системах, покоящихся или движущихся равномерно и прямолинейно. При этом мыслилась одна абсолютная система, относительно которой рассматривались движения всех остальных тел и систем. Это была гипотетическая материальная среда — мировой эфир, заполняющий Космос, введенный в физику нового времени Декартом и использованный впоследствии для объяснения явления света в волновой теории. Свет считался формой движения эфира. Сама же идея мирового эфира уходит своими истоками в глубочайшую древность.

Особой, также абсолютной силой (неизвестной природы) считалось тяготение — как врожденное универсальное, «всемирное» качество материи. Законы, открытые при наблюдении макроскопических тел, экстраполировались на всю шкалу масштабов — от микромира до космологических.

Но уже в последние десятилетия XIX в. в этой физической картине стали проявляться парадоксы — противоречия между, казалось бы, окончательно утвердившейся теорией и наблюдениями. Одним из таких парадоксов стал результат опыта Майкельсона, который попытался в 1881 г. прямыми наблюдениями обнаружить мировой эфир, а именно возникающий при движении Земли сквозь него «эфирный ветер». Однако в опытах Майкельсона и последующих скорость света оставалась постоянной, не зависящей от направлений взаимных движений луча света и Земли.

Сначала физики попытались объяснить загадочный эффект в духе принципа относительности Галилея: неощутимостью движения Земли относительно мирового эфира, хотя существование самого эфира и, следовательно, движение Земли относительно него продолжали считать реальностью. Причину этой «неощутимости» движения объясняли по-разному. Г. Герц предположил, что Земля просто увлекает с собой часть мирового эфира, и в этой неподвижной относительно Земли окрестности и производятся наши опыты с лучом света. Однако это противоречило опытам Физо, показавшим, что если эфир существует, то он увлекается Землей лишь частично. Автор электронной теории материи Х.А. Лоренц и Дж. Фитцджеральд пытались объяснить отрицательный результат опыта Майкельсона гипотезой о реальном сокращении размеров всех движущихся тел, включая Землю, в направлении их движений, под действием электромагнитных сил, возникающих при движении. Лоренц вывел формулы («преобразования Лоренца») для вычисления сокращений линейных масштабов движущихся тел и промежутков времени между событиями на них в зависимости от скорости движения, которые объяснили бы результат опыта Майкельсона.

Эффект неощутимости якобы реально существующего движения Земли сквозь мировой эфир и был назван впервые А. Пуанкаре в 1904 г. новым принципом относительности (по аналогии с принципом относительности Галилея).

Перед физиками встала проблема поисков новой фундаментальной теории, которая на единой основе объяснила бы и механические и электромагнитные процессы и явления. Эту проблему решил Эйнштейн в 1905 г., создав специальную теорию относительности (СТО).