Полная версия

Главная arrow Философия arrow История, философия и методология естественных наук

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

4.2. В. А. Фок за и против А. Эйнштейна

Как мыслят физики? В поиске ответа на этот вопрос, пожалуй, нет лучшего пути, чем внимательно вникать в существо споров, которые то и дело вспыхивают между выдающимися физиками.

Учиться следует, прежде всего, у неординарных ученых. Но пагубно слепо поклоняться им. Даже такие гении науки, как Эйнштейн, порой ошибаются.

Анализ большого объема литературы, посвященной общей теории относительности, убедил автора в том, что заслуживают специального рассмотрения воззрения великолепного отечественного физика с мировым именем академика В. А. Фока. Он был не только честным, но и очень смелым человеком и к тому же крайне щепетильным в научных вопросах. Его заочная полемика с Эйнштейном представляет в деле выяснения концептуальных основ общей теории относительности значительный интерес. Ниже она будет рассмотрена в деталях.

Ход мысли Эйнштейна Фок представил в предельно лаконичном и вместе с тем содержательном виде.

"Констатировав факт равенства инертной и весомой массы, Эйнштейн переходит к рассмотрению поведения тел в “ускоренной системе отсчета” и приходит к выводу о равноправии всех систем отсчета – инерциальных и не инерциальных, что в свою очередь приводит его к требованию общей ковариантности уравнений. Опираясь на это требование, Эйнштейн приходит к своим уравнениям тяготения.

Первое и последнее звенья этой цепи верны: несомненен факт равенства инертной и весомой массы, как несомненны и окончательные уравнения тяготения. Но промежуточные рассуждения Эйнштейна не выдерживают критики, так как они содержат ряд логических неувязок"[1].

В этой цитате имеется, по мнению автора, лишь одно спорное место, а именно признание истинным положения о равенстве инертной и весомой массы. В предыдущем разделе автор показал, что для введения различий между инертной и весомой (гравитационной) массой вообще нет никаких оснований.

Рассмотрев эвристические рассуждения Эйнштейна и не отрицая, что они привели к замечательным открытиям, Фок не согласился с его суждениями относительно концептуального устройства физической теории. Во-первых, нет оснований для утверждения эквивалентности неинерциальных систем отсчета и гравитационных полей.

"О неразличимости (или эквивалентности) полей ускорения и тяготения можно говорить только при чисто локальном рассмотрении[2]. Если же рассматривать поля не локально, а с учетом предельных условий, то кажущееся (происходящее от ускорения) поле тяготения всегда может быть отделено от истинного[3].

Во всяком случае, переход от закона равенства инертной и весомой массы к локальной эквивалентности полей ускорения и тяготения представляет, на наш взгляд, скорее потерю общности, чем действительный шаг вперед в рассуждениях.

Смешение локального рассмотрения с нелокальным представляет определенную (логическую и математическую) ошибку Эйнштейна"[4].

Фок правильно отмечает путаницу в рассуждениях Эйнштейна относительно локального и нелокального рассмотрения. Она не приближала его к общему принципу, который он надеялся обнаружить. Энтузиазм Эйнштейна относительно общего принципа относительности был столь значительным, что он для его доказательства использовал тезис о возможности ковариантной записи уравнений тяготения, т.е. возможности их записи в различных системах координат. Как убедительно показал Фок, не только уравнения тяготения, но и любой физический закон может быть записан в ковариантной форме. Следовательно, возможность ковариантной записи физических уравнений не может свидетельствовать в пользу какого-либо типа относительности, ни специального, ни общего.

Фок четко выявил физический смысл принципа относительности. Он состоятелен, если в различных системах отсчета независимо от выбора координат метрический тензор остается одним и тем же:

(4.4)

Для электромагнитных явлений это требование выполняется, а для его осуществления необходимо воспользоваться преобразованиями Лоренца. В случае же гравитационных полей указанное требование не выполняется, так как:

(4.5)

Соответственно, нет аналога преобразованиям Лоренца. Но в таком случае нет оснований настаивать на реальности принципа общей относительности. Таким образом, Эйнштейн создал не теорию общей относительности, а релятивистскую теорию тяготения. Утверждая это, естественно, желательно подчеркнуть своеобразие указанной теории.

"В теории Эйнштейна слились воедино теория тяготения и теория пространства и времени, и это единство, – настаивал В. А. Фок, – есть наиболее характерная ее черта"[5].

Увы, как представляется автору, такой вывод явно недостаточен. Во-первых, неправомерно рассуждать о двух теориях там, где на самом деле имеется одна. Они не слились воедино, ибо в принципе никогда не противостояли друг другу. Во-вторых, любая физическая теория имеет срез, относящийся к пространственным и временны́м характеристикам. В этом смысле теория тяготения не имеет никакого преимущества перед электродинамикой. Своеобразие теории тяготения определяется не включенностью в ее состав пространственных и временны́х концептов, а их особой метрикой. Разумеется, по большому счету главная особенность теории тяготения состоит в том, что она имеет дело с гравитационными, а не с какими-либо другими явлениями.

В. А. Фок во многом развеял туман вокруг понятия неинерциальной системы отсчета. Как он отмечал, уравнения тяготения можно записать относительно любой системы отсчета, причем в ковариантной форме. Это справедливо постольку, поскольку при записи уравнений тяготения по определению учитываются все их составляющие, ни от чего не приходится абстрагироваться. При этом условии выполняется главное требование, предъявляемое к физическим теориям: в их пределах основополагающие законы универсальны. Было бы странно, если бы законы тяготения представляли не все гравитационные процессы.

Указанное требование вроде бы нарушается в электродинамике, где законы Максвелла – Эйнштейна относятся только к инерциальным системам отсчета. Но, как уже отмечалось, инерциальная система отсчета предполагает учет всех сил. В этом отношении электродинамическая теория Максвелла – Эйнштейна сходна с теорией тяготения Эйнштейна. Убеждение, что уравнения Максвелла – Эйнштейна в каких-то системах несостоятельны, ошибочно. Оно возникает из-за некритического отношения к концепту "неинерциальная система отсчета". В нем, строго говоря, нет необходимости. Если корректно учитывать определенность, во-первых, электромагнитных процессов, во-вторых, гравитационных процессов и, в-третьих, их "пересечение", то нет какой-либо потребности в концепте "неинерциальная система отсчета". Убеждение в ее особой актуальности является результатом трудно осознаваемой ошибки. Не замечается, что 2-й закон Ньютона, записанный для электромагнитных процессов, из-за наличия в нем массы выражает единство двух типов взаимодействий. Чтобы его рассмотреть, необходимо избрать систему, в которой учитываются все силы. В таком случае автоматически адекватно учитываются как электромагнитные, так и гравитационные процессы.

Как раз такие системы отсчета, которые противопоставляются неинерциальным системам отсчета, и признаются инерциальными. Однако такое противопоставление уже является ошибочным. Нет какой-либо необходимости во введении представления о системах отсчета, которые вроде бы актуальны для электромагнитных процессов, но вместе с тем не адекватны преобразованиям Лоренца. Суть дела состоит в другом: законы электродинамики выполняются во всех системах отсчета, адекватных им. А эти системы отсчета движутся относительно друг друга равномерно и прямолинейно.

Эйнштейн, как убедительно показал Фок, ошибочно считал, что существует принцип общей относительности, в равной степени применимый ко всем типам взаимодействий. При этом Фок отмечал, что в различных системах отсчета физические условия разные. Однако предметом анализа являются не условия, т.е. не просто значения отдельных признаков, а законы, выражаемые уравнениями. Они во всех системах отсчета являются одними и теми же. С этой точки зрения следовало бы вести речь об общем принципе относительности: законы любых физических теорий выполняются во всех, без каких-либо исключений, системах отсчета, если в них учитываются все силы. Таким образом, нет оснований отрицать общий принцип относительности. Да, общий принцип относительности в интерпретации Эйнштейна является ошибкой. Но отсюда не следует, что надо отрицать вообще существование общего принципа относительности. На наш взгляд, ошибка самого Фока состояла в том, что он вслед за Эйнштейном сохранил противопоставление инерциальной и неинерциальной системы отсчета. Не отвергая его, он пришел к выводу, что нет общего принципа относительности. Отрицание общего принципа относительности Эйнштейна недостаточно для выражения сущностных черт физической теории, а именно непреложности всех ее концептов.

Особо отмечу, что для теории тяготения вместе с принципом относительности актуален и принцип инвариантности. Эти два принципа толкуют об одном и том же, но в различном контексте, ставя ударение либо на системах отсчета, либо на инвариантности законов. Принцип инвариантности актуален как для электродинамики, так и для теории тяготения. Уравнения гравитации удовлетворяют специальной линейной группе SL (2, С)[6]. Различия между двумя теориями есть, но они не ставят под сомнение принцип инвариантности. В электродинамике принцип инвариантности таков, что в любых системах отсчета сохраняется величина интервала (ds2). Этого нет в теории тяготения. Но у нее есть свои геохронометрические инварианты, которые содержательно рассмотрены в работах А. Л. Зельманова[7].

Проясняя ситуацию с инвариантами, обратимся еще раз к соотношению метрических тензоров . В электродинамике оно выполняется неукоснительно, при любых возможных величинах зарядов. В теории тяготения оно не выполняется в случае, если изменяются массы. При неизменных же массах в любой системе отсчета указанное соотношение остается в силе.

Выводы

  • 1. Неправомерно считать гравитационное поле пространством-временем.
  • 2. Нет наряду с гравитационной еще и инертной массы.
  • 3. Общий принцип относительности правомерен, если его сформулировать следующим образом: законы любых физических теорий выполняются во всех, без каких-либо исключений, системах отсчета, если в них учитываются все силы.

  • [1] Фок В. А. Замечания к творческой биографии А. Эйнштейна // Успехи физических наук. 1956. Т. 59. № 1. С. 111.
  • [2] Это утверждение не совсем верно. Гравитационные поля не сводимы к каким-либо другим полям во всех отношениях, в том числе и локально. Локальное рассмотрение в качестве приема рассуждения не в состоянии сделать тождественным то, что таковым не является. (Прим. авт.)
  • [3] Это же обстоятельство подчеркивают и другие физики. "На бесконечном расстоянии от создающих поле тел ''истинное" гравитационное поле всегда стремится к нулю. Поля же, которым эквивалентны неинерциальные системы отсчета, на бесконечности, напротив, неограниченно возрастают. <...> Так, например, возникающие во вращательной системе отсчета центробежные силы неограниченно растут при удалении от оси вращения <...>". См.: Ландау Л. Д., Лифшиц E. М. Теория поля. М.: Наука, 1967. С. 291. (Прим. авт.)
  • [4] Фок В. А. Замечания к творческой биографии А. Эйнштейна // Успехи физических наук. 1956. Т. 59. № 1. С. 112.
  • [5] Фок В. А. Физические принципы теории тяготения Эйнштейна // Эйнштейн и философские проблемы физики XX века. М.: Наука, 1979. С. 255.
  • [6] Рихтмайер Р. Принципы современной статистической физики. В 2 ч. М.: Мир, 1984. Ч. 2. С. 5.
  • [7] Зельманов А. Л. Хронометрические инварианты. Μ.: А.Р.П., 2006.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>