Эйнштейн (Жизнь, Смерть, Бессмертие) - Б Кузнецов

Почему же принцип Маха в течение долгих лет был эвристическим принципом при создании и разработке общей теории относительности и релятивистской космологии? И связанный с этим второй вопрос: что заставило Эйнштейна отказаться от принципа Маха?

В 1916 г. в "Основах общей теории относительности" Эйнштейн следующим образом излагал идеи относительности ускорения. Возьмем, предлагает он, две одинаковые по величине и форме жидкие массы, которые свободно парят в пространстве так далеко одна от другой, что можно пренебречь их взаимным тяготением. Эти две массы вращаются с постоянной угловой скоростью одна по отношению к другой вокруг соединяющей их линии. Наблюдатель, регистрирующий вращение каждой массы, покоится по отношению к другой массе. Но помимо такой регистрации возможно измерить форму каждой массы покоящимся относительно нее масштабом. Измерения привели к следующему результату: масса S1 оказалась сферой, а масса S2 - эллипсоидом вращения, она сплющена по оси вращения.

509

"Теперь, - говорит Эйнштейн, - возникает вопрос: по какой причине тела S1 и S2 ведут себя по-разному? Ответ на этот вопрос может быть только тогда признан удовлетворительным с теоретико-познавательной точки зрения, когда обстоятельство, указанное в качестве причины, является наблюдаемым опытным фактом, ибо принцип причинности только тогда имеет смысл суждения о явлениях в мире нашего опыта, когда в качестве причин и следствий в конечном итоге оказываются лишь факты, могущие быть наблюдаемыми" [20].

20 Эйнштейн, 1, 455.

Здесь придется немного остановиться. Требование принципиальной наблюдаемости процессов, фигурирующих в качестве причин и следствий, иначе говоря, требование физической содержательности исходных и конечных понятий сохраняется в физике только потому, что оно модифицируется, потому, что понятие принципиальной наблюдаемости меняется. В свое время принципиально наблюдаемыми считались процессы, однотипные с поведением макроскопических тел, а последние считались непосредственно воздействующими на органы чувств. Но классической физиологии стало известно, что на зрение действуют электромагнитные волны; стали известны и другие факты, заставившие расширить сферу принципиально наблюдаемого. Представим себе, что причиной некоторых наблюдаемых явлений служат электромагнитные волны. Разумеется, они обладают принципиальной наблюдаемостью не в меньшей степени, чем взаимные перемещения тел. Подобные процессы не учитываются представлением об изменении взаимной ориентировки тел как о единственной причине физических эффектов.

Может ли общая теория относительности освободиться от того противоречащего духу теории поля представления о "Вселенной типа ньютоновой", с которым связано включение принципа Маха в систему постулатов общей теории относительности?

Из сказанного выше следует, что этот вопрос отнюдь не может быть решен простым исключением принципа Маха. Этот принцип противоречит духу теории поля. Но разве мы можем нарисовать сейчас чисто полевую картину мира? Этот принцип связан с представлением о "Вселенной типа ньютоновой", Вселенной, где все определяется положением и взаимодействием тел. Но разве мы фактически можем вывести существование этих тел и их взаимодействие из закономерностей поля?

510

В этих вопросах звучит в сущности одна и та же констатация. Ее можно сформулировать с помощью некоторой исторической аналогии.

Ньютон не мог достичь классического идеала, того, что Эйнштейн назвал "программой Ньютона". По ряду причин Ньютон должен был отнести силы инерции не к телам, а к пустому пространству и ввести понятия абсолютного движения и абсолютного пространства. Многие мыслители, начиная с современников Ньютона, в том числе Гюйгенса и Лейбница, понимали незаконность этих понятий. Но последние могли быть исключены только на основе новых представлений, и классический идеал восторжествовал ценой таких обобщений, которые таили радикальный отказ от этого идеала как исходного принципа науки.

Аналогичным образом Эйнштейн не имел возможности реализовать то, что можно было бы назвать "программой Эйнштейна" и что включало отказ от принципа Маха. Многие физики (в том числе сам Эйнштейн в автобиографическом очерке 1949 г.) понимали незаконность включения принципа Маха в число постулатов общей теории относительности как теории поля. Но так же, как в классической физике, критика абсолютного пространства не привела в течение двух с половиной веков от Ньютона до Эйнштейна к принципу Маха, так же критика принципа Маха в релятивистской физике не привела (пока не привела и, разумеется, тут не потребуется двух с половиной столетий) к космологической теории, однозначным образом исключающей этот принцип. Не привела, несмотря па наличие логически безупречных аргументов, не менее сильных, чем аргументы против абсолютного пространства, выдвигавшиеся с 1687 г. ("Математические начала натуральной философии") до 1916 г. ("Основы общей теории относительности").

Принципу Маха противостоит теория относительности как полевая теория. Но является ли она уже сейчас полностью полевой?

511

"Одна теория отличается от другой, - пишет Эйнштейн, - главным образом выбором "кирпичей" для фундамента, т.е. ни к чему несводимых основных понятий, на которых построена вся теория. В классической теории (механика) такими основными понятиями являются материальная точка, сила взаимодействия между материальными точками и инерциальная система (последняя составляется из декартовой системы координат и временной координаты). С ростом наших знаний об электромагнитном поле к числу основных понятий прибавилось понятие поля, рассматриваемого как второй носитель энергии" [21].

Обратимся, однако, к тем модификациям, которые внесены в критерий выбора "кирпичей" и в само это понятие теорией относительности. Последняя не только изменила смысл такого исходного понятия, как инерциальная система (включив в это понятие постулат постоянства скорости света). "Теория предполагает далее, что мы можем отбросить концепцию материальной точки и иметь дело только с концепцией поля", - говорит Эйнштейн после приведенных строк о "кирпичах" физической теории. Речь идет о специальной теории относительности. Она, релятивируя одновременность, исключает образ Вселенной как системы материальных точек, которые своей дислокацией и мгновенным значением потенциальных энергий предопределяют состояние Вселенной в последующие мгновения.

Общая теория относительности еще радикальнее переходит от этого образа (постулируемого принципом Маха) к полевому представлению. Из числа элементарных, исходных понятий исключается инерциальная система. "В общей теории относительности инерциальная система заменяется полем смещений, которое является составной частью единого поля, представляющего собой единственное средство описания реального мира. Пространственный аспект реальных вещей, таким образом, полностью выражается полем, зависящим от четырех координат - параметров; он есть свойство этого поля" [22].

21 Эйнштейн, 2, 787.

22 Там же, с. 788.

Речь идет об общей теории относительности как о полевой теории. Но такая теория относительности была для Эйнштейна идеалом (как для Ньютона могла бы быть идеалом, а для классической механики в целом действительно была идеалом, схема мироздания, состоящего только из взаимодействующих материальных точек), а не

512

достигнутой позицией. В конце книги "Сущность теории относительности", указывая на необходимость полевого представления, чтобы избежать включения инерциальной системы в число исходных понятий, Эйнштейн пишет:

"По этой причине я не вижу в существующей ситуации другого возможного пути, кроме чисто полевой теории, которая, впрочем, должна тогда решить такую чрезвычайно трудную задачу, как вывод атомистического характера энергии" [23].

По отношению к чисто полевой теории, которой может быть только теория единого поля, общая теория относительности служит предварительным, вынужденным по своему ограниченному характеру построением.

Вспомним об уже излагавшейся схеме регенераций - сдвигов в клетках дискретного пространства-времени. От импульса, т.е. от диссимметрии этих сдвигов, зависит близость ультрамикроскопической траектории к макроскопической и близость макроскопической скорости частицы к ультрамикроскопической скорости, равной скорости света [24].

23 Там же, с. 789.

24 См. гл. "Единая теория поля", с. 371-374 и указанную там статью "Complementarity and Relativity".

Но диссимметрия теряет смысл, когда нет симметрии. Если диссимметрия пропорциональна импульсу частицы, то ее массе пропорциональна симметрия. Последняя служит мерой энтропии в обобщенном смысле, мерой отсутствия макроскопических закономерностей, так же как энтропия в обычном термодинамическом смысле служит мерой симметрии случайных сдвигов молекул и при своем максимуме соответствует полному отсутствию макроскопических перепадов и возможности макроскопических процессов в состоящей из микроскопических объектов системе.