РЕЛЯТИВИСТСКАЯ ФИЗИКА
Е - Естествознание, философия и науки о человеческом по­ведении в Советском Союзе

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.