ГЛАВА VII. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ЭЙНШТЕЙНА

§ 1. ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ В СЛУЧАЕ ПРОИЗВОЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ

Рассматривая классическую механику, мы подробно обсудили причины, которые привели Ньютона к представлениям об абсолютном пространстве и абсолютном времени. В то же время мы подчеркнули возражения, которые можно выдвинуть против этих абстракций с точки зрения теории познания.

Ньютон основывал свое представление об абсолютном времени на существовании инерциального сопротивления и центробежных сил. Ясно, что эти явления не могут зависеть от взаимодействия между телами, поскольку они происходят совершенно аналогичным образом независимо от локального распределения масс во всей доступной наблюдению Вселенной. Отсюда Ньютон сделал вывод, что они зависят от абсолютных ускорений. Таким путем абсолютное пространство и вводится как фиктивная причина физических явлений.

Неудовлетворительные стороны этой теории можно выявить, рассмотрев следующий пример.

Представим себе два тела сделанных из одного и того же деформируемого (жидкого) материала и одного и того же размера; пусть они расположены в астрономическом пространстве на таком расстоянии друг от друга, что обычное гравитационное воздействие их друг на друга пренебрежимо мало (фиг. 134). Каждое из этих тел должно находиться в равновесии под действием гравитационных взаимодействий своих отдельных частей и йсех остальных физических сил, так что какие-либо относительные движения их частей относительно друг друга отсутствуют. Но пусть, однако, эти два тела находятся в относительном вращении с постоянной скоростью вокруг линии, соединяющей их центры. Это означает, что наблюдатель, который расположен на теле замечает в своей системе отсчета равномерное вращение тела 52, и наоборот. Предположим теперь, что каждый наблюдатель определяет форму тела, на котором он стоит, и что в результате этих определений выяснилось, что тело шар, а тело сплющенный эллипсоид вращения.

Ньютоновская механика, исходя из различий в форме тел, сделала бы вывод, что в абсолютном пространстве,

а находится в абсолютном вращении. При этом сплющивание можно объяснить центробежными силами.

Этот пример очень ясно показывает, как абсолютное пространство вводится в качестве (фиктивной) причины. Ведь тело не может быть причиной сплющивания тела поскольку оба они находятся в совершенно одинаковом положении по отношению друг к другу и, следовательно, не могут деформировать друг друга различным образом.

Фиг. 134. Два первоначально сферических жидких тела в относительном вращении вокруг общей оси.

Принятие пространства в качестве причины не удовлетворяет требованиям логики с точки зрения представления о причинности. Ведь поскольку мы не располагаем никакими другими указаниями на его существование, кроме центробежных сил, в поддержку гипотезы абсолютного пространства можно привести лишь тот единственный факт, для объяснения которого она и была выдвинута. Трезвый критический подход с позиций общей теории познания отказывается принимать такие «подогнанные» гипотезы. Они слишком надуманны и не в ладу с основной целью научного исследования — выработать критерии, позволяющие отличать научные выводы от плодов воображения. Если листок бумаги, на котором я только что написал последнюю фразу, вдруг неожиданно взлетит со стола, то никто мне не запретит выдвинуть гипотезу о том, что привидение — скажем, призрак Ньютона — возносит мой листок под облака. Однако здравый смысл наводит меня вместо этого на мысль о сквозняке, поднявшемся из открытого окна из-за того, что кто-то, входя, открыл дверь. И даже если я сам не чувствую сквозняка, то эта гипотеза все же разумна потому, что ставит подлежащие объяснению явления в связь с другими, доступными наблюдениям событиями. Критический выбор приемлемых причин и отличает опирающееся на разум отношение к миру, которое служит образцом для физического исследования, от мистицизма, спиритуализма и других подобных проявлений необузданной фантазии.

В самом деле, понятие абсолютного пространства по характеру почти спиритуалистично. На вопрос: «Что есть причина центробежных сил?» — следует ответ: «Абсолютное пространство». Если же спросить, что представляет собой абсолютное пространство и какими другими путями оно проявляет свое существование, никто не сможет ответить ничего, кроме как снова

сказать, что абсолютное пространство есть причина центробежных сил и не имеет никаких дальнейших свойств. Эта дискуссия показывает, что пространство как причина физических событий должно быть исключено из картины мира.

Возможно, не излишне упомянуть, что это мнение об абсолютном пространстве никоим образом не изменяется и в свете существования электромагнитных явлений. Во вращающихся системах координат наблюдаются эффекты, аналогичные действию центробежных сил в механике. Но это, конечно, не дает нового и независимого доказательства существования абсолютного пространства, ибо, как мы знаем, теорема об инерции энергии связывает механику и электродинамику в единое целое. Нам здесь попросту более удобно оперировать только понятиями механики.

Вернемся еще раз к нашим телам Если отвергнуть пространство как причину различия их форм, то мы должны искать другие, более убедительные причины.

Пусть предполагается, что вне тел другие материальные тела отсутствуют. Тогда различная форма тел оказалась бы действительно необъяснимой. Но является ли это различие форм в конце концов эмпирическим фактом? Вне всякого сомнения — нет. Мы никогда еще не имели возможности наблюдать два тела, пользующиеся во Вселенной полным одиночеством. Предположение о том, что два реальных тела вели бы себя в подобных обстоятельствах различным образом, не опирается ни на какие доказательства вообще. От удовлетворительной механики скорее следует потребовать, чтобы она исключила это предположение. Когда же различие в поведении, подобное описанному выше, наблюдается в случае двух реальных тел (мы знаем, что планеты бывают сплющены в большей или меньшей мере), в качестве причины этого явления можно принять лишь удаленные массы. В реальном мире такие массы действительно существуют, именно бесчисленные легионы звезд. Какое бы небесное тело мы ни выбрали, оно всегда окружено неисчислимым множеством других, удаленных от него на колоссальные расстояния и движущихся относительно друг друга столь медленно, что в целом эффект их воздействия эквивалентен воздействию сплошной массы, имеющей внутреннюю полость, в которой и заключено рассматриваемое тело.

Идея о том, что причиной центробежных сил должна быть общая система удаленных масс, была впервые высказана философом и физиком Эрнстом Махом, работы которого оказали глубокое влияние на Эйнштейна. Не существует опытов, противоречащих этой идее, поскольку используемая в астрономии система отсчета, относительно которой определяются вращения

небесных тел, выбрана так, что она покоится относительно системы звезд в целом, или, более точно, так, что видимые движения неподвижных звезд относительно системы отсчета совершенно нерегулярны и не имеют предпочтительных направлений. Сплющивание планеты тем больше, чем больше скорость ее вращения относительно этой системы отсчета, связанной с удаленными массами.

Соответственно мы будем требовать, чтобы законы механики — и, разумеется, физики в целом — содержали лишь относительные положения и движения тел. Никакой системе отсчета не может быть отдано заведомого предпочтения — так же, как ни одной инерциальной системе в ньютоновской механике и в специальной теории относительности Эйнштейна, — иначе в физические законы вошли бы абсолютные ускорения относительно этих предпочтительных систем отсчета, а не только относительные движения тел.

Итак, мы приходим к постулату о том, что истинные законы физики должны выполняться совершенно одинаковым образом в системах отсчета, совершающих произвольные движения. Этот шаг знаменует существенное расширение принципа относительности.