Файл: Готт, В. С. Диалектика прерывности и непрерывности в физической науке.pdf

ние атомистических идей прошлого. С другой стороны, Максвелл почти отождествлял материю с пространст­ вом. Почти все механические свойства пространства определяются у него механическими свойствами сре­ ды, все механические свойства среды определяются соответствующими свойствами пространства. Здесь явно сказывается влияние картезианства.

Конечно, последующее развитие теории поля сняло это «почти» (мы имеем в виду в основном ньютоново объяснение инерционных сил) и освободило идею тождества пространства и материи от механистическо­ го истолкования. Однако до того, как это произошло, такое «переходное» понятие материи в одной из ее конкретизаций в виде эфира и оторванного от мате­ рии пространства послужило источником неразреши­ мых (в рамках такого понимания материи) противо­ речий.

Попытки разрешить эти противоречия привели к появлению множества механических гипотез эфира. Их провалы (особенно представление о покоящемся эфире, опровергнутое экспериментами МайкельсонаМорли) привели к убеждению о бесперспективности механического объяснения бурно развивающегося учения об электромагнитных явлениях. «Сперва поле рассматривали как нечто, —писали Эйнштейн и Инфельд, —что впоследствии можно будет истолковать механистически с помощью эфира. Со временем стало ясно, что эту программу нельзя осуществить, что до­ стижения теории поля стали уже слишком порази­ тельными и важными, чтобы их можно было заме­ нить механистическими догмами. С другой стороны, задача придумывания механической модели эфира представлялась все менее и менее интересной, а ре­ зультат, в силу вынужденного и искусственного ха­ рактера допущений, все более и более обескуражи­ вающим.

80

Единственный выход —это допустить, что прост­ ранство обладает физическим свойством передавать электромагнитные волны...»63.

Декартова идея тождества протяженности и мате­ рии через свое отрицание в ньютоновой механике сно­ ва возродилась в более развитой — электродинамиче­ ской— картине мира. С утверждением идеи о тожде­ ственности поля с пространством, а также с призна­ нием поля основным состоянием материи завершается процесс перехода от механической картины мира к электродинамической. Соответственно изменяется на­ бор и содержание основных принципов и понятий фи­ зической картины мира. Так, понятие атома переста­ ет быть первичным. Оно рассматривается уже как нечто производное от понятия континуума. Иными словами, фундаментальная идея абсолютной дискрет­ ности материи трансформируется в электродинамиче­ ской картине в фундаментальную идею ее абсолютной континуальности.

Исходное понятие силы, преимущественно рас­ сматривавшееся ранее как внешняя причина движе­ ния материи, заменяется здесь понятием энергии, ис­ толковываемым в качестве атрибутивного свойства материи. Понятия пространства (через отождествле­ ние с полем) и времени (путем отказа от представ­ ления о бесконечной скорости взаимодействий) теря­ ют свою независимость от понятия движущейся ма­ терии. Наиболее последовательно эта точка зрения проводится Эйнштейном в теории относительности.

Прежде чем начать ее рассмотрение в интересую­ щем нас плане, необходимо сказать несколько слов об электронной теории Г. А. Лоренца.

Парадоксально, но именно Фарадей открыл зако­ ны, подтверждающие атомную теорию вещества (речь

63 А. Эйнштейн. Собр. научных трудов, т. IV. М., 1967,

стр. 452.

81

идет о законах электролиза и о введенном им поня­ тии иона), указал на атомную структуру электриче­ ского заряда.

Начиная с 1878 г. Г. А. Лоренц, опираясь на труды Фарадея и Максвелла, начал разрабатывать электронную теорию вещества. Он пытался объеди­ нить идеи Френеля о взаимодействии эфира и веще­ ства с максвелловским описанием электромагнитных явлений и с атомистическими воззрениями на элект­ ричество Вебера и Клаузиуса. Но Лоренц, даже после создания теории относительности, отстаивал взгляды об абсолютности времени и о независимости прост­ ранственных и временных переменных.

Характеризуя сложившуюся ситуацию в понима­ нии взаимосвязи электромагнитного поля и заряда, М. Лауэ писал: «Подобно тому как Ньютон и его по­ следователи рассматривали гравитацию как причин­ но обусловленный результат действия масс, так каж­ дый физик первоначально рассматривал электриче­ ские силы как результат действия зарядов. Фарадей и Максвелл выдвинули на передний план понятие поля, а заряды были сведены к своего рода сингулярным точкам поля. Но отношение опять перевернулось, ко­ гда в связи с электронной теорией на передний план выступили атомные носители электрических элемен­ тарных зарядов. Нам кажется, что ни одно из этих воззрений не соответствует фактам. Заряды и поле на­ столько связаны друг с другом, что одно не может су­ ществовать без другого. Поэтому наука может с оди­ наковым успехом как принимать заряды за основу для познания поля, так и заключать о зарядах из измене­ ний электрических силовых линий»б4.

Созданные Лоренцем электродинамика движущих­ ся сред, знаменитые преобразования координат и вре­

84 М. Лауэ. История физики. М., 1956, стр. 68—69.

82

мени (носящие его имя) сыграли роль предтечей спе­ циальной теории относительности.

Классическая физика, по Эйнштейну, построена на следующих взаимно несводимых основных понятиях: материальная точка, сила взаимодействия между ма­ териальными точками, инерциальная система, элект­ ромагнитное поле65. Носителем дискретности в этой физике выступает понятие «материальная точка». Все остальные понятия интерпретировались в ней только в аспекте непрерывности.

Специальная теория относительности изменила на­ бор фундаментальных понятий классической физики: она добавила в качестве исходного положения посто­ янство скорости света и отказалась от понятия мате­ риальной точки. Первое изменение было обосновано экспериментом, второе — тем, что, как пишет Эйн­ штейн, «относительность одновременности делает не­ возможным дальнейшее сохранение концепции даль­ нодействия и потенциальной энергии»66.

По представлениям Эйнштейна, признание диск­ ретности вещества необходимо приводит к принципу дальнодействия, т. е. к признанию взаимодействия тел через абсолютную пустоту, через пространство, не связанное с материей. Признание же идеи электро­ магнитного поля и ее последовательное развитие предполагает непрерывность всех элементов теории как во времени, так и в пространстве. Следователь­ но, материальной точке как фундаментальному поня­ тию, подчеркивает Эйнштейн, нет места в полевой те­ ории материи. С исключением из числа основных по­ нятия «материальная точка» автоматически отбрасы­ вается понятие «сила взаимодействия между точка­

65 См. А. Эйнштейн. Собр. научных трудов, т. II. М., 1966,

стр. 787.

66 Там же.

83

ми». Последнее, по Эйнштейну, тождественно поня­ тию «потенциальная энергия».

Отказ от понятия «материальная точка» приводит к расширению классического понятия поля, оно теря­ ет свою специфичность, так как перестает быть опи­ санием только электромагнитных процессов. Эйн­ штейн считает, что полевая концепция материи спо­ собна однозначно описать любые процессы, протекаю­ щие в действительности.

Таким образом, по Эйнштейну, специальная тео­ рия относительности исходит из следующих фунда­ ментальных понятий: поле, постоянство скорости све­ та и инерциальная система отсчета. В этих исходных понятиях уже не находит своего отражения атомизм материи.

Из названных выше понятий лишь понятия «поле» и «постоянство скорости света» опираются на экспе­ римент. Поэтому Эйнштейн стремился освободиться от абстракции «инерциальная система отсчета» как исходной. В общей теории относительности он сво­ дит инерциальную систему отсчета к так называемо­ му полю смещения, являющемуся составной частью единого поля. Посредством этого единого поля, пола­ гал Эйнштейн, не только можно отобразить все про­ цессы, но оно есть единственное средство описания физической реальности. Эйнштейн подчеркивал, что полевая трактовка физической реальности неустрани­ ма, так как без нее невозможно сформулировать об­ щую теорию относительности.

Из изложенного вытекает, что фундаментальное понятие «поле», на котором основывается общая теория относительности, выступает только как отраже­ ние непрерывности. Но если поле только непрерывно, то это с необходимостью приводит к признанию тако­ вым и пространства-времени, поскольку, по Эйнштей­ ну, физические свойства пространства-времени сводят­

84

ся к физическим свойствам поля. В общей теории относительности не существует понятия пространства, лишенного какого бы то ни было физического содер­ жания. Физическая реальность пространства, по Эйн­ штейну, представляется полем, компоненты которого есть непрерывные функции четырех независимых пе­ ременных— пространственных координат и времени. Именно этот особый вид зависимости отражает про­ странственный характер физической реальности67.

Данный сугубо континуальный подход Эйнштейна противоречит известным фактам дискретности веще­ ства, энергетических процессов, электромагнитного из­ лучения, атомизма электрического заряда. К тому нее в сознании большинства физиков укоренились пред­ ставления, что атомизм, как и непрерывность, высту­ пают фундаментальными, всеобщими характеристика­ ми структуры физической реальности. Но Эйнштейн настойчиво отстаивал противоположные позиции.

Он утверждал, что общая теория относительности, • подразумевая описание физической реальности непре­ рывным полем, не может придавать фундаментальное значение таким понятиям, как частицы, материальные точки, движение, что частица — это лишь ограничен­ ная область пространства, в которой напряженность поля или плотность энергии особенно велики. В рабо­ те «Обобщение теории тяготения», вышедшей в 1953 г., Эйнштейн делает следующий вывод из своей идеи о необходимости описания физических процессов по­ средством поля: «По этой причине я не вижу в суще­ ствующей ситуации другого возможного пути, кроме чисто полевой теории, которая, впрочем, должна тогда решить такую чрезвычайно трудную задачу, как вы­ вод атомистического характера энергии»68.

67См. там же, стр. 725.

68Там же, стр. 789.

85

Таким образом, в теории относительности Эйн­ штейна в аспекте рассматриваемой нами проблемы существенны две идеи: во-первых, возможность неза­ висимого от прерывности существования непрерывно­ сти, во-вторых, неравнозначность этих категорий; не­

ставляет собой логическое завершение идей Фара­ дея—Максвелла об отождествлении свойств поля со свойствами физического пространства, в конечном счете понятия материи с понятием протяженности. Иными словами, здесь доведено до возможного пре­ дела определение материи через одну из противопо­ ложностей, а именно через непрерывность.

Используя в качестве общеметодологической осно­ вы свою идею о возможности свести дискретность ма­ терии к ее непрерывности, Эйнштейн .попытался по­ средством дальнейшего обобщения понятия поля соз­ дать «единую теорию поля».

В результате многолетней работы он пришел к убеждению, что физическую реальность можно пред­ ставить как обобщенное гравитационное поле, законы которой являются соответственно обобщенными зако­ нами гравитационного поля.

Однако весь этот напряженный многолетний труд не привел исследователя к желаемому результату. Своеобразное резюме своим достижениям, поискам, неудачам, надеждам и сомнениям великий ученый дал в конце «Автобиографических набросков».

«Со времени завершения теории гравитации, — пи­ сал он, —теперь прошло уже сорок лет. Они почти исключительно были посвящены усилиям вывести пу­

86

тем обобщения из теории гравитационного поля еди­ ную теорию поля, которая могла бы образовать осно­ ву для всей физики. С той же целью работали многие. Некоторые обнадеживающие попытки я впоследствии отбросил. Но последние десять лет привели, наконец, к теории, которая кажется мне естественной и обнаде­ живающей. Я не в состоянии сказать, могу ли я счи­ тать эту теорию физически полноценной; это объяс­ няется пока еще непреодолимыми математическими трудностями; впрочем, такие же трудности представ­ ляет применение любой нелинейной теории поля. Кро­ ме того, вообще кажется сомнительным, может ли те­ ория поля объяснить атомистическую структуру веще­ ства и излучения, а также квантовые явления. Боль­ шинство физиков, несомненно, ответят убежденным «нет», ибо они считают, что квантовая проблема дол­ жна решаться принципиально иным путем. Как бы то ни было, нам остаются в утешение слова Лессинга: «Стремление к истине ценнее, дороже уверенного об­ ладания ею»»69.

Трудности, вставшие перед Эйнштейном в процес­ се создания им единой теории поля, оказались непре­ одолимыми. Наряду с трудностями объективного ха­ рактера у Эйнштейна возникли и трудности, происте­ кающие из недооценки великим физиком диалекти­ ческого характера исследуемых процессов, прежде всего, на наш взгляд, взаимообусловленности и взаимоперехода, взаимоотрицания таких противополож­ ных сторон в структуре движущейся материи, как пре­ рывность и непрерывность.

Академик В. Л. Гинзбург отмечал, что начиная с работ Эйнштейна 1919 т. образовалось целое направ­ ление в теоретической физике, представители которого

87