книги из ГПНТБ / Станис Л.Я. Движение, пространство, время и теория относительности
.pdfполе тяготения. Принцип эквивалентности инерции и гравитации дал возможность распространить принцип относительности на любое состояние движения, на уско ренное, вращательное и т. п. До спх пор принцип отно сительности имел место лишь в прямолинейно и равно мерно движущихся системах, по внутреннему поведению тел в которых также нельзя установить, с какой ско ростью движется такая система в отношении к другим системам, движется ли она вообще или покоится. П а р а м е т р ы д в и ж е н и я везде оказываются о т н о с и т е л ь н ы м и . Если теперь силы инерции и силы тяготе ния рассматривать в качестве проявления единой приро ды гравитационного поля, то их количественное опреде ление, мера, степень также всякий раз будут относитель-
• ными, зависимыми от конкретного отношения движения и взаимодействия данной системы к другим гравитаци онным или инерционным системам. Силы инерции, воз никающие внутри системы, движущейся с ускорением, в классической механике рассматривались в качестве свидетельства существования абсолютных параметров движения в отношении к абсолютно привилегированной системе отсчета (к покоящейся или прямолинейно и равномерно движущейся). Теперь из любой области дви жения была изгнана всякая возможность устанавливать абсолютные параметры движения в отношении абсолют но привилегированной системы отсчета, за которой всег да скрывалась вера в существование некоего абсолютно го покоя.
Идея единства природы инерции и гравитации при вела к идее зависимости свойств пространства-времени от полей тяготения, которые искривляют пространствен но-временную структуру любых взаимодействий мате риальных систем и процессов, в том числе и электромаг нитных, световых. Евклидова геометрия в общей теории
101
относительности заменяется неевклидовой геометрией искривленного пространства-времени. «Наш мир не евклидов. Геометрическая природа его образована мас сами и их скоростями». Или: «Гравитационные уравне ния общей теории относительности стремятся раскрыть геометрические свойства нашего мира» '.
Специальная теория относительности оказалась те перь частным случаем более общей теории, а описывае мые ею устойчивые характеристики пространственновременной структуры материального движения из вели чин неизменных, инвариантных в ее рамках, в общей теории относительности превращаются в изменяющиеся, зависящие от полей тяготения. Логично предположить, что и общая теория относительности, которую сам Эйн штейн считал незавершенной, со временем превратится
вчастный случай еще более общей теории пространст венно-временной структуры материального движения. Исходя из этого гипотезу Эйнштейна о замыкающей себя
впространстве и бесконечной во времени Вселенной, выдвинутую на основе общей теории относительности, можно рассматривать как следствие того, что законы об
щей теории относительности действуют лишь в ограни
ченной области |
Вселенной, |
т. е. в |
«нашем мире». |
В таком случае |
возможным |
становится |
предположить, |
что в этих пределах законы, устанавливаемые теорией относительности, выражают всеобщую, устойчивую фор му бытия « на ше й Вселенной», ее метрические свойства как класс свойств, инвариантных относительно рассмот ренных видов движения. За метрическими свойствами
нашего мира |
стоят более фундаментальные т о п о л о |
г и ч е с к и е |
свойства, такие, в частности, как трехмер-1 |
1 А. Э й н ш т е й н . Физика и реальность. М., 1965, стр. 313.
102
ность (объемность) пространства и одномерность (однонаправленность) времени, или, как это выражает ся в теории относительности, четырехмерность простран ства-времени и др. Если метрические свойства выражают закономерно упорядоченный, количественный аспект про странственно-временных взаимодействий, то топологиче ские свойства выражают качественный аспект простран ства-времени нашей Вселенной, которая противостоит чему-то другому, более грандиозному, внешним условиям своего существования, другим Вселенным, с другой, ве роятно, топологией, другими законами пространственновременных взаимодействий движущейся материи, о ко торых наука пока не может сказать ничего конкретного. Однако рассмотрение относительного покоя нашей Все ленной как момента абсолютного, безграничного и бес конечного состояния движения материи может послу жить некоторым дополнительным ключом к проникнове
нию в тайны |
м е т а у с л о в и й ее |
существования. Ле |
|
нинская теория отражения ориентирует нас на то, |
чтобы |
||
попытаться |
рассмотреть всеобщие |
устойчивые |
законы |
движения и взаимодействия в пределах той или иной материальной системы как форму отражения воздейст вия внешнего через внутреннее, изменчивого через устойчивое, бесконечного через конечное.
Для подхода к такой проблеме может оказаться по лезным соответствующий анализ того, каким образом внешние условия преломляются в характере внутренних взаимодействий уже известных нам устойчивых матери альных систем на различном уровне их организации.
Следует иметь в виду другие гипотезы о простран ственно-временной структуре Вселенной, развившиеся на основе возможных решений уравнений общей теории от носительности. Так, например, советский ученый Алек сандр Александрович Фридман еще в 1922 году пришел
103
к выводу о переменном типе Вселенной; «...для этого типа, — писал он, — возможны случаи, когда радиус кривизны мира, начиная с некоторого значения, посто
янно возрастает |
с течением времени; возможны |
даже |
случаи, когда |
радиус кривизны меняется периодиче |
|
ски»1. Выводы |
были настолько неожиданны, что |
сам |
Эйнштейн сомневался в их истинности. Семь лет спустя, однако, гипотеза о расширяющейся Вселенной была подтверждена астрономическими наблюдениями, когда Хаббл открыл явление красного смещения в спектре галактик, причем тем большее, чем дальше та или иная галактика находится от нас. Эйнштейн в результате при знал, что Фридман дал наиболее общую схему решения космологической проблемы 21.
Объективно гипотеза расширяющейся Вселенной как частный случай гипотезы пульсирующей Вселенной лиш ний раз приводила к диалектическому выводу о том, что Мир находится в постоянном изменении, в движении. Представители современной объективно-идеалистической философии неотомизма эти гипотезы неправомерно стре мятся подогнать под религиозные догмы о божественном сотворении Мира из ничего, о том, что Земля является центром Вселенной. А. А. Фридман, возражая сторонни кам подобных выводов, неоднократно подчеркивал мысль о том, что разговоры о «сотворении мира из ниче го» должно рассматривать как курьезные факты, не име
ющие никаких научных |
оснований, точно так |
же |
как |
||
«...из |
п о с т о я н с т в а |
и п о л о ж и т е л ь н о с т и |
|||
к р й в и з н ы В с е л е н н о й ни в к а к о й |
м е р е |
||||
1 |
А. |
А. Ф р и д м а н . Мир как пространство и время. |
М., |
1965, |
|
стр. |
100. |
Э й н ш т е й н . Сущность теории относительности. |
М., |
1955, |
|
2 |
А. |
||||
стр. |
100, |
113. |
|
|
|
104
не с ле д у е т , что наша В с е л е н н а я |
к о н е ч - |
н а» |
характера, |
Те или иные выводы мировоззренческого |
вытекающие из общей теории относительности, сталки ваются с вопросом истолкования природы гравитации, потому что кривизна пространства-времени опреде ляется тяготеющими массами и гравитационными поля ми. У исследователей имеются разные точки зрения по вопросу связи пространства-времени и гравитации.
Одни рассматривают массу и поле гравитации в ка честве одного из материальных субстратов, который сво им состоянием движения и взаимодействия определяет свойства пространства-времени. Мнение наиболее рас
пространенное.
Другие отождествляют гравитацию со структурой пространства-времени, с состоянием его кривизны, в первую очередь. Такой точки зрения придерживается, например, видный современный американский физик Дж. Уилер. Пространство-время в его геометродинамике по сути дела поглощает собою все многообразие материального мира. Тензор кривизны, по Уилеру, дает возможность создания геометродинамических аналогов массы, заряда и других свойств материи1.2
В последнее время в связи с трудностью решения ряда проблем физики микромира отдельными естествоиспыта телями и философами выдвигается гипотеза макроско пической природы пространства-времени, в которой отрицается объективный характер пространственно-вре менной формы существования микромира на уровне эле
1 А. А. Ф р и д м а н . Мир как пространство и время. М., 1965,
стр. 102.
2 «Гравитация и относительность». Под ред. X. Цзю и В. Гофф мана. М., 1965, стр. 174.
105
ментарных частиц. Одним из ее сторонников является также видный современный физик Дж. Чу. Он, например, утверждает, что понятия пространства и времени играют в современной микрофизике роль, аналогичную роли эфира в макроскопической физике. Обосновываются по добные позиции определенным философским истолкова нием соотношения неопределенностей Гейзенберга, ко торое по своему существу лишь глубже раскрывает диа лектику связи необходимого и случайного, части и цело го, возможного и действительного на уровне взаимодей ствия элементарных частиц. Гипотеза же макроскопиче ской природы пространства и времени представляет ши рокое поле для разного рода идеалистических спекуляций независимо от субъективных намерений ее авторов.
Итак, сторонники одной точки зрения все многообра зие материального мира сводят к его пространственновременной структуре, сторонники другой лишают прост ранство-время его права на объективное существова ние в микромире. Несмотря на противоположный, казалось бы, подход, и та и другая позиция объективно ведут к некоторым общим философским выводам как онтологического, так и гносеологического порядка: к отрыву пространства и времени от движужейсд.-Махщжщ к~раздуванию субъективного, содержания в препстявлениях человека о Мире, по сути дела к его расчленению нЗ"ЖВ5щ1Г в~себе» и на «вещь для нас». То, как Мир существует «на самом деле», оказывается совершенно непохожим на то, как мы его воспринимаем.
Дело же, видимо, заключается в том, что современ ный уровень развития науки, в частности физики, приво дит к раскрытию более тем н ой изяимпз.авиг.иА<ш£.ти м р ж -ду. движущейся материей и ее пространственно-вррменной формШГ~сущёствования, единство материального мира п'блучйёГ' темсамым еще более глубокое обоснование в
106
естествознании. Оно дает объективную возможность в форме математических абстракций через одну из сторон этого единства выражать другие стороны его сущест
вования, поскольку все они |
взаимозависимы и взаимо- |
|||
определяемы. |
выразить одно через дру |
|||
Но одно дело — отразить, |
||||
гое, состояние д в и ж е н и я |
материи через |
его |
п р о с т |
|
р а н с т в е н н о - в р е м е н н у ю |
структуру |
или |
наобо |
|
рот, другое дело — свести одно к |
другому |
и признать |
объективно-существующей лишь одну из неотъемлемых сторон материального Мира. Первое — правомерно и це лесообразно, второе — бесплодно, такое сведение, как мы показали, ведет к ложным гносеологическим и онтоло гическим, естественнонаучным и философским выводам. Таковы некоторые философские проблемы, вытекающие из идей общей теории относительности. Только диалек тико-материалистический метод мышления дает возмож ность объективного анализа современных достижений и трудностей в развитии науки, тем самым диалектический материализм вырабатывает методологические ориентиры в направлении решения возникающих проблем науки.
7.ПОДТВЕРЖДАЕТСЯ ЛИ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ!
Специальная теория относительности своим возник новением обязана необходимости теоретического анали за и обоснования ряда новых экспериментальных данных. Основные из них мы приводили. Замедление течения вре мени, например, наблюдается в частицах космического излучения, зависимость массы от энергии— в современ ных гигантских ускорителях частиц. Возникновение об щей теории относительности связано с развитием логи- к и, новых философских и физических идей специальной теории относительности, т. е. общая теория относитель ности возникла на ее теоретической основе. Н е п о с р е д с т в е н н о й связи с опытными данными общая теория относительности не имела. И тем не менее она находит свое подтверждение в некоторых фактах и эксперимен тах, хотя и не так полно, как специальная теория отно сительности. Так, при изучении эллиптической орбиты Меркурия (ближайшей к Солнцу планеты) было обна ружено отклонение траектории ее перемещения от того пути, который она должна была бы проходить под дей ствием сил тяготения Солнца и других планет, рассчиты ваемых с помощью уравнений тяготения Ньютона. Орби та Меркурия поворачивалась медленнее расчетных дан ных, ее движение оказалось гораздо ближе к расчетам, полученным на основе общей теории относительности. В последние годы были проведены подобные измерения вращения орбит Венеры и Земли, которые также нахо дятся в близком совпадении с уравнениями Эйнштейна.
Второе подтверждение общей теории относительности состоит в наблюдении в спектре Солнца небольшого сме щения спектра в сторону красного конца. Бламонт и
108
Родье (Франция) в 1962 году измерили красный сдвиг одной из линий поглощения стронция. Измеренная вели чина оказалась очень близкой к расчетной по теории относительности, согласно которой сильные поля тяго тения оказывают замедляющее действие на время. Это значит, что любой процесс (в данном случае излучение атома) на Солнце будет идти как бы с несколько мень шей скоростью, чем на Земле, длина волны окажется большей, что и дает покраснение спектра.
Третьим подтверждением считается отклонение луча света в поле тяготения, которое должно иметь место и по предсказаниям ньютоновой теории. Однако уравнения Эйнштейна дают примерно вдвое большее отклонение, что и было подтверждено наблюдениями при полном затмении Солнца в 1919 году. Правда, точность прибо ров должна быть при этом безукоризненной, чего прак тически добиться бывает очень трудно. Словом, недове рие к необычным идеям теории относительности посте пенно разбивается об опытные факты. Практика выступает в роли критерия истины.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подведем некоторые итоги. Вокруг истолкования тео рии относительности развернулась борьба разных фило софских направлений. Позитивизм и агностицизм пыта лись ухватиться за терминологическую неточность и определенную философскую непоследовательность во взглядах Эйнштейна, поднять все это на щит. Метафи зически мыслящие ученые, не поняв диалектического существа новой теории, подвергли сомнению ее истин ность вообще. Философские ошибки Эйнштейна уже по лучили оценку в нашей печати, поэтому нет нужды в рамках настоящей брошюры на них специально оста навливаться. Здесь же следует подчеркнуть другое. Ни терминологические недостатки, ни философская непо следовательность основателя теории относительности и его выдающихся соратников не в состоянии были поко лебать диалектико-материалистической сущности новой
теории.
Фактическое содержание теории относительности рас крывает диалектику пространственно-временного дви жения материи, его абсолютный, безотносительный к чему бы то ни было другому, внешнему, всеохватываю
110