Часть 4

ОПТИКА. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Раздел 14 СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА. ОСНОВЫ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

14.12. Философское значение теории относительности

Теория относительности тесно связана с философией. Прежде всего следует отметить, что основой ее создания стал глубокий философский анализ А. Эйнштейном понятий пространства и времени. Кроме того, просмотр теорией относительности пространственно-временных представлений, господствовавших в классической физике, повлиял на развитие философской мысли.

Одной из центральных философских проблем специальной теории относительности является исследование основ релятивистских эффектов, таких как лоренцівське сокращение длин, замедление времени, относительность одновременности. Дискуссия по этим вопросам способствовала развитию теории относительности. С философской точки зрения наиболее интересным является вопрос об объективной природе относительности.

Ньютонівська механика следовала представление о инвариантность пространства и времени. С ее точки зрения длины отрезков или твердых стержней и временные интервалы не меняются при переходе от одной инерциальной системы к другой, например от такого, что находится в состоянии покоя, до такой, что движется. Математическая инвариантность получается как следствие преобразований Галилея, в отношении которых инвариантными являются сами законы классической механики. Однако было установлено, что преобразования Галилея не универсальные. Во-первых, их не удовлетворяли уравнения Максвелла, которые оказались неінваріантними относительно них. Во-вторых, выводы, вытекающие из преобразований Лоренца, противоречили результатам опыта Майкельсона. Этот опыт свидетельствовал, что классический закон сложения скоростей, связанный с преобразованиями Галилея, не выполняется, а именно: скорость света не зависит от движения источника.

Противоречие, существовавшее между принципу относительности Галилея, с одной стороны, электродинамикой Максвелла и опытом Майкельсона, с другой, преодолел Эйнштейн. Он обобщил принцип относительности, соединив две, казалось бы, взаимоисключающие идеи - идею инвариантности физических законов и принцип постоянства скорости света. Новый принцип относительности утверждал, что физические законы инвариантны, но не относительно преобразований Галилея, а относительно преобразований Лоренца. Из преобразований Лоренца непосредственно вытекала инвариантность длины и временных интервалов, а именно: длины стержней и временные интервалы должны иметь различные значения при переходе от одной инерциальной системы к другой.

Сам по себе факт вывода из преобразований Лоренца релятивистских кинематических эффектов - неінваріантності пространства и времени - еще не раскрывает их сути. Этот вывод является чисто математическим средством, которое не дает ответа на вопрос о реальном содержание релятивистской кинематики.

Исторически первой интерпретацией неінваріантності пространства и времени было трактовка, предложенная Лоренцом. Вывод о сокращении длин стержней, движущихся, было сделано им для согласование теории с отрицательным результатом опыта Майкельсона по определению скорости света относительно эфира.

Лоренцівське трактовка сокращения оказалось неудовлетворительным. Его недостаток заключался в том, что оно спиралось на понятие эфира, которое было внутренне противоречивым. За Лоренцом, эфир определялся как привилегированная система отсчета, относительно которой сокращаются длины стержней, что двигаются.

Теория относительности с самого начала исключает понятие эфира. Для нее эфир как особая система отсчета не существует вследствие принципа относительности. Релятивистские эффекты сокращения длин стержней и замедление времени - является следствием самой структуры пространства и времени. Характерной особенностью релятивістського трактовка сокращения длин и замедление времени, что отличает ее от лоренцівської, является рассмотрение этих эффектов как обратных.

Большой интерес для понимания объективной сути относительности пространства составляет введена А. Эйнштейном отличие между геометрической и кинематической формами тела. Если тело находится в состоянии покоя, обе эти формы идентичны, а когда оно начинает двигаться, эти формы расщепляются. В собственной системе отсчета тело характеризуется конфигурацией точек, составляющих его геометрическую форму. В системах отсчета, относительно которых тело движется, оно имеет кинематическую форму. К тому же обе эти формы объективно присущие предмету и ни одна из них не является «более реальной».

Интерпретация теории относительности за помощью подвижных систем отсчета с установленными в них измерительными приборами не является единственной. Г. Минковский показал, что теория относительности предполагает сугубо геометрическое построение. Ее положение реализуется в четырехмерном псевдоевклідовому пространстве, три измерения которого имеют пространственный характер в обычном понимании этого слова, а один отвечает времени. В пространстве Минковского действует группа преобразований Лоренца.

Особенность геометрического изображения теории относительности заключается в том, что на первый план выдвигается не относительность, а абсолютность в пространственно-временных отношениях. Однако абсолютное здесь не оторвано от относительного, а связано с ним. Абсолютный интервал выражается через пространственную и временную составляющие, являются относительными.

Геометрическая интерпретация теории относительности имеет немало несомненных положительных моментов. Все релятивистские эффекты здесь получают наглядное выявление. С философской точки зрения значение этой интерпретации заключается в том, что она выясняет диалектическая взаимосвязь относительного и абсолютного. Выше уже обращалось внимание на то, что теория относительности Эйнштейна вполне согласуется с материализмом. Следует также отметить, что сам собой геометрический подход к теории относительности еще не означает ее материалистической интерпретации. Для того чтобы получить такую интерпретацию, надо сделать материалистические предположение, что выходят за пределы геометрии и отражают материалистическое решение основного вопроса философии.

Специальная теория относительности подготовила почву для создания общей теории относительности - эйнштейновской теории гравитации, которая еще теснее связала свойства пространства и времени с материей.

Теория относительности сыграла важную роль в развитии теоретической физики. Следует отметить, что наличие огромных запасов энергии в ядре атома была доказана именно на основе открытого А. Эйнштейном взаимосвязи массы и энергии, что стимулировало экспериментальные и теоретические открытия в области физики атомного ядра. Последовательное применение идей теории относительности в различных сферах физики выдвинуло ряд новых важных, еще не решенных проблем. Исследование их способствует прогрессу науки, углубляет наши знания о свойствах и закономерностях реального мира.

Познавательное значение теории относительности бесспорно. Касаясь важнейших проблем пространства, времени и движения, энергии и массы, теория относительности играет значительную роль в формировании научного, материалистического мировоззрения, а также правильного научного представления о свойства и закономерности окружающего мира.

Иногда возникают противоречивые соображения относительно понимания тех или иных выводов теории относительности, связанные с наличием противоречий между ее названием и содержанием. Название «теория относительности» как бы свидетельствует, что содержанием теории есть «относительность». Относительность же, положенную в основу, не всегда отличают от релятивизма, т.е. учение о относительность наших знаний, относительность в смысле субъективизма. Такое понимание физической теории импонирует позитивистам и философским идеалистам. Они видят в теории относительности пример физической теории, что противоречит материализму. Отсюда делается обобщающий вывод о том, что современная физика несовместима с диалектическим материализмом. В связи с этим некоторые физики вводят понятие «физическая относительность», которая отличается от релятивизма. Они изымают из теории субъект, заменяя его измерительным прибором, не замечая при этом, что любой измерительный прибор только вместе с субъектом приобретает черты, которые принципиально отличаются от всех других исследуемых объектов материального мира. Эти недоразумения отпадают, если к теории относительности подойти как к физической теории с ее определенным конкретным содержанием. Содержанием теории относительности является физическая теория пространства и времени, учитывающая существующую между ними взаимосвязь геометрического характера. При этом оказывается, что «относительность» имеет подчиненный характер, иногда даже чисто иллюстративный.

Теория относительности, как и любая физическая теория, правильно отражает объективные закономерности природы и есть глубоко материалистической. Теория относительности исходит из того, что физика изучает конкретные свойства материи, которая объективно существует вне нашего сознания и независимо от нас. Основные положения теории относительности ярко отражают диалектический характер закономерностей реального мира, диалектика природы.