В статье "О принципе относительности", написанной в декабре 1907 г., Эйнштейном поставлен вопрос о влиянии постоянного гравитационного поля на частоту излучаемого света (собр. соч., т.1, с.65-114, особ.с.110, 114). В статье "О влиянии силы тяжести на распространение света", написанной в 1911 г., Эйнштейн попытался предсказать влияние гравитации на распространение света (там же, с.165-174). Параграф 3 посвящен теоретическому исследованию влияния гравитационного поля на время, а, следовательно, и на скорость света. Любопытно, что автор обсуждает изменение скорости света в вакууме вследствие гравитационного поля, вопреки провозглашенному им же принципу, положенному в основу теории в качестве одного из фундаментальных постулатов: принципу постоянства скорости света в вакууме. Следующий параграф, 4-й, посвящен теоретическому прогнозу искривления лучей света в гравитационном поле вследствие полученной зависимости скорости света от поля гравитации. О неправильности этого вывода см. мою статью "О гравитационных линзах". В этой же статье помимо прочего Эйнштейн осторожно, но настойчиво (так бывает) высказывает гипотезу о том, что ускорение системы эквивалентно действию гравитации, и, наоборот, гравитацию можно заменить движением с ускорением.
В 1912 г. в статье "Скорость света и статическое гравитационное поле" (там же, с.189) Эйнштейн решительно отказывается от принятой ранее аксиомы о постоянстве скорости света. "В нашей работе, вышедшей в прошлом году, показано, что из гипотезы о физической эквивалентности ускоренной системы координат полю тяжести следуют выводы, хорошо согласующиеся с результатами теории относительности... Но при этом оказалось, что справедливость одного из основных принципов последней, а именно: закона постоянства скорости света - ограничена областями пространства-времени, в которых постоянен гравитационный потенциал".
Что сие означает? Что такое - постоянен гравитационный потенциал? Если под гравитационным потенциалом понимать потенциал поля гравитации, то эквипотенциальная поверхность - это поверхность равного потенциала указанного поля. Перемещение объекта вдоль этой поверхностью не сопровождается изменением потенциала, а, следовательно, гравитационное поле не производит работы при таком перемещении. Приблизительным примером эквипотенциальной поверхности может служить сферическая поверхность около любого астрономического объекта. Как можно представить себе эквипотенциальный объем? По-видимому, это такой объем, в пределах которого потенциал гравитационного поля постоянен, а перемещение любого тела, обладающего массой, не меняет потенциальной энергии этого тела, то есть при таком перемещении гравитационное поле не совершает работы.
Можно ли назвать пространство вблизи поверхности Земли эквипотенциальным? Очевидно, что нельзя. Объем, ограниченный телом, движущимся только под действием сил гравитации, видимо, можно назвать таковым с некоторой степенью приближения. В частности, объем внутри космического корабля, или объем внутри падающего лифта.
Характерным признаком постоянства гравитационного потенциала служит отсутствие заметного влияния сил гравитации.
Итак, в указанной статье Эйнштейн утверждает, что скорость света постоянна только в случае невесомости. Из первого параграфа следует именно это: автор предлагает рассмотреть систему координат, движущуюся равномерно ускорено (не оговорено, что движение это происходит под действием внешнего гравитационного поля).
Такая система названа автором эквивалентной покоящейся системе!
Но ведь взлетающая ракета тоже может двигаться "равномерно ускорено". Такая система не имеет ничего общего ни с инерциальной системой, ни с покоящейся!
Другое дело, если бы автор оговорил, что движение происходит исключительно под действием сил гравитации. Однако, система не может двигаться под действием сил гравитации, если гравитационный потенциал вокруг этой системы постоянен.
Можно говорить о системе, которая движется под действием сил гравитации весьма удаленного объекта (в сравнении с перемещениями на интервале эксперимента) весьма большой массы (в сравнении с массой этой системы). В этом случае можно было бы утверждать о том, что изменения потенциала гравитационного поля в пределах пространства эксперимента пренебрежимо малы. Не мы в этом случае вновь приходим к аналогии падающего лифта или спутника, а если говорить об экспериментах с Землей, эти условия можно принять лишь при рассмотрении движения близлежащих космических объектов, в задачах, где Землю можно считать материальной точкой. Сделанные оговорки никак не могут относиться к задаче описания опыта Майкельсона!
Располагал ли Эйнштейн в 1912 году сведениями экспериментального характера относительно поведения скорости света в невесомости? Конечно, нет. Какова принципиальная разница между условиями вблизи поверхности Земли и условиями в падающем лифте или спутнике? В системе отсчета, связанной с Землей, систему, связанную с лифтом или со спутником мы бы назвали системой, движущейся с ускорением. Чтобы определенно утверждать, что в таких системах скорость света постоянна и не зависит от их движения, необходимы специальные решающие эксперименты. Эйнштейн таких экспериментов, конечно, не мог не только сделать, но и помыслить. Даже при современном состоянии науки о таких экспериментах пока речи быть не может. Опыт Майкельсона-Морли, из которого сделан вывод о постоянстве скорости света, сделан отнюдь не в такой системе, где постоянен гравитационный потенциал. Можно лишь с некоторой натяжкой говорить о постоянстве гравитационного потенциала в плоскости хода лучей, однако это требование не выставлялось как основное. Можно, видимо, повторить опыт с интерферометром Майкельсона, в котором одно из плеч интерферометра будет направлено строго вертикально, то есть по линии наибольшего изменения гравитационного потенциала. Едва ли следует ожидать, что в этом случае будет зафиксировано изменение скорости света. Однако, судя по приведенному высказыванию Эйнштейна, скорость света, распространяющийся в вертикальной шахте, или с вертикальной вышки, должен претерпевать существенное изменение! Действительно, не напрасно же он специально указывает требование постоянства гравитационного потенциала?! И никто не станет сомневаться, что гравитационный потенциал Земли на различной высоте существенно отличается.
Что имел в виду автор в данном случае, не так важно: либо он ошибся в формулировке "постоянен гравитационный потенциал", либо он в действительности, предполагал, что для результатов опыта Майкельсона существенное значение имеет движение луча только строго в горизонтальном направлении. В первом случае он должен было бы, кажется, позже разобраться в своей ошибке, во втором случае, видимо, следовало бы добавить "либо в плоскости постоянного гравитационного потенциала".
Интересно, что третий параграф этой статьи называется "Замечания о физическом смысле статических гравитационных потенциалов", но и в этом параграфе Эйнштейн не делится с нами информацией, в каком месте пространства он отыскал эти замечательные эквипотенциальные области.
Строго говоря, ни плоскостей, ни пространств таких в природе не известно. Совершенно очевидно, что Эйнштейновская оговорка относительно постоянства гравитационного потенциала взята не из экспериментальных результатов, а из "мысленного эксперимента".
Любопытно, что Эйнштейн этой оговоркой перечеркнул, по сути, всю предшествующую теорию, что он делал довольно часто на протяжении своей научной карьеры.