книги из ГПНТБ / Рахматуллин К.Х. В мире Эйнштейна
.pdfони падают (несмотря на сопротивление воздуха) с очень большой скоростью.
И еще одно, можно сказать, самое важное откры тие Галилея в этой области. Он установил, что для дви жения тела нет необходимости, чтобы сила действова ла непрерывно. Если тело не будет встречать никакого сопротивления (воздуха, трущихся поверхностей и т. д.), то оно, получив первоначальный толчок, будет двигаться равномерно и безостановочно. Впоследствии это открытие Галилея было названо законом инерции, а способность тел сохранять постоянную скорость дви жения — инерцией.
Законы механики, начало открытию которых поло жил Галилей, впоследствии изучались австрийским ученым И. Кеплером, голландским ученым X. Гюйген сом, французским ученым Р. Декартом и другими. Но стройную, классическую форму придал им великий английский физик И. Ньютон. Открытые им законы механики и особенно закон всемирного тяготения из вестны нам со школьной скамьи. На них опиралась вся наука до создания теории относительности.
Специальная теория относительности не учитывала явления всемирного тяготения. Но в мире нет экрана, задерживающего силу тяготения. Она пронизывает все тела, всю Вселенную. Закон всемирного тяготения Нью тона гласит: все тела притягиваются друг к другу пря мо пропорционально массе и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Говоря несколько
59
упрощенно, чем массивнее тела, тем больше их взаим ное притяжение, сила которого убывает быстро с уве личением их расстояния друг от друга.
Эйнштейн решил, что его теория не может не учи тывать влияния тяготения на движение тел, на свойст ва пространства и времени. А этот учет привел к выво дам общей теории относительности.
Масса всякого тела имеет, если можно так сказать, две стороны. Тяготеющая масса — это способность тела создавать поле тяготения (притягивать другие тела) и испытывать на себе действие поля тяготения (других тел). Инертная масса — это способность тела сопротив ляться ускорению. Казалось бы, это два совершенно отличные друг от друга свойства материальных тел. Но Эйнштейн говорит, что тяжесть и инерция — два различных слова для обозначения одного и того же явления, причем численно они совпадают. Принцип эк вивалентности исключает существование таких двух тел, из которых одно ускорилось бы легче другого (при обретало бы данное ускорение под действием меньшей силы), но порождало бы поле тяготения большее, чем другое тело.
Рассмотрим теперь, к каким результатам привел учет явления всемирного тяготения, каковы следствия этого принципа эквивалентности тяготеющей и инерт ной массы. Постараемся рассмотреть их в виде отдель ных положений, связанных друг с другом, вытекающих одно из другого.
60
Во-первых, свет, как и электромагнитные явления вообще, обладает энергией. Если это так, то из закона пропорциональности энергии и массы ( Е=т- с2) следу ет, что свет обладает инертной массой. Это было дока зано еще до Эйнштейна тончайшим экспериментом вы дающегося русского физика П. Н. Лебедева по измере нию давления света. Установление давления света на твердые тела (а впоследствии и на газы) говорило о том, что свет обладает инертной массой. Далее. Нам извест но, что инертная масса эквивалентна его тяжелой (или тяготеющей) массе. Следовательно, свет обладает и тя готеющей массой.
Во-вторых, масса, находящаяся в поле тяготения, испытывает действие этого поля, и поэтому ее движе ние не будет прямолинейным. Чем больше сила тяготе ния, тем больше оно отклоняет движение тела от пря молинейного. Частная теория относительности рассмат ривала движение света в свободном от вещества прост ранстве, не учитывала влияния поля тяготения. Но в действительном мире нет абсолютно пустого простран ства без поля тяготения. Следовательно, свет распрост раняется в поле тяготения, и коль скоро он имеет тя готеющую массу, то и испытывает на себе влияние это го поля. Иными словами, в действительности свет не может иметь прямолинейное движение, его путь будет искривленным. Кстати, это обстоятельство и было под тверждено опытным путем во время солнечного затме ния 1919 г.: поле тяготения Солнца искривляет путь
61
света далеких звезд, проходящего вблизи него. В обыч ное время это искривление пути света звезд незаметно из-за яркого блеска Солнца.
В-третьих, мы уже знаем, что закон распростране ния света с постоянной скоростью раскрывает универ сальный характер связи пространства и времени. А ес ли наличие поля тяготения искривляет путь света, то ясно, что тяготение тесно связано со свойствами прост ранства и времени. Отсюда, далее, следует, что метрика пространства и времени (их геометрические свойства) является более сложной, чем это считала частная тео рия относительности. Эта метрика зависит от распреде ления тяготеющих масс. В этом, пожалуй, заключается основная идея теории тяготения Эйнштейна. Скажем несколько проще: поскольку решительно все физиче ские объекты в мире обладают тяготеющей массой и в мире нет пространства, свободного от поля тяготения, то никакое движение не может быть прямолинейным, оно обязательно более или менее искривлено. Иначе го воря, само пространство искривлено. Величина искрив ления пространства в данном месте зависит от силы по ля тяготения.
Математическим выражением этих свойств прост ранства и времени является не геометрия Эвклида, ко торая рассматривала прямые линии, а так называемая риманова геометрия. Одной из форм последней и явля ется геометрия Лобачевского. Вот почему, оказывается, в природе, строго говоря, нет параллельных линий: все
62
линии искривлены, и потому параллельные не парал лельны. Метрика пространства и времени является эв клидовой лишь тогда, когда мы не учитываем действия поля тяготения. Правда, при слабом поле тяготения, как у Земли, отличие метрики от эвклидовой настолько мизерно, что практически оно незаметно и обычно по этому не учитывается. Но когда мы имеем дело с силь ным полем тяготения, с большими участками простран ства и большими промежутками времени, обязательно надо учитывать факт искривления и перейти на риманову геометрию.
В-четвертых, Эйнштейн установил, что связь метри ки пространства и времени с распределением тяготею щих масс и их движением является взаимной: а) рас пределение и движение тяготеющих масс определяют метрику пространства и времени; б) движение масс в поле тяготения обусловлено отклонениями метрики от эвклидовой. Таким образом, получается, что массы соз дают метрику пространства и времени, а метрика опре деляет их движение. Формально эта взаимосвязь мате матически проявляется в том, что уравнение Эйнштей на представляет собой не только уравнение поля, но и уравнение движения.
Сущность теории тяготения, следовательно, состоит в установлении ряда общих связей: пространства и времёни, массы и энергии, структуры пространства и вре мени и материи, законов поля тяготения и законов дви жения в поле тяготения. Взаимодействие тел в их тяго
63
тении и изменение структуры пространство — время оказывается сторонами одного явления, но без сведения одной стороны к другой, как это пытаются делать идеа листы. Общая теория относительности может быть опре делена как теория тяготения, но она, по-видимому, не есть теория относительности любых движений, как это считал сам Эйнштейн. Главное ее значение в физике состоит в том, что она решила проблему, стоявшую со времени открытия тяготения,— выдвинула теорию это го фундаментального явления и, показав его связь со структурой пространство — время, дала основу для изучения влияния тяготения на разнообразные физиче ские процессы.
Советскими физиками проделана большая работа по вскрытию объективного физического содержания об щей теории относительности Эйнштейна, а преодоле ние нечеткости ряда ее положений дало возможность отбить попытки извращения некоторых выводов из тео рии относительности религиозно настроенными буржу азными учеными.
Общая теория относительности, или теория тяготе ния, вскрывает ограниченность частной теории, спра ведливой лишь для условий, когда можно пренебречь полем тяготения. При наличии сильных полей тяготе ния закон постоянства скорости света нарушается, а от сюда — нарушаются законы частной теории относи тельности. При этом закон взаимосвязи пространства и времени не только сохраняется, но подвергается даль
64
нейшему углублению и уточнению путем установления связи пространства и времени и тяготеющих масс и их движения.
Теория относительности — величайшее достижение науки. Но, как отмечает сам Эйнштейн в книге «Сущ ность теории относительности», современная теория от носительности учитывает связь пространства и времени лишь с гравитацией, а в будущем их свойства надо связать и с такой формой материи, как электромаг нитное поле. Поэтому теория относительности, хотя и очень важный, но только один из этапов в развитии по знания, дающий определенные относительные истины, заключающие в себе зерно абсолютного знания при роды.
ВСЕЛЕННАЯ БЕСКОНЕЧНА В ПРОСТРАНСТВЕ И ВО ВРЕМЕНИ
Выдающийся французский ученый П. Ланжевен еще в 1932 г. в статье «Относительность» совершенно справедливо утверждал, что появление теории относи тельности подготовлено всем развитием физики. Фило софские выводы из нее тоже являются закономерными, они также были подготовлены всем ходом развития ес тествознания -и философии.
Физическое содержание теории относительности яв ляется блестящим подтверждением выводов марксист ской философии об объективности, абсолютности прост ранства и времени, как форм бытия материи, и наличии у них относительных свойств. Пространство — время, как форма бытия материи, зависима от своего содержа ния — от движения материи, и в этом смысле свойства пространства и времени относительны. Поскольку тео рия Эйнштейна вскрыла всеобщий характер простран ства и времени, тем самым она утверждает и их абсо лютность в качестве обязательных условий существо
66
вания материи. Доказательство прямой связи простран ства и времени с движением материи является доказательством и их объективности, независимости от нашей воли и сознания. Кроме того, в теории относи тельности показывается и более глубокий смысл самих пространственно-временных отношений, абсолютность связи и относительность различий этих форм. Она рас крывает внутреннюю противоречивость пространства и времени: моментов постоянства и изменчивости, протя женности и структурности пространства; длительности и течения, сменяемости моментов времени.
В. И. Ленин в статье «О значении воинствующего материализма» отмечал, что за теорию Эйнштейна ухватилась уже громадная масса буржуазной интел лигенции всех стран, громадное большинство модных философских направлений. Они пытались сделать из ее положений религиозно-идеалистические выводы. В период усиления общего кризиса капитализма и бур жуазной науки это явление получило широкое распро странение. Для извращения содержания теории относи тельности давали основание некоторые идеалистиче ские ошибки самого Эйнштейна, хотя объективное содержание исследований постоянно приводило его к материализму, даже в чисто философских высказыва ниях.
В настоящее время извращение теории в духе идеа лизма идет вокруг нескольких основных вопросов.
Понятие системы отсчета — одно из основных в тео
5* |
67 |
рии относительности — подменяется идеалистами по нятием «точки зрения» наблюдателя, то есть делается попытка субъективизации выводов теории Эйнштейна. По мнению идеалистов получается, что лоренцево со кращение, относительность одновременности и другое зависят от субъективных намерений наблюдателя, от его точки зрения. Такой взгляд ведет к философскому релятивизму («все относительно, все зависит от точки зрения»), к отрицанию моментов физической абсолют ности пространства и времени. Вновь открытые свой ства пространства и времени выдаются идеалистами за простые логические следствия произвольно выбранных наблюдателем процедур измерения. Также и понятие одновременности будто основано на условном определе нии, что такое одновременность.
Все эти рассуждения не имеют под собой научной почвы, они не опираются на объективное физическое содержание теории относительности. Здесь для идеали стов убийственны те же вопросы, которые в свое время Ленин задавал махистам: существовала ли природа до человека; объективны ее свойства или они зависят от нас? С позиции своих взглядов идеалисты не могут дать на эти вопросы строго научных ответов. Они не хотят понять, что вследствие всеобщей связи каждое тело и происходящие в нем процессы прямо или опосредован но связаны со всеми другими телами и процессами. Эти материальные связи определяют координацию тел и событий в пространстве и во времени по отношению
68