книги из ГПНТБ / Рахматуллин К.Х. В мире Эйнштейна

Продолжающиеся и в наше время активные процес­ сы образования звезд 1 и галактик говорят о многом. В частности, это является опровержением тезиса об од­ новременном образовании всех небесных тел несколько миллиардов лет тому назад (как мы уже видели, подоб­ ный тезис используется религией для доказательства творения мира богом). Во-вторых, это показывает несо­ стоятельность попыток выделения каких-то особых эпох в развитии Вселенной. В ней нет готовых небесных тел, все они возникают и разрушаются. Но при этом материя не исчезает и не возникает из ничего, она лишь переходит из одной формы своего существования в дру­ гую. Например, звезды образуются из газовопылевых туманностей (диффузного вещества), которые в свою очередь могут образоваться из вещества, выброшенного звездами. Происходит то, что называют вечным круго­ воротом материи во Вселенной.

Современную научную картину мира можно назвать картиной материального единства мира. Она утвержда­ ет, что Вселенная состоит из конкретных видов материи в виде вещества (плотного — звезды, планеты; разре­ женного — диффузные облака) и физических полей: электромагнитного, гравитационного и ядерных полей. Не исключено, что существуют еще не открытые нау-1

1 Есть все основания считать, что вокруг многих звезд при этом образуются и планетные системы. Таким образом, рождение

планет, а на некоторых из них и жизни, также является повсе­ местным и закономерным процессом во Вселенной.

29

РЕВОЛЮЦИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

Научная картина мира складывалась в борьбе с ре­ лигиозными идеалистическими антинаучными пред­ ставлениями о мире. В XVII—XIX вв. в науке господ­ ствовала механистическая картина мира классической физики, связанная прежде всего с именами Г. Галилея, И. Ньютона и П. Лапласа.

В ее основе лежали открытые ими законы механи­ ки, законы движения земных и небесных тел, в осо­ бенности закон всемирного тяготения Ньютона. Клас­ сическая физика сводила всю сложную гамму взаимо­ отношений предметов и явлений природы к чисто механическим их связям. Конечно, эти представле­ ния были недостаточны, односторонни. Поэтому новые открытия естествознания требовали пересмотра этой картины мира.

На рубеже XIX и XX вв. ее сменила электромагнит­ ная картина мира. В ней брались в соображение не

31

только законы механики — законы простого перемеще­ ния тел, но и их электромагнитные свойства.

Однако и она не удовлетворила ученых. Наука с каждым днем проникала во все более глубокую сущ­ ность окружающего нас материального мира, вскры­ вала все более интимные его свойства. Этот процесс на­ чался в конце XIX в., он интенсивно продолжается и поныне.

В. И. Ленин в своей замечательной работе «Мате­ риализм и эмпириокритицизм», написанной в 1908 г., обобщив достижения тогдашней науки, назвал этот про­ цесс революцией в естествознании. Начавшаяся в те годы коренная ломка устаревших научных представ­ лений была связана с открытиями в области ядерной физики, созданием квантовой гипотезы и кардинально новых взглядов на материю, движение, пространство и время. Эти взгляды нашли свое отражение в теории относительности Альберта Эйнштейна.

Чтобы понять всю новизну и суть теории относи­ тельности, снова приходится бросить хотя бы беглый взгляд на историю формирования и развития научных представлений о пространстве и времени.

А. Эйнштейн указывает на наличие в истории нау­ ки двух основных воззрений на пространство, время и тяготение. Начиная с Демокрита, многие ученые (Бру­ но, Галилей, Р. Декарт, Б. Спиноза, Дж. Локк, Ньютон, Г. Гегель и Фейербах), несмотря на различие их взгля­ дов на конкретные вопросы данной проблемы, в це­

32

лом рассматривают пространство как протяженность, а время как длительность. При этом одни (Декарт) рас­ сматривают пространство как чистую протяженность, а другие (Ньютон) — как простое вместилище материаль­ ных тел.

Начиная с Аристотеля, другие ученые (Г. Лейбниц, X. Гюйгенс, Д. Дидро и др.) считают пространство по­ рядком, или законом сосуществования явлений (свой­ ством положения мира материальных предметов, по словам Эйнштейна), а время — числом движения, за­ коном изменения явлений. Здесь главное внимание обращается на выражение отношений между телами. Кроме того, у Гераклита, Ньютона, Ибн-Сины, А. Н. Ра­ дищева и И. Канта были отдельные попытки синтети­ ческого рассмотрения этих двух свойств пространства и времени. Однако их попытки не получили детальной разработки. Обе концепции страдали односторонностью, возводя в принцип отдельные признаки пространства

ивремени.

В«Математических началах натуральной филосо­ фии» Ньютон отделяет понятия истинных, или абсо­ лютных, пространства и времени от относительных. Абсолютное пространство по своей сущности безотно­ сительно к чему бы то ни было внешнему остается всегда одинаковым и неподвижным. Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по сво­ ей сущности, без всякого отношения к чему-либо внеш­ нему протекает равномерно и называется длительно-

стью. Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная часть пространства, положе­ ние которой определено относительно некоторой систе­ мы отсчета. Относительное время есть определенная мера продолжительности, устанавливаемая при помо­ щи какого-либо движения и употребляемая в нашей обыденной жизни (например, сутки — мера продолжи­ тельности, определяемая вращением Земли вокруг своей оси).

В основе этого разделения лежит двоякая связь про­ странства и времени с механическими процессами: 1) они являются вместилищем этих процессов, в них располагаются тела и разыгрываются процессы; 2) са­ ми пространство и время становятся различными как конкретные места и времена только благодаря механи­ ческим процессам. При этом абсолютное пространство и время не связаны с механическими процессами, кро­ ме того, они независимы и друг от друга.

Пространство, по Ньютону, есть неограниченное вместилище материальных процессов, объем, отожде­ ствляемый с пустотой. Оно однородно (одинаковость геометрических свойств во всех точках) и изотропно (одинаковость этих свойств во всех направлениях). Утверждая однородность и изотропность пространства, Ньютон исходил из сформулированных им трех основ­ ных законов механики, Наиболее важным с точки зре­ ния теории пространства и времени академик В. А. Фок считает первый закон Ньютона, говорящий о существо-

34

вании инерциальных систем отсчета ', в которых спра­ ведливы остальные законы движения.

По Ньютону, материальные тела движутся не только в пространстве и времени, а по отношению к пространству; именно это движение и является истин­ ным. Если Декарт считал необходимым для движения по крайней мере наличие двух тел, то у Ньютона для движения достаточно одного тела. Поэтому у него абсо­ лютное пространство (а в известном смысле и абсолют­ ное время) выступает в качестве своеобразного и единственного тела отсчета для всех движений. Следо­ вательно, он приходит к выводу о неподвижности абсо­ лютного пространства, лишает его активных физиче­ ских свойств, которые связываются лишь с телами, а пространство имеет лишь геометрические свойства вме­ стилища тел. Также понимается Ньютоном и сущность времени как потока чистой неограниченной длительно­ сти с равномерным течением. Законы движения не ме­ няют своего вида с течением времени, и в этом смысле оно однородно, кроме того, время изотропно, то есть законы движения инвариантны (неизменны) при обра­ щении течения времени.

Сущность пространства и времени он раскрывает с позиций метафизического материализма. Метафизиче-1

1 Инерциальная система отсчета — такая система координат, в которой выполняется закон инерции, то есть в которой тело (при компенсации оказываемых на него внешних воздействий) движется равномерно и прямолинейно.

ский подход к проблеме особенно ярко виден в отрыве абсолютного пространства и времени от движущейся материи и друг от друга. Ньютон абсолютизировал от­ дельные свойства пространства и времени, хотя в его взглядах есть и некоторые диалектические моменты.

За абсолютное пространство и время Ньютона ухва­ тилось богословие как за обиталище бога. Да и сам Ньютон считал бога причиной всемирного тяготения, первоначального движения. Великий просветитель XVIII века Вольтер, распространявший учение Ньюто­ на во Франции, прямо указывал, что вся философия Ньютона необходимо приводит к признанию высшего существа.

Несмотря на эти и другие существенные недостат­ ки, воззрения Ньютона на пространство, время и тяго­ тение господствовали в науке в течение более двух столетий. А. Эйнштейн считает, что решение Ньютона было в тот период развития науки единственно возмож­ ным и, главное, плодотворным.

Взгляды Ньютона и особенно его ортодоксальных последователей были подвергнуты острой критике со стороны немецкого философа Г. Лейбница, голландско­ го физика X. Гюйгенса, английского материалиста Дж. Толанда, великого русского ученого М. В. Ломо­ носова и других. При этом одни критиковали односто­ ронность, уступки богословию (Толанд, Ломоносов), а другие (Лейбниц, Дж. Беркли) критиковали Ньютона с позиций идеализма.

36

Эйнштейн считает, что Галилей и Ньютон обогати­ ли и усложнили понятие пространства: пространство вводилось как самостоятельная причина инерциально­ го поведения тел, поскольку было желательно придать точный смысл классическому принципу инерции и тем самым классическому закону движения. В отличие от Лейбница и Гюйгенса Ньютон понимал, что рассмотре­ ние пространства как порядка существования вещей не может служить основой принципа инерции и закона движения, хотя при этом он понимал и причины их оппозиции против абсолютности пространства. Но пло­ дотворность системы Ньютона на несколько веков заглушила эти сомнения. Ньютону потребовалась упор­ ная борьба, чтобы утвердить понятие независимого и абсолютного пространства, необходимого для развития теории. Последующее развитие науки показало, что оппозиция Лейбница и Гюйгенса была оправдана, но она защищалась недостаточными аргументами. Потре­ бовались еще более напряженные усилия целой плея­ ды ученых, чтобы преодолеть ошибочные взгляды Ньютона.

* * *

Несомненным достоинством старой теории прост­ ранства и времени академик В. А. Фок считает совер­ шенную в математическом отношении ее форму — Экклидову геометрию — и чрезвычайно точное соответ-

37

ствие ее природе. Это и обусловило ее долгое господст­ во в науке.

Однако безуспешные попытки на протяжении более 2000 лет доказать пятый постулат Эвклида о парал­ лельных линиях (что они не пересекаются) показали возможность замены его другими аксиомами. Но толь­ ко великий русский ученый Н. И. Лобачевский ( и не­ зависимо от него венгерский ученый Больяй) пришел к выводу о недоказуемости постулата Эвклида и создал свою знаменитую неэвклидову геометрию. Открытие Лобачевского означало целый переворот не только в геометрии, но и в воззрениях на пространство и время. Однако в то время не было достаточных данных, что­ бы понять глубину идеи Лобачевского. В частности, не совсем было ясно, почему параллельные линии не па­ раллельны, почему действительные свойства простран­ ства не укладываются в рамки геометрии Эвклида.

Развитие естествознания в XIX в. шло по линии дальнейшей критики и преодоления некоторых недо­ статков классической физики, хотя в целом она и была господствующей. Работы многих ученых различных стран вплотную подвели физику к пересмотру бытовав­ ших тогда воззрений на пространство, время и дви­ жение.

Особенно большое значение имели работы по элект­ ронной теории голландского ученого Г. Лоренца, в ко­ торых подверглись существенному изменению понятия вещества, движения, взаимодействия, протяженности,

38