Борис Кузнецов - Философия оптимзма

Его важность станет яснее, если мы вспомним о другой незамкнутой грани специальной теории относительности, о другом подходе к более общей («внутреннее совершенство»!) и более точной («внешнее оправдание»!) теории. О подходе, реализованном самим Эйнштейном в 1916 г.

Речь идет об общей теории относительности. Теория, выдвинутая Эйнштейном в 1905 г., называется специальной теорией относительности потому, что она справедлива только для одного специального вида движения — для движения по инерции, без ускорения, с неизменной скоростью, т. е. для прямолинейного и равномерного движения. Только равномерное и прямолинейное движение нельзя зарегистрировать по внутренним процессам в движущейся системе. Если эта система, например корабль, о котором писал Галилей, испытывает ускорение, находящиеся в системе тела получают толчок. Этот толчок связывают с силами инерции. Если система начнет вращаться, в ней появятся центробежные силы инерции. Здесь, по-видимому, уже нет равноценности координатных систем. Ньютон приводил в защиту абсолютного характера ускоренного движения следующий эксперимент. Ведро с водой вращается на закрученной веревке. Центробежные силы заставляют воду подниматься к краям ведра. Если бы ведро висело неподвижно, а все остальные тела вращались вокруг него, вода бы не поднялась. Значит, дело не во взаимном относительном движении ведра и других тел; значит, причина центробежных сил не вращение ведра с водой относительно других тел, а его вращение по отношению к самому пространству, т. е. абсолютное вращение.

Эйнштейн лишил силы этот аргумент и распространил принцип относительности на ускоренное движение, обратив внимание на то, что силы инерции и силы тяготения при некоторых условиях неразличимы. Эйнштейн приводил пример кабины лифта, которая стоит на месте и находится в поле тяготения Земли, и кабины, которая не испытывает тяготения, но движется вверх с таким же ускорением, какое было бы вызвано тяготением. Все проявления в первом случае — сил тяготения, а во втором — сил инерции, будут одни и те же. Силы инерции при ускоренном подъеме прижмут подошвы людей к полу и натянут нити, на которых подвешены к потолку кабины грузы, таким же образом, как их натянут в случае неподвижной кабины силы тяготения.

Неразличимость сил тяготения и сил инерции не позволяет видеть в силах инерции доказательство абсолютного движения. Те же явления будут происходить в неподвижной или равномерно движущейся системе, если в последней действуют соответствующие силы тяготения. Исчезает критерий абсолютного движения, и теория относительности становится общей теорией: как бы ни изменялось состояние движения, в какую бы систему отсчета мы его ни переносили, какой бы ни оказалась в этой системе отсчета наша система тел — покоящейся, движущейся равномерно и прямолинейно или движущейся с ускорением — все равно внутренние процессы не позволят нам обнаружить эти изменения.

Но здесь необходимы добавочные предположения. Представим себе, что кабину пересекает тонкий луч света. Если кабина движется вверх, зайчик на противоположной стене сместится вниз; если же на неподвижную кабину действует тяготение, такого смещения, казалось бы, не произойдет. Мы получили бы абсолютное доказательство движения. Но это доказательство исчезает, если свет обладает весом, т. е. если на него действует тяготение. Общая теория относительности остается справедливой, если свет обладает весом. Как оказалось, свет действительно обладает весом; это подтвердилось в 1919 г., когда обнаружили отклонение световых лучей, проходящих вблизи Солнца.

Существует еще одно осложнение в общей теории относительности. В кабине лифта практически нельзя заметить, что силы тяготения и силы инерции направлены по-разному. Два груза, подвешенные на нитях к потолку кабины, натянут нити по параллельным направлениям, если кабина начнет двигаться с ускорением вверх, т. е. когда перед нами силы инерции. Но если кабина неподвижна и в ней действуют силы земного притяжения, т. е. силы тяжести, направления натянутых нитей не параллельны, нити направлены к центру Земли.

Здесь позволим себе небольшое отступление. При изложении теории относительности как одного из истоков новой научно-технической, экономической и культурной полосы, как одного из важнейших событий духовной и материальной истории человечества возникает недоуменный вопрос, о котором уже шла речь. Неужели то или другое направление пересекающего кабину луча, тот или другой наклон подвешенных в кабине грузов и десятки аналогичных воображаемых или реальных опытов могут вызвать коренные изменения стиля мышления людей и власти человека над природой?

Такой эффект бесчисленных схем с зеркалами, экранами, фонарями, часами, линейками и т. д. на самом деле удивителен. Но не более удивителен, чем эффект галилеевой каюты, где летают бабочки, вода каплет в подставленный сосуд и все происходит одинаково в неподвижном и в движущемся корабле (это описание помещено в «Диалоге» Галилея, вызвавшем процесс 1633 г., долгую реакцию во всем католическом мире и множество других исторических событий). И не более удивительно, чем эффект опытов, описанных в «Математических началах натуральной философии» Ньютона, от которых идут линии исторической связи к Великой французской революции и к английской промышленной революции. И не более удивителен, чем эффект абстрактных и туманных периодов Гегеля, в которых Герцен увидел «алгебру революции», что целиком подтвердилось во второй половине XIX в. и затем в нашем Столетии.

Мы вскоре вернемся к этим удивительным связям и эффектам, а пока продолжим краткое изложение общей теории относительности. Эйнштейн заметил различие между силами инерции и силами тяготения, состоящее в том, что силы тяготения, вообще говоря, неоднородны. Но эту неоднородность можно устранить. Не будем сейчас рассматривать, как это сделал Эйнштейн, укажем только на результат его усилий. Эйнштейн рассматривает тяготение как изменение геометрических свойств пространства. В отсутствие гравитационных полей эти свойства соответствуют эвклидовой геометрии: две параллельные линии сохраняют между собой одно и то же расстояние, сумма углов треугольника равна двум прямым углам, два перпендикуляра к одной и той же прямой параллельны, они не расходятся и не встречаются, как бы далеко мы их ни продолжили. Подчинение физических процессов такой геометрии состоит в том, что тела предоставленные самим себе, описывают траектории, соответствующие эвклидовым соотношениям: мировые линии тел — прямые мировые линии; эти линии образуют эвклидовы треугольники (сумма их углов равна двум прямым углам), и вообще эти линии существенно не отличаются от линий, описываемых геометрией Эвклида. Закон инерции можно выразить так: мировые линии тел, предоставленных самим себе (иначе говоря, поведение тел, зависящее не от их взаимодействия, а от свойств пространства), подчиняются геометрии Эвклида; геометрия мира — эвклидова геометрия (поскольку для времени применяются особые единицы, эта геометрия называется псевдоэвклидовой).