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

они падают (несмотря на сопротивление воздуха) с очень большой скоростью.

И еще одно, можно сказать, самое важное откры­ тие Галилея в этой области. Он установил, что для дви­ жения тела нет необходимости, чтобы сила действова­ ла непрерывно. Если тело не будет встречать никакого сопротивления (воздуха, трущихся поверхностей и т. д.), то оно, получив первоначальный толчок, будет двигаться равномерно и безостановочно. Впоследствии это открытие Галилея было названо законом инерции, а способность тел сохранять постоянную скорость дви­ жения — инерцией.

Законы механики, начало открытию которых поло­ жил Галилей, впоследствии изучались австрийским ученым И. Кеплером, голландским ученым X. Гюйген­ сом, французским ученым Р. Декартом и другими. Но стройную, классическую форму придал им великий английский физик И. Ньютон. Открытые им законы механики и особенно закон всемирного тяготения из­ вестны нам со школьной скамьи. На них опиралась вся наука до создания теории относительности.

Специальная теория относительности не учитывала явления всемирного тяготения. Но в мире нет экрана, задерживающего силу тяготения. Она пронизывает все тела, всю Вселенную. Закон всемирного тяготения Нью­ тона гласит: все тела притягиваются друг к другу пря­ мо пропорционально массе и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Говоря несколько

59

упрощенно, чем массивнее тела, тем больше их взаим­ ное притяжение, сила которого убывает быстро с уве­ личением их расстояния друг от друга.

Эйнштейн решил, что его теория не может не учи­ тывать влияния тяготения на движение тел, на свойст­ ва пространства и времени. А этот учет привел к выво­ дам общей теории относительности.

Масса всякого тела имеет, если можно так сказать, две стороны. Тяготеющая масса — это способность тела создавать поле тяготения (притягивать другие тела) и испытывать на себе действие поля тяготения (других тел). Инертная масса — это способность тела сопротив­ ляться ускорению. Казалось бы, это два совершенно отличные друг от друга свойства материальных тел. Но Эйнштейн говорит, что тяжесть и инерция — два различных слова для обозначения одного и того же явления, причем численно они совпадают. Принцип эк­ вивалентности исключает существование таких двух тел, из которых одно ускорилось бы легче другого (при­ обретало бы данное ускорение под действием меньшей силы), но порождало бы поле тяготения большее, чем другое тело.

Рассмотрим теперь, к каким результатам привел учет явления всемирного тяготения, каковы следствия этого принципа эквивалентности тяготеющей и инерт­ ной массы. Постараемся рассмотреть их в виде отдель­ ных положений, связанных друг с другом, вытекающих одно из другого.

60

Во-первых, свет, как и электромагнитные явления вообще, обладает энергией. Если это так, то из закона пропорциональности энергии и массы ( Е=т- с2) следу­ ет, что свет обладает инертной массой. Это было дока­ зано еще до Эйнштейна тончайшим экспериментом вы­ дающегося русского физика П. Н. Лебедева по измере­ нию давления света. Установление давления света на твердые тела (а впоследствии и на газы) говорило о том, что свет обладает инертной массой. Далее. Нам извест­ но, что инертная масса эквивалентна его тяжелой (или тяготеющей) массе. Следовательно, свет обладает и тя­ готеющей массой.

Во-вторых, масса, находящаяся в поле тяготения, испытывает действие этого поля, и поэтому ее движе­ ние не будет прямолинейным. Чем больше сила тяготе­ ния, тем больше оно отклоняет движение тела от пря­ молинейного. Частная теория относительности рассмат­ ривала движение света в свободном от вещества прост­ ранстве, не учитывала влияния поля тяготения. Но в действительном мире нет абсолютно пустого простран­ ства без поля тяготения. Следовательно, свет распрост­ раняется в поле тяготения, и коль скоро он имеет тя­ готеющую массу, то и испытывает на себе влияние это­ го поля. Иными словами, в действительности свет не может иметь прямолинейное движение, его путь будет искривленным. Кстати, это обстоятельство и было под­ тверждено опытным путем во время солнечного затме­ ния 1919 г.: поле тяготения Солнца искривляет путь

61

света далеких звезд, проходящего вблизи него. В обыч­ ное время это искривление пути света звезд незаметно из-за яркого блеска Солнца.

В-третьих, мы уже знаем, что закон распростране­ ния света с постоянной скоростью раскрывает универ­ сальный характер связи пространства и времени. А ес­ ли наличие поля тяготения искривляет путь света, то ясно, что тяготение тесно связано со свойствами прост­ ранства и времени. Отсюда, далее, следует, что метрика пространства и времени (их геометрические свойства) является более сложной, чем это считала частная тео­ рия относительности. Эта метрика зависит от распреде­ ления тяготеющих масс. В этом, пожалуй, заключается основная идея теории тяготения Эйнштейна. Скажем несколько проще: поскольку решительно все физиче­ ские объекты в мире обладают тяготеющей массой и в мире нет пространства, свободного от поля тяготения, то никакое движение не может быть прямолинейным, оно обязательно более или менее искривлено. Иначе го­ воря, само пространство искривлено. Величина искрив­ ления пространства в данном месте зависит от силы по­ ля тяготения.

Математическим выражением этих свойств прост­ ранства и времени является не геометрия Эвклида, ко­ торая рассматривала прямые линии, а так называемая риманова геометрия. Одной из форм последней и явля­ ется геометрия Лобачевского. Вот почему, оказывается, в природе, строго говоря, нет параллельных линий: все

62

линии искривлены, и потому параллельные не парал­ лельны. Метрика пространства и времени является эв­ клидовой лишь тогда, когда мы не учитываем действия поля тяготения. Правда, при слабом поле тяготения, как у Земли, отличие метрики от эвклидовой настолько мизерно, что практически оно незаметно и обычно по­ этому не учитывается. Но когда мы имеем дело с силь­ ным полем тяготения, с большими участками простран­ ства и большими промежутками времени, обязательно надо учитывать факт искривления и перейти на риманову геометрию.

В-четвертых, Эйнштейн установил, что связь метри­ ки пространства и времени с распределением тяготею­ щих масс и их движением является взаимной: а) рас­ пределение и движение тяготеющих масс определяют метрику пространства и времени; б) движение масс в поле тяготения обусловлено отклонениями метрики от эвклидовой. Таким образом, получается, что массы соз­ дают метрику пространства и времени, а метрика опре­ деляет их движение. Формально эта взаимосвязь мате­ матически проявляется в том, что уравнение Эйнштей­ на представляет собой не только уравнение поля, но и уравнение движения.

Сущность теории тяготения, следовательно, состоит в установлении ряда общих связей: пространства и времёни, массы и энергии, структуры пространства и вре­ мени и материи, законов поля тяготения и законов дви­ жения в поле тяготения. Взаимодействие тел в их тяго­

63

тении и изменение структуры пространство — время оказывается сторонами одного явления, но без сведения одной стороны к другой, как это пытаются делать идеа­ листы. Общая теория относительности может быть опре­ делена как теория тяготения, но она, по-видимому, не есть теория относительности любых движений, как это считал сам Эйнштейн. Главное ее значение в физике состоит в том, что она решила проблему, стоявшую со времени открытия тяготения,— выдвинула теорию это­ го фундаментального явления и, показав его связь со структурой пространство — время, дала основу для изучения влияния тяготения на разнообразные физиче­ ские процессы.

Советскими физиками проделана большая работа по вскрытию объективного физического содержания об­ щей теории относительности Эйнштейна, а преодоле­ ние нечеткости ряда ее положений дало возможность отбить попытки извращения некоторых выводов из тео­ рии относительности религиозно настроенными буржу­ азными учеными.

Общая теория относительности, или теория тяготе­ ния, вскрывает ограниченность частной теории, спра­ ведливой лишь для условий, когда можно пренебречь полем тяготения. При наличии сильных полей тяготе­ ния закон постоянства скорости света нарушается, а от­ сюда — нарушаются законы частной теории относи­ тельности. При этом закон взаимосвязи пространства и времени не только сохраняется, но подвергается даль­

64

ВСЕЛЕННАЯ БЕСКОНЕЧНА В ПРОСТРАНСТВЕ И ВО ВРЕМЕНИ

Выдающийся французский ученый П. Ланжевен еще в 1932 г. в статье «Относительность» совершенно справедливо утверждал, что появление теории относи­ тельности подготовлено всем развитием физики. Фило­ софские выводы из нее тоже являются закономерными, они также были подготовлены всем ходом развития ес­ тествознания -и философии.

Физическое содержание теории относительности яв­ ляется блестящим подтверждением выводов марксист­ ской философии об объективности, абсолютности прост­ ранства и времени, как форм бытия материи, и наличии у них относительных свойств. Пространство — время, как форма бытия материи, зависима от своего содержа­ ния — от движения материи, и в этом смысле свойства пространства и времени относительны. Поскольку тео­ рия Эйнштейна вскрыла всеобщий характер простран­ ства и времени, тем самым она утверждает и их абсо­ лютность в качестве обязательных условий существо­

66

вания материи. Доказательство прямой связи простран­ ства и времени с движением материи является доказательством и их объективности, независимости от нашей воли и сознания. Кроме того, в теории относи­ тельности показывается и более глубокий смысл самих пространственно-временных отношений, абсолютность связи и относительность различий этих форм. Она рас­ крывает внутреннюю противоречивость пространства и времени: моментов постоянства и изменчивости, протя­ женности и структурности пространства; длительности и течения, сменяемости моментов времени.

В. И. Ленин в статье «О значении воинствующего материализма» отмечал, что за теорию Эйнштейна ухватилась уже громадная масса буржуазной интел­ лигенции всех стран, громадное большинство модных философских направлений. Они пытались сделать из ее положений религиозно-идеалистические выводы. В период усиления общего кризиса капитализма и бур­ жуазной науки это явление получило широкое распро­ странение. Для извращения содержания теории относи­ тельности давали основание некоторые идеалистиче­ ские ошибки самого Эйнштейна, хотя объективное содержание исследований постоянно приводило его к материализму, даже в чисто философских высказыва­ ниях.

В настоящее время извращение теории в духе идеа­ лизма идет вокруг нескольких основных вопросов.

Понятие системы отсчета — одно из основных в тео­

рии относительности — подменяется идеалистами по­ нятием «точки зрения» наблюдателя, то есть делается попытка субъективизации выводов теории Эйнштейна. По мнению идеалистов получается, что лоренцево со­ кращение, относительность одновременности и другое зависят от субъективных намерений наблюдателя, от его точки зрения. Такой взгляд ведет к философскому релятивизму («все относительно, все зависит от точки зрения»), к отрицанию моментов физической абсолют­ ности пространства и времени. Вновь открытые свой­ ства пространства и времени выдаются идеалистами за простые логические следствия произвольно выбранных наблюдателем процедур измерения. Также и понятие одновременности будто основано на условном определе­ нии, что такое одновременность.

Все эти рассуждения не имеют под собой научной почвы, они не опираются на объективное физическое содержание теории относительности. Здесь для идеали­ стов убийственны те же вопросы, которые в свое время Ленин задавал махистам: существовала ли природа до человека; объективны ее свойства или они зависят от нас? С позиции своих взглядов идеалисты не могут дать на эти вопросы строго научных ответов. Они не хотят понять, что вследствие всеобщей связи каждое тело и происходящие в нем процессы прямо или опосредован­ но связаны со всеми другими телами и процессами. Эти материальные связи определяют координацию тел и событий в пространстве и во времени по отношению

68