Читать онлайн «Эйнштейн (Жизнь, Смерть, Бессмертие)». Страница 118

Вместе с тем нужно сказать, что уже до появления теории относительности у Эйнштейна уже сложились основы гносеологического кредо. Они еще не стали четкими, и антипозитивистская установка Эйнштейна выражалась тогда не в каких-либо определенных оценках, а в уверенности в объективной и познаваемой гармонии мироздания. Эта уверенность была необычайно глубокой, она окрашивала всю жизнь Эйнштейна, она определяла интересы, этические позиции и эстетические склонности.

Вернемся теперь к физической идее Маха, к представлению о силах инерции, обязанных своим возникновением не ускорению относительно пространства, а действию всей совокупности образующих Вселенную тел. Здесь нам придется вспомнить о роли полевой концепции в генезисе и логической структуре теории относительности, т.е. о содержании предыдущей главы. Но и собственно философская позиция Эйнштейна, то, о чем говорилось в настоящей главе, связано с эволюцией взглядов Эйнштейна на принцип Маха.

Об этом принципе уже говорилось и в начале книги, и совсем недавно при общей характеристике отношения Эйнштейна к идеям Маха. Теперь об этом надо сказать подробнее [15].

Принцип Маха можно высказать в такой форме: поскольку взаимные смещения звезд происходят с очень малой скоростью, не сопоставимой со скоростью распространения взаимодействий, можно рассматривать совокупность звезд как звездный газ, относить инерционное движение к системе отсчета, в которой этот газ неподвижен, и считать действие этого газа причиной сил инерции.

Мах отказался от понятия абсолютного пространства. Пример Ньютона - во вращающемся ведре вода под влиянием центробежных сил поднимается к краям, в неподвижном ведре она не испытывает воздействия этих

15 Дальнейшие страницы (до конца главы) представляют собой сокращенное изложение статьи "Эйнштейн и принцип Маха", напечатанной в "Эйнштейновском сборнике" в "Organon" (по-французски) и вошедшей во второе издание "Этюдов об Эйнштейне" (М., 1970, с. 451-495).

505

сил - Мах объясняет исходя из относительности всякого движения. "Опыт Ньютона с вращающимся сосудом и оказывает то, что относительное вращение воды по отношению к стенкам сосуда не пробуждает заметных центробежных сил, но что эти последние пробуждаются относительным вращением по отношению к массе Земли и остальным небесным телам" [16].

Инерция, продолжает Мах, отнесена к неподвижным звездам, вообще к совокупности тел, образующих мир: "Если мы говорим, что тело сохраняет свое направление и скорость в пространстве, то в этом заключается только краткое указание на то, что принимается во внимание весь мир" [17]. Эта фраза должна быть интерпретирована как переход от совокупности дискретных тел, образующих Вселенную, к натянутому на эти тела пространству, к системе отсчета, в которой неподвижен звездный газ.

16 Мах Э. Механика. Историко критический очерк ее развития. СПб., 1909, с. 194.

17 Там же.

Какая позиция по отношению к принципу Маха вытекала из наиболее общих идей Эйнштейна?

Эйнштейн называл программой Ньютона классический идеал науки - такое каузальное описание мира, в котором все объясняется взаимодействием тел, в свою очередь зависящим от их положения, от пространственного распределения масс и от их скоростей. Чтобы выполнить эту программу (ей противоречило абсолютное пространство как причина сил инерции), нужно было отказаться от основ ньютоновой механики. Общая теория относительности казалась выполнением программы Ньютона, но впоследствии выяснилось, что она не укладывается в эти рамки и это связано с ее полевым характером. Обобщение классической теории поля Эйнштейн называл программой Максвелла. Программа Ньютона и программа Максвелла оказались несогласуемыми без ряда совершенно новых понятий, которые позволили явственно продемонстрировать несовместимость принципа Маха и последовательного обобщения полевой концепции.

В пределах программы Ньютона разграничение понятий тождественности физической ситуации и ковариантности физических закономерностей теряет значение. С точки зрения этой программы во Вселенной существует в

506

каждый момент некоторая конфигурация качественно неизменных, неисчезающих, тождественных себе тел и любой процесс, в том числе любой эксперимент, меняет эту конфигурацию. Изменяются некоторые расстояния между телами, и это в последнем счете единственный реальный процесс в природе. При переходе от одной системы отсчета к другой этот процесс не меняется. Никаких других реальных процессов, помимо изменения относительных положений тел, не может быть; если не изменилась конфигурация тел, значит, вообще ничего не произошло. Поэтому и ковариантность закономерностей, обнаруживаемых в двух ситуациях, становится тривиальной: двух ситуаций нет, существует лишь одна, тождественная себе ситуация.

Иначе складывается дело в рамках программы Максвелла. Возникновение тяготения в системе, которой мы приписали неподвижность, можно сравнить с появлением магнитного поля, когда мы представляем электрическое поле в качестве движущегося, или с появлением электрического поля при переходе к системе, в которой движется магнитное поле. В 1914 г. в статье "Формальные основы общей теории относительности" Эйнштейн говорил об эквивалентности гравитационных сил в неподвижной системе К и сил инерции в движущейся с ускорением, например вращающейся системе К', и затем преобразовывал системы отсчета так, чтобы неподвижной считалась система К'. Поскольку эффекты тяготения и инерции одни и те же, мы не получим каких-либо новых явлений, но получим иное объяснение ускорений, которые ранее объяснялись центробежными силами.

"Отсюда следует, - продолжает Эйнштейн, - что мы имеем все основания рассматривать вращающуюся систему К' как покоящуюся и интерпретировать поле центробежных сил как некоторое гравитационное поле. Эта интерпретация напоминает положение дел в специальной теории относительности, когда пондеромоторная сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрическую массу, истолковывается как действие на эту массу электрического поля, которое с точки зрения движущейся вместе с ней системы отсчета присутствует в месте расположения заряда" [18].

18 Эйнштейн, 1, 328.

507

Возможно ли с помощью подобных полевых понятий обойтись без отдаленных масс как источников поля сил инерции, как тел, притягивающих воду к краям вращающегося ведра? Можно ли отказаться от воздействия отдаленных масс при объяснении сил инерции? Можно ли в теории тяготения, ускоренного движения и сил инерции ссылаться на процессы, несводимые к изменению пространственного расположения масс и вместе с тем не относить ускоренное движение к самому пространству?

В сущности, именно такова тенденция общей теории относительности. В этой теории гравитационное поле зависит от распределения энергии, от всей совокупности агентов, воздействующих на кривизну пространства-времени. Иногда задают вопрос, может ли вызвать вращение однородного шара или кольца какой-либо физический эффект, ведь такое вращение не меняет ничего в распределении масс, не меняет ориентации вращающегося тела по отношению к другим телам. Но вращение однородного шара или кольца меняет распределение энергии, и такое изменение может дать определенный физический эффект. Эддингтон считает такой эффект противоречащим принципу Маха. Он формулирует этот принцип так: "Все механические явления могут быть в конечном счете сведены к относительному положению и к изменениям положения масс во всем мире" [19]. С такой точки зрения абсолютное вращение, т.е. вращение без изменения относительной ориентировки, не может быть причиной физических явлений и не может обладать физическим смыслом. Но вращение тела, если оно ничего не меняет в положении тела, меняет распределение энергии.

19 Эддингтон А. Теория относительности. М. - Л., 1934, с. 315.

Эддингтон рассматривает кольцо, состоящее из однородного и непрерывного вещества и вращающееся как колесо по отношению к окружающим массам. По сравнению с неподвижным кольцом вращающееся кольцо не создает какого-либо иного распределения масс, вращение не состоит в каком-либо изменении взаимной ориентации тел. Тем не менее могут существовать физические эффекты вращения, поскольку распределение энергии изменяется при вращении кольца по сравнению с его покоем. Эддингтон говорит, что вращение однородного шара или кольца имеет абсолютный (т.е. независимый от ориентировки относительно других тел) характер, если понимать под "вращением" изменение других условий, помимо распределения масс.

508

Слово "вращение" по своему привычному, кинематическому смыслу ассоциируется с изменением пространственной ориентировки. Такое изменение имеет смысл при наличии систем отсчета равноправных либо включающих одну привилегированную систему. В первом случае вращение (без кавычек, в привычном смысле перемещения масс) будет относительным и его можно "оттрансформировать", перейдя к системе отсчета, в которой вращающееся тело неподвижно. Во втором случае вращение имеет абсолютный характер и будет сопровождаться эффектами, отличающими привилегированную систему от других. Следует подчеркнуть: относительное движение - это изменение пространственного положения, пространственной ориентировки, отнесенное к одной из равноправных систем отсчета; абсолютное движение - это изменение пространственного положения в привилегированной системе отсчета. "Вращение" однородного шара и все чисто полевые процессы, в которых распределение энергии меняется без изменения пространственного положения масс, находятся вне этой контроверзы.