Полная версия

Главная arrow Философия arrow История, философия и методология естественных наук

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

4.3. Геометрия и физика

Теория тяготения Эйнштейна остро поставила вопрос, как выражались многие корифеи науки, о соотношении геометрии и физики. В электродинамике для выражения взаимосвязи пространства и времени используется псевдоевклидова геометрия. В теории тяготения используется неевклидова геометрия. Почему имеет место указанное различие?

Разумеется, следует иметь в виду, что геометрия является не физической, а математической теорией. Обращение к ней означает, что физики реализуют потенциал физико-математического моделирования. Математика используется в интересах физики. Это означает, что все геометрические понятия начинают выступать в качестве символов концептов физических теорий. Математическая геометрия уступает место физической геометрии. По определению она должна выражать концептуальное устройство физической теории. Математические теории, которые не обладают этим качеством, бесперспективны в физическом отношении. С этим выводом трудно не согласиться. Тем не менее по вопросу о соотношении физической геометрии и физики высказываются различные мнения[1].

Согласно А. Пуанкаре, математическую геометрию нельзя проверить эмпирически, ибо она руководствуется представлением об абсолютно твердом теле, какового нет в распоряжении физиков. Но если нет никаких физических критериев для выбора математической геометрии (например, евклидова или одна из неевклидовых геометрий), то допустимо руководствоваться любой из них. Ради экономии усилий лучше взять максимально простую геометрию, т.е. евклидову геометрию. К ней можно подогнать физические законы таким образом, чтобы не противоречить экспериментальным данным.

Принципиально другой позиции придерживался Г. Рейхенбах[2]. Ее в лаконичной форме представил Р. Карнап: "Всякий раз, когда обнаруживаются универсальные эффекты в физике, заявляет Рейхенбах, их всегда можно элиминировать путем подходящего преобразования теории"[3].

В переводе на геометрический язык это означает следующее: в теории целесообразно сохранять дифференциальные силы, которые ответственны за динамические эффекты. Универсальные же силы должны исключаться из теории, ибо они никак не выражают специфику физических взаимодействий. В теории тяготения при правильном выборе соответствующего типа неевклидовой физической геометрии универсальных сил нет. Следовательно, все части теории приведены друг с другом в гармоническое соответствие. Если же опираться на концепт пространства-времени Минковского, то в теории гармоническое сосуществование ее частей будет нарушено. В этих условиях суждения о подлинном устройстве физической теории окажутся затруднительными. Никто еще не доказал, что суррогатными понятиями можно адекватно выразить содержание физической теории.

Таким образом, соответствующий выбор геометрии определяется статусом физической теории. Он не является произвольным. То же самое относится к любой математической концепции, используемой в физике.

Интересно, что по поводу физической геометрии теории тяготения не один десяток лет шла ожесточенная полемика между двумя академиками, В. Л. Гинзбургом и А. А. Логуновым. Гинзбург неизменно отзывался о теории Эйнштейна в восторженных тонах, избегая какой-либо ее критики[4]. А. А. Логунов же, напротив, подвергал воззрения Эйнштейна резкой критике. Он строит релятивистскую теорию гравитации иначе, чем Эйнштейн[5]. Логунов постулирует, что для гравитационных явлений (в замкнутых системах) должны выполняться законы сохранения энергии и импульса. Для выполнения этого условия вводится псевдоевклидово пространство-время Минковского. Криволинейное риманово пространство-время появляется как "довесок" к пространству Минковского, оно определяется пространством Минковского плюс гравитационным полем: "Таким образом, мы можем утверждать, что пространство Минковского и по сей день является универсальным, справедливым для всех форм материи, включая гравитационное поле"[6].

Концепция А. А. Логунова, видимо, не лишена серьезных слабостей. Присоединяемое к гравитации пространство-время Минковского "приклеивается" к ней извне, в нем никак не представлена ее специфика. По сути, Логунов стремится разработать квантово-полевую теорию гравитации. Но при этом в качестве образцовой физической теории он рассматривает электродинамику с ее концептом пространства-времени. Возможно, что в будущем такая теория будет создана. Но пока она существует лишь в проектах.

Абсолютное большинство физиков склонно в геометризации теории тяготения, проведенной Эйнштейном, видеть один из образцов продуктивного физического мышления. Геометризация физических теорий свидетельствует о тех сложностях, с которыми связано математическое моделирование физических явлений.

С целью выделения динамической стороны гравитации приведем еще раз запись уравнений тяготения:

(4.1)

Концентрация на нем позволяет уточнить представление об активных факторах гравитации. В уравнении есть левая и правая сторона. Левая сторона – это не что иное, как пространство-время. Правая сторона представляет энергетические и импульсные характеристики.

Научное сообщество занимает наиболее четкую позицию по вопросу обусловленности метрики (gik) импульсно-энергетическими параметрами. Считать по-другому значит оставлять без какого-либо объяснения изменчивость gik. Однако на признание вторичности gik накладывается часто используемое выражение "тела движутся в искривленном пространстве-времени". Это выражение полно несообразностей.

Во-первых, не учитывается, что пространство-время не является чем-то онтическим[7], объективно-реальным. Двигаться же в абстрактном концепте невозможно. Можно рассуждать об объективном времени и объективном пространстве. Но и в них невозможно двигаться. Двигаться можно лишь в некоторой среде, например в поле. То и дело утверждают, что тела движутся по геодезическим линиям пространства-времени. Эти линии (траектории) являются признаками не пространства- времени, а гравитационного поля.

Во-вторых, если тела движутся в пространстве-времени, да еще по искривленным линиям, то придется признать его воздействие на пространство-время. Но и этот тезис неверен. Динамическая сторона гравитации – это ее импульсно-энергетические характеристики. Кажется, что допустимо рассуждать таким образом: импульсно-энергетические параметры определяют пространство-время, а оно действует на тела, движущиеся в нем. Но при этом, по сути, рассматривается взаимодействие между телами. А в телесном виде гравитационное поле не есть физический объект во всей его полноте.

Во избежание недоразумений следует различать взаимодействия объектов и обусловленность метрики импульсно-энергетическими характеристиками. Вполне правомерно утверждать, что взаимодействуют гравитационные поля и объекты в качестве особых конденсированных сред. Столь же справедлива обусловленность пространственно-временных признаков объектов их импульсно-энергетическими характеристиками. Но ложно утверждение, что на тела и частицы действуют пространство и время или же пространство-время.

Идея обусловленности пространственно-временных характеристик импульсно-энергетическими параметрами в предварительном плане была сформулирована Б. Риманом и В. Клиффордом.

Мнение ученых

Риман допускал (1854 г.), что "нужно попытаться объяснить возникновение метрических отношений чем-то внешним – силами связи, действующими на это реальное"[8]. Клиффорд, опираясь на идеи Римана, в 1876 г. утверждал, что "изменение кривизны пространства и есть то, что реально происходит в явлении, которое мы называем движением материи, будь она весомая или эфирная"[9].

Эйнштейн в отличие от своих предшественников был первым, кто сумел философскую идею о единстве соответственно электромагнитных и гравитационных явлений, включающем и пространственно-временны́е свойства, соединить с определенными физическими теориями. Выводы оказались довольно неожиданными. И Риман, и Клиффорд полагали, что евклидово пространство является абстракцией, отклоняющейся от физической реальности. Если бы они дожили до эпохальных открытий Эйнштейна, то имели бы все основания приветствовать теорию гравитации. Сложнее было бы им принять электродинамику Эйнштейна, согласно которой псевдоевклидово пространство- время вполне адекватно выражает действительные пространственные и временны́е признаки физических явлений[10].

Выводы

  • 1. Главное затруднение релятивистской теории гравитации сводится к недостаточно проясненному механизму реализации активности гравитационного поля.
  • 2. Содержание релятивистской теории тяготения свидетельствует об обусловленности пространственно-временны́х характеристик импульсно-энергетическими параметрами.

  • [1] Эйнштейн А. Замечания к статьям // Эйнштейн А. Собрание научных трудов: В 4 т. М.: Наука, 1976. Т. 4. С. 304–306.
  • [2] Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. М.: Прогресс, 1985. Гл. 6.
  • [3] Карнап Р. Философские основания физики. М.: Прогресс, 1971. С. 233.
  • [4] Гинзбург В. Л., Ерошенко Ю. Н. Еще раз о принципе эквивалентности // Успехи физических наук. 1995. T. 165. № 2. С. 205–211.
  • [5] Логунов А. А. Лекции по теории относительности и гравитации. Современный анализ проблемы. М.: Наука, 2005.
  • [6] Логунов А. А. Рейхенбах, Эйнштейн и современные представления о пространстве и времени // Рейхенбах Г. Философия пространства времени. М. : Прогресс, 1985. С. 322.
  • [7] Греческое слово ον (рус. – он) означает бытие в его собственной определенности. Онтическое – значит реальное само по себе, безотносительно к чему-либо другому. Оптологическое – теоретическое представление о реальности, т.е. на основе теории (логоса).
  • [8] Риман Б. О гипотезах, лежащих в основании геометрии // Альберт Эйнштейн и теория гравитации. М.: Мир, 1979. С. 33.
  • [9] Клиффорд В. О пространственной теории материи. (Резюме) // Альберт Эйнштейн и теория гравитации. М.: Мир, 1979. С. 36.
  • [10] О квантовой теории гравитации см. параграф 6.5.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>