Файл: Семенчев, В. М. Физические знания и законы диалектики научное издание.pdf

жения скоростей свет, идущий по движению корабля, будет двигаться по отношению к берегу со скоростью

Таким образом, скорость овета относительно на­ блюдателя,. расположенного на берегу, и относитель­ но наблюдателя, расположенного на корабле, будет различной.

Но при всех ли условиях это будет так? Прежде всего такое различие в скорости света будет наблю­ даться только при условии движения корабля относи­ тельно берега. Это ясно. Но данное условие не являет- -ся ни единственным и, что важно, ни самым главным в этом мысленном эксперименте. Главным условием наблюдаемой картины будет определенное отношение корабля к той среде, в которой распространяется свет.

Если среда, в которой распространяется свет, будет двигаться вместе с кораблем («увлекаться» им), то скорость движения света относительно этой среды будет совпадать со скоростью движения света относительно палубы корабля и поэтому будет как в одном, так и в другом направлении одинаковой отно­ сительно наблюдателя, расположенного на палубе, и различной относительно наблюдателя на берегу. Но если среда кораблем «не увлекается», а свет имеет постоянную скорость относительно среды, то наблюда­ тель на корабле зарегистрирует, что свет до кормы дойдет быстрее, чем до носа корабля, так как именно в этом случае скорость света относительно корабля будет равной: W = Vcp. + VKOp., а в противоположном направлении она будет равна: № = 1/ср. —VKOp. От­ носительно наблюдателя на берегу картина будет той

157

же самой, т. е. результаты опыта на корабле и на бе­ регу совпадут.

Итак, если среда «увлекается» кораблем, резуль­ таты опыта на корабле и на берегу не совпадают, а если корабль среду «не увлекает», то результаты этих опытов совпадают, т. е. и внутри движущейся системы мы обнаружим различие в скорости света, а

тельно, если земной шар — это корабль, движущийся в океане Вселенной, которая «заполнена эфиром», «не увлекаемым» земным шаром в своем движении, то, измеряя скорость распространения света в услови­ ях земных лабораторий, можно определить скорость Земли во Вселенной, т. е. ее абсолютную скорость в бесконечном пространстве мира! Правда, остается под вопросом само условие возможности такого экс­ перимента, а именно «увлекается» «эфир» движущи­ мися в нем телами или нет. Ведь только в случае неподвижного эфира мог быть поставлен опыт по установлению скорости Земли.

В 1851 г. известный французский физик И. Физо попытался ответить на этот вопрос. Он сравнил в опыте скорость,распространения света в быстро дви­ жущихся навстречу друг другу потоках воды и при­ шел к выводу, что эфир (в котором по тем представ­ лениям распространялся свет) по крайней мере час­ тично «увлекается» водой, т. е. в основном остается неподвижным. Следовательно, движение Земли через эфирное море может быть констатировано.

Поставим опять тот же вопрос: при всех условиях или нет? И вот здесь-то необходимым условием и вы­ ступает закон сложения скоростей. Все наше рассуж­ дение в случае неподвижного эфира имеет смысл только пои том необходимом условии, если скоро­

158

Так закон сложения скоростей классической меха­ ники выступил в качестве определенного логического основания при ответе на вопрос о возможности опре­ деления с Земли скорости ее движения во Вселенной. Как уже говорилось, очень остроумный способ про­ ведения такого измерения и был осуществлен Майкельсоном в 1881 г. Однако опыт Майкельсона дал отрицательный результат. Каков вывод из отрица­ тельного результата опыта?

а) Либо эфир увлекается полностью движущими­ ся телами. Но это противоречит опыту Физо и мно­ гим иным соображениям (например, наблюдениям за двойными звездами);

б) либо имеет место какой-то эффект, о котором мы не знали и который не учитывали. К этому и сво­ дилось предположение Фицджеральда о продольном

тиворечило бы всей классической механике и поэтому было бы «безумным».

Но оказалось, что «безумное» предположение в итоге взяло верх над более приемлемыми с точки зре­ ния здравого смысла. Понятно, что обнаружение яв­ лений, которые не подчинялись закону сложения ско­ ростей, а тем самым как бы выходили за пределы тех теоретических требований, которые налагала на них классическая механика, поставили вопрос о пе­ ресмотре самых основных фундаментальных понятий, лежащих в ее основе.

Как уже было показано, такой вопрос привел к из­ менению понятий о пространстве и времени. И, ко­ нечно же, закон сложения скоростей был пересмотрен

159

не сам по себе, а в неразрывной связи с пересмотром этих понятий. Но при этом важно иметь в виду, что в пересмотренном, преобразованном виде он снова стал основанием для многих новых выводов об уже известных закономерностях.

«Изменение понятий о пространстве и времени,— пишет Л. де Бройль, — вызванное принципом относи­ тельности Эйнштейна, привело к изменению основных принципов кинематики. В частности, закон сложения скоростей приобрел иной, несколько более сложный вид. Это в свою очередь легко позволило понять ре­ зультаты опытов Физо по распространению света в движущихся диспергирующих средах. На языке тео­ рии эфира эти эксперименты можно было понять, говоря о частичном увлечении эфира движущимися телами. Опыты Физо подтвердили предложенную Фре­ нелем формулу, определяющую коэффициент увлече­ ния как функцию показателя преломления движущей­ ся среды. Лоренц в своей теории электронов сумел подтвердить эту формулу, но теория относительности дала ей гораздо более простое и изящное объяснение,

показав, что она прямо следует из нового закона сло­ жения скоростей (курсив мой.■— В. С.)» ’.

Что же представляла собой новая формула, кото­ рая смогла послужить основанием для многих новых выводов? Оказалось, что в формуле проявилось явное признание того, что молчаливо отвергалось в преж­ ней формуле, а именно более сложная зависимость результата от величины входящих в него параметров. В прежнем законе, каковы бы ни были по величине Vx и V2, W во всех случаях оказывается простой их суммой. Теперь дело обстояло иначе. Вот новая фор­ мула закона сложения скоростей релятивистской ме­ ханики:1

1Л . де Бройль. Революция в физике, стр. 73.

160

Vi + V,

1~f- Vi ■V2 , где C —скорость света.

Сг

Следовательно, новое утверждение {новый закон сложения скоростей) в совершенно определенном смысле отрицает старое утверждение (закон сложения скоростей классической механики).

Но вот вопрос. Закон сложения скоростей клас­ сической механики согласовался с определенным кру­ гом опытных данных. Потом были выявлены такие опытные данные, с которыми он не согласовался (опыты по распространению света). С этими данны­ ми, однако, согласуется новый закон сложения скоро­ стей, отрицающий прежний закон. Так что же, этот новый закон, отрицающий прежний, с теми опытными данными, с которыми прежний закон согласовывался, не согласуется? Нет. Новый закон будет соответст­ вовать прежним опытным данным. А вот прежний за­ кон новым опытным данным (движение со скоростя­ ми, близкими к С) соответствовать не будет. Старое оказывается бессильным «справиться» с новым. Новое же прекрасно «справляется» со старым и, более того, показывает, в чем слабость старого,

В данном случае в старом законе сложения ско­ ростей не принималась в расчет возможность более сложной зависимости результата от исходных вели­ чин или, по-иному говоря, установленная в соответст­ вии с опытом зависимость абсолютизировалась.

Сказанное как будто бы приводит к единственно возможному выводу: новое согласование, отрицая со­ гласование старое, в то же время включает в себя последнее; знание становится более общим, более широким, охватывающим больший круг опытных дан­ ных и заключающем в себе теоретические положения, в которые старые теоретические положения входят

161

как предельный, частный случай. То, что прежде считалось абсолютным, стало только относитель­ ным, приближенным, имеющим границы приложения (V<CC). И в то же время, только став относительным, оно стало развивающимся, движущимся к абсолютно­ му. «С точки зрения современного материализма, т. е. марксизма, — писал В. И. Ленин, — исторически условны пределы приближения наших знаний к объек­ тивной, абсолютной истине, но безусловно существова­ ние этой истины, безусловно то, что мы приближаемся

кней»1.

Вфизике признание относительного характера представлений о природе и в то же время объектив­

ного характера их нашло свое выражение в «принци­ пе соответствия»12. Впервые сформулирован этот принцип был Н. Бором в 1916 г., однако фактически он использовался и ранее. Доказательством этому служит вышеприведенный пример с законом сложения скоростей. Релятивистский закон сложения скоростей в определенном смысле соответствует закону сложе­ ния скоростей классической механики. Но Бор сфор­ мулировал данный принцип как эвристический, т. е. такой, который не просто впоследствии констатиро­ вал соответствие новых формул прежним представле­ ниям, а помогал постигать новое на основе уже изве­ стного и установленного. В этом, собственно говоря, и заключалась, по мысли Бора, роль принципа соот­ ветствия. В отношении квантовой механики это озна­ чало, что она должна представлять собой дальнейшее обобщение положений классической механики, т. е.

замечательным принципом можно рекомендовать книгу И. В. Кузнецова «Принцип соответствия в современной физике и его философское значение» (М., 1948).

162

включение поелейней в более общш принципы описа­ ния природы. «...Бор очень рано ясно осознал, что квантовую физику следует рассматривать как обоб­ щение классической физики. В то время, когда окон­ чательная формулировка квантовой физики была еще невозможной, принцип соответствия Бора, устанавли­ вавший качественную аналогию двух теорий, стал не­ оценимым орудием дальнейших исследований»'.

Каким же образом была осознана необходимость такого принципа?

Согласно классическим представлениям, движу­ щийся в атоме электрон излучает целый набор частот, т. е. излучение с классической точки зрения происхо­ дит непрерывно: одновременно излучается свет самых различных частот. Согласно квантовым представле­ ниям, этот процесс принимает совершенно иной харак­ тер. Электрон, находящийся на стационарной орбите, ничего не излучает. Излучение возникает только при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую. В этом случае атом излучает единственный квант монохроматического света. Множество атомов излучают целую серию таких квантов, т. е. квантов различных частот, вследствие чего и получается кар­ тина различных монохроматических излучений. Ины­ ми словами, наблюдаемая картина с точки зрения квантовой механики является следствием дискретного процесса, происходящего в виде отдельных единич­ ных актов излучения квантов атомами.

Непрерывность и дискретность являются столь различными представлениями, что возникает естест­ венное сомнение по поводу возможности установления какой-либо связи между объяснением процесса с классической точки зрения и объяснением его с точ-1

1 Р. Крониг. Переломные годы. — «Теоретическая физи

20 века». М., 1962, стр. 17,

163

ки зрения квантовых представлений. Эта ситуация поставила физиков в крайнее затруднение, хотя с диа­ лектической точки зрения ситуация выглядела доволь­ но естественно, «Д и а ле кт и к а есть учение о том,— записал В. И. Ленин, читая гегелевскую «Науку логи­ ки», — как могут быть и как бывают (как становятся)

т о ж д е с т в е н н ы м и п р о т и в о п о л о ж н о с т и , —

при каких условиях они бывают тождественны, . пре­ вращаясь друг в друга,— почему ум человека не дол­ жен брать эти противоположности за мертвые, за­ стывшие, а за живые, условные, подвижные, превра­ щающиеся одна в другую»1.

Но затруднение было преодолено физикой, и пло­ дом этого преодоления явился принцип соответствия, который позволял показать условность и подвижность противоположностей.

Итак, с точки зрения классической механики излу­ чение непрерывно, а с точки зрения механики кван­ товой—прерывно. Атом, как показали исследования, обладает квантовыми свойствами, и, следовательно, законы классического излучения к реальным атомам относиться не могут. Таким образом, описывая клас­ сически и'злучение атомов, мы описываем на деле из­ лучение не реальных, а «фиктивных» (вымышленных) атомов. Нельзя ли сравнить ансамбль таких «фиктив­ ных» атомов с ансамблем реальных квантовых ато­ мов, выяснить их поведение в отношении определения частот, интенсивности и поляризации излучения? Та­ кое сравнение и сумел осуществить Н. Бор. Вот как

самбль реальных квантовых атомов. Попытаемся уста-1

1 В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 29, стр. 98.

164