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

да RK (сокращенное название эффекта. — В. С.) заключается в возможности с его помощью уста­ новить малейшие изменения энергии с недостижимой до сих пор точностью»!. Данный способ и был ис­ пользован для измерения эффектов, предсказываемых общей теорией относительности. «Чрезвычайная точ­ ность измерительного метода RK позволила в земных

Таким образом, новый способ согласования теории с опытом оказывался одновременно и выражением противоречия («разрыва») старой теории и опыта.

По аналогии с объяснением, данным А. Эйнштей­ ном гравитации, Картан предпринял попытку объяс­ нить электромагнитное поле путем дальнейшего обоб­ щения римановой геометрии в направлении перехода к пространству, обладающему кроме кривизны еще и кручением. Калуца в этих же целях вводил пятую вспомогательную переменную, а Вейль и Эддингтон обобщали закон параллельного переноса. Но все эти работы, несмотря на их внутреннее изящество и инте­ ресные математические подходы, не привели к какимлибо реальным физическим результатам, не дали спо­ собов объективно констатировать «разрыв» старой теории с опытом и поэтому остались только интерес­ ными догадками.

Казалось бы, все ясно: опережающая опыт теория должна покорно ждать своей опытной проверки. Но в таком случае ликвидация противоречия опыта и теории может происходить только за счет видоизме­ нения теории. Так ли это?

1 Р. Л. Мёссбауэр. Эффект RK и его значение для точных

61

Постановка такого вопроса ни в коем случае не должна означать наличия какого-либо сомнения в первостепенной значимости опыта в человеческих зна­ ниях, материально-практической деятельности вооб­ ще. Мы хотим высказать лишь следующую мысль: если любое физическое знание — это определенное соответствие, единство теории и опыта, а опыт и тео­ рия в физическом знании — «паритетные» стороны, то может ли новое согласование теории с опытом устанавливаться только за счет видоизменения тео­ рии, т. е. является ли зависимость теории от экспери­ мента абсолютной? Представители так называемого экспериментального метода в физике, например Ленард и Штарк в Германии кануна второй мировой войны, объявившие эксперимент «единственным под­ линным арийским» методом физики, немало не со­ мневались, что дело обстоит только так '.

Но сам опыт развития физики как науки не под­ тверждает такой точки зрения. Ввиду этого и в це­ лях более определенного представления об источнике «самодвижения» физической мысли мы еще раз вер­ немся к вопросу о согласовании теории и опыта.

3. ИСТОЧНИК «САМОДВИЖЕНИЯ»

Если опыт может «принимать» или «отвергать» тео­ рию, то может ли теория «осмелиться отвергнуть» опыт?

Ясно, что в данном случае речь может вестись только о теории, которая ввиду ее относительной не­ зависимости от опыта «ушла вперед». Мы уже при­ водили пример такой теории — это теория мезона Юкавы. Она оказалась очень «упрямой» в отношении1

1 См. М. Борн. Физика в жизни моего поколения, стр. 135.

62

принятия опыта и «осмелилась» на то, чтобы «отвергнуть его». Обратимся к этой истории еще раз.

Исходя из разработанных советскими физиками (И. Тамм и Д. Иваненко) представлений о ядре ато­ ма, японский физик-теоретик Юкава в 1935 г. для объяснения природы ядерных взаимодействий выдви­ нул смелую идею о переносе сил между нуклонами гипотетической частицей — мезоном. Юкава теорети­

спин частицы представляется целым. В 1937 г. ряд физиков обнаружили при анализе фотографии распада космических лучей в камере Вильсона следы мезонов. Их масса действительно была равна 206 массам эле­ ктрона. И они были объявлены мезонами Юкавы '. Но теоретические соображения заставили отказаться от такого вывода. Спин открытых в опыте частиц сказался равным Чг, а это означало, что они не мо­ гут рождаться поодиночке и быть переносчиками ядерных взаимодействий, а следовательно, и быть квантами ядерного поля. И только в 1947 г. были об­ наружены те мезоны, которые предсказывал Юкава. Их масса оказалась равной 273, спин — равным 0. Эти мезоны, названные пионами и обнаруженные Па­ уэллом, теория «приняла», так как они могли объ­ яснить в рамках данной теории перенос ядерных сил между нуклонами.

Но эмпирик может быть не удовлетворен ссылкой на теоретические предсказания, ибо сами теоретиче­ ские предсказания опирались предварительно на опыт, на ряд экспериментов, а потому-де основой все равно остается опыт как непоколебимая база всякой1

1 См. Р. Кристи, А. Питти. Строение вещества: введение в

современную физику, стр. 554.

63

теории и неопровержимый указатель ее правильно­ сти или ложности.

Против этого трудно возразить, ибо нет теории во­ обще, не опирающейся на опыт. Но, однако, всякий ли опыт, любой ли эксперимент однозначно решает судь­ бу теории?

Обратимся к хорошо известному опыту Майкельсона — Морли по определению скорости «эфирного ветра», обтекающего Землю в ее движении в прост­ ранстве. Предварительно напомним некоторые нема­ ловажные для самого опыта обстоятельства.

Когда Максвелл сформулировал законы электро­ магнетизма, были предприняты попытки сведения электродинамики к механике. Но тщательный анализ неудач, постигших науку на этом пути, показал, что электродинамика к механике сведена быть не может. Тогда ученые попытались решить как бы обратную задачу: свести механику к электродинамике. При ре­ шении этой задачи особое внимание они уделили ана­ лизу движения заряда. Здесь-то и возник вопрос о том, как реагирует эфир (его наличие признавалось физикой) на движущийся в нем заряд: захватывается эфир движущимся зарядом или остается неподвиж­ ным и на движение заряда в нем сам не реагирует? На этот вопрос, казалось бы, дали окончательный и однозначный ответ опыты французского физика И. Л. Физо, в которых сравнивалась скорость распростра­ нения света в потоках воды, движущихся с большой скоростью в двух противоположных направлениях.

Очень строгий анализ результатов опытов Физо показал, что эфир не увлекается водой* свет в обоих потоках распространяется с одной и той же скоро­ стью (точнее говоря, если эфир водой и увлекается, то незначительно). Отсюда следовал вывод о непо­ движности мирового светоносного эфира. На этой ос­ нове Лоренцем была построена теория электрона, ко-

64'

тор.ая вплоть до XX в. считалась наиболее полным выражением знаний об электромагнитных явлениях.

Но раз световой эфир неподвижен, то всякое дви­ жение относительно эфира, в том числе и равномер­ ное поступательное, должно вызывать какие-то эф­ фекты, которые могут быть обнаружены. Значит, их можно обнаружить, в частности, на движущейся че­ рез «эфирное море» Земле («эфирный ветер»). Бэтой связи особое значение приобрели опыты, поставлен­ ные в 1881 г. А.. Майкельсоном, а в дальнейшем про­ веренные при помощи более совершенных средств экспериментального исследования. Майкельсоном ста­ вилась задача обнаружения различия во времени про­ хождения света в направлении движения Земли и в перпендикулярном ему направлении. Сравнение, про­ веденное при помощи очень чувствительного интерфе­ ренционного метода, не обнаружило такого различия. Повторение опыта также дало отрицательный резуль­ тат. О чем это говорило?

Здесь мы сталкиваемся с возможностью различ­ ного вплоть до прямо противоположного истолкова­ ния результата эксперимента, опыта. Прежде всего укажем на истолкование, которое было снято разви­ тием научных знаний XIX в., но данному опыту вполне отвечало: земной шар неподвижно покоится в миро­ вом эфире. Только совершеннейшая несовместимость такого истолкования с накопленным к тому времени опытом науки не позволяла о нем помышлять. Но сама возможность согласия такого истолкования с ре­ зультатами опыта и с опытом предыдущим (опыт Физо) обращает на себя внимание.

Теперь рассмотрим истолкования опыта, которые были сделаны фактически. Естественно возник вопрос об истолковании данного результата с точки зрения электронной теории Лоренца, исходящей из непод­ вижного эфира. И действительно, Лоренц и Фицдже­

ральД восприняли опыт как доказательство продоль­ ного сокращения тел, движущихся через неподвижный эфир. Совершенно по-иному объяснял данные опыта А. Эйнштейн. Отказавшись от признания существо­ вания эфира, Эйнштейн пришел к выводу о необ­ ходимости пересмотра привычных и поэтому строго не анализируемых понятий пространства и времени.

Понимание Эйнштейном прямо противоположно истолкованию Лоренца и Фицджеральда. На это об­ ращает особое внимание в анализе теории Эйнштейна Б. Г. Кузнецов: «Когда оптические и электродинами­ ческие эксперименты показали, что прямолинейное и равномерное движение системы не оказывает влия­ ния на скорость распространяющегося в ней света, Лоренц выдвинул гипотезу продольного сокращения масштабов тел, движущихся относительно эфира. Такая гипотеза... позволила объяснить эксперимен­ тальные данные, не отказываясь от классического эфира — заполняющей все пространство неподвижной среды... Эйнштейн представил лоренцево сокращение как результат относительного движения двух равно­ правных систем, отказавшись от понятия эфира (кур­ сив мой. — В. С .)»1.

Как видно, результат опыта может быть понят не единственным образом, и уже в силу этого нельзя считать необходимым отбрасывание теории, противо­ речащей опыту. Противоречие может быть снято иным истолкованием опыта.

Может быть, наконец, и такой случай, когда ре­ зультат опыта отбрасывается и не принимается во внимание по соображениям теоретического характера. Мы не имеем здесь в виду отбрасывание таких ре­ зультатов, которые были получены при помощи несо

1 Б. Г. Кузнецов, Основные идеи специальной теории отно­ сительности. — «Очерки развития основных физических идей»,

стр. 281.

66

вершенных средств наблюдения и проверки. Число таких примеров даже трудно учесть, они буквально заполняют собой историю развития физических зна­ ний. К ним относится и неудачный опыт Галилея по

первоначальная оценка расстояния до Луны, на ко­ торую опирался Ньютон при проверке закона всемир­ ного тяготения, и определение отклонения падающе­ го с башни на землю груза, и т. п.

Речь идет о результатах, по существу не зависимых от степени точности поставленного опыта, но все же не принятых во внимание или отброшенных в силу противоречия их каким-то теоретическим положениям.

В науке давно высказана мысль о бесконечности Вселенной в пространстве. Поскольку бесконечность в опыте непосредственно выступать не может, она до­ казывается в процессе наблюдений и опытов, которые не обнаруживают конечность мира. В настоящее вре­ мя этот вопрос стоит более конкретно, ибо теперь из­ вестно, что понятие бесконечности не однозначно и может поэтому связываться с отличными друг от дру­ га свойствами Вселенной. Более конкретная постанов­ ка вопроса заключается в решении задачи о замкну­ тости Вселенной. Казалось бы, вопрос о том, замкну­ та Вселенная или не замкнута, может быть из сугубо теоретической сферы перенесен в сферу наблюдения, позволяющего решить вопрос о замкнутости или не­ замкнутое™ Вселенной.

Однако результаты некоторых наблюдений, хоро­ шо известные в науке и свидетельствующие, казалось бы, о замкнутости Вселенной, не убеждали ученых в этом. Так, Г. Ольберс (1823 г.) и Зеелигер (1894 г.) выдвигали соображения, согласно которым наблюда­ емая картина неба говорит только в пользу замкну-

-гости мира. Но, как показывает.современная астроно­ мия, такое утверждение не безусловно и связано с некоторыми исходными посылками теоретического ха­ рактера.

Дело заключается в том, что результаты наблюде­ ний свидетельствуют в пользу конечности мира только при условии предположения стационарности Вселен­ ной. Но стоит отказаться от этого допущения, как по­ ложение тотчас же изменяется. Вот что по этому поводу пишет Я- Б. Зельдович: «Из-за нестационарности Вселенной два очень различных варианта — замкнутый и бесконечный мир — не приводят к каче­ ственным различиям в наблюдаемой картине»'. Мы подчеркиваем — не приводят к качественным разли­ чиям, т. е. к различиям, которые не связаны с точно­ стью измерения. Следовательно, результаты астроно­ мических наблюдений «в пользу» замкнутости Вселен­ ной отбрасываются, во внимание не принимаются.

Можно опять возразить, что в данном случае речь идет о теоретических предпосылках, лежащих в осно­ ве истолкования наблюдения и пока еще не оконча­ тельно сформулированных, а опыт тут вроде бы и ни при чем. В том-то и дело, что опыт здесь оказывается настолько «при чем», что с ним нельзя не считаться, и в то же время он оказывается настолько «ни при чем», что не дает однозначного ответа на вопрос о пригодности тех или иных теоретических соображений.

Однако мы опять увлеклись доводами против крайнего эмпиризма в понимании физических знаний. Следует сказать еще несколько слов и о попытках сделать главный акцент в физических знаниях на те­ оретической стороне. Здесь особое сомнение вызывает1

1 Я. Б. Зельдович. Теория расширяющейся Вселенной, соз­ данная А. А. Фридманом. — «Успехи физических наук», т. 80, 1963, вып. 3, стр. 367.

68.

понятие противоречивости, о котором говорилось выше.

В самом деле, ведь всякое знание должно быть свободно от противоречий, не может базироваться на противоречивых основаниях, а противоречивость — понятие логическое, т. е. имеющее отношение к теории прежде всего. И не является ли в таком случае прео­ доление противоречий в знаниях исключительно за­ дачей теоретической? Если это так, то невольно вспо­ минаются слова М. Борна о «ведущей идее» Эддинг­ тона, которая состоит в том, что «существенная труд­ ность в теории всегда может быть прослежена до гносеологической ошибки, до неверного или слишком узкого понятия» К

Однако опыт, экспериментальные факты очень час­ то оказываются «выше» теоретических соображений, даже если эти теоретические соображения внутренне несовместимы с опытом, противоречат ему. Сошлемся в качестве примера на специальную теорию относи­ тельности.

Известно, что специальная теория относительности покоится на двух неопровержимых фактах природы. Первый из них заключается в невозможности отличить систему, находящуюся в состоянии прямолинейного и равномерного движения, от покоящейся системы. Законы природы, действующие в различных инерци­ альных системах, независимы от движения самих сис­ тем, и в опытах, проводимых внутри данных систем, невозможно установить, какая из них движется, а ка­ кая покоится. Законы природы одинаковы для всех инерциальных систем; движение инерциальных сис­ тем имеет относительный характер. Обобщение дан­ ных фактов нашло свое выражение в так называемом

принципе относительности.

1 М. Борн. Физика в жизни моего поколения, стр. 164.

69

Вторым достоверным фактом, лежащим в основе специальной теории относительности, является посто­ янство скорости света. Свет распространяется в пу­ стоте во всех направлениях с одинаковой скоростью, которая не зависит от скорости источника света, и по­ этому положение о распространении света с опреде­ ленной скоростью, равной 300 тыс. км в сек, носит как бы абсолютный характер. Обобщение этого факта нашло свое выражение в принципе постоянства скоро­ сти света.

Анализ двух указанных принципов выявляет их внутреннюю противоречивость. С одной стороны, пред­ ставляется вполне закономерным, что такие явления, как аберрация света и связанные с ней оптические й электрические явления, дают надежное средство для определения абсолютного движения Земли, или, вер­ нее, ее движения не по отношению к другим небесным телам, а по отношению к той среде, в которой распро­ страняется световой поток (эфир, по представлениям конца XIX в). Но это означало бы в свою очередь, что существует способ определения абсолютного движе­ ния, а значит, движение не может иметь только отно­ сительный характер; тем самым принцип относитель­ ности отвергается.

С другой стороны, если всякое движение имеет только относительный характер, то и движение Земли относительно светового потока таково же. Следова­ тельно, различные космические тела по отношению к одному и тому же лучу света движутся с различными скоростями, и говорить о какой-то абсолютной скоро­ сти света не имеет смысла так же, как бессмысленно говорить об абсолютной скорости в пространстве Земли или других планет и звезд.

Таким образом, противоречие между двумя прин­

70