Файл: Бриллюэн, Л. Новый взгляд на теорию относительности.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2024

Просмотров: 81

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

R E L A T I V I T Y

R E E X A M I N E D

BY LÉON BRILLOUIN

Academic Press

New York and London 1970

Л.Бриллюэн

НОВЫЙ в з г л я д

НА ТЕОРИЮ

ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Пе р е в од с английского

К. А. П И Р А Г А С А

П о д редакцией академика А Н У С С Р

А. 3. ПЕТРОВА

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»

Москва 1972

Эта книга явилась последней работой крупного французского ученого Леона Бриллюэна. В ней он, используя методы анализа операций, исследует, уточ­ няет и пересматривает основные положения специ­ альной и общей теории относительности Эйнштейна.

Автор приходит к выводу, что общую теорию относительности следует рассматривать только как некоторое приближение к действительности и что она требует серьезного уточнения и пересмотра. Ои анализирует ряд теоретических и экспериментальных проблем: как наблюдать гравитационные волны, как измерить их частоту и скорость, какие применения они могли бы найти в физике, как с помощью гра­

витационного аналога

лазера — «гразера» — ученые

могли

бы установить, равна

ли скорость распростра­

нения

гравитационных

волн

скорости света.

Книга представляет большой интерес и для спе­ циалистов и для широкого круга читателей, интере­ сующихся современными проблемами физики.

Редакция литературы по физике

Инд. 2-3-1 61-72

Предисловие редактора перевода

П р е д л а г а е м а я вниманию читателя книга Леона Бриллюэна вышла s свет в оригинале после смерти автора, выдающегося французского ученого, который внес существенный вклад в физику твердого тела и теорию информации. Она, несомненно, заслуживает пристального внимания, поскольку Л . Бриллюэн под­ ходит к предмету с новых позиций, учитывающих по­ следние достижения науки.

Этот подход прежде всего состоит в точном ана­ лизе основных положений специальной и общей тео­ рии относительности на базе определения физики как экспериментальной науки. Ни одна физическая тео-\ рмя не может претендовать на то, что она дает аб-^ солютно верную картину природы. Всегда существуют границы применимости теории, выявляемые при сопо­ ставлении теории с экспериментом и уточняемые при постоянном сравнении ее с новыми опытными данны­ ми. Сказанное, разумеется, относится и к теории от­ носительности.

Специальная теория относительности, по замыслу Эйнштейна, должна была логически вытекать из принципа постоянства скорости света и обобщения

принципа относительности

(современная полная ее j

аксиоматика фактически включает

значительно

боль-

} л

ше положений) . Эта теория

имеет

чрезвычайно

убеди-

•"'

тельные экспериментальные подтверждения, достав­ ляемые ядерной физикой, и по существу лежит в ос- j

нове

ядерной энергетики.

Здесь речь может идти 7

лишь

об уточнении области

применимости теории и •/


6

Предисловие

редактора

перевода

 

более

 

тщательной проверке

экспериментальных

фак­

тов, на

которых

она

основывается.

 

Что

ж е касается

общей

теории относительности,

то вопреки довольно широко распространенному

мне­

нию

могучее сооружение

этой теории покоится

на

столь шатком экспериментальном фундаменте, что ее можно было бы назвать колоссом на глиняных ногах. В самом деле, этот фундамент в настоящее время об­ разован всего лишь двумя астрономическими наблю­ дениями (смещение перигелия Меркурия и отклоне­ ние светового луча при прохождении около диска

Солнца)

и одним наблюдением

красного смещения

в поле большой массы (которое

может быть

объясне­

но и без привлечения общей

теории относительности).

Д е л а ю т с я

т а к ж е попытки, объяснить с помощью об­

щей теории относительности

такие эффекты

реляти­

вистской астрофизики, как реликтовое излучение, раз -

бегание галактик (эффект Х а б

б л а ) .

Получается парадоксальная

картина. С одной сто­

роны, о б щ а я теория относительности является осно­

вой, на которой разрабатываются самые тонкие ме­

тоды

исследования

мира

(топологические,

инвариант­

но-групповые, расслоенных

многообразий

и т. п.),

в ней

применяются

такие

изящные

аналогии,

как

квантование гравитационного

поля,

а

с другой — от­

сутствует

тщательная

экспериментальная

проверка

основной

аксиомы

этой теории,

отождествляющей

поле

гравитации с

пространственно-временным

кон­

тинуумом, не существует опытных измерений основ­ ных величин теории, например энергии поля тяготе­ ния.

Если, например, историческое развитие квантовой механики показывает постепенное ее совершенство­ вание, «взросление», все большее повышение ее точ­ ности благодаря накоплению экспериментального ма­

териала и включению его в

теорию, то

о б щ а я теория

относительности до сих

пор

щеголяет

в

коротких

ш т а н и ш к а х «вундеркинда»,

которому

все

позволено

и д а ж е — освобождение

от

экспериментальной

про­

верки. Д л я истинного физика

такое

положение

не­

терпимо.

 

 

 

 

 

 

 


Предисловие редактора

перевода

7

Поэтому самым «горячим местом» в

общей

тео­

рии относительности сегодня является проблема ее экспериментального обоснования. Эту проблему ата­ куют с двух сторон. Теоретики пытаются упростить общую теорию, «линеаризуя» или «максвеллизируя» ее по образцу теории электромагнитного поля, с тем чтобы удалось найти пути к разумным схемам новых экспериментов по гравитации. Среди экспериментато­ ров в последние годы возник настоящий «бум», свя­

занный

с детектированием гравитационных

волн

из

космоса

(сегодня

эти опыты ставятся

уже более

чем

в десятке лабораторий разных стран) .

 

 

 

 

 

Именно в таких ситуациях приобретают

особую

ценность

издания,

аналогичные

книге

Бриллюэна .

В ней как раз присутствует то,

что

нужно

сегодня

для

построения

теории

гравитации, —

современный

научный подход с использованием данных теории фи­

зических

измерений и теории информации.

 

 

 

Период почтительного восхищения гениальной ги- ! \

потезой Эйнштейна закончился. Теперь

слышны

тя- •

желые шаги

хозяина

в физике — идет

его величество

эксперимент,

которому

только

и дано

сказать,

что

в этой гипотезе находит подтверждение

в природе, а

что

следует

отбросить.

 

 

 

 

 

 

Бриллюэн в своей книге идет от понятия «наблю- \ даемых», тем самым выдвигая на первое место поня- ! тия измерения и информации, на которых формирует­

ся теория. Используя известные

исследования Б р и д ж -

мена,

он пытается продолжить

критический

анализ

специальной

и

общей

теории

относительности.

Не

следует ожидать от этой книги

всеобъемлющего

ана­

лиза предмета, она лишь попытка такого рода

ана­

лиза.

Вовсе

не

все

выводы

Бриллюэна

являются

окончательными, но это попытка ученого с новых по- ^ зиций подойти к исследованию назревшей проблемы. | В книге выделены только вопросы, особенно близкие автору, и опущены не менее важные проблемы, стоя­ щие На повестке дня. Дискуссионная по содержанию, с в е ж а я по форме книга Бриллюэна заслуживает вни­ мания широкого круга людей, интересующихся тео­ рией относительности. . — --•


8

Предисловие

редактора

перевода

 

С р а в н и в ая

развитие

квантовой теории и теории

относительности, автор делает ряд интересных выво­ дов, в том числе отмечает значение своеобразного симбиоза теории и эксперимента в квантовой теории, великолепное подтверждение специальной (частной) теории относительности в ядерной физике и, к сожа­ лению, совершенно недостаточное опытное подтверж­ дение общей теории относительности. Однако, исходя из этого, автор делает чересчур категорические выво­ ды («Общая теория относительности — пример вели­ колепной математической теории, построенной на пес­ ке», «Космология — пример научной фантастики»

и т. п.).

Эти выводы можно было бы обсуждать толь­

ко при

наличии тщательной аргументации автора,

которая в данном случае отсутствует. Н о причина их очевидна: при сравнении с квантовой теорией, вырос­

шей на эксперименте,

как на д р о ж ж а х , общая

теория

относительности много проигрывает — и

невольно за­

рождается «червь сомнения». Оставляя

категорич­

ность формулировок

на совести автора,

можно

гово­

рить о том, что общая теория относительности, пред­ ставляя собой великолепную математическую теорию, требует для своего возведения в ранг физической тео­ рии еще проверки опытом, проверки на эвристичность, обоснования основных физических величии и соотно­

шений

между

ними.

Но

д а ж е в

рамках специальной теории относи­

тельности можно указать ряд принципиальных соот­

ношений, которые

еще недостаточно

эксперименталь­

но подтверждены

и

вместе с тем

существенны

д л я

построения

теории

гравитации. Так, Ньютон предпола-

і гал, что скорость

 

распространения

гравитационных

\ возмущений

равна

бесконечности.

В рамках

спе-

'> циальной

теории

 

относительности

следует считать,

что эта скорость не превышает скорости света. Эйн­ штейн предположил, что она равна скорости света, но пока не существует экспериментальных данных о ско­ рости распространения гравитации и этот вопрос ос­ тается открытым. Имеется целый ряд таких проблем, еще ж д у щ и х экспериментального решения.


 

Предисловие редактора

перевода

9

М о ж н о

было бы дискутировать с автором по

пово­

ду других

утверждений, особенно тех,

которые

ка ­

саются общей теории относительности. Критикуя эту

теорию

и у к а з ы в а я

на те или иные ее недостатки,

не­

ясные

понятия или

спорные утверждения (а

они

имеются в этой теории, требуют разъяснения, и число их при желании можно было бы увеличить по срав­ нению с тем, что приводит автор), Бриллюэн иногда рискует оказаться в положении человека, который вместе с водой выплескивает из ванны и ребенка; он

забывает, что речь идет о

теории, которая

все ж е

с великолепной точностью

предсказывает

количест­

венно наблюдаемые эффекты и которая, правда, еще требует экспериментальной проверки. Эти очевидные соображения, нужно думать, будет иметь в виду лю ­ бой вдумчивый читатель. Тем не менее ряд острых

критических замечаний, высказываемых

Бриллюэном,

нельзя

сбросить со

счетов. О б щ а я теория относитель­

ности

д о л ж н а дать

на них ответ и тем

самым з а щ и ­

тить свое право на

существование.

 

Среди рассматриваемых Бриллюэном вопросов за­ служивают особого внимания следующие: теория от­ носительности и потенциальная энергия; "скорость

]5асТір^т~р'анёшШ">равйтаЦибнного

взаимодействия и

квантовые

атомные часы; эффект

Доплера в спе-_

циальной

теории относительности.

При обсуждении

этих вопросов автор, исходя из современных техниче­

ских возможностей измерения, пересматривает

выво­

ды специальной теории относительности, и такой

ана­

лиз чрезвычайно характерен для современной физики. Все увеличивающаяся точность измерения приводит зачастую к качественно новым выводам. Это есте­

ственно

и необходимо

для

развивающейся

 

физической

науки.

С к а ж е м ,

вопрос детектирования

гравитацион­

ных

волн, который

при

положительном

решении

привел бы к получению принципиальных

результатов

для

построения

теории

гравитации, есть, по су­

ществу,

вопрос

точности

детектирующих

устройств.

Только лри определенном классе точности детекторов можно зафиксировать частоты и измерить интенсив­ ность гравитационных волн. Почти все сведения об