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

явления и предсказывающей все возможные экспери­ менты, что означало бы достижение абсолютного знания. Различие между теорией и опытом всегда существует, а одним из главнейших назначений раз­ вития опыта и теории и выступает выявление этих противоречий.

Каким же образом в физических знаниях эти про­ тиворечия преодолеваются? Ведь оставить не пре­ одоленным, не снятым. явное противоречие между опытом и теорией — это по существу «ликвидиро­ вать» самое физическое знание как единство теории

иопыта и как отображение физической реальности.

Вподобной ситуации оказался в свое время Г. А. Ло­ ренц, вставший в тупик перед противоречием между классической электродинамикой, в создании которой он сам сыграл выдающуюся роль, и стационарно­ стью атома. Что же, действительно электрон излуча­ ет при криволинейном движении вокруг ядра, как того требуют законы электродинамики, или соверша­ ет ускоренное движение без излучения, как показы­ вает опыт и новые представления о квантовых орби­ тах Н. Бора? Если оба утверждения справедливы, значит нет науки как познания истины, как знания о явлениях мира. Ситуация, сложившаяся в знании об

атоме, представлялась Лоренцу крайне трагичной для физики в целом. «Не видя выхода, он мог только выразить сожаление, что не умер 5 годами раньше, когда этих противоречий не было» '.

Прежде чем говорить о преодолении такого про­ тиворечия, необходимо обратить внимание на возник­ новение расхождения опыта и теории в том случае, когда вперед «уходит» теория, а опыт еще долгое время «стоит на месте».1

1 А. Ф. Иоффе. Основные представления современной фи­ зики. Л ,—М., 1949, стр. 329.

41

Общая теория относительности, сформулирован­ ная в основных чертах А. Эйнштейном в 1916 г., явилась прежде всего дальнейшим логическим про­ должением специальной (частной) теорий относи­ тельности. Поэтому для понимания хода. идей, при­ ведших Эйнштейна к установлению общей теории относительности, ' принципиально важное значение имеют главные представления физической картины мира, сложившейся ко времени создания специаль­ ной теории относительности.

Прежде всего, как выяснилось из работ Г. Ло­ ренца, А. Пуанкаре, А. Эйнштейна и Г. Минков­ ского, существенно важным для понимания мира яв­ ляется утверждение о невозможности рассматривать пространство и время независимо друг от друга. Про­

наты каждого мирового события.

Компоненты электрического поля Е и магнитного поля Н также нашли свое объединенное выражение в так называемом антисимметричном тензоре поля, что привело к необходимости добавления к уравне­ ниям новых членов и некоторых поправочных коэф­ фициентов. Все эти добавления впоследствии были строго подтверждены опытом и, таким образом, спе­ циальная теория относительности оказалась и завер­ шением электромагнитной теории Фарадея — Мак­ свелла, исключавшей эфир из физической картины мира, е одной стороны, и включавшей в эту картину новую физическую реальность — электромагнитное поле — с другой.

Но к новым идеям А. Эйнштейна в какой-то мере вела и довольно традиционная для физики мысль о том, что физические законы не могут менять свою форму в зависимости от изменения системы отсчета

42

и поэтому должны оставаться инвариантными отно-1 сительно пространственных и временных преобразо­ ваний Г. Лоренца '. Иными словами, любые законы природы должны сохранять свой смысл и значение при переходе от одной системы отсчета к другой. В специальной теории относительности такой переход был, правда, ограничен определенными рамками. Рамки эти — наличие так называемых инерциальных систем, т. е. таких систем, которые по отношению друг к другу движутся прямолинейно и равномерно. Таким образом, законы природы сохраняют свое объ­ ективное содержание, а поэтому и форму выражения во всех инерциальных системах. Ну, а если система неинерциальная? Каким же образом тогда следует понимать физические законы? Будут ли в этом слу­ чае законы природы изменять свою форму или оста­ нутся независимыми от выбора системы отсчета?

Смысл дальнейшего развития теории относител'ь- ности, выразившийся прежде всего в создании общей теории относительности, и заключался по крайней мере для самого А. Эйнштейна в расширении принци­ па относительности 1.2 В этом направлении Эйнштейна вел весь путь развития науки — от Галилея и Нью­ тона до специальной теории относительности.

При рассмотрении классических механических яв­ лений оказывалось, что уравнения, в которых выра­ жаются законы этих явлений, остаются инвариантны­ ми по отношению к строго определенному классу пространственно-временных преобразований (преоб­ разования Галилея). Это как раз и означало,чтока-

1 «В какой-то мере», потому что физика признавала разли­ чие между ускоренным и инерциальным движением.

2 В этом отношении не все физики согласны с А. Эйнштей­ ном-: См., например, В. А. Фок. Теория пространства, времени и тяготения. М., 1955.

43

кое-либо уравнение, описывающее классическое ме­ ханическое явление, выраженное через координаты н время в различных инерциальных системах отсчета, сохранило неизменной свою форму выражения. При рассмотрении явлений более широкого круга, вклю­ чающих явления электромагнитные, описывающие их уравнения сохраняли инвариантность уже по отноше­ нию к более широкому классу пространственно-вре­ менных преобразований (преобразования Лоренца). Однако, как и в первом случае, здесь рассматрива­ лись только инерциальные системы.

Естественно, возникало предположение о дальней­ шем обобщении принципа относительности. Эйнштейн и Инфельд в «Эволюции физики» так описывают по­ явление подобного предположения: «Постараемся представить себе, что во всей Вселенной существует только одно тело, образующее нашу систему коорди­ нат. Это тело начинает вращаться. Согласно класси­ ческой механике, физические законы для вращающе­ гося тела отличны от законов для невращающегося тела. Если принцип инерции справедлив в одном слу­ чае, то он несправедлив в другом. Но все это звучит очень сомнительно. Позволительно ли рассматривать движение лишь одного тела во всей Вселенной? Под движением тела мы всегда разумеем изменение его положения относительно другого тела. Поэтому гово­ рить о движении одного-единственного тела — зна­ чит противоречить здравому смыслу. Классическая механика и здравый смысл сильно расходятся в этом пункте. Рецепт Ньютона таков: если принцип инерции имеет силу, то система координат либо покоится, ли­ бо движется прямолинейно и равномерно. Если прин­ цип инерции не имеет силы, то тело не находится в прямолинейном и равномерном движении. Таким об­ разом, наш вывод о движении или покое зависит от того, применимы или нет все физические законы к

44

данной системе координат» *. Таково первое логиче­ ское затруднение.

«В классической физике, — читаем далее, — нет никакого абсолютного прямолинейного и равномерно­ го движения. Если две системы координат движут­ ся прямолинейно и равномерно друг относительнодруга, то нет никаких оснований говорить: «Эта си­ стема покоится, а другая движется». Но если обе системы координат находятся в непрямолинейном и неравномерном движении друг относительно друга, то имеется полное основание сказать: «Это тело движет­ ся, а другое покоится (или движется прямолинейно и равномерно)». Абсолютное движение имеет здесь вполне определенный смысл. В этом месте между здравым смыслом и классической физикой имеется широкая пропасть. Упомянутые трудности, касающие­ ся инерциальной системы, а также и трудности, ка­ сающиеся абсолютного движения, тесно связаны меж­ ду собой. Абсолютное движение становится возмож­ ным только благодаря идее об инерциальной системе, для которой справедливы законы механики»12. Таково второе логическое затруднение.

Как же выйти из этого затруднительного положе­ ния и есть ли такой выход? «Может показаться, что будто бы нет выхода из этих трудностей, что будто бы никакая физическая теория не может избежать их. Источник их лежит в том, что законы природы справедливы только для особого класса систем коор­ динат, а именно для инерциальных. Возможность разрешения этих трудностей зависит от ответа на следующий вопрос. Можем ли мы сформулировать физические законы таким образом, чтобы они были справедливыми для всех систем координат, не только

1А. Эйнштейн, Л. Инфельд. Эволюция физики. М.—Л., 1948,

стр. 195— 196.

2Там же, стр. 196.

45

для систем, движущихся прямолинейно И равномер­ но, но и для систем, движущихся совершенно произ­ вольно по отношению друг к другу? Если это можно сделать, то наши трудности будут разрешены. Тогда мы будем в состоянии применять законы природы, в любой системе координат» Логическая основа раз­ вития теории в данном случае не оставляет сомнения. Однако сам способ выражения законов, справедли­ вый для всех систем координат, вывести из головы нельзя, ибо речь идет об объективных законах, и для их формулировки в ковариантной форме должно быть найдено объективное основание. Правда, некоторые логические указания на этот счет имелись.

«У нас есть по крайней мере одно, хотя и очень слабое, указание о том, как построить новую физику. Действительно, релятивистская физика должна при­ меняться во всех системах координат, а стало быть, и в специальном случае — в инерциальной системе. Мы уже знаем законы для этой инерциальной систе­ мы координат. Новые общие законы, справедливые для всех систем координат, должны в специальном случае инерциальной системы сводиться к старым, известным законам»12.

Как же были найдены эти новые формы? Путь оказался труднее, чем можно было предполагать сна­ чала, как отмечал сам А. Эйнштейн 3. Но прежде чем проследить его и выполнить до конца поставленную в данном случае задачу, вполне естественно было бы обратиться к другим авторам, которые занимались анализом возникновения общей теории относительно­ сти. Может быть, Эйнштейн (а сейчас и мы вместе с ним) преувеличивал логические основы возникно­ вения теории? Нет! Дело именно так и обстояло. Вот

1 А. Эйнштейн, Л. Инфелъд. Эволюция физики, стр. 197.

2Там же.

3См. А. Эйнштейн. Физика и реальность. М., 1965, стр. 250.

46

что по этому поводу писал М. В. Мостепаненко: «Строго говоря, инерциальное движение возможно только в том случае, когда материальное тело нахо­ дится вне каких бы то ни было воздействий со сто­ роны других тел в природе. Но этого никогда не мо­ жет быть! Ни одно тело не может быть исключено из бесконечно сложных взаимосвязей мира. Следова­ тельно, в той или иной степени все тела движутся ускоренно. Выходит, что инерциальных систем...

вприроде-то и нет! Значит ли это, что в различных системах законы природы будут выражены по-разно­ му? Неужели при формулировке законов природы мы должны учитывать все частные особенности тех систем,

вкоторых эти законы устанавливаются?.. Постановка этой проблемы и ее строгий логический анализ при­ надлежат А. Эйнштейну (курсив мой. — В. С .)»1.

Те же обстоятельства возникновения теории отме­

чаются известным советским физиком Д. Д. Иванен­ ко. «Следует с самого начала подчеркнуть одно ха­ рактерное и на первый взгляд удивительное обстоя­ тельство. Общая теория относительности, знаменуя коренной, можно сказать, эпохальный, переворот в наших взглядах на пространство — время — тяготе­ ние, вместе с тем не имеет до сих пор никакого, даже самого малейшего, технического значения; ее выводы ничего не меняют в картине элементарных частиц, атомных ядер, атомов, молекул, твердых тел и т. д. Она никак не связана с явлениями обыденной жизни (курсив мой. — В. С.)»12.

Наконец, подобная точка зрения высказывается и зарубежными авторами, посвятившими ряд работ об­

1 М. В. Мостепаненко. Материалистическая сущность теории относительности Эйнштейна. М., 1962, стр. 164— 165.

2 Д. Д. Иваненко. Основные идеи общей теории относитель­ ности. — «Очерки развития основных физических идей», стр. 290.

47

щей теории относительности. Среди них в первую оче­ редь хочется сослаться на М. Борна, который, как уже упоминалось, всегда подчеркивал необходимую связь теоретических представлений с экспериментом. «Построение общей теории относительности, — писал он, — казалосьмне тогда и кажется до сих пор ве­ личайшим достижением человеческого мышления о природе, изумительнейшим сочетанием философской глубины, физической интуиции и математического искусства. Но в то время она была слабо связана с эмпирическими фактами. Она привлекала меня как великое произведение искусства, чтобы наслаждать­ ся и восхищаться им из прекрасного далека (курсив мой. — В. С.)»1.

В заключение приведем еще одну небольшую вы­ держку из дополнения Г. Бонди к книге Дж. Вебера, посвященной общей теории относительности: «Шесть­ десят лет назад можно было утверждать, что ньюто­ новская теория гравитации является наиболее разум­ ной и твердо установленной во всей физике. Затем совершенно неожиданно (в смысле отсутствия эмпи­ рических данных. — В. С.) была выдвинута новая теория гравитации, общая теория относительности Эйнштейна, и вера в абсолютную справедливость теории Ньютона после незначительного сопротивле­ ния рухнула... Немногочисленные и незначительные пункты, в которых эти теории расходились, были да­ же не особенно твердо установлены эксперименталь­ но, и все-таки основная концепция теории Ньютона была сочтена безнадежно несостоятельной, и совре­ менные работы базируются именно на общей теории относительности (курсив мой. — В. С.)» 1.2

48

Мы в данном случае намеренно воспользовались столь длинными выдержками из трудов различных авторов, чтобы постараться лучше обосновать мысль о возможности выхода теории за границы опыта, ибо такой выход всегда представляется менее естествен­ ным и менее возможным. Теперь постараемся отве­ тить на вопрос, в чем выражается расхождение тео­ рии и опвгга?

Дело может заключаться, как видно, не в том, что теория приводит к новым экспериментам, которые не были поставлены, или к новым фактам, которые не были обнаружены. В принципе может быть дано но­ вое объяснение тем же фактам. Почему же тогда речь идет о разрыве, расхождении опыта и теории? Да потому, что знания предполагают, очевидно, ка­ кое-то определенное согласование между ними. По­ явление иного способа объяснения фактов, иного согласования теории и опыта как раз и нарушает это положение. Как невозможность теоретически объ­ яснить данные эксперименты, так и возможность объяснить те же эксперименты, те же факты различ­ ными способами подрывают знания какого-то опре­ деленного уровня. Такая неопределенность в знаниях должна быть исключена!

В. И. Ленин, самым резким образом выступая против понимания Богдановым истины как организу­ ющей формы человеческого опыта, неоднократно под­ черкивал необходимость объективной оценки наших знаний при всей их историчности и относительности. «С точки зрения современного материализма, т. е. марксизма, исторически условны пределы приближе­ ния наших знаний к объективной, абсолютной истине, но безусловно существование этой истины, безуслов­ но то, что мы приближаемся к ней» *. С позиций при-1

1 В. И. Ленин. Поли. собр. соч., т. 18, стр. 138.

49

знания объективности истины, открываемой наукой, наличие противоречащих друг другу способов согла­ сования теории с экспериментами приводит к такому же противоречию между теорией и опытом, как и в случаях, описанных выше, когда новые опыты оказы­ ваются необъяснимыми с точки зрения имеющихся теорий (здесь исключается тот случай, когда различ­ ные способы согласования оказываются непротиворе­ чащими друг другу, т. е. эквивалентными).

Поэтому из многих способов согласования теории и экспериментов, противоречащих друг другу, должен быть выбран один, более всех других удовлетворяю­ щий требованиям согласования, т. е. ведущий к полу­ чению знания. Эйнштейн стоял именно на такой точ­ ке зрения в отношении физических теорий, и это помогло ему преодолеть трудный путь к созданию общей теории относительности. В этой связи вспоми­ нается противоположная позиция в отношении физи­ ческих теорий, занимаемая А. Пуанкаре, который был очень близок к основным идеям специальной теории относительности. Вот что по этому поводу писал Л. де Бройль: «Как случилось, что Анри Пуанкаре, который серьезно размышлял об относительности фи­ зических явлений, прекрасно знал преобразования Лоренца и пользовался в 1905 г. существенными ре­ зультатами релятивистской кинематики и динамики, упустил возможность осуществить их великий синтез, обессмертивший имя Альберта Эйнштейна? Мне ка­ жется, что я ответил на этот вопрос, когда писал: «Он (Пуанкаре) занимал довольно скептическую позицию в отношении физических теорий, считая, что вообще существует бесчисленное множество различных, но логически эквивалентных точек зрения и образов, ко­ торые ученый выбирает лишь из соображений удоб­ ства. Этот номинализм, видимо, иногда мешал ему правильно понять тот факт, что среди логически воз­

50