Файл: Кузнецов, Б. Г. Этюды об Эйнштейне.pdf

теории, которые Эйнштейн сформулировал в конце жизни, но которыми он руководствовался уже в годы создания теории относительности.

3

Если научные концепции, отражающие объектив­ ную истину, должны сопоставляться с наблюдения­ ми, значит первым критерием при выборе научной концепции должно быть ее согласие с экспери­ ментом.

«Но насколько очевидным кажется это требова­ ние само по себе, настолько тонким оказывается его применение. Дело в том, что часто, если не всегда, можно сохранить данную общую теоретическую осно­ ву, если только приспособлять ее к фактам при по­ мощи более или менее искусственных дополнитель­ ных предположений. Во всяком случае, в этом пер­ вом критерии речь идет о проверке теоретической основы на имеющемся опытном материале»'.

Если научная концепция неизбежно выходит за феноменологические рамки, значит критерием при ее выборе должны быть естественность и минималь­ ное по сравнению с другими теориями число произ­ вольных допущений.

«Второй критерий можно кратко характеризовать как критерий „внутреннего совершенства“ теории, тогда как первый относится к ее „внешнему оправ­

26

ется нам более ценной тогда, когда она не является логически произвольным образом выбранной среди приблизительно равноценных и аналогично построен­ ных теорий».

Неотделимость критериев «внешнего оправда­ ния» и «внутреннего совершенства» один от друго­ го вытекает из общей гносеологической установки Эйнштейна. В основе дела — представление о един­ стве мира, об универсальной каузальной связи, об­ разующей объективное ratio мира, его гармонию. Научная концепция приближается к этой гармонии, согласуя свое содержание с наблюдениями и макси­ мально избегая произвольных посылок.

Критерии «внешнего оправдания» и «внутренне­ го совершенства» были применены к классической картине мира именно в таком, по существу едином, смысле. Логическая структура теории относитель­ ности, неизбежный переход от специальной теории к общей, отношение новой идеи к классическому идеа­ лу науки — все это можно увидеть, если учитывать единство «внешнего оправдания» и «внутреннего со­ вершенства». Эйнштейн столкнулся с нарушением «внешнего оправдания» — результатами опыта Майкельсона и аналогичных опытов. Разрыв можно было устранить специально выдвинутыми для этого доба­ вочными предположениями. Но такой путь противо­ речил «внутреннему совершенству» теории. Эйн­ штейн начал с основ научного мировоззрения. Связь с исходными гносеологическими посылками оказа­ лась поэтому совершенно явной.

Эйнштейн воспринял в рационалистической фило­ софии и в классической физике представление о мире, в котором поведение каждого тела определяет­ ся его взаимодействием с другими телами. Такое

27

представление должно все в большей степени господ­ ствовать в науке — в этом состоит то, что Эйнштейн называл программой Ньютона. Поведение тел обус­ ловлено их взаимодействиями с другими телами; в зависимости от положения тела и его скорости не­ прерывно меняется воздействие данного тела на дру­ гие, в зависимости от положений и скоростей других тел меняются от точки к точке и от мгновения к мгно­ вению их воздействия на данное тело. Подобные из­ менения описываются дифференциальными уравне­ ниями. После Максвелла физика достигла необычай­ ных успехов в применении дифференциальных урав­ нений при описании электромагнитного поля. Поэто­ му Эйнштейн назвал программой Максвелла общую мысль о полной зависимости поведения тел от зако­ номерностей, описываемых дифференциальными уравнениями.

Таков был для Эйнштейна идеал научного позна­ ния, лежавший в основе классической физики. Эйнш­ тейн был убежден, что наука, конструируя понятия, наиболее естественные, в наибольшей степени исключающие субъективный произвол и допускаю­ щие в принципе экспериментальную проверку, приб­ лижается к классическому идеалу. Но классическая наука отличается от классического идеала: она вклю­ чает притиворечащие ему понятия, и устранение этих понятий позволяет достичь большого «внутрен­ него совершенства» и вместе с тем «внешнего оправ­ дания».

Классическая механика как основа физики лиши­ лась «внешнего оправдания» в результате развития электродинамики. Уже во времена господства клас­ сических представлений эфир (по выражению План­

ка, «дитя классической науки, зачатое во скорби»)

28

приходилось наделять свойствами, противоречащими опыту: иначе он не укладывался в механическую картину мира.

«С точки зрения первого критерия (проверка на опыте) включение волновой оптики в механическую картину мира должно было вызывать серьезные сомнения. Если считать, что свет должен рассмат­ риваться как волновое движение в упругом теле (в эфире), то это тело должно быть всепроникаю­ щей средой. В силу поперечности световых волн сре­ да эта должна быть в основном подобна твердому телу, однако она должна быть несжимаемой, чтобы продольные волны не существовали. Этот эфир дол­ жен был вести рядом с обычной материей призрачное существование, поскольку он как будто не оказывал никакого сопротивления движению «весомых» тел. Чтобы объяснить показатели преломления прозрач­ ных тел, а также процессы испускания и поглоще­ ния света, пришлось бы принять путаные взаимодей­ ствия между двумя родами материи, это не только не было выполнено, но даже никто этого серьезно и не пробовал»'.

Энергичные попытки предпринимались в другом направлении. Хотели дать механическое истолкова­ ние максвелловым уравнениям электромагнитного поля. «Над этим и стали трудиться усерднейшим об­ разом, но совершенно бесплодно, тогда как самые уравнения во все большей степени выявляли свою плодотворность. Люди привыкли оперировать этими полями, как самостоятельными реальностями, не вдаваясь в их механическую природу. Так, почти

'А . Э й н ш т е й н . Собр. научных трудов, т. IV,

стр. 267.

29

незаметно взгляд на механику как на основу физики был оставлен; это произошло потому, чтр приспособ­ ление механики к опытным фактам оказалось безна­ дежным» '.

Но, несмотря на дискредитацию механических мо­ делей эфира, последнему приписывалась скорость по отношению к погруженным в эфир телам. «Элект­ рические и магнитные „силы поля" рассматривались наравне со „смещениями“ как первичные величины, а пустое пространство считалось частным случаем диэлектрика. Носителем поля считалась материя (вещество), а не пространство. А это подразумевало, что носитель поля обладает свойством иметь ско­ рость, что, конечно, должно было быть справедливым и для „пустоты“ (эфир). Электродинамика движу­ щихся тел Герца всецело основана на этой принци­ пиальной установке».

Если эфир обладает скоростью по отношению к те­ лам и соответственно тела — по отношению к эфи­ ру, то тем самым эфир входит в картину мира как тело отсчета. Однако здесь классическая картина мира натолкнулась на неизбывное противоречие с фактами. Критерий «внешнего оправдания» был исходным при отказе от понятия скорости тел, отне­ сенной к эфиру, и от самого существования эфира.

Но здесь еще раз подтверждается гносеологиче­ ская схема Эйнштейна. Из опыта и только из него еще не следовала однозначным образом новая тео­ рия; результаты опыта Майкельсона могли быть объяснены искусственно, специально выдвинутыми гипотезами. Однако подобные гипотезы противоречи­

30

Путь к общей теории относительности был не­ сколько иным. Здесь сразу же исходным критерием было «внутреннее совершенство». В этом отношении классическая физика во многом отступала от класси­ ческого идеала. Первое отступление состоит в про­ извольном выделении инерциальных систем из чис­ ла прочих, как единственных, где справедливы зако­ ны Ньютона.

Здесь мы подходим к так называемому принципу Маха, игравшему значительную роль в развитии об­ щей теории относительности.

Понятие абсолютного пространства было введено Ньютоном со ссылкой на центробежные силы и во­ обще силы инерции, возникающие в ускоренно дви­ жущихся материальных системах. Появление этих сил приписывается активному вмешательству прост­ ранства как такового в ход механических процессов.

«С точки зрения чисто геометрического описания, все „жесткие" системы отсчета являются в логиче­ ском отношении равноправными. Однако уравнения механики (и уже первый закон Ньютона) справедли­ вы лишь в некоторых из этих систем отсчета, а имен­ но в „инерциальных“ системах, составляющих осо­ бый класс. При этом характер системы отсчета, как материального тела, оказывается несущественным. Необходимость брать именно инерциальную систему отсчета должна быть поэтому обусловлена чем-то

определяющего обстоятельства Ньютон ввел понятие

31

„абсолютного пространства" как некоего вездесуще­ го активного участника всех механических процес­ сов» '.

Мах в своей «Механике» критиковал ньютоново понятие абсолютного пространства с позиций взаимо­ действия тел как единственной причины всего про­ исходящего в природе. Эйнштейн назвал такую кон­ цепцию принципом Маха. Согласно этому принципу, силы инерции не отличаются от других сил в том смысле, что они являются результатом взаимодейст­ вия тел. Соответственно, силы инерции не свидетель­ ствуют о каком-либо движении в абсолютном про­ странстве; они являются воздействиями со стороны других тел на данное тело.

Вскоре мы увидим, какие соображения заставили

от него. Но такой отказ был связан с дальнейшим от­ ходом от классических позиций и не реабилитировал ньютоново абсолютное пространство.

Другим недостатком «внутреннего совершенства» механики Ньютона и классической физики в целом была независимость законов движения, с одной сто­

ределяющей силы гравитационных и электрических взаимодействий, в сущности произвольна; она не вы­ текает из каких-либо предположений о структуре пространства. Эта функция — решение простейшего

' А. Э й н ш т е й н . Собр. научных трудов, т. IV,

стр. 268.

32

{инвариантного по отношению к вращениям) диффе­ ренциального уравнения Д ф = 0. Можно было бы думать поэтому, что функция 1/г определяется про­ странственной структурой и не является по своему виду произвольной. «Собственно говоря, это первый результат, который мог бы навести на мысль об от­ ходе от теории дальнодействия.

Однако развитие в этом направлении, — начатое Фарадеем, Максвеллом и Герцем, — наступило лишь позднее, под давлением опытных фактов» '.

Приведенные констатации служат исходными ло­ гическими пунктами для последовательных звеньев развития теории относительности. Устранение ука­ занных Эйнштейном недостатков классической физи­ ки приближает ее к классическому идеалу. Но вме­ сте с тем эти последовательные звенья подготавлива­ ли выход за пределы классического идеала.

4

С исторической точки зрения специальная теория от­ носительности была продолжением и завершением тенденции, о которой Эйнштейн говорил в приведен­ ной выдержке из автобиографии 1949 г. Электриче­ скому и магнитному полю приписывали механические свойства, его считали средой, которая, подобно погру­ женным в нее телам, может служить телом отсчета («носитель поля обладает свойствами иметь ско­ рость...» — характеризует этот взгляд Эйнштейн). Эйнштейн говорит далее, что бесплодность механиче-