Миронов В.В. Современные философские проблемы естественных_ технических и социогуманитарных наук (2006) (1184475), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Теория относительности, таким образом, релятивировала прежде казавшиеся абсолютными длину и временной промежуток. Но было бы неправильно видеть здесь главное ее содержание; это, если можно так выразиться, внешняя сторона дела. Теория относительности не изгоняет из науки абсолютные величины, а лишь изменяет деление величин на абсолютные и относительные. В классической физике длина и временной промежуток считались абсолютными, любые скорости — относительными. В теории относительности длина и временной промежуток становятся относительными, зато появляется абсолютная скорость — скорость света и совершенно новая величина, неизвестная классической физике и носящая абсолютный характер, — пространственно-временной интервал. Этот интервал не зависит от системы отсчета и остается инвариантным при переходе от одной инерциальной системы к другой. Инвариантность интервала необходимо приводит к совершенно новым воззрениям на пространство и время.
Они утрачивают свой независимый друг от друга абсолютный характер, становясь относительными проявлениями более глубокой сущности. Последняя не имеет наглядного представления, но строго описывается математически с помощью понятия интервала и может быть названа пространственно-временным континуумом или просто пространством-временем.
Пространство-время в общей теории относительности Гносеологические особенноснзи возникновения общей нзеории относинзельности. Чрезвычайно интересно и поучительно само возникновение общей теории относительности. Оно свидетельствует об одной достаточно об- 2. Философские проблемы естествознания щей закономерности развития естествознания, которая часто игнорируется в философских работах. Специальная теория относительности была вызвана к жизни острыми противоречиями между новым экспериментальным материалом и основными положениями классической физики.
Среди ученых почти повсеместно распространено убеждение в том, что, не будь Эйнштейна, теория, аналогичная специальной теории относительности, все равно была бы сформулирована. Над проблемами, которыми занимался Эйнштейн, много работали Лоренц, Пуанкаре и другие крупные физики. Правда, Эйнштейн полошел к этим проблемам решительнее своих современников, но продвигался он в обшем по тому же пути, по которому шли и они. С общей теорией относительности дело обстояло иначе.
Не было кричаших противоречий между опытными данными и теоретической схемой, которые привлекали бы всеобшее внимание ученого мира. При создании теории Эйнштейн исходил из ранее разработанной специальной теории и из уже 300 лет известного физикам факта равенства инертной и гравитационной масс. Последнее обстоятельство не получало объяснения в классической физике, к нему привыкли и рассматривали его не как выражение фундаментальной закономерности, а как некое случайное совпадение. Эйнштейн подверг глубокому логическому анализу равенство инертной и гравитационной масс, и ему удалось найти в нем ключ к дальнейшему обобшению специальной теории относительности.
Принцип эквииолентносткс Специальный принцип относительности утверждает, что во всех инерциальных системах физические процессы протекают одинаково н лля формулировки законов физики можно пользоваться любой из них. Встает вопрос: почему инерциальные системы находятся в столь привилегированном положении" .Нельзя ли попытаться обобщить принцип относительности и перенести его на любые системы отсчета, тем более что, как мы уже говорили, строго инерциальных систем отсчета и не существует? На первый взгляд подобная залача неосуществима, ибо любая неннерциальная система обнаруживает это свое свойство по опьпно проверяемым в ней эффектам. Следовательно, находясь в замкнутой неинерциальной системе, физик может на основе опытов, проведенных внутри ее, установить лвижение этой системы.
Но может ли? Вот здесь и проявилась гениальная интуиция Эйнштейна, усмотревшего в давно известном равенстве инертной и гравитационной масс ключ к решению стоявшей перед ннм задачи. Рассмотрим следуюший мысленный эксперимент. Возьмет в качестве неинерциальной системы свободно падающий в поле тяготения земли лифт (так называемый лифт Эйнштейна). Сможет ли наблюдатель внутри лифта определить, что его система отсчета ускоренно движется? Эйнштейн показывает, что никакими экспериментами внутри 2.1.
Философские оровлеиы физики 109 шн)1та нельзя сделать выбор между двумя утверждениями: 1) лифт услорснно движется в поле тяготения и 2) лифт покоится и исчезло поле ~ 1п'отец ия. Допустим, что в начальный момент лифт покоился в поле тяготения 1смлн. Приборы внутри лифта (нам будет достаточно пружинных весов) фиксировали это: если на платформе весов находилась килограммовая 1пря, стрелка отклонялась на одно деление. Теперь перерубим трос, удерживающий лифт. Он начнет ускоренное движенис, свободно п;шая в поле тяготения. Внутри лифта это выразится в исчезновении силы тяжести — стрелка весов окажется стоящей на нуле. Наблюдатель внутри лифта не может решить, что произошло: исчезло ли поле тяготения или лифт свободно падает.
Можно предложить и обратное рассуждение. Предположим, что мы экран провали земное тяготение и лифт покоится — стрелка весов стоит па нулевой отметке. Пусть начиная с некоторого момента лифт стали тянуть вверх с постоянным ускорением, равным 9,8 м(сек2. Какой вывод сделает наблюдатель внутри лифта? Он опять-таки не сможет решить, что произошло: включилось поле, а лифт покоится или поле тяготения по-прежнему отсутствует, но лифт ускоренно движется вверх. Отталкиваясь от мысленного эксперимента с лифтом, Эйнштейн сформулировал принцип эквивалентности, утверждающий физическую неотлнчимость поля тяготения и поля, создаваемого ускоренным движением. Этот принцип привел к превращению случайного в классической физике равенства инертной и гравитационной масс в фундаментальный закон.
Разумеется. принцип экви валентности носит локальный характер и строго справедлив лишь в бесконечно малых областях пространства-времени. Но для посзроения обшей теории относительности вполне достаточно локальной справелливости принципа эквивалентности, что и позволило Эйнштейну сформулировать общий принцип относительности, утверждающий ковариантность законов природы в любых системах отсчета, как инерцнальных, так и неинерциальных. Это потребовало иной, более обшей формулировки законов физики, а также дальнейшего изменения наших представлений о пространстве-времени. На этот раз речь шла о геометрии. Ритмичные сисисемы геометрии и их харакаерисаика. Согласно точке зрения, основанной на повседневном опыте, геометрия представляет собой науку о свойствах окружающего нас пространства.
Уже в Древней Греции сформировалась и приобрела логически стройный вид евклидова геометрия. Она опирается на некоторую систему аксиом, представляющихся самоочевидными и фиксирующих основные свойства пространства. В течение 2 тыс, лет евклилова геометрия мыслилась единственно возможной и совершенно точно описывающей свойства реального мира. 110 2. Философские проблемы естествознания В рамках математики с единственностью евклидовой геометрии бьшо покончено в Х1Х в. благодаря работам Лобачевского, Больяи, Гаусса и Римана. Оказалось, что логически возможны в равной мере стройные и непротиворечивые три системы геометрии: Евклида, Лобачевского и Римана. Для пояснения их различия обычно прибегают к следующему приему. Вместо пространства трех измерений берут пространство двух измерений, т.е.
поверхность. В этом случае можно дать наглядное истолкование геометриям Лобачевского и Римана. Соотношения геометрии Евклида осуществляются на плоскости. Риманова геометрия реализуется на поверхности сферы, где за прямую линию берется отрезок дуги большого круга (т е. круга, центр которого совпадает с центром сферы). Здесь мы имеем дело с поверхностью положительной кривизны, в отличие от геометрии Евклида, где кривизна нулевая. Геометрия Лобачевского реализуется на так называемой псевдосфере (напоминаюгцей поверхность лошадиного седла), которая является поверхностью отрицательной кривизны. Под кривизной пространства современная наука понимает отступление его метрики от евклидовой, и это отступление описывается строгим математическим языком. Для наглядности такое отклонение метрики называется кривизной пространства, что не должно пониматься буквально и вводить в заблуждение.
Геометрия и физика. Неразрывная связь нространства-времени с материей. Итак, неевклидовы геометрии утвердились в качестве математических теорий, но отношение их к реальному миру оставалось неясным вплоть до создания общей теории относительности. Правда, еше Лобачевский и Гаусс высказывали предположение, что геометрия реального мира в больших масштабах является неевклидовой, н пытались определить отклонение от евклидовости непосредственным измерением суммы углов треугольника.
Однако возможный дефект треугольника лежал в пределах неточности измерительных инструментов, и, как мы знаем теперь, столь непосредственным путем установить неевклидовость реального пространства нельзя: она слишком мала. Неевклидова геометрия уже как математическая теория имела огромное философское значение — она нанесла удар идее априорной достоверности и единственности геометрии. Заслуга обшей теории относительности состоит в «офизичивании» неевклидовой геометрии, в создании (в дополнение к геометрии как математики) геометрии как физики, как экспериментальной науки, утверждения которой требуют опытной проверки.
Неевклидовость пространства подкрепляется совпадением следствий общей теории относительности (ОТО) с опытом. В ОТО гравитация и метрика оказываются в определенном отношении тождественными. Гравитационное поле может быть охарактеризовано как отступление пространственно-временной метрики от евклидовости (как «искривление» пространства-времени), и, наоборот, 2.1. Философские проблемы физики метрика пространства-времени может быть представлена как проявление гравитации. Так была решена вековая загадка тяготения, но решена совершенно неожиданным, «диковинным» способом. До Эйнштейна это пытались слелать на путях раскрытия механизма действия той силы, которая обусловливает движение небесных тел.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
