На этом фоне вызревал исходный парадокс – противоречие между максвелловской электродинамикой и классической механикой как физическими теориями. Это противоречие сконденсировалось вокруг принципа относительности.
Со времен Галилея существовал принцип относительности как принцип эквивалентности механических явлений во всех инерциальных (т. е. движущихся прямолинейно и равномерно) системах отсчета (например вагон поезда, движущийся без ускорения). В силу этого принципа механические явления не дают возможности наблюдателю, находящемуся в какой- либо из этих систем выделить некое абсолютное движение, т. е. Определить, какая из двух систем отсчета (например, вагон вашего или соседнего поезда) движется «на самом деле».
Математическим выражением этого принципа относительности была инвариантность (неизменность) уравнений движения Ньютона по отношению к преобразованиям Галилея: x'=x+Vt; y'=y, z'=z, t'=t, v'=v+V, где V – скорость движения «штрихованной» системы отсчета O'x'y'z' (вагон), движущейся вдоль оси Ох «нештрихованной» системы Oxyz (перрон) с постоянной скоростью V (рис. 6.1).
Электромагнитная теория Максвелла нарушала эту идиллию. «В уравнения Максвелла входит характерная скорость «c» – скорость света. Поэтому они неинвариантны относительно преобразований Галилея (в этом легко убедиться непосредственной подстановкой вместо скорости света «с» суммы «с+V» в уравнения Максвелла)» [Левич, т. I, с. 208].
Но уравнения Максвелла оказываются инвариантными относительно преобразования Лоренца. Из него следует, что при переходе из «нештрихованной» системы отсчета О в «штрихованную» систему отсчета O' длина отрезков ∆L укорачивается (∆L=∆L'γ, γ = (1– V2/c2)1/2) вдоль движения (шарик сплющивается в блин), а интервалы времени удлиняются (∆t=∆t'/γ).
Специальная теория относительности рождалась из преодоления указанного теоретического противоречия15, путь разрешения которого зависел от выбора ответов на вопросы: 1) обобщать или нет принцип относительности на электромагнитные явления; 2) если обобщать, то как. На первый вопрос все физики отвечали положительно. Что касается второго вопроса, то Эйнштейн (1879–1955) решил менять процедуры измерения, в то время, как Лоренц (1853–1928) и Пуанкаре (1854–1912), которых в начале века, наряду с Эйнштейном, относили к отцам СТО, пытались решить эту проблему посредством сложного взаимодействия эфира с движущимися телами.