CCF20090701020

38 E. Cassirer - O teorii względności Einsteina

systemu, koniecznie wymagane przez zasady elektrodynamiki, sprzeciwia się teraz zasadzie względności mechaniki Galileuszowsko-Newtonowskiej. Zasada ta wymaga by, gdy dane jest jakiekolwiek określone ciało, względem którego mierzymy ruch - na przykład takie, w relacji do którego ciało „pozostawione same sobie” utrzymuje się w stanie spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym - wszystkie te prawa, które są ważne w relacji do tego ciała K, pozostawały ważne, gdy przejdzie się do układu odniesienia K\ który w odniesieniu do K przesuwa się ruchem jednostajnym. Przy przejściu z K do K’, stosujemy równania „transformacji Galileusza” o postaci

x'=x-vt_}y'= y,z'= z

(gdzie v oznacza stałą prędkość K’ względem K równolegle do osi x i x’), do których dołączona jest traktowana w mechanice klasycznej jako oczywista transformacja czasu f = t. Jeżeli jednak spróbujemy zastosować zasadę względności mechaniki do elektrodynamiki, to znaczy przeliczyć jej równania zgodnie z wzorami transformacji Galileusza, okaże się, że nie jest to możliwe; podstawowe równania elektrodynamiki, w przeciwieństwie do Newtonowskich równań ruchu, zmieniają swą formę, kiedy w miejsce współrzędnych x, y, z, t wprowadzi się zgodnie z regułami transformacji Galileusza współrzędne x’, y’, z\ t\ Wysiłek zjednoczenia mechaniki i elektrodynamiki przez przeniesienie zasady względności z pierwszej do drugiej, musiał zatem zostać zarzucony: teoria Hertza, która przedstawia taką próbę, popada w niedąjącą się pogodzić sprzeczność z potwierdzonymi wynikami eksperymentów. Badania fizyczne stanęły przed dylematem porzucenia zasady, którą potwierdzały bez wyjątku wszystkie interpretacje zjawisk mchu, i która stanowiła kamień węgielny pod budowę mechaniki klasycznej - albo zachowania jej tylko wewnątrz jej obszaru, rezygnując z zastosowania jej do zjawisk optycznych i elektrodynamicznych. W obu przypadkach wydaje się zniszczona jedność wyjaśnienia przyrody, jedność samego pojęcia przyrody. Tutaj, w rzeczy samej, został spełniony Platoński warunek intelektualnej płodności doświadczenia: tutaj doświadczenie stanęło w punkcie, w którym potwierdzone obserwacje wydają się przechodzić wprost w swoje przeciwieństwo. Konflikt pomiędzy zasadą stałej prędkości rozchodzenia się światła i zasadą względności mechaniki, stał się tym, co „przywołało myśl” - prawdziwą pobudką dla teorii względności.

W jaki sposób jednak myśl fizyczna przekroczyła ten konflikt, skoro była przywiązana do wyników obserwacji jako takich, skoro nie mogła ani

pominąć faktów wyrażonych w zasadzie stałej prędkości światła w próżni, ani tych wyrażonych w zasadzie względności mechaniki? Jeśli rzucimy okiem na historię rozwoju teorii względności, zauważymy, że kieruje się ona zasadą podaną kiedyś przez Goethego. „Największą sztuką w życiu teoretycznym i praktycznym - pisał Goethe do Zeitera - jest przemiana problemu w postulat, na tym polega powodzenie”. Rzeczywiście był to kurs, który obrał Einstein w swoim fundamentalnym eseju Zur Elektrodynamik bewegter Systeme w roku 1905. Zasada stałości prędkości światła najpierw była dana jako postulat - poparty negatywnymi rezultatami wszystkich prób ustanowienia „absolutnego” ruchu w odniesieniu do uprzywilejowanego układu odniesienia, na przykład „nieruchomego eteru” - lecz nie przypuszczano, że pojęciu absolutnego spoczynku nie odpowiadają żadne własności tak w mechanice, jak i w elektrodynamice. Sądzono raczej, że te same prawa elektrodynamiczne i optyczne będą obowiązywać dla każdego układu współrzędnych, dla którego obowiązują równania mechaniki. I to „przypuszczenie” nie pozostało tylko przypuszczeniem, lecz stało się wyraźnym „założeniem” to znaczy domagało się nadania teorii takiego kształtu, który równocześnie będzie spełniał warunki zasady względności i zasady stałego rozchodzenia się światła (por. 16, s. 26). Te dwa założenia nie zgadzały się co prawda ze sposobami i przyzwyczajeniami myślenia, które przed teorią względności były powszechnie stosowane w kinematyce - a powinny się zgadzać. Od teorii fizycznej żąda się zniesienia tej niezgodności, poprzez poddanie krytycznej kontroli właśnie tych sposobów i przyzwyczajeń myśli. Dzięki analizie fizycznych pojęć przestrzeni i czasu okazało się, że w rzeczywistości nie ma mowy o żadnej niezgodności zasady względności z prawem rozchodzenia się światła; że wystarczy tylko przekształcić te pojęcia, by otrzymać logicznie niesprzeczną teorię. Decydujące jest uświadomienie sobie, że wyniki uzyskane w obrębie systemu przy zastosowaniu określonej fizycznej metody pomiaru, przy zastosowaniu sztywnych prętów pomiarowych i zegarów, nie mają „absolutnego”, ustalonego raz na zawsze znaczenia, lecz są uzależnione od stanu ruchu układu i muszą z konieczności różnić się od siebie. Stajemy teraz wobec czysto matematycznego zadania odkrycia prawa transformacji, zgodnie z którym wielkości czasoprzestrzenne jakiegoś zdarzenia zmieniają się przy przechodzeniu od jednego punktu odniesienia do innego, znajdującego się względem niego w ruchu jednostajnym. Problem ten został jak wiadomo rozwiązany za pomocą podstawowych równań „transformacji Lorentza”: