Мифы теории относительности

Измерять время! Мы созданы таким образом, что можем сознавать время и проникаться его печалями и радостями лишь при условии, если мы его считаем и взвешиваем, как монету, которая была бы незримой. Оно у нас воплощается и приобретает сущность и ценность, лишь пройдя сложные приборы, изобретенные нами для того, чтобы сделать его видимым, и, не существуя само в себе, оно заимствует вкус, запах и форму инструментов, его определяющих.

М. Метерлинк

Эйнштейн убивает время

Точнее было бы написать: Эйнштейн убивает абсолютное время. Но если оно признается только относительным, да еще не само по себе, а лишь в соединении с пространством, то что же от него осталось?

Впрочем, такой злодейской цели не было у молодого ученого Альберта Эйнштейна в 1905 году, когда он написал статью «К электродинамике движущихся тел», в которой обосновал специальную теорию относительности (СТО).

В одном из писем он так изложил ее суть: «Еще в древности было известно, что движение воспринимается только как относительное... Если бы неподвижный, заполняющий все пространство световой эфир действительно существовал, к нему можно было бы отнести движение, которое приобрело бы абсолютный смысл... Теория относительности... исходит из предположения об отсутствии привилегированных состояний движения в природе и анализирует выводы из этого предположения».

Еще одно, более обстоятельное, также в популярной форме его объяснение:

«Координатная система, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно инерционной системы, сама является инерциальной. Специальный принцип относительности представляет собой обобщение этого утверждения на все процессы природы: каждый универсальный закон природы, который выполняется по отношению к некоторой системе С, должен также выполняться в любой другой системе С? , которая движется равномерно и прямолинейно относительно С.

Другим принципом, на котором основана специальная теория относительности, является принцип постоянности скорости света в пустоте. Согласно этому принципу, свет в пустоте всегда распространяется с определенной постоянной скоростью (не зависящей от состояния движения наблюдателя и источника света). Свое убеждение в справедливости этого принципа физики черпают из успехов электродинамики Максвелла—Лоренца...

Специальная теория относительности, которая является просто развитием электродинамики Максвелла и Лоренца, имела последствия, выходящие далеко за ее рамки».

Вот об этих последствиях и хотелось бы поговорить. А прежде вспомним, что в 1908 году немецкий ученый из Гёттингена Герман Минковский на съезде математиков в Кёльне провозгласил: отныне покончено с независимостью пространства и времени, они превращаются в тени, а реально существует только их единство. В работе «Пространство и время» (1909) он ввел понятие четырехмерного пространства-времени и дал геометрическую версию кинематики специальной теории относительности. Развернул в четырехмерном пространстве-времени уравнения Максвелла.

Несмотря на то, что его выступление приветствовали участники съезда как новое понимание структуры мира, первым высказал и обосновал эту идею венгерский философ и физик Мельхиор Палладий в 1901 году в трактате «Новая теория пространства и времени». Альберт Эйнштейн (он вряд ли читал работу Мельхиора) привел логическое и, что почти то же самое, математическое обоснование относительного и отсутствие абсолютного времени.

Как нередко бывает в истории науки, идея «созрела», как спелый плод, став добычей сразу нескольких ученых. Как говорил математик Давид Гильберт: «На улицах нашего математического Гёттингена любой встречный мальчик знает о четырехмерной геометрии больше Эйнштейна. И все же не математикам, а Эйнштейну принадлежит то, что было здесь сделано».

Возможно, в ответ на это замечание Альберт Эйнштейн заметил: «Меня иногда удивляют гёттингенцы своим стремлением не столько помочь ясному представлению какой-либо вещи, сколько показать нам, прочим физикам, насколько они превышают нас по блеску».

Действительно, в отличие от Исаака Ньютона Эйнштейн не был великим математиком. Но его знаний в этой области вполне хватило на то, чтобы выразить в математической форме идеи, относящиеся не к абстрактным областям четырехмерной геометрии, а к конкретным физическим явлениям.

Вскоре после выступления Минковского французский ученый и философ Анри Пуанкаре утверждал, что наука не изучает время, а исследует проявление природных процессов в ходе времени, от явлений абсолютно независимого. Кстати, в работе «О динамике электрона» (1905) он одновременно с А. Эйнштейном изложил основы специальной теории относительности. Но не претендовал на приоритет в этом открытии.

Русский физик Николай Алексеевич Умов тогда же высказался образно: «Время не течет, как не течет пространство. Течем мы, странники в четырехмерной вселенной».

Итак, произошло настоящее научное открытие: был не просто сформулирован новый закон природы, а обнаружена новая обширная область исследований для физиков, математиков, философов.

Но если уже зашла речь о расширении горизонтов познания, то следует вспомнить о Николае Ивановиче Лобачевском. В 1826 году он опубликовал свой мемуар «Воображаемая геометрия», в котором отверг постулат Евклида, гласящий: через точку, лежащую вне прямой, можно провести не более одной прямой, параллельной данной. Так была доказана возможность иных миров, кроме замкнутого в трехмерном пространстве с прямоугольными координатами.

Геометрия Лобачевского, которую он назвал «воображаемой», именно реальная. А мир геометрии Евклида идеален: требует только прямоугольных координат. Но разве характерны они для природы? Кривизну земной поверхности учитывают создатели глобусов. В случае с неевклидовой геометрией, как бывает нередко, философская идея опередила научную мысль. Еще И. Кант предположил возможность существования «многоразличных видов пространства», добавив, что «наука о них была бы несомненно высшей геометрией».

Идеальным пространством считалась космическая среда. Лобачевский считал, что эту идею «проверить, подобно другим физическим законам, могут лишь опыты, каковы, например, лишь астрономические наблюдения». Подобная «придирка» казалась нелепой: разве луч света в космосе не летит по идеальной прямой? Но в XX в. было доказано, что в своих сомнениях Лобачевский был прав. По его словам, основой математики должны быть понятия, «приобретаемые из природы». «Все математические начала, которые думают произвести из самого разума, независимо от вещей мира, останутся бесполезными для математики».

Он утверждал, что в природе мы познаем лишь движение, а пространство само по себе, вне его не существует. Или другая мысль: «Время есть движение, измеряющее другое движение».

Французский математик Таннери сравнил Лобачевского с Колумбом, открывшим новый мир. Английский ученый Клиффорд утверждал: «Чем Коперник был для Птолемея, тем Лобачевский был для Евклида. Между Коперником и Лобачевским существует поучительная параллель. Коперник и Лобачевский оба славяне по происхождению. Каждый из них произвел революцию в научных идеях, и значение каждой из этих революций одинаково велико. Причина громадного значения и той и другой революции заключается в том, что они суть революции в нашем понимании Космоса».

Вот откуда берут начало идеи, которые значительно позже (вслед за математиком Риманом, исследователем неевклидовых пространств) подхватили Эйнштейн и другие ученые в начале XX века.

...Макс Борн в книге «Эйнштейновская теория относительности» (1920) популярно рассказал о переходе от «ньютоновской» модели мира к «эйнштейновской». Правда, как видно из текста, эти «именные» названия сомнительны. Обе модели создавались усилиями многих ученых. Можно было бы упомянуть в первом случае по меньшей мере Коперника, Кеплера и Гука, во втором — Максвелла, Лоренца, Пуанкаре, Минковского, Бора...

Упомянутая книга поучительна. Она показывает как сложны теории физики даже в упрощенном изложении; сколько было предложено хитроумных гипотез для объяснения тех или иных опытов. В некоторых случаях Борн чрезмерно категоричен. Скажем, один из параграфов: «Крах евклидовой геометрии». Но ведь она не разрушена, а дополнена, развернута в многообразных пространствах. Она остается фундаментальной, ибо, только ориентируясь на прямые линии, можно судить о кривизне.

И еще: говоря о «системах мира», автор имеет в виду осмысление формальных моделей: классической механической и современной, условно говоря, квантово-механической. Речь идет о системах мертвых тел мироздания. Обе модели не предполагают жизни и разума, не обращают внимания на земную природу, на человека разумного как частицу и создание этого мира, созданного с помощью математических абстракций и формул физики на основе хитроумных экспериментов.

Занятно, что опровергнутое Эйнштейном абсолютное время (что признало мировое научное сообщество) вскоре вполне естественно обрело себе прочное место в науках о Земле как абсолютная геохронология, показывающая возраст объекта в годах. Затем, причем на основе ОТО Эйнштейна, возникло понятие абсолютного возраста Вселенной!

На столь странное обстоятельство ученые и философы не обратили должного внимания. А оно свидетельствует о каком-то несоответствии теоретических построений СТО и ОТО с действительностью. Хотя надо признать, что построены они с большим искусством, в ряде случаев получили подтверждение и, что более важно, не были опровергнуты в экспериментах и наблюдениях за реальными объектами.

Но ведь и от действительности никуда не деться! Время всего видимого нами мира и нашей родной планеты можно исчислять в годах или световых скоростях (они выражают единство пространства-времени, как всякая скорость, показывающая отношение пройденного расстояния за единицу времени). Но если все на свете, включая нашу жизнь, можно измерять в одних и тех же единицах времени, оно и есть абсолютное.

Как представитель естествознания — геолог — отдаю предпочтение реальности. Она интересовала Альберта Эйнштейна лишь в аспекте теорий и экспериментов физики, наблюдений астрономов. Когда он был студентом, то на геологической экскурсии, наблюдая слои горных пород, стоящие вертикально, заметил: а мне какое дело? Не потому ли он не обращал внимания на реальные земные объекты и явления? Но разве допустимо вне их строить общую теорию Мироздания?

Судя по всему, окончательно расправиться с абсолютным временем сторонникам СТО и ОТО не удалось. Почему? То ли оно существует, то ли имеет какой-то не предусмотренный этими теориями образ, то ли вообще времени нет, и это лишь продукт нашего воображения. А может быть, великолепные конструкции специальной и общей теории относительности — творения ума, подобно мифам, имеющие лишь относительную связь с природой?