Страница 10 из 30
Теория относительности, квантовая механика и начало атомного века
В 20– 30-е годы нашего столетия часто говорили о более глубоком воздействии квантовых идей, о более радикальном характере выводов из принципа неопределенности и из квантовой механики в целом по сравнению с выводами из теории относительности. Наблюдая развитие релятивистских и квантовых идей во второй половине столетия, можно убедиться в неправильности самого противопоставления итогов развития двух важнейших направлений современной физической мысли. Их философские итоги – одни и те же, причем не в смысле совпадения, а в ином, более глубоком смысле. Уже отмечалось, что философское обобщение достижений неклассической науки совпадает по своему направлению с наиболее характерной тенденцией второй половины XX века – превращением релятивистских и квантовых идей в нечто единое, в единую теорию мегамира и микромира. Другими словами, объектом философского обобщения – и чем дальше, тем больше – становится неклассическая наука как нечто целое.
Поэтому для философии важен анализ теории относительности как концепции, характеризующей не только свой непосредственный объект – движение, сопоставимое по скорости со скоростью света, – но в определенной степени и развитие науки в целом. Попробуем проследить те идейно-методологические и экспериментальные резонансы теории относительности, которые преобразуют науку XX века.
Прежде всего отметим, что эта теория сообщила всей пауке XX века более высокий динамизм. Она явилась первой универсальной физической концепцией, которая с самого начала устами своего творца объявила о своем неокончательном характере. Она посягнула на такие фундаментальные принципы физики, которые не могли быть поколеблены без принципиального отказа от всяческих догматических абсолютов, в частности от представления об абсолютной законченности самой теории относительности.
Далее, теория относительности дала толчок пространственно-временному представлению, общему для всей неклассической науки. Такое представление в своем развитии связано с атомистической природой пространственно-временных соотношений и с распространением и модификацией их на иные области помимо макроскопического движения со скоростями, сопоставимыми со скоростью света.
Прежде чем перейти к такой модификации пространственно-временного представления, несколько слов о нем как о центральной идее теории относительности. В 1908 году в работах Г. Минковского теория относительности была изложена в форме псевдоевклидовых геометрических соотношений четырехмерного пространственно-временного мира. В такой форме специальная теория относительности получила дополнительные возможности развития, облегчавшие систематическое построение релятивистской механики и электродинамики и последующий переход к более общей теории, включающей и гравитационное поле.
Г. Минковский ввел понятия четырехмерной пространственно-временной «мировой точки», «мировой линии», «мира» и показал, что соотношения теории относительности могут быть представлены в виде геометрических соотношений, аналогичных евклидовым, если помимо пространственных координат (х, у, z) ввести четвертую координату – время, измеренное особыми единицами. При этом получается четырехмерная псевдоевклидова геометрия, отличающаяся от обычной евклидовой числом измерений и тем, что четвертая координата не является пространственной.
При всем значении этих понятий они не изменили физического смысла теории относительности. Физическая идея четырехмерной геометрии – представление о связи пространства и времени – содержалась, по существу, уже в первой статье А. Эйнштейна о теории относительности. Речь идет не о тривиальной констатации того, что реальный мир существует в пространстве и во времени. В теории относительности содержалось другое утверждение.
Если нет мирового эфира как универсального тела отсчета, значит, теряет смысл понятие абсолютной одновременности. Исчезнув из картины мира, эфир и отнесенное к эфиру движение унесли вместе с понятием абсолютной одновременности и представление о едином, охватывающем все пространство потоке времени, и представление об абсолютном пространстве.
В 1949 году Эйнштейн писал: «Весьма распространенной ошибкой является мнение, будто специальная теория относительности как бы открыла, или же вновь ввела, четырехмерность физического многообразия (континуума). Конечно, это не так. Четырехмерное многообразие пространства и времени лежит в основе также и классической механики. Только в четырехмерном континууме классической физики „сечения“, соответствующие постоянному значению времени, обладают абсолютной (т. е. не зависящей от выбора системы отсчета) реальностью. Тем самым четырехмерный континуум естественно распадается на трехмерный и на одномерный (время), так что четырехмерное рассмотрение не навязывается как необходимое. Специальная же теория относительности, наоборот, создает формальную зависимость между тем, как должны входить в законы природы пространственные координаты, с одной стороны, и временная координата, с другой»[7].
Четырехмерный, вернее, (3+1)-мерный континуум теории относительности открывает дорогу представлению о мире во всей его сложности как о многомерном пространстве с дополнительным измерением, дающим возможность описывать его растущую размерность. Изменение числа измерений выводит пространственно-временное представление за пределы теории относительности. Мы можем говорить о единстве мегамира и микромира как о многомерном (n-мерном) пространстве, которое становится все более сложным, причем эта растущая сложность изображается (n+1)-м измерением, так что пространственно-временное представление включает (n+1)-мерный континуум.
Теория относительности изменила представление о мегамире, о Вселенной. Сейчас Вселенная рассматривается как нечто целое, обладающее массой, радиусом и, более того, судьбой, прошлым и будущим. Правда, релятивистская космология – это такая ветвь теории относительности, на которой пока больше почек и цветов, чем листьев и плодов. Но она оказывает очень большое воздействие на все отрасли науки, на стиль научного мышления в целом, на философские обобщения. Как это ни парадоксально звучит, теория относительности и релятивистская космология способствуют переходу от собственно геометрических схем к физическим представлениям, основанным на экспериментальной проверке, включающим то, что А. Эйнштейн называл внешним оправданием. Теория относительности сообщает геометрическим соотношениям физический смысл. Она приводит к возможности локального, экспериментального решения проблемы геометрии мира. Позитивное решение данной проблемы всегда было функцией развития науки: локальное воздействие на мир, компоновка объективных сил природы с помощью эксперимента и в производстве – основа и философских выводов. Экспериментальное решение вопросов о бесконечности или конечности пространства, об евклидовых и неевклидовых его характеристиках имеет непосредственное отношение к вопросам об априорности или неаприорности понятия пространства, о происхождении геометрических понятий, о роли эмпирии и теоретических обобщений в познании.
Мы уже приводили замечание В. Нернста о том, что теория относительности Эйнштейна не столько физическая, сколько философская теория. Действительно, можно говорить о большой роли гносеологических критериев в теории относительности. Физика XX столетия гораздо теснее, чем в предшествующий период, связана с гносеологическими проблемами, и это стало особенно заметно в середине столетия. В 1944 году Эйнштейн писал: «В настоящее время физик вынужден заниматься философскими проблемами в гораздо большей степени, чем это приходилось делать физикам предыдущих поколений. К этому физиков вынуждают трудности их собственной науки»[8]. Но и в начале столетия это занятие стало для физики более существенным, чем раньше.
7
Эйнштейн А. Собрание научных трудов, т. 4, с. 279—280.
8
Эйнштейн А. Собрание научных трудов, т. 4, с. 248.