_______________________________________________________________________________

 

В этой главе мы продолжим обсуждение принципа относительности Эйнштейна—Пуанкаре, так как он оказывает влияние на наши воззрения в области физики и других областях человеческой мысли. Решебник по теоретической механике к задачнику Мещерского И.В. Игнашов И.А.Пуанкаре сформулировал принцип относительности следующим образом: «Согласно принципу относительности законы физических явлений должны быть одинаковыми и для неподвижного наблюдателя, и для наблюдателя, движущегося с постоянной скоростью относительно него, так что у нас нет и, возможно, не может быть способа определить, не находимся ли мы в таком движении».Когда эта мысль распространилась по миру, она вызвала большое возбуждение среди философов, в особенности среди «философов с коктейлем», которые говорят: «О, это очень просто — теория Эйнштейна говорит, что все относительно!» Удивительно большое число таких философов, и не только таких, кого можно найти на званых вечерах с коктейлем (мы будем просто называть их «философами с коктейлем»), скажут: «Из открытий Эйнштейна следует, что все относительно, и это оказало глубокое влияние на наши идеи». И добавят: «В физике было доказано, что явления зависят от вашей системы отсчета». Мы слышали это много раз, но трудно понять, что это значит. Вероятно, упомянутая система отсчета — это система координат, которую мы использовали при анализе теории относительности. Значит, имеется в виду, что тот факт, что «все зависит от вашей системы отсчета», оказал глубокое влияние на современную мысль. Вполне можно удивиться, почему? Ведь, в конце концов, идея о том, что «все зависит от вашей точки зрения», настолько проста, что для ее постижения вовсе не надо прибегать к физической теории относительности. То, что видимое нами зависит от нашей системы отсчета, известно каждому, кто ходил пешком, потому что он видит приближающегося пешехода сначала спереди, а потом сзади. Большинство философских заключений, которые, как утверждается, проистекают из теории относительности, ничуть не глубже простого замечания «человек выглядит спереди иначе, чем сзади». Еще одним примером взгляда философа на теорию относительности может служить старая история о слоне, которого по-разному описывали несколько слепцов. Решебник по теоретической механике к задачнику Мещерского И.В. Игнашов И.А.Конечно же, в теории относительности должны быть более глубокие вещи, чем это простое замечание — «человек выглядит спереди иначе, чем сзади». Принцип относительности глубже этого, потому что с его помощью мы можем делать определенные предсказания. Но было бы довольно удивительно, если бы мы могли предсказывать поведение природы, исходя из такого простого наблюдения.Есть и другая школа философов, которые чувствуют себя неуютно из-за теории относительности, утверждающей, что мы не можем определить свою абсолютную скорость, не глядя на какой-либо внешний предмет. Они говорят: «Это же очевидно, что невозможно определить скорость, не выглядывая наружу. Говорить об этом просто бессмысленно; физики ведут себя глупо, думая иначе, но почему они решили, что все дело в этом? Если бы мы, философы, знали, в чем проблема физиков, мы могли бы быстро сделать умозаключение, что нельзя определить скорость, не глядя на внешний предмет. Тем самым мы внесли бы огромный вклад в физику». Подобные философы все время пытаются что-то нам сказать, но они на самом деле не понимают тонкости и глубины этой проблемы. Решебник по теоретической механике к задачнику Мещерского И.В. Игнашов И.А.Наша неспособность распознать абсолютное движение — это результат эксперимента, а не итог простого размышления, что можно легко пояснить. Прежде всего, еще Ньютон полагал, что невозможно определить скорость собственного движения, если это движение равномерное и прямолинейное. На самом деле именно Ньютон первым провозгласил принцип относительности (слова, процитированные в предыдущей главе, принадлежит Ньютону). Почему же в те, ньютоновские времена философы не подняли шум по поводу того, что «все относительно»? Потому что до появления теории электродинамики Максвелла физические законы предполагали, что можно измерить свою скорость, не глядя на внешние предметы; но вскоре после Максвелла было экспериментально установлено, что это невозможно.Решебник по теоретической механике к задачнику Мещерского И.В. Игнашов И.А.Действительно ли абсолютно, определенно, философски необходимо, чтобы наблюдатель не мог сказать, с какой скоростью он движется, не взглянув на это движение со стороны? Одним из следствий теории относительности явилась философия, которая гласила: «Вы можете определить только то, что можете измерить! Поскольку само собой разумеется, что нельзя измерить скорость, не видя, по отношению к чему она измеряется, следовательно, понятие абсолютной скорости не имеет смысла. Физики должны понять, что можно говорить лишь о том, что поддается измерению». Но в этом и заключается вся проблема: возможность определить абсолютную скорость — это тот же вопрос, что и возможность для наблюдателя определить с помощью опыта, без взгляда со стороны, движется ли он. Другими словами, вопрос о том, можно ли измерить нечто, решается не с помощью одного лишь размышления, не априори, а только путем опыта. Найдется немного философов, которые станут спокойно утверждать как очевидное, что если скорость света внутри автомобиля 300000 км/с, а сам автомобиль движется со скоростью 100000 км/с, то свет движется относительно наблюдателя на дороге также со скоростью 300000 км/с. Их этот факт шокирует; те же самые люди, которые делали заявления об очевидности, столкнувшись с конкретным фактом, обнаруживают, что это отнюдь не очевидно. Решебник по теоретической механике к задачнику Мещерского И.В. Игнашов И.А.Наконец, существует даже философия, заявляющая, что никакое движение не может быть определено иначе, чем путем взгляда со стороны. А уж это просто неверно. На самом деле, нельзя определить, происходит ли равномерное прямолинейное движение, но если начнет вращаться вся комната, вы наверняка узнаете это, поскольку всех присутствующих отбросит к стене, как следствие «центробежного» эффекта. Тот факт, что Земля вращается вокруг своей оси, можно обнаружить, не глядя на звезды, например, с помощью так называемого маятника Фуко. Поэтому неверно, что «все относительно»; только равномерную скорость нельзя определить без взгляда со стороны. Равномерное вращение вокруг фиксированной оси определить можно. Когда это сообщается философу, он теряет душевное равновесие, потому что не может понять этого, поскольку ему кажется невозможным определить вращение вокруг оси без взгляда со стороны. Если философ достаточно сообразителен, то через некоторое время он может вернуться и сказать: «Понял! На самом деле не существует никакого абсолютного вращения; в действительности мы вращаемся относительно звезд. А некоторое влияние звезд на объект может вызывать центробежную силу».Насколько известно, это верно; в настоящее время у нас нет способа узнать, существовала бы центробежная сила, если бы вокруг нас не было звезд и туманностей. Мы не можем провести такой эксперимент — удалить все туманности, а затем измерить наше вращение, так что нам просто это неизвестно. Мы должны признать, что этот философ может оказаться прав. Поэтому он возвращается, сияющий, и говорит: «А вообще совершенно необходимо, чтобы мир в конце концов оказался таким: абсолютное вращение — это бессмысленно; вращение возможно только относительно туманностей». Тогда мы говорим ему: «Итак, друг мой, скажи: очевидно или не очевидно, что равномерное прямолинейное движение относительно туманностей не должно никак чувствоваться внутри автомобиля?» Теперь, когда это движение больше не абсолютно, когда оно стало движением относительно туманностей, вопрос становится таинственным, и на него можно ответить только путем эксперимента. Решебник по теоретической механике к задачнику Мещерского И.В. Игнашов И.А.Каково же тогда философское влияние на теорию относительности? Какие новые идеи и предположения предлагает физику теория относительности? Если мы ограничимся только таким влиянием, то сможем описать некоторые из них следующим образом. Первое открытие заключается в том, что даже те идеи, которые существовали очень долгое время и были тщательно проверены, могли оказаться ошибочными. Конечно же, потрясением было — открыть, что законы Ньютона, долгие годы считавшиеся точными, оказались неверны. Ясно, что ошибка заключалась не в экспериментах, а в том, что они проводились в ограниченном диапазоне скоростей, настолько малом, что эффекты относительности не могли проявиться. Но, тем не менее, теперь мы гораздо более сдержанно смотрим на наши физические законы — любой из них может оказаться неверным!Во-вторых, если возникают некие «странные» идеи, вроде той, что время при движении замедляется, и тому подобных, то неважно, нравятся они нам или нет. Существенным является только то, согласуются ли эти идеи с тем, что обнаружено экспериментально. Другими словами, «странные» идеи должны согласовываться только с экспериментом, и единственной причиной, по которой мы обсуждали поведение часов и так далее, было желание продемонстрировать, что, хотя идея о растяжении времени представляется странной, она согласуется с нашим способом измерения времени.Наконец, третий момент, имеющий несколько более технический характер, но оказавшийся чрезвычайно полезным в нашем изучении других физических законов. Он состоит в том, что надо обращать внимание на симметрию законов, или точнее, видеть способы, с помощью которых эти законы могут быть преобразованы, сохраняя при этом свою форму. Когда мы обсуждали теорию векторов, мы отмечали, что основные законы движения не изменяются при вращении системы координат, а теперь мы узнали, что они не изменяются и при изменении переменных пространства и времени (в соответствии с преобразованием Лоренца). Решебник по теоретической механике к задачнику Мещерского И.В. Игнашов И.А. Так что идея изучения видов операций, при которых фундаментальные законы не изменяются, оказалась весьма полезной.