Развитие идеи от первоначальных понятий до теории относительности и квантов
Скачать 0.77 Mb.
|
| Но схема взаимосвязей здесь довольно проста. “Распределение движущихся масс” в континууме определяет его “кривизну”. Кривизна континуума определяет “гео- 279 дезические линии” в нем — “линии кратчайших расстояний”. Кривизна, геодезические линии континуума,— это его существенные свойства, они определяют происходящие в нем процессы. Так, массы, не создающие большого поля, перемещаются в континууме только вдоль геодезических линий. В евклидовом пространстве геодезическими линиями являются прямые. Согласно ньютоновой механике вдоль этих прямых происходит инерционное движение. Но рассмотрение всех других движений требует в ньютоновой 1 механике введения новых физических категорий — сил, определения закона их действия, возникает проблема передачи действия сил на расстояние и т. д. и т. п. К тому же теория тяготения Ньютона не объясняет полностью все процессы, связанные со взаимодействием масс. Так, например, констатируя наличие вращения перигелия планет, близких к Солнцу (Меркурий), она не приводит к точной величине этого вращения. Теория Ньютона отражает действительность лишь для слабых полей и небольших скоростей масс. Тот факт, что теория Эйнштейна не требует введения сил тяготения, а взаимодействие масс учитывается в ней через характер искривления пространственно-временного континуума, т. е. через его общее свойство, раскрывает новые возможности теории. В самом деле, общие свойства континуума, раз они найдены, определяют характер любых физических процессов, в нем происходящих. Например, из этого следует, что вдоль геодезических линий континуума должны перемещаться не только массы, но и лучи света; если геодезические линии континуума искривлены, то и распространение света не будет прямолинейным. Это должно обнаружиться в областях континуума, в которых искривление линий достаточно велико, например при прохождении луча вблизи Солнца, где поле тяготения велико сравнительно с полем вблизи Земли. Эйнштейн рассчитал, что луч звездного света, проходя вблизи Солнца, должен испытывать отклонение от прямолинейного пути на 1,75 угловых секунд. Этот вывод теории Эйнштейна был подтвержден во время полного солнечного затмения 29 мая 1919 года, когда две английские экспедиции — одна на западном побережье Африки, а другая в северной части Бразилии — получили фотографии звезд, видимых вблизи закрытого солнечного диска. 280 Теория Эйнштейна предсказала также смещение к красному концу спектра спектральных линий излучения, проходящего в поле тяготения звезд; это смещение особенно заметно при прохождении излучения вблизи звезд, обладающих большой массой, где, следовательно, поле тяготения велико. Теория дала расчет и точной величины вращения траектории Меркурия. Вообще теория тяготения Эйнштейна точнее, чем теория Ньютона, отображала процессы в области сильных полей при наличии быстродвижущихся масс. Таким образом, несмотря на огромную абстрактность, чуждую мышлению многих физиков того времени, теория Эйнштейна оказалась плодотворной, она подвинула знание природы вперед. Именно в этом сочетании абстрактности и плодотворности лежит причина исключительной мировой славы Эйнштейна как ученого. После подтверждения предсказаний обобщенной теории тяготения об Эйнштейне заговорили как об ученом, который одной только силой своего мышления раскрывает неизвестные до того тайны природы. Но одновременно успех теории утвердил Эйнштейна в его теоретико-познавательных взглядах. Разработка теории относительности и теории тяготения убедила Эйнштейна в том, какое огромное значение имеет теория, взятая в целом. Несомненно, что он убедился в этом в ходе исследований, то есть уже в первом и втором десятилетии нашего века. Позднее, в своем “Ответе на критику” Эйнштейн дважды возвращается к объяснению своей позиции по этому вопросу. На критику Рейхенбаха он отвечает в форме диалога между Рейхенбахом и неким Не-позитивистом(!), и от имени последнего ставит вопрос: “А почему отдельные встречающиеся в теории понятия вообще требуют какого-то отдельного оправдания, если они необходимы только в рамках логической структуры теории и теория утверждается только в своей целостности?” А по поводу упрека Бриджмена в отходе от операционализма Эйнштейн еще более точно определяет свою позицию: “Чтобы логическая система могла рассматриваться как физическая теория, нет необходимости требовать, чтобы все ее утверждения могли толковаться независимо и чтобы они могли быть независимо 281 “проверяемы” “в операционалистском смысле”, фактически это никогда еще не было выполнено ни в одной теории, да и не может быть выполнено вообще. Чтобы некоторую теорию можно было рассматривать как физическую, необходимо только, чтобы она вообще заключала в себе эмпирически проверяемые утверждения” (курсив Эйнштейна). Итак, реформа классической (ньютоновой) теории тяготения, проведенная Эйнштейном под углом зрения увязывания физических понятий в единой теории (обобщенной теории тяготения), привела к положительным результатам и подтвердила роль теории как целоcности. Разъясняя позже фактически реализованную их линию, Эйнштейн уже в явной форме подчеркивает это значение теории. ОЦЕНКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ЗАКОНА КАК ЕДИНСТВЕННОЙ ФОРМЫ ПРИЧИННОСТИ Континуум Эйнштейна с его римановой метрикой явился более обобщенным образом объективной реальности, чем ньютоновы представления, согласно которым разделенные расстоянием массы действовали друг на друга дальнодействующими силами, обратно пропорциональными их взаимному расстоянию. Обобщение Эйнштейна явилось успешной попыткой удалить из теории Ньютона некоторые ее слабые стороны, например представление о дальнодействующих силах, о независимости метрики и законов движения и другие. Но вместе с тем Эйнштейн рассматривал себя вовсе не как ниспровергателя классической физики, а только как реформатора ее, совершенствующего ее основы. В теории Ньютона он видел и такие существенные стороны, которые, по его мнению, должны были остаться незыблемыми во всякой будущей теории, какие бы общие формы она ни принимала. Он видел гениальность Ньютона в том, что этот основатель классической физики в своих законах движения сумел выразить количественным образом взаимосвязь каждого состояния движения тела в данный момент с его состояниями в предшествующий 282 момент в смежной точке пространства и в последующий момент в другой смежной точке. Пространство, время и движение в физике Ньютона выступали как непрерывные сущности, а связи между состояниями выражались в форме дифференциальных уравнений. Величайшая заслуга Ньютона состояла в том, что он открыл метод дифференциального исчисления, однозначно определяющий взаимосвязи состояний тела в его движении. В ньютоновых дифференциальных уравнениях движения Эйнштейн видел “удовлетворение потребности современных физиков” в причинной связи. Естественно, что заслугу открытия математической формы причинной связи он целиком относил к Ньютону. В статье “Механика Ньютона и ее влияние на форму теоретической физики” (1927) Эйнштейн писал: “...До Ньютона не существовало законченной системы физической причинности, которая была бы в состоянии как-то передать основные черты опытного мира”. Законы Кеплера, разъяснял он дальше, давали ответ на вопрос о том, как движутся планеты, но они не удовлетворяли потребности показать причинную зависимость; эти законы выступали как три логически независимых друг от друга правила, “лишенные всякой внутренней связи”. Только Ньютон, создав дифференциальное исчисление, дал необходимую форму закону причинной взаимосвязи. “Дифференциальный закон,— писал там же Эйнштейн,— есть та единственная форма, которая полностью удовлетворяет потребность современных физиков в причинности. Ясная концепция дифференциального закона есть величайший духовный подвиг Ньютона”. Не столь существен спор о том, кто первый открыл дифференциальное исчисление — Ньютон или Лейбниц, но существенно то, что для Ньютона открытие дифференциального исчисления было необходимостью именно потому, что оно, по Эйнштейну, является адекватной формой причинной связи. Полная причинная концепция была получена после того, как наряду с уравнением движения была дана сила, действующая на массу и определяемая положением всех других масс. Теория относительности (“специальная”) не только опиралась на ньютонову динамическую трактовку 283 причинности, но и уточнила ее в одном отношении: она указала, что события М и N могут находиться в причинно-следственном отношении друг к другу лишь в том случае, если эти события разделены промежутком времени, достаточным для передачи действия от места события М до места события N с конечной скоростью, не превышающей скорости света. Это уточнение вводит фактор действия между событиями М и N и подчеркивает связь пространства и времени в одном континууме. Уточненная теорией относительности формулировка причинности использована в ней в качестве исходного пункта для анализа важнейшего понятия теории — одновременности. Из сказанного следует, что классическое представление о причинной связи органически входит в самую структуру теории относительности. Теория тяготения Эйнштейна в этом отношении не отличается от его теории относительности. И там, и здесь физические процессы выражаются как процессы, происходящие в континууме — некотором непрерывном пространственно-временном образовании; только в теории относительности этот континуум имеет евклидову (точнее, псевдоевклидову) метрику, а в теории тяготения — риманову. И там, и здесь уравнения движения представляют собой дифференциальные уравнения, связывающие между собой смежные в пространстве и времени события (в “Эволюции физики” эти уравнения названы “структурными”). Континуумы Эйнштейна с различной метрикой описываются дифференциальными уравнениями в частных производных, что характерно для описания процессов, происходящих в поле. Эти континуумы и представляют собой некоторый непрерывный “полевой” образ. Бесконечно малые непрерывные изменения аргументов в уравнениях с частными производными в принципе ничем не отличаются, как казалось Эйнштейну, от бесконечно малых изменений аргументов в уравнениях с обычными производными. Поэтому Эйнштейн полагал, что его теория тяготения сохраняет неизменными классические представления о физической причинности, согласно которой однозначно связываются события, бесконечно близкие друг к другу в пространстве и во времени. Более того, поскольку созданная им теория тяготения по своей структуре 284 наиболее совершенна, классическая форма причинной связи представлялась ему всеобщей. Успешные предсказания теории тяготения должны были утвердить его в этом убеждении. РАЦИОНАЛЬНЫЕ ПУТИ ПОСТРОЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ Итак, профессиональный опыт Эйнштейна утверждает его в мысли, что понятия органически связаны с теорией, через нее получают свое содержание и оправдание. А теория отражает мир лишь как целое. Возникает вопрос: как же строится сама теория? Мах, служивший Эйнштейну примером критика абсолютных категорий ньютоновой физики, отвечал на этот вопрос просто. Понятие — чисто психическое образование. Характерная черта понятия — это воспоминание о каком-либо постоянном комплексе восприятии и выделение в нем главных восприятии, по которым вспоминается весь комплекс (абстрагирование, по Маху). Научные теории имеют своей целью “упорядочить” множество фактов восприятии, которые без такого упорядочения невозможно удержать в памяти. Уже в таком процессе, как падение тела, содержится множество фактов восприятии, ибо каждому мгновению времени соответствует своя высота падающего тела. Чтобы обозреть все эти соответствия, пришлось бы составить бесконечную таблицу. Но такую таблицу нельзя ни исчерпать, ни удержать в памяти! На помощь приходит упорядочивающая теория; она сжимает бесконечную таблицу в одну формулу S=gt2/2, дает правило, по которому мы всегда можем найти путь S, пройденный падающим телом, для любого заданного момента. “Но это правило, эта формула, этот “закон”,— писал Мах в своем раннем труде “Принцип сохранения работы”,— вовсе не имеет более существенного значения, чем все отдельные факты, вместе взятые. Все значение его заключается только в удобстве применения. Оно имеет экономическое значение”. Итак, теория, по Маху, не заключает в себе ничего более, чем все отдельные “факты восприятия”, она есть 285 только экономная запись их ради облегчения памяти. Эйнштейн не мог пойти в этом вопросе за Махом. Он уже увидел в теории нечто большее, чем только сжатую запись “фактов восприятии”: она дает “картину мира”, его связи, которые непосредственно в фактах восприятии усмотреть нельзя. Не дает этой картины и теория, построенная на физических экспериментах. Пример такой теории Эйнштейн усматривал в теории тяготения Ньютона. Она дала многое, но ведь Эйнштейну пришлось ее реформировать, поскольку она содержала много понятий, не нужных для обобщенной совершенной теории. Такая теория хотя и имеет “внешнее оправдание”, поскольку опирается на опыт, но она внутренне несовершенна. Необходимость преобразования классической теории тяготения и успешный опыт построения новой реформированной теории подсказывали ему вывод: непосредственный опыт не ведет к однозначной теории. Эйнштейн уже давно пришел к этому выводу и руководствовался им в теоретической работе, но наиболее резко сформулировал его в “Творческой автобиографии”, в которой обозревал пройденный путь: “Теория тяготения научила меня и другому: собрание эмпирических фактов, как бы обширно оно ни было, не может привести к таким сложным уравнениям (поля тяготения.— С. С.). На опыте можно проверить теорию, но нет пути от опыта к построению теории” *). Здесь мы видим и прямую ссылку на свой профессиональный опыт, на свой метод построения теории тяготения (значение профессионального опыта мы подчеркивали выше), и резкое отрицание пути от опыта к построению теории. То, что содержит опыт, и взаимные соотношения опытных данных, находят свое выражение только в выводах теории; выводы теории, действительно, должны соответствовать опыту, иначе теория окажется пустой схемой. Опыт выступает лишь как мера оценки теории и лишь после того, как теория создана. Но если от опыта нет путей к построению теории, то каково же ее происхождение? __________________________________________ *) См. аналогичное высказывание, приведенное на стр. 269. 286 В лекции “О методе теоретической физики” Эйнштейн говорил: “В том, что такое отражение (опыта — в выводах теории.— С. С.) возможно, состоит единственная ценность и оправдание всей системы, и особенно понятий и фундаментальных законов, лежащих в ее основе. В остальном эти последние суть свободные изобретения человеческого разума, которые не могут быть оправданы ни природой этого разума, ни каким-либо другим видом априори”. Физик отыскивает такие фундаментальные понятия и законы, которые дальше логически несводимы. “Важнейшая цель теории состоит в том,— продолжал Эйнштейн,— чтобы этих несводимых элементов было как можно меньше и чтобы они были как можно проще, однако так, чтобы это не исключало точного отображения того, что содержится в опыте”. Здесь мы видим выражение двух важных гносеологических идей, которые Эйнштейн считал выводом из своего метода построения теории тяготения. Первая идея состоит в том, что понятия и теории суть свободные изобретения разума, вторая — в том, что задача теоретика состоит в отыскании несводимых далее простейших элементов, фундаментальных понятий, которые должны быть положены в основу теории. Идея о том, что понятия и теории суть свободные изобретения разума,— не случайное высказывание Эйнштейна. Эту идею можно найти почти во всех его работах, в которых обсуждаются методологические проблемы, начиная со статей периода построения теории тяготения, продолжая книгой “Эволюция физики”, написанной для массового читателя, и кончая его “Творческой автобиографией” Несомненно, что идею о том, что понятия и теории суть свободные |
Похожие:
 | Программа вступительного экзамена в аспирантуру ики ран по специальности... Инерциальные и неинерциальные системы отсчета. Законы Ньютона. Экспериментальные основы теории относительности. Принцип относительности... |  | Рабочая учебная программа дисциплины Воспитание достаточно высокой математической культуры; развитие навыков использования понятий и методов теории функций комплексного... |
| Нижегородский государственный университет им. Лобачевского Исследование кротовых нор в общей теории относительности и их возможное влияние на эволюцию Вселенной | | Примерные темы рефератов по истории науки Возникновение теории относительности. Анализ статьи Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» |
| Рефератов по истории науки Физико-математические науки Возникновение теории относительности. Анализ статьи Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» | | Николай иванович лобачевский Он высказал замечательные мысли, что геометрические свойства должны находиться в зависимости от движения материи и действующих сил.... |
| Пояснительная записка рабочая программа составлена на основе следующих... Целью изучения курса является создание условий для успешного усвоения учащимися первоначальных химических понятий, зависимости свойств... | | Психологическая и педагогическая культура преподавателя высшей школы:... Ы сходства и расхождения рассмотрения этих понятий во взглядах психологов и педагогов. Сформулирован вывод о конвергенции понятий... |
| Тема Кол «Недели физики и астрономии». Лекционный характер материала отражает исторический ход развития взглядов видения Вселенной от учения... | | Реферата: Введение Специальной Теории Относительности (сто), которая оказалась совместима с электродинамикой Максвелла, но отвергала классическую механику.... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Методология современной физики, возникшая на «дрожжах» теории относительности, привела к невиданному шатанию умов и к появлению на... | | Сущность гипотезы сепира-уорфа Гипотеза лингвистической относительности (известная также как «гипотеза Сепира – Уорфа»), тезис, согласно которому существующие в... |
| Об опытах Бекмана и Мендикса по проверке изотропности распространения света Анализ результатов проведенных Бекманом П. и Мендиксом П. экспериментов по проверке второго постулата специальной теории относительности... | | Билет №1 (1) Механическое движение. Путь. Скорость. Ускорение «Недели физики и астрономии». Лекционный характер материала отражает исторический ход развития взглядов видения Вселенной от учения... |
| Реферат по теме развитие представлений о пространстве и времени В своём реферате я постараюсь описать некоторые из этих свойств, расскажу про парадоксы обнаруженные в результате работы над специальной... | | Календарно-тематическое планирование уроков истории россии 7 класс «Недели физики и астрономии». Лекционный характер материала отражает исторический ход развития взглядов видения Вселенной от учения... |
