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
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