книги из ГПНТБ / Семенчев, В. М. Физические знания и законы диалектики научное издание

Инерциальными? Ясно, что нет. Существуют и систе­ мы, движущиеся по отношению друг к другу с уско­ рением. Но такие системы могут и должны отличать­ ся от первых. В инерциальных системах действуют только истинные силы. В системах неинерциальных возникают фиктивные силы. Одной из таких является, например, центробежная сила, которая появляется во вращающихся системах. Поэтому инерциальную си­ стему можно отличить от системы неинерциальной при помощи внутреннего критерия (наличие или отсутствие фиктивных сил). Но отличить одну инер­ циальную систему от другой инерциальной системы на основе такого внутреннего критерия невозможно. В этом и состоит по существу принцип относительно­ сти Галилея — Ньютона. Итак, скорость системы фи­ зических эффектов не вызывает, а поэтому и не может рассматриваться как нечто фундаментальное.

В электромагнетизме дело обстоит иным образом. В теории электромагнитных колебаний и связанной с этой теорией оптике существенное значение имеет физическая постоянная, мировая константа — скорость света. Как совместить это с принципом относительно­ сти ньютоновской механики? Если скорость света, как и любая скорость, только относительна, то ее измере­ ния в различных системах дадут различные резуль­ таты. Однако скорость света может быть только оди­ наковой во всех инерциальных системах отсчета Именно в этом и заключается фундаментальный ха­ рактер этой величины.

Из двух противоположных утверждений следуют два противоположных ответа на вопрос: едина физика или нет? Если едина, то необходимо включить какимто образом в принцип относительности и фундамен­ тальную величину —скорость света. Если не едина, то принцип относительности касается только механиче­ ских явлений, и «неравноправие» между механикой и

181

электромагнетизмом нужно признать само собой ра­ зумеющимся. Факты, казалось бы, говорили в пользу второго ответа на вопрос. Но физика как наука, как система «говорила» в пользу первого ответа. Единый физический мир предполагает и единую физику как науку.

Так, логика самого физического знания «предпо­ лагала» определенный путь для исторического разви­ тия физики. Но осуществление этого пути требовало углубления в логику проблемы. Действительно, каким образом инерциальные системы, неразличимые, экви­ валентные с механической точки зрения, могут ока­ заться вдруг различными, неэквивалентными с оптиче­ ской точки зрения? Почему опыты с оптическими явле­ ниями позволили бы различать то, что при помощи механических опытов принципиально неразличимо? Можно высказать такое логическое предположение.

Оптическое различение систем связано с тем, что скорость света, к которой так или иначе апеллируют все опыты со световыми явлениями, в различных инерциальных системах (предположительно) не явля­ ется одинаковой, как того требуют единство физики и принцип относительности. А что служит основанием для утверждения невозможности одинаковой скоро­ сти света во всех инерциальных системах? Прежде все­ го предположение об универсальном характере вре­ мени. Отсюда естественным образом вытекает задача пересмотра представления об универсальном характе­ ре времени. Решение этой задачи и определило гене­ ральное развитие физики в период разработки клас­ сической электродинамики от Максвелла до Лоренца.

Таким образом, логическая особенность физиче­ ских знаний, будучи сама порождением и идеализиро­ ванным снимком исторического пути их развития, как бы определила развитие физических знаний в буду­ щем.

182

Но физику развивают отдельные ученые. Не все исследователи шли в данном генеральном направле­ нии, и не все из тех, кто шел, двигались одновременно и в равной степени успешно. Однако значительная часть физических исследований в конце XIX и начале XX в. шла 'в направлении объединения различных ча­ стей физики на основе более общих и фундаменталь­ ных принципов.

Существенную роль сыграли труды выдающегося русского физика А. Г. Столетова. Разработав наибо­ лее точный метод определения отношения электромаг­ нитных и электростатических единиц, Столетов дока­ зал теснейшую связь между «ими, что теоретически ‘Предполагал Дж. К- Максвелл.

Исключительно важный результат на пути углуб­ ления единства физики удалось получить знаменито­ му русскому физику П. Н. Лебедеву. Из теории Макс­ велла следовал вывод о наличии светового давления, что доказать экспериментально сам основоположник теории считал безнадежной затеей. Однако Лебедев

в1900 г. сумел осуществить тончайший эксперимент, доказавший наличие такого давления и позволивший измерить его величину. Эксперимент показал, что свет обладает массой — фундаментальной механической характеристикой, с чем до этого опыта никак не хоте­ ли соглашаться многие выдающиеся ученые. Извест­ но, что после демонстрации Лебедевым своих опытов

вПариже английский физик Томсон в беседе с К- А. Тимирязевым сказал: «Я 'всю жизнь воевал с Макс-' веллом, не признавая его светового давления, и вот

перед опытами Лебедева пришлось сдаться» Это обстоятельство не могло не способствовать дальней­ шему укреплению единства физики как науки.1

1 Цит. по: X. А.. Агабабов. История физики. Методическ пособие для учителей и студентов-заочников, стр. 160.

?83

отыми по содержанию и свести их к минимальному числу, не отказываясь, однако, от адекватного пред­ ставления любого эмпирического содержания (курсив мой. — В. С .)»1. Но задача есть еще только задача. «... Можем ли мы надеяться найти правильный путь? Более того, не существует ли этот правильный путь только в нашем воображении? Можем ли мы надеять­ ся, что наш опыт ведет нас в нужном направлении, когда существуют теории (такие, как классическая механика), которые в значительной мере оценивают наш опыт, не раскрывая существа дела?» — спраши­ вал Эйнштейн. «Я отвечаю без колебаний, что, на мой взгляд, — читаем мы далее, —такой правильный путь существует, и мы можем его найти. Более того, опыт убеждает нас, что в природе реализуются простейшие, формулируемые математически идеи. Я убежден, что мы можем-открыть с помощью чисто математических построений концепции и связывающие их законы, ко­ торые дадут нам ключ к пониманию законов при­ роды» 21.

Не будем выяснять сейчас все «за» и «против» в этом оптимистически волнующем высказывании вели­ кого физика. Обратим внимание только на два об­ стоятельства, важных в данном случае для нас: а) представление о развитии физики в направлении от­ крытия все меньшего числа более общих законов, единых для все больших областей физических явле­ ний; б) представление о классической механике -как об образце физической теории.

Именно эти два обстоятельства и стали руково­

185

(а затем и к созданию общей теории относитель­ ности). Поэтому можно с полным правом утверж­ дать, что теория относительности Эйнштейна явля­ ется логическим продолжением классической меха­

из виду, что содержащееся в ней подтверждение применимости ньютоновских идей не только к меха­ нике, но и к электромагнетизму есть просто под­ тверждение ньютоновского принципа релятивизма для всей физики. Таким образом, эта теория в не­ котором смысле глубоко консервативна; принципы, которые, как было установлено, имеют силу., в меха­ нике, утверждаются как справедливые для всей фи­ зики (курсив мой. — В. С.)» ’.

Совершенно очевидно, что историческое как бы закодировано в логическом. Но вот здесь конкрет­ но и встает главный вопрос, сформулированный ра­ нее: насколько же далеко «вперед» может прости­ раться историческое, заключенное в логическом, т. е. каковы пределы его возможного прогноза? Ясно, что речь идет не о количественной оценке этих пре­ делов, а о принципиальном, качественном их пони­ мании.

Понятие квантов пришло в физику ранее, чем возникла специальная теория относительности, но если последняя является обобщением классической механики, то квантовые представления в этом смыс-1

1 Дж. Вебер. Общая теория относительности и гравитацион­ ные волны, стр. 240 (дополнение Г. Бонди «Гравитационные волны»)

186

fie принципиально отличаются от представлений классических.

Общим для классических теорий является утвер­ ждение о возможности описывать все явления физического мира, задавая точное значение основ­ ных параметров системы (импульса, координаты в пространстве, энергии, момента времени), поскольку положение системы непрерывно изменяется со' вре­

друг от друга. В ньютоновской физике время носит абсолютный характер для всей Вселенной, и прост­ ранство поэтому представляет собой совершенно определенную фиксированную область, где все наб­ людатели рассматривают события в одни и те же моменты времени. В релятивистской механике, нап­ ротив, ни время, ни пространство абсолютного характера не имеют. Абсолютен только четырехмер­ ный континуум пространство-время, в котором наб­ людатели в зависимости от относительного движе­ ния своих инерциальных систем отсчета находят свое время и свое пространство.

Однако, несмотря на это существенное различие во взглядах на пространство и время, как реляти­ вистская, так и дорелятивистская физика в равной мере исходят из предположения о том, что все фи­ зические явления вне зависимости от их характера и природы могут быть вполне определенно и одноз­

характер длительности и рассматривая любые ре­ альные предсказания, диктуемые самим характером пространства-времени, теория относительности сох­

187

раняет в силе вплоть до самых детальных следст­ вий генеральные идеи прежней физики. Поэтому можно сказать, что, несмотря на такой новый, поч­ ти революционный характер эйнштейновских кон­ цепций, теория относительности в определенном ; смысле явилась венцом именно классической физи­ ки (курсив мой. — В. С.)» К

Совершенно иное положение складывается в квантовой механике. Оказывается, что переход от опи­ сания состояния системы в предыдущий период вре­ мени к описанию ее в последующий период не носит непрерывного и однозначного характера. Последую­ щее состояние системы лишь вероятным образом связано с предыдущим21. И эта замена динамичес­ ких закономерностей вероятностными самым тесным образом связана с невозможностью применения при описании явлений микромира обычных представле­ ний о пространстве и времени, общих дорелятивистской и релятивистской механикам 3.

Следовательно, качественно специальная теория относительности вне зависимости от времени ее по­ явления ближе механике Ньютона, нежели кванто­ вая механика. Поэтому логический анализ ньютонов­ ской механики в значительно большей степени пре­ допределяет развитие физики по пути ее релятиви­ стского обобщения, нежели по пути выработки квантово-механических представлений. В этом от­ ношении и общая теория относительности ближе к классическим представлениям, хотя возникает зна­ чительно позже обнаружения квантовых явлений.

188

Мости отличается от специальной только тем, ЧТО

. она обобщает результаты этой теории, значимые для всех инерциальных физически эквивалентных систем в случае ускоренного движения, т. е. тем, что нахо­ дит теорию, «справедливую в более общем случае» '.

Говоря иначе, развитие физических знаний по пу­ ти от классической механики к специальной теории относительности, а от нее к общей теории относи­ тельности соответствовало в значительно большей мере важнейшим принципам классической механики, нежели развитие знаний по пути создания кванто­ вой теории. Поэтому развитие знаний в направле­ нии к теории относительности в значительной мере, как это было показано выше, происходило теорети­ чески, путем логического включения некоторых но­ вых фактов (отрицательный результат опыта Майкельсона, эквивалентность гравитационной и инерт­ ной массы для всех тел и других) в существующие представления с обязательным, естественным пере­ смотром некоторых из этих представлений, но толь­ ко в той мере, в какой это было необходимо для объяснения новых фактов.

Квантовые же представления вошли в физику вопреки стремлениям физиков (в том числе самого М. Планка) придерживаться классических представ­ лений, а пересмотр физических теорий на базе этих представлений привел к самому решительному отка­ зу отвсех прежних представлений, к возникновению «безумных» теорий.

Известно, что во время одного из своих посеще­ ний Нью-Йорка В. Паули согласился прочитать пе­

189

Прения, итог которым попросили подвести Н. Ёорй. «Все мы согласны,— сказал он,— что ваша теория безумна. Вопрос, который нас разделяет, состоит в том, достаточно ли она безумна, чтобы иметь шансы быть истинной. По-моему, она недостаточно безумна для этого»‘. К слову «безумна» редакция сделала следующее примечание, подтверждающее высказан­ ную выше точку зрения: «Термин «безумность» употребляется здесь в смысле глубокого принципи­ ального отличия от прежних представлений корен­ ной ломки их, не укладывающейся в старые привыч­ ные понятия и образы» 1.2

Такое положение вещей говорит, очевидно, о том, что граница применимости прежних принципов имеет­ ся. Этой границей, на наш взгляд, и оказывается (если ее определить качественно) соответствие теоре­ тических положений экспериментальному материалу. Уровни соответствия могут быть различны, их может существовать несколько, но только в пределах «со­ седних» логическое и историческое оказываются не­ обходимо связанными. Связь «через уровень» логи­ чески неосуществима, и в этом случае возникает необходимость «безумной» теории, включающей но­ вые факты. Что же мешает осуществить логический поиск, перескакивая через уровень? Отсутствие ка­ чественно новых экспериментальных результатов.

Теоретически нельзя предсказать ни эквивалент­ ность инертной и гравитационной масс тела, ни пре­ дельный характер скорости распространения взаи­ модействия, ни квантовый характер передачи энергии, ни многие иные существенные для теории результаты. Это относится, в частности, и к пониманию ограничен­

1Цит. по: Ф. Дж. Дайсон. Новаторство в физике. — «Над

чем думают физики», вып. 2. «Элементарные частицы». М., 1963,

стр. 95.

2Там же.

190