книги из ГПНТБ / Станис Л.Я. Движение, пространство, время и теория относительности

ных и т. д. Они приводят материю в движение. Дви­ жение есть перемещение тел в пространстве со вре­ менем. Путь движущегося тела равен скорости его движения, умноженной на время движения (5 = = ь1). Поведение тел, их свойства, зависят, в конеч­ ном счете, от их движения в отношении к абсолют­ ному, неподвижному пространству, протекающего

во времени.

Пространство и время не зависят друг от друга, не зависят они от материи и ее движения. Взаимодействия как взаимоизменения и взаимообусловленности между П, В, М, Д нет, есть лишь внешняя, не затрагивающая их внутренней сущности, связь, направленная в одну сторону, от абсолютно неизменных пространства и вре­ мени к потоку материального движения, но ни в коем случае не наоборот. Свойства движущихся материаль­ ных систем, параметры движения прямо зависят от того, находится ли система в состоянии покоя, прямолиней­ ного и равномерного движения или в состоянии ускорен­ ного движения в отношении к пространству.

Такое положение в классической физике очень метко охарактеризовал Эйнштейн. «Несмотря на то, — писал он,— что в отдельных областях она процветала, в принци­

законы движения вместе с необходимыми массами и си­ лами. Этим все и исчерпывается; остальное должно полу­ читься дедуктивным путем, в результате разработки над­ лежащих математических методов»!. Здесь именно на­

41

который, в случае познания им положения и скоростей всех частиц Вселенной, смог бы наперед предсказать все ее состояния в будущем, т. е. механический лапласовский детерминизм.

Физики прошлого века видели в классической меха­ нике незыблемое основание для всей физики и даже для всего естествознания. Однако, несмотря на видимую стройность и логичность оснований классической физики, она несла в себе такие внутренние противоречия, разре­ шение которых, сделанное на основании исследования новых явлений действительности, новых идей и экспери­ ментов, продвинули науку вперед.

Каковы же эти внутренние противоречия и новые экспериментальные данные, которые привели в итоге к необходимости создания новой теории пространственновременной формы материального движения.

П е р в о е п р о т и в о р е ч и е классической механи­ ки заключалось в следующем. Движение определялось в ней как перемещение тела в пространстве со в р е м е- н е м. За большее время с одинаковой скоростью тело пройдет больший путь. Относительная (относительно дру­ гих тел) и абсолютная (относительно абсолютного про­

в безграничном пространстве. Вместе с тем в каждый данный момент времени при любом ускорении, сообщен­ ном телу, скорость не могла стать бесконечной. Если признать, что она в какой-то момент все-таки станет бесконечной, необходимо будет сразу же отказаться от классического определения движения, как перемещения тела в пространстве со временем, ибо бесконечная ско­ рость означает распространение взаимодействий без вся­ кой затраты времени на перемещение тела в простран­

42

стве, т. е. вне времени. Ньютоновы силы тяготения и рассматривались им как силы, мгновенно распространя­ ющие свое действие.

В итоге мы получаем следующую дилемму: если со­ хранить время как всеобщее условие бытия движущейся материи, надо отказаться от возможности существования бесконечной скорости. Если отказаться от возможной бесконечной скорости, значит придется еще раз заду­ маться над галилеевыми преобразованиями координат, основанными на классическом принципе сложения скоро­ стей, который допускает любую, в том числе и беско­ нечную, скорость движения. Иными словами, надо задуматься над тем, всегда ли они истинны. Если нет, то необходимо будет понять, в каких пределах и почему они истинны. Бесконечная скорость распространения взаимодействия, т. е. вне времени передающееся дейст­ вие, служили объективным основанием существования абсолютной одновременности событий. Допуская такую возможность даже у одного вида взаимодействий, на­

распространения взаимодействия означал отказ от суще­ ствования абсолютной одновременности событий.

В т о р о е п р о т и в о р е ч и е . Третий закон Ньюто­ на говорит о том, что всякое действие вызывает равное себе по силе и противоположное по направлению проти­ водействие. Однако этот глубоко диалектический закон как частный случай проявления всеобщего противоречи­ вого единства действия и противодействия по существу не выполняется в том случае, когда в механике рассмат­

43

что абсолютное пространство Ньютона, как подчеркивал Эйндатейн, выполняет роль некоего вездесущего активно­ го участника механических процессов, каким-то чудес­ ным образом воздействующего на все параметры мате­ риального движения уже тем, что оно существует как привилегированная система отсчета. Все механические свойства материальных систем поэтому зависят от того, в каком состоянии движения к абсолютному простран­ ству они находятся. Само же пространство не подверже­ но никакому влиянию масс и их движений К Аналогич­ но обстоит дело и со временем. Рассуждая последова­ тельно, надо в таком случае либо отказаться от третьего закона механики как частного проявления диалектиче­ ского единства действия и противодействия, либо от идеи независимости пространства и времени от состояния ма­ териального движения.

Т р е т ь е п р о т и в о р е ч и е скрывалось в истол­ ковании закона инерции и принципа относительности. Первоначально они были сформулированы еще Гали­ леем, затем в несколько измененном виде они перешли в первый закон Ньютона. «Когда тело движется по гори­ зонтальной плоскости, не встречая никакого сопротивле­ ния движению, то ...движение его является равномерным и продолжалось бы постоянно, если бы плоскость про­ стиралась в пространстве без конца»12. Надо иметь в виду при этом, что горизонтальная плоскость у Гали­ лея соответствует поверхности сферы. Равномерное, не ускоренное движение, которое не требует внешней силы для своего наличия, у него есть движение по пути ее наименьшей кривизны, т. е. по геодезической кривой.

44

Галилей рассуждал весьма мудро. Не последнюю роль в его взглядах играли его космологические представле­ ния. На самом деле, на круговой орбите у движущейся точки нет преимущественных мест и направлений. Ее движение не нуждается ни в начале, ни в конце (рис. 2). Любое ее положение одновременно является и началом

ирезультатом движения, в то время как движение по прямой ставит весьма трудную проблему о том, как вела себя точка в бесконечном, уже пройденном ею простран­ ственном пути и как она поведет себя в бесконечном пространственном пути, который ей предстоит проходить

ив бесконечном прошлом и в бесконечном будущем вре­

мени?

Прямолинейное равномерное движение рассматри­ вается Галилеем как частный случай криволинейного, когда поверхность сферы настолько велика, что в конеч­ ном участке движения тела ее кривизной можно пре­ небречь. Например, живя на таком большом космиче­ ском теле, как Земля, человек в обыденной жизни практически имеет дело с инерциальным прямолинейным равномерным движением на сфере.

45

Галилеева идея кривизны движения некоторым об­ разом нашла свое продолжение в общей теории относи­ тельности, в идее кривизны пространства-времени.

У Ньютона инерциальное, равномерное движение — это лишь прямолинейное движение. Первый закон Нью­ тона гласит: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолиней­ ного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние» ’. Заме­ тим здесь, что эта ограниченность Ньютона, особо вы­ делявшего прямолинейное равномерное движение, покой и т. д., в то время была необходимым условием деталь­ ной разработки всей системы принципов классической механики, безотказно служившей более двух веков. Об­ ратим внимание и на другое различие между Галилеем и Ньютоном. При изложении закона инерции у Галилея речь идет о внутренне присущей всякому телу способно­

д а е т с я п р и л о ж е н н ы м и с и л а м и и з м е н я т ь это с о с т о я н и е . Эти оттенки во взглядах оставляли возможность двояким образом толковать принцип отно­

46

ны, так как все тела, принадлежащие к этим системам, ведут себя совершенно одинаково, все они подчиняются одним и тем же законам движения. Находясь внутри такой системы, никак нельзя установить, с какой ско­ ростью движется эта система в отношении других систем. Нельзя также установить, движется ли она вообще или абсолютно покоится в отношении мирового простран­ ства даже в том случае, если мы установим ее парамет­ ры движения в отношении других систем, выглянув, так сказать, за ее пределы. Вспомните свое состояние в рав­ номерно идущем поезде. Если вы смотрите в окно на другой поезд, затруднительно бывает определить, кото­ рый из них движется, а который стоит, и уж совсем нельзя определить, какой из них движется быстрее (если движутся оба). Можно установить только скорость од­ ного относительно другого, скажем, по количеству мель­ кающих окон за минуту, если известно расстояние между окнами. Сравнив движение с покоящейся относительно Земли станцией, можно установить и эту относительную скорость, затем можно эти расчеты продолжать в отно­ шении Солнца и т. д.

Рассуждая последовательно, надо было бы сделать вывод: у равномерно движущихся систем существует лишь о т н о с и т е л ь н а я скорость и одинаковые устойчивые законы внутреннего движения. Абсолютной скорости движения вообще нет и быть не может, потому что нет никакой абсолютно покоящейся материальной системы отсчета, в отношении к которой она объективно могла бы существовать и быть рассчитана. В классиче­ ской механике и в физике положение спасало мировое абсолютное пространство, теоретически вводимое как привилегированная система отсчета. Но его существова­ ние прямо и непосредственно не было доказано физиче­ скими экспериментами. Ускоренное движение по суще­

47

ству положения не спасало. Лишь с определенными допу­ щениями оно использовалось в качестве доказательства существования абсолютного покоя.

В результате изложенного логично было бы предпо­ ложить, что абсолютно неподвижного пространства нет, как и нет абсолютного покоя тел, поскольку нет разницы между системой покоящейся и движущейся равномерно без ускорения. Нет и не может быть абсолютно однознач­ ных параметров движения, отнесенных непосредственно к мировому абсолютному пространству. Вероятнее всего следовало бы предположить, что любые параметры дви­

всепроникающего абсолютного состояния вечного взаи­ модействия материальных систем. Вспомните Бруно: часть всего, все в каждой части, хотя и не полностью.

Ньютон таких выводов из формулируемого им зако­ на инерции сделать не мог. Кроме относительной скоро­ сти, теоретически он признавал реально существующей и абсолютную скорость прямолинейно-равномерно дви­ жущихся систем в отношении мирового пространства. Только Эйнштейн впоследствии отверг абсолютную ско­ рость движения, потому что отверг существование абсо­ лютного пространства, независящего от состояния движения материи. Недостаток ньютоновой формулиров­ ки закона инерции, пожалуй, заключался в том, что на первое место в ней выдвигается покой, к которому в принципе можно полностью приравнять любое из со­ стояний равномерного и прямолинейного движения. По­ скольку любое тело теоретически можно рассматривать находящимся не только в состоянии относительного, но п абсолютного покоя, движение переставало обладать абсолютно всеобщим значением. Такая позиция приво­ дила к несколько иным, чем у Галилея, выводам из прин­

48

ципа относительности, а именно: раз по внутреннему по­ ведению тел прямолинейно и равномерно движущейся системы нельзя установить, покоится она абсолютно или все-такие движется, значит за всяким таким состоянием движения можно было предполагать абсолютный в от­ ношении мирового пространства покой. Практически любое прямолинейное и равномерное движение прирав­ нивалось к покою и рассматривалось как привилегиро­ ванная система отсчета. Теоретически оно выступало в качестве исходной опоры при анализе любого состояния движения. Во всей классической физике, начиная с ньюто­ новой механики, прямолинейное равномерное движение служило дипломатическим представителем абсолютного, покоящегося пространства как абсолютной системы от­ счета, хотя оно ничего не давало для реального установ­ ления абсолютной скорости. В качестве опосредствован­ ного доказательства ее существования использовалось ус­ коренное движение. Словом, в механике и в классической физике по существу исключалась возможность рассмат­ ривать движение как всеобщий, неотъемлемый и абсо­ лютный способ существования материи. Вместе с тем оставалась питательная почва для агностицизма: не знаем, и в принципе не можем знать, покоится или дви­ жется та или иная прямолинейно и равномерно движу­ щаяся система абсолютно, на самом деле; в частности, например, нельзя установить точно, — покоимся ли мы абсолютно вместе с нашей инерциальной системой — Землей или движемся в мировом пространстве. С подоб­ ными философскими выводами из принципа относитель­ ности, к сожалению, приходится встречаться довольно часто, особенно в популярном изложении основ теории относительности.

В недавно выпущенной у нас, в целом интересной и нужной, популярной книге «Теория относительности для

49

миллионов» М. Гарднера в самом начале мы, например, читаем: «Абсолютно ли движение? Существует ли какойлибо класс экспериментов, который с определенностью показал бы, движется объект или покоится? Является

одного предмета с местоположением другого? Или же движению присуще нечто своеобразное, что делает его отличным от относительных категорий, рассмотренных выше?» '. Далее утверждается, что движение только от­ носительно, как относительны понятия «верха», «низа», «больше» или «меньше» и т. п., которые как раз и рас­ сматривались Гарднером выше.

Мы ответим на поставленный вопрос по-другому и сознательно несколько повторимся, ибо в этом суть рас­ сматриваемой проблемы.

Движению на самом деле присуще нечто исключи­ тельно «своеобразное», что делает его отличным от лю­ бых других, более частных категорий. Оно, это «своеоб­ разное», заключается в том, что лишь движение обладает а б с о л ю т н о всеобщим значением. Движение материи обладает универсальным всеобщим значением, безотно­ сительным к чему бы то ни было другому. Материальное движение (движущаяся материя) представляет собою всеобщую и абсолютную, т. е. ни к чему другому не отно­ симую, все в себя и саму себя вмещающую, субстанцию мира. Материальное движение, как изменение вообще, не только не к чему, кроме как к самому себе отнести, но и нечему противопоставить. Противопоставление мате­ риального движения движению мыслительному имеет место лишь в пределах основного гносеологического во-1

50