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

еще до создания общей теории относительности. Но объяснение этого отклонения давалось исключительно за счет сил гравитации Солнца и должно было состав­

луча света должно было составлять 1,75", т. е. в два раза больше. Проверка может показать, является наш мир евклидовым или нет.

Такая проверка под руководством Эддингтона и была произведена в 1919 г. на острове Принсипи в Гвинейском заливе и в Северной Бразилии. Резуль­ таты, полученные на Принсипи и в Собрале, говорили

Аналогичный характер имеет и второй способ про­ верки общей теории относительности. Здесь речь идет также об уточнении, о большей строгости, об эффек­ тах «второго порядка». Астрономические наблюдения за орбитой Меркурия показывали, что перигелий этой планеты постоянно сдвигается на некоторый угол. Та­ кой сдвиг имеет место и у других планет, но у Мер­ курия он происходит наиболее интенсивно, достигая уже в течение столетия заметной с астрономической точки зрения величины. В границах ньютоновой тео­ рии возмущающее действие на орбиту Меркурия ока­ зывают иные планеты Солнечной системы. Расчет по­ казывает, что такое возмущение должно достигать 532" в столетие. Но фактическое возмущение превос­ ходит эту величину на 42". Этот остаток казался не­ объяснимым.

С точки зрения универсального искривления всех мировых линий эллипс, по которому движется пла­ нета, строго говоря, замкнут быть не может. Орбита как бы медленно разворачивается, а величина этого разворота прямо пропорциональна квадрату скорости

50

планеты и обратно пропорциональна скорости света (если полный оборот перигелия принять за единицу,

то данная величина будет измеряться дробью —-,

где V —■скорость планеты на орбите, а С — скорость света в вакууме). Для орбиты Меркурия, имеющей достаточно большой эксцентриситет, и для планеты, двигающейся с достаточно большой скоростью по этой орбите, расчетная величина сдвига должна до­ стигнуть 43" за столетие, что с очень большой сте­ пенью точности объясняет ранее необъяснимый оста­ ток возмущающего действия.

Можно указать и на другие способы эксперимен­ тальной проверки теории, где речь идет о результа­ тах следующей степени точности, о результатах по­ следующего приближения. Из этих способов особенно многообещающими, открывающими возможности про­ верки теории со многих точек зрения, являются два: использование искусственных спутников Земли и ис­ пользование эффекта Мёссбауэра. Искусственные спутники Земли, начало которым было положено за­ пуском советского спутника 4 октября 1957 г., имея очень малое время оборота вокруг Земли по сравне­ нию со временем оборота планет вокруг Солнца, от­ крывают возможность для перенесения эксперимен­ тальной проверки теории в земные лаборатории (в ча­ стности, установление степени влияния вращения Земли на изменение поля ее тяготения, что следует из теории Эйнштейна).

В этом отношении замечателен и эффект, откры­ тый Мёссбауэром (Нобелевская премия 1961 г.). Этот эффект, названный самим автором «ядерным резо­ нансным поглощением без отдачи», открыл новый, отличающийся исключительно высокой точностью, спо­ соб измерения энергии в системе. Именно в этом и заключается его основное значение: «...значение мето­

60

да RK (сокращенное название эффекта. — В. С.) заключается в возможности с его помощью уста­ новить малейшие изменения энергии с недостижимой до сих пор точностью»!. Данный способ и был ис­ пользован для измерения эффектов, предсказываемых общей теорией относительности. «Чрезвычайная точ­ ность измерительного метода RK позволила в земных

Таким образом, новый способ согласования теории с опытом оказывался одновременно и выражением противоречия («разрыва») старой теории и опыта.

По аналогии с объяснением, данным А. Эйнштей­ ном гравитации, Картан предпринял попытку объяс­ нить электромагнитное поле путем дальнейшего обоб­ щения римановой геометрии в направлении перехода к пространству, обладающему кроме кривизны еще и кручением. Калуца в этих же целях вводил пятую вспомогательную переменную, а Вейль и Эддингтон обобщали закон параллельного переноса. Но все эти работы, несмотря на их внутреннее изящество и инте­ ресные математические подходы, не привели к какимлибо реальным физическим результатам, не дали спо­ собов объективно констатировать «разрыв» старой теории с опытом и поэтому остались только интерес­ ными догадками.

Казалось бы, все ясно: опережающая опыт теория должна покорно ждать своей опытной проверки. Но в таком случае ликвидация противоречия опыта и теории может происходить только за счет видоизме­ нения теории. Так ли это?

1 Р. Л. Мёссбауэр. Эффект RK и его значение для точных

61

Постановка такого вопроса ни в коем случае не должна означать наличия какого-либо сомнения в первостепенной значимости опыта в человеческих зна­ ниях, материально-практической деятельности вооб­ ще. Мы хотим высказать лишь следующую мысль: если любое физическое знание — это определенное соответствие, единство теории и опыта, а опыт и тео­ рия в физическом знании — «паритетные» стороны, то может ли новое согласование теории с опытом устанавливаться только за счет видоизменения тео­ рии, т. е. является ли зависимость теории от экспери­ мента абсолютной? Представители так называемого экспериментального метода в физике, например Ленард и Штарк в Германии кануна второй мировой войны, объявившие эксперимент «единственным под­ линным арийским» методом физики, немало не со­ мневались, что дело обстоит только так '.

Но сам опыт развития физики как науки не под­ тверждает такой точки зрения. Ввиду этого и в це­ лях более определенного представления об источнике «самодвижения» физической мысли мы еще раз вер­ немся к вопросу о согласовании теории и опыта.

3. ИСТОЧНИК «САМОДВИЖЕНИЯ»

Если опыт может «принимать» или «отвергать» тео­ рию, то может ли теория «осмелиться отвергнуть» опыт?

Ясно, что в данном случае речь может вестись только о теории, которая ввиду ее относительной не­ зависимости от опыта «ушла вперед». Мы уже при­ водили пример такой теории — это теория мезона Юкавы. Она оказалась очень «упрямой» в отношении1

1 См. М. Борн. Физика в жизни моего поколения, стр. 135.

62

принятия опыта и «осмелилась» на то, чтобы «отвергнуть его». Обратимся к этой истории еще раз.

Исходя из разработанных советскими физиками (И. Тамм и Д. Иваненко) представлений о ядре ато­ ма, японский физик-теоретик Юкава в 1935 г. для объяснения природы ядерных взаимодействий выдви­ нул смелую идею о переносе сил между нуклонами гипотетической частицей — мезоном. Юкава теорети­

спин частицы представляется целым. В 1937 г. ряд физиков обнаружили при анализе фотографии распада космических лучей в камере Вильсона следы мезонов. Их масса действительно была равна 206 массам эле­ ктрона. И они были объявлены мезонами Юкавы '. Но теоретические соображения заставили отказаться от такого вывода. Спин открытых в опыте частиц сказался равным Чг, а это означало, что они не мо­ гут рождаться поодиночке и быть переносчиками ядерных взаимодействий, а следовательно, и быть квантами ядерного поля. И только в 1947 г. были об­ наружены те мезоны, которые предсказывал Юкава. Их масса оказалась равной 273, спин — равным 0. Эти мезоны, названные пионами и обнаруженные Па­ уэллом, теория «приняла», так как они могли объ­ яснить в рамках данной теории перенос ядерных сил между нуклонами.

Но эмпирик может быть не удовлетворен ссылкой на теоретические предсказания, ибо сами теоретиче­ ские предсказания опирались предварительно на опыт, на ряд экспериментов, а потому-де основой все равно остается опыт как непоколебимая база всякой1

1 См. Р. Кристи, А. Питти. Строение вещества: введение в

современную физику, стр. 554.

63

теории и неопровержимый указатель ее правильно­ сти или ложности.

Против этого трудно возразить, ибо нет теории во­ обще, не опирающейся на опыт. Но, однако, всякий ли опыт, любой ли эксперимент однозначно решает судь­ бу теории?

Обратимся к хорошо известному опыту Майкельсона — Морли по определению скорости «эфирного ветра», обтекающего Землю в ее движении в прост­ ранстве. Предварительно напомним некоторые нема­ ловажные для самого опыта обстоятельства.

Когда Максвелл сформулировал законы электро­ магнетизма, были предприняты попытки сведения электродинамики к механике. Но тщательный анализ неудач, постигших науку на этом пути, показал, что электродинамика к механике сведена быть не может. Тогда ученые попытались решить как бы обратную задачу: свести механику к электродинамике. При ре­ шении этой задачи особое внимание они уделили ана­ лизу движения заряда. Здесь-то и возник вопрос о том, как реагирует эфир (его наличие признавалось физикой) на движущийся в нем заряд: захватывается эфир движущимся зарядом или остается неподвиж­ ным и на движение заряда в нем сам не реагирует? На этот вопрос, казалось бы, дали окончательный и однозначный ответ опыты французского физика И. Л. Физо, в которых сравнивалась скорость распростра­ нения света в потоках воды, движущихся с большой скоростью в двух противоположных направлениях.

Очень строгий анализ результатов опытов Физо показал, что эфир не увлекается водой* свет в обоих потоках распространяется с одной и той же скоро­ стью (точнее говоря, если эфир водой и увлекается, то незначительно). Отсюда следовал вывод о непо­ движности мирового светоносного эфира. На этой ос­ нове Лоренцем была построена теория электрона, ко-

64'

тор.ая вплоть до XX в. считалась наиболее полным выражением знаний об электромагнитных явлениях.

Но раз световой эфир неподвижен, то всякое дви­ жение относительно эфира, в том числе и равномер­ ное поступательное, должно вызывать какие-то эф­ фекты, которые могут быть обнаружены. Значит, их можно обнаружить, в частности, на движущейся че­ рез «эфирное море» Земле («эфирный ветер»). Бэтой связи особое значение приобрели опыты, поставлен­ ные в 1881 г. А.. Майкельсоном, а в дальнейшем про­ веренные при помощи более совершенных средств экспериментального исследования. Майкельсоном ста­ вилась задача обнаружения различия во времени про­ хождения света в направлении движения Земли и в перпендикулярном ему направлении. Сравнение, про­ веденное при помощи очень чувствительного интерфе­ ренционного метода, не обнаружило такого различия. Повторение опыта также дало отрицательный резуль­ тат. О чем это говорило?

Здесь мы сталкиваемся с возможностью различ­ ного вплоть до прямо противоположного истолкова­ ния результата эксперимента, опыта. Прежде всего укажем на истолкование, которое было снято разви­ тием научных знаний XIX в., но данному опыту вполне отвечало: земной шар неподвижно покоится в миро­ вом эфире. Только совершеннейшая несовместимость такого истолкования с накопленным к тому времени опытом науки не позволяла о нем помышлять. Но сама возможность согласия такого истолкования с ре­ зультатами опыта и с опытом предыдущим (опыт Физо) обращает на себя внимание.

Теперь рассмотрим истолкования опыта, которые были сделаны фактически. Естественно возник вопрос об истолковании данного результата с точки зрения электронной теории Лоренца, исходящей из непод­ вижного эфира. И действительно, Лоренц и Фицдже­

ральД восприняли опыт как доказательство продоль­ ного сокращения тел, движущихся через неподвижный эфир. Совершенно по-иному объяснял данные опыта А. Эйнштейн. Отказавшись от признания существо­ вания эфира, Эйнштейн пришел к выводу о необ­ ходимости пересмотра привычных и поэтому строго не анализируемых понятий пространства и времени.

Понимание Эйнштейном прямо противоположно истолкованию Лоренца и Фицджеральда. На это об­ ращает особое внимание в анализе теории Эйнштейна Б. Г. Кузнецов: «Когда оптические и электродинами­ ческие эксперименты показали, что прямолинейное и равномерное движение системы не оказывает влия­ ния на скорость распространяющегося в ней света, Лоренц выдвинул гипотезу продольного сокращения масштабов тел, движущихся относительно эфира. Такая гипотеза... позволила объяснить эксперимен­ тальные данные, не отказываясь от классического эфира — заполняющей все пространство неподвижной среды... Эйнштейн представил лоренцево сокращение как результат относительного движения двух равно­ правных систем, отказавшись от понятия эфира (кур­ сив мой. — В. С .)»1.

Как видно, результат опыта может быть понят не единственным образом, и уже в силу этого нельзя считать необходимым отбрасывание теории, противо­ речащей опыту. Противоречие может быть снято иным истолкованием опыта.

Может быть, наконец, и такой случай, когда ре­ зультат опыта отбрасывается и не принимается во внимание по соображениям теоретического характера. Мы не имеем здесь в виду отбрасывание таких ре­ зультатов, которые были получены при помощи несо

1 Б. Г. Кузнецов, Основные идеи специальной теории отно­ сительности. — «Очерки развития основных физических идей»,

стр. 281.

66