РЕЛЯТИВИСТСКАЯ ФИЗИКА, Главная

Изучение диалектического материализма помогло нам критически подойти к точке зрения Эйнштейна на созданную им теорию и заново ее осмыслить. Оно помогло нам также правильно понять и истолковать полученные нами новые результаты.

Академик В. А. Фок, 1959

Я согласен с Фоком, что общий принцип относительности пуст. Мы, конечно, знаем, что не существует физической эквивалентности между инерциальным и ускоренным наблюдателями...

Я чувствую уверенность, что математики могут найти путь запасать математически эквивалентно любые заданные законы.

Профессор Герман Бонди,

Кингз Колледж,

Лондонский университет, 1964

Специальная теория относительности (СТО) в том виде, как она была разработана Эйнштейном, вытекает из двух постулатов: 1) принципа относительности, утверждающего, что физические процессы, происходящие в замкнутой системе, не испытывают воздействия неускоренного движения системы в целом, и 2) принцип независимости скорости света от движения его источника. Первый постулат был принят в классической механике задолго до Эйнштейна и, возможно, наилучшим образом иллюстрируется сравнением физических явлений, таких, как падающие объекты в двух различных инерциальных системах (системах, в рамках которых тела, не испытывающие воздействия внешних сил, двигаются прямолинейно и с постоянной скоростью). Если данная инерциальная система движется с постоянной скоростью и прямолинейно относительно другой фиксированной системы, то законы механики должны иметь одинаковую форму в обеих системах. Обыденной иллюстрацией этого отношения является тот факт, что для наблюдателя в поезде, движущемся с постоянной скоростью, падающий объект описывает траекторию, идентичную той, которую он бы увидел, если бы вместе с падающим объектом оказался на земле. Для неподвижного наблюдателя вне поезда падающий в поезде объект описывает, однако, параболу. В этом случае был совершен переход от одной системы отсчета к другой и, в соответствии с классической механикой, преобразования Галилея предоставили бы средства построения уравнения для параболы, исходя из данных, полученных в движущемся вагоне '.

В развитии СТО Эйнштейн расширил принцип относительности применительно как к механическим, так и к электромагнитным явлениям. Это расширение обусловило необходимость выведения новых преобразований, ибо преобразования Галилея не дают объяснения постоянству скорости света во всех инерциальных системах,— это постоянство было продемонстрировано еще до работы Эйнштейна в известном эксперименте Май - кельсона и Морли. Для сохранения принципа постоянства скорости света в различных инерциальных системах и для утверждения существования эквивалентных систем отсчета Эйнштейн усовершенствовал правила трансформации от одной системы к другой. Новые соотношения, известные как преобразования Лоренца, завершили это приспособление тем, что часы в различных инерциальных системах идут с различной скоростью и что пространственное расстояние между точками варьируется в различных системах отсчета.

До конца второй мировой войны профессиональные физики в Советском Союзе были в основном равнодушны к диалектическому материализму, несмотря на то внимание, которое Ленин посвятил физике в своем «Материализме и эмпириокритицизме». На самом деле имел место спор о релятивистской физике среди советских философов в 20—30-х годах [636]. В те годы релятивистская физика была объектом дискуссий и отдельных полемик среди широко образованной публики во всем мире. С. Ю. Семковский был первым советским марксистским автором, предпринявшим тщательный анализ релятивистской физики. Он утверждал в 1926 г., что новая физика Эйнштейна не только не противоречит диалектическому материализму, но блестяще подтверждает его [637]. Семковский подчеркивал, что, согласно теории относительности, пространство и время являются не продуктами «чистого разума», а «формами существования материи»[638]. Давид Жоравски, американский специалист по истории России, даже заметил, что, «говоря об активной оппозиции новой физике, можно даже засвидетельствовать, что ее было меньше в сообществе советских физиков, чем где-либо еще»[639].

Перед второй мировой войной советские физики полностью сознавали противоречивость отношения между естествознанием и философией, которая проистекала из широкого принятия воззрений Эрнста Маха и Анри Пуанкаре, и они знали, что эти новые концептуальные подходы были важными для развития Эйнштейном его теории относительности. Те советские физики, которые знали о ленинской критике Маха, могли испытывать необходимость сдерживаться при обсуждении философских оснований теории относительности, но их успокаивало то тщательное различение, которое Ленин проводил между естествознанием и философскими интерпретациями естествознания. В университетских лекциях, монографиях и учебниках предвоенных лет можно найти многие доказательства того, что русские физики и математики воспринимали те же самые научные и философские течения, что и естествоиспытатели во всех странах.

Примеры типично интернациональных настроений советских физиков могут быть найдены в университетских лекциях известного физика Л. И. Мандельштама (1879—1944), который с 1932 по 1944 г. преподавал теоретическую физику в МГУ и который оказал сильное влияние на целое поколение советских физиков. Среди его студентов были Г. С. Ландсберг и И. Е. Тамм. Мандельштам, получивший образование в Новороссийском и Страсбургском университетах, глубоко интересовался западной философской мыслью, которая его сильно привлекала, начиная от Маха и кончая представителями Венского кружка и логического позитивизма. Мандельштам учил своих студентов, что имеет место существенное различие между логической Структурой научной теории и эмпирическими фактами, к которым она относится, и он был уверен, что связи между ними были созданы на основе определений, которые сами по себе не были ни истинными, ни ложными, а просто удобными или неудобными. Этот подход, являвшийся одним из краеугольных камней логического эмпиризма в философии науки, был явным в мандельштамовских обсуждениях метрики пространства и времени. Он отмечал, что «физик должен иметь «рецепт», как находить длину. Он должен такой рецепт указать, он его не узнает, а определяет»[640]. Время, по мнению Мандельштама, также определяется в отношении к некоторому виду периодического физического явления, такого, как вращение Земли или движение стрелок хронометра; это условие тоже является просто определением без абсолютного содержания. «Возьмем для простоты определение времени хронометром. Таким образом, время, то есть то, что я подставляю в формулы Ньютона вместо I, есть то, что показывает стрелка моих часов». Без подобных определений, согласно Мандельштаму, такие уравнения, как уравнения Ньютона и Максвела, выражают лишь математические отношения и прямо не соотносятся с физическим опытом.

Представления Мандельштама хорошо знакомы физикам и философам естествознания. Они не публиковались при его жизни, хотя были известны его студентам и коллегам. Выход в свет в 1950 г. пятого тома его трудов, где они нашли отражение, вызвал самую настоящую сенсацию среди философов естествознания в Советском Союзе (см. с. 355). Случай с Л. И. Мандельштамом служит одним из доказательств того, что физики в Советском Союзе были знакомы (пусть не совсем полно) с основными течениями довоенной интерпретации философских оснований теории относительности. Действительно, было совершенно невозможно не знать о том, что отказ от кантианских концепций пространства и времени был необходим для развития теории относительности.

В учебнике физики 1948 г., утвержденном Министерством высшего образования для использования в вузах, следующие суждения не оставляли сомнений в уверенности авторов в условности пространственной

И временной конгруэнтности. Здесь явно утверждались такие положения, которые позднее критиковались многими советскими философами естествознания и некоторыми крупными учеными (например, А. Д. Александров) : «Эйнштейн указал, что одновременность пространственно разделенных событий — это вопрос определения: необходимо просто условиться, какие удаленные события по определению будут считаться одновременными, подобно тому как мы условливаемся понимать под длиной число, показывающее, сколько раз определенный жесткий стержень (эталон длины) укладывается между двумя заданными точками... Можно давать другие определения длины и промежутка времени, основанные на других эталонах и способах употребления этих эталонов...»'.

Вскоре после второй мировой войны все более возрастающие в Советском Союзе ограничения в интеллектуальной сфере позволили воинствующим идеологам оказать прямое давление на физиков. А. А. Жданов в своей речи от 24 июня 1947 г. не упоминал ставшей наиболее острой проблемы в естествознании — биологии, но он критиковал отдельные интерпретации физических теорий: «Не понимая диалектического хода познания, соотношения абсолютной и относительной истины, многие последователи Эйнштейна, перенося результаты исследования законов движения конечной, ограниченной области Вселенной на всю бесконечную Вселенную, договариваются до конечности мира, до ограниченности его во времени и пространстве, а астроном Милн даже «подсчитал», что мир создан 2 миллиарда лет тому назад»[641].

Замечания А. А. Жданова, хотя и направленные больше против космологических интерпретаций общей теории относительности, нежели основных положений этой теории и специальной теории относительности, предваряли новые дебаты по философским основаниям релятивистской теории, которые продолжались до 1955 г. и затем — в измененной и гораздо более утонченной форме — вплоть до настоящего времени. Космологический аспект этого спора будет отдельно разбираться в следующей главе.

Большинство советских статей по философским аспектам теории относительности, появившихся в следующие несколько лет, было полностью враждебно по отношению к самой. теории, которая рассматривалась в них, как «реакционное эйнштейнианство»а. Лишь в 1951 г. главный советский философский журнал поместил статью, в которой теория относительности характеризовалась достаточно позитивно. Эта статья широко критиковалась не только отдельными авторами, но и редколлегией самого журнала [642].

Уже в 1953 г. в «Вопросах философии» появилась статья, называвшая теорию относительности явно «антинаучной»[643]. По причине длительного существования таких возражений, исторический взгляд на советские настроения относительно релятивистской теории должен включать описание их содержания. Однако было бы серьезной ошибкой приравнивать позицию ранних советских оппонентов теории относительности к точке зрения таких известных поздних ее критиков и интерпретаторов в Советском Союзе, как В. А. Фок, А. Д. Александров и М. Ф. Широков, ибо эти ученые были настоящими интеллектуалами, профессионалами в этой области.

По иронии судьбы, одной из первых статей о философских следствиях теории относительности, появившихся после речи А. А. Жданова, была публикация того самого Г. И. Наана, который позже принялся защищать теорию относительности, чем навлек на себя острую критику. Эта статья появилась в выпуске «Вопросов философии», посвященном недавно скончавшемуся А. А. Жданову. Она была направлена против «физических идеалистов» Соединенных Штатов и Англии, против физиков и философов естествознания, которые, по мнению автора, сомневаются в материальности мира и отрицают «закономерности» природы. Наан отнес к физическим идеалистам разнородную группу западных естествоиспытателей и философов, включая А. С. Эддингтона, Дж. Джинса, П. Иордана, Э. Т. Уиттекера, Э. А. Милна, Бертрана Рассела и Филиппа Франка. Особенно критиковался Франк за его замечание отом, что неопозитивизм происходит от Маха, но так формулирует свои позиции, что его невозможно спутать с идеалистическими или солипсистскими доктринами, так как вопрос о существовании реального мира за пределами наших ощущений есть лишь «псевдовопрос». Наан заключил отсюда, что основной вопрос философии окрестили «псевдопроблемой»[644].

Следующий номер «Вопросов философии» (№ 3, 1948) был важным для философии естествознания в Советском Союзе. Он содержал несколько статей о современной физике и биологии, а также редакционные призывы развивать идеологическую борьбу в естествознании. Статьи по физике М. Э. Омельяновского, А. А. Максимова и Р. Я. Штейнмана продолжили наановский перечень обвинений в адрес многих крупнейших зарубежных интерпретаторов естествознания: Шредингера, Рейхенбаха и Карнапа [645]. Омельяновский особенно много писал о Рудольфе Карнапе, «открытом враге» материализма, который верил, что он «поднялся» над конфликтом идеализма и материализма. Эддингтона критиковали за его утверждение о том, что многие константы в физике должны приниматься a priori, а Франка — за его попытки наведения мостов между диалектическим материализмом и логическим эмпиризмом

Эти советские критики западных физических воззрений часто использовали как основу популярные и философские публикации западных естествоиспытателей, которые, особенно это характерно для таких мыслителей, как Джинс и Эддингтон, часто жертвовали научной строгостью ради красочного языка и выразительности. Но серьезной ошибкой советских критиков был переход от критики неформальных интерпретаций к осуждению самой теории относительности. Это выглядело так, как будто теория может отвечать за все профессиональные и непрофессиональные высказывания ее приверженцев. Это было наиболее очевидно сделано А. А. Максимовым, который в конце концов пришел не только к отрицанию эйнштейновской относительности, но даже галилеевской относительности. Максимов отмечал: «А. Эйнштейн в своей книге о теории относительности писал: «На этом примере ясно видно, что не существует траектории самой по себе, но всякая траектория относится к определенному телу отсчета». Это рассуждение, преподносимое как философский вывод о том, что нет никакой объективно данной траектории тела, существующей независимо от выбора той или иной системы координат, совершенно антинаучно»[646].

Размеры этого комичного словоблудия были настолько велики, что даже редакция журнала не удержалась от сноски к тексту Максимова, в которой указывалось, что хотя они разделяют его стремление критиковать идеалистические воззрения современной физики, тем не менее они считают, что его обсуждение траектории не «охватывает этот вопрос во всей его сложности»[647]. Не успокоившись, Максимов попытался подкрепить свою позицию дополнительным наблюдением о том, что объективные характеристики траектории метеорита определяются, когда он пропахивает борозду на поверхности земли, с которой может быть сделан подходящий для исследования слепок. Максимов признавал, что математические соотношения преобразования Лоренца имеют место, но утверждал, что такие понятия, как длина, время и одновременность, имеют объективное значение. Он, однако, не пытался дать этим понятиям строгие определения.

Прошло достаточно много времени, прежде чем Максимов получил суровый урок в физике, который нензбежно должен был последовать за его статьей. Что же касается нескольких последующих авторов, таких, как Г. А. Курсанов, то они пытались найти более защищенную позицию без необходимости отрицания аргументов Максимова; они соглашались с тем, что движение не может быть отнесено к какому-либо абсолютно неподвижному телу, системе или эфиру, как это явно утверждал Максимов, но они указывали на то, что эта относительность не противоречит движению тел независимо от человеческого сознания. Подобный взгляд на относительность явно не разрешает, по словам Курсанова, рассматривать такие понятия, как «пространство», «время», «сила» и «движение», как «псевдопонятия», что он приписывал Карнапу и Венскому кружку. Тем не менее Курсанов понимал, что относительность временных длительностей и пространственных расстояний не возникает в процессе наблюдения, а присуща характеристикам самих физических явлений, как описывает их современная наука. В этих пределах он поправлял отдельных советских авторов, неверно интерпретировавших теорию относительности. Но он сохранял веру в существование абсолютной одновременности [648] .

Прямой отказ от теории относительности был, конечно, очень маловероятен. В это время физики применяли отдельные аспекты специальной теории относительности так же удобно и часто, как инженеры использовали механику Ньютона. Но теперь, когда эта тема перешла на уровень идеологических дискуссий, в ней было несколько затруднительных моментов, касающихся теории относительности. Отдельно от основных вопросов материализма и объективности стоял второстепенный, но достаточно трудный исторический факт. Дело в том, что Эйнштейн находился под сильным влиянием Маха, часто говорил о своем долге перед ним, а между тем Мах был объектом критики Ленина в «Материализме и эмпириокритицизме»[649]. Могла ли относительность быть отделена от «махистского идеализма»? Этот вопрос волновал какое-то время советских философов естествознания, хотя к концу 50-х годов на него был дан положительный ответ. Один из возможных выходов в данной ситуации лежит в нахождении иных (помимо Маха) важных предшественников Эйнштейна. Русскими авторами часто делались попытки подчеркнуть роль Н. И. Лобачевского, русского основателя первой неевклидовой геометрии. Так, Л. И. Сторчак писал: «Установление приоритета Лобачевского в формулировке принципа относительности развенчивает старый миф о том, будто бы открытие этого принципа принадлежит Маху» . Но эта попытка использования Лобачевского для замены Маха была неубедительной даже в Советском Союзе, хотя выдающийся Лобачевский не нуждался в дополнительных почестях, чтобы укрепить свое место в истории математики [650].

В начале,1951 г. эстонский ученый Г. И. Наан подверг статью Максимова от 1948 г. резкой критике, язвительно замечая, что, когда Максимов утверждает, что уравнения специальной теории относительности правильны, но при этом существуют абсолютные траектории, то это равносильно, например, утверждению, что таблица умножения верна, отрицая при этом, что 8Х 11 = 88 . Со времени статьи Наана 1948 г., в которой осуждались многие зарубежные интерпретаторы релятивистской физики, его взгляды сильно переменились. Да, он не противоречил прямо своим предыдущим замечаниям, но в то время как предыдущая статья была воинствующей критикой зарубежных философов науки, новая статья была лишь трезвым описанием популярной теории относительности для философов. Его критика физических идеалистов сейчас была направлена лишь на тех, кто утверждал, что относительность траектории, кинетической энергии, массы, пространственных и временных интервалов зависит от наблюдателя. Подобно Курсанову, Наан указывал, что относительность не есть субъективное явление, а присуща самим физическим процессам. Его настаивание на абсолютной природе ускорения, однако, указывало на то, что он полностью не принял общей относительности. Эта статья Наана может характеризоваться и как критика вульгарных материалистов, таких, как Максимов, в сочетании с изложением основ современной теории относительности. Статья была терпима по отношению к философским вопросам, что в высшей степени удивительно для сталинской России, принимая во внимание время и место ее публикации.

Незадолго до статьи Наана АН СССР выпустила пятый том работ Л. И. Мандельштама, содержащий изложение его взглядов на теорию относительности. Этот том основывался на записях, сделанных студентами на его лекциях и представленными к публикации после его смерти. В сочетании со статьями Максимова спектр воззрений на философские интерпретации теории относительности, доступных советскому читателю, был удивительно широким, учитывая напряженность идеологической обстановки тех лет. В работах Мандельштама можно найти интерпретации тех естествоиспытателей и философов, которые приветствовали новации в эпистемологической мысли, широко распространенные в Центральной Европе с конца XIX и в начале XX в.

Взгляды Наана, хотя и не обладали той степенью важности, что воззрения Мандельштама, были аналогичны взглядам тех советских естествоиспытателей, которые больше всего желали продолжить работу в физике и которые были достаточно нетерпимы к вторжениям философов.

Этот спектр, хотя он и достаточно разнообразен, представлял малый выбор для Советского Союза, который исходил из сталинизма и, однако, сохранял приверженность к универсальной марксистской философии. Позиция Максимова противоречила большей части современной физики, по: зиция Наана была почти нейтральна к диалектическому материализму, а позиция Мандельштама косвенным образом даже противостояла советскому диалектическому материализму, так как он черпал свое вдохновение из зарубежных и немарксистских источников и был несогласен с советскими марксистскими интерпретациями того времени.

Истинное улучшение интеллектуального качества советских обсуждений теории относительности началось еще до смерти Сталина в марте 1953 г. Несколько известных советских физиков и математиков решили вмешаться в философские дебаты с целью защитить теорию относительности от нападок идеологически воинствующих философов и невежественных физиков. Это решение в конце концов вылилось в усиление как научного содержания советской философии, так и философской восприимчивости советских естествоиспытателей. Опасность для теории относительности стала ясной в статьях 1952 г. философа И. В. Кузнецова и физика Р. Я-Штейнмана [651] ; эти статьи вышли в той же «Зеленой книге» (редактируемой ультраконсервативным А. А. Максимовым), которая уже упоминалась в предыдущей главе по квантовой механике. Штейнман и Кузнецов перешли от критики философии Эйнштейна к призывам отказаться от самой теории относительности. Кузнецов писал, что истинно материалистическое понимание физических законов тел, движущихся с высокими скоростями, приведет к развенчанию эйнштейновской специальной теории относительности (СТО) и к развитию существенно другой физической теории [652]. Однако единственной альтернативой, которую могли предложить Кузнецов и Штейнман, был возврат к дорелятивистской интерпретации лоренцовских сокращений в рамках абсолютного пространства и времени. В статье, опубликованной за несколько месяцев до смерти Сталина,

В. А. Фок назвал этот подход попыткой отрицания наиважнейших достижений в физике XX в.[653] Согласно Фоку, как специальная теория относительности, так и квантовая механика были «блестяще подтверждены» экспериментально и, в свою очередь, сами были подтверждениями диалектического материализма [654].

Фок защищал релятивистскую физику в рамках интеллектуальной системы диалектического материализма. Еще в 30-х годах он писал о физике и философии в главном советском философском журнале [655]. Для защиты релятивистской физики в политической атмосфере сталинской России не было иного выбора, чем диалектико-материалистический подход. Однако отсюда не следует делать поспешный вывод, будто попытки Фока и других солидарных с ним естествоиспытателей развить новое диалектико-мате - риалистическое понимание природы были просто притворными или тактически обусловленными. Многие из них продолжали писать о философии и естествознании многие годы и после сталинского периода. Спустя 20 лет после смерти Сталина Фок все еще публиковал интересные работы по диалектическому материализму и теории относительности. Очевидно, есть причины считать, что некоторые советские естествоиспытатели, как Фок, однажды идейно соприкоснувшись с диалектическим материализмом, решили, что наиболее важные его принципы созвучны их собственным и что диалектический материализм имеет большие возможности для развития.

Интерпретация теории относительности Фока — Александрова иногда подавалась как единая схема, неразделимая на части, за каждую из которых несет ответственность один из авторов. Этот единый подход не является, однако, наиболее показательным. Александров и Фок поддерживали друг друга, и по главным пунктам их взгляды не вступали в противоречие, но каждый из них следовал несколько иным путем и делал акцент на разные части теории относительности. Александров сфокусировал свое внимание на интерпретации СТО, а Фок уделял внимание общей теории относительности (ОТО). Более того, Александров исследовал проблемы определения пространственной и временной конгруэнтности и одновременности более тщательно, чем Фок, который, как и многие физики, уделял этой теме — жизненно важной с точки зрения философии науки — недостаточно внимания '. В результате различных подходов Александров был более уязвим для критики со стороны тех философов, которые отказывались принять тот взгляд, что пространство и время обладают внутренней метрикой, предшествующей принятию конвенций. Фок был менее уязвим, так как он не столь откровенно выражался по вопросам метрики. Поэтому я буду рассматривать Фока и Александрова раздельно.