Методические материалы, статьи

Относительность за пределами теории относительности

Понятия относительного и абсолютного связаны не только во всемогущей диалектике, но и в физике. Яркий пример такой связи дает (Частная) теория относительности.

Фоку все это было абсолютно ясно уже в 1922 году, когда он в докладе на философском кружке подчеркнул то абсолютное, что открыла теория относительности.

В теории относительности картина явления зависит от движения наблюдателя, в сущности, так же, как форма тени, которую отбрасывает предмет, зависит от положения источника света и экрана.

Чтобы задать условия наблюдения в теории относительности, надо указать положение «экрана». На геометрическом языке — зафиксировать три координатных вектора, исходящих из одной точки — начала системы отсчета. А на языке физики это означает «задать инерциальную систему отсчета».

Сколько людей, столько и мнений, гласит ходячая мудрость. Ее научный вариант: сколько систем отсчета, столько и относительных картин происходящего. Однако в теории относительности эти картины связаны гораздо более абсолютным образом, чем просто мнения людей. Подобно тому, как в школьном курсе черчения по двум проекциям предмета восстанавливают третью — не видя самого предмета, так в теории относительности, зная одну «проекцию» явления, можно восстановить другую.

Квантовая физика гораздо острее поставила проблему согласования разных способов наблюдения микроскопических явлений. Больше всего говорили о корпускулярно-волновом дуализме. Что же все-таки электрон — волна или частица? С позиции классической физики это две принципиально разные картины — «две большие разницы».

Решение проблемы дуализма — а фактически, плюрализма — Нильс Бор нашел в Принципе дополнительности: различные способы наблюдения дают хотя и не сводимые друг к другу, но равно правильные, дополняющие друг друга описания. В такой форме принцип дополнительности скорее похож на договор о мирном сосуществовании принципиально разных описаний, чем на выявление новой части абсолютного знания.

Фок предложил свою философскую интерпретацию проблемы наблюдателя и объекта наблюдений в квантовой физике — принцип относительности к средствам наблюдения. При этом он обобщил ситуацию теории относительности: понятие инерциальной системы отсчета обобщил до экспериментальной установки, в которой наблюдается физическое явление. Тем самым Фок выявил родство новой части освоенной «абсолютной истины» со старыми, при всем ее принципиально новом характере.

Подчеркнем здесь, что важность подобных философских интерпретаций естественнонаучного знания сама по себе относительна. Они важны только для тех физиков, угол зрения которых включает в себя и философский взгляд. Для иных более подходящий термин — «интерТРЕПация».

Но даже если физик и может себе позволить столь ограниченный угол зрения, то для историка, желающего понять физиков, это непозволительно.

Чтобы научиться извлекать уроки из истории физики, историку полезно учиться у самой физики ХХ века.

В 1971 году в небольшой статье «Принцип относительности к средствам наблюдения в современной физике», подытоживая опыт теории относительности и квантовой механики, опыт обращения с неабсолютными истинами, Фок высказал такую мысль: «Как показывает история развития науки, общие принципы, установленные для одной области знания, могут оказаться применимыми и в другой области. Думается, что таким общим характером обладает и принцип относительности к средствам наблюдения. В этом его философское значение».

Поверим в философскую проницательность Фока, чтобы применить его принцип «в другой области» — в истории науки. Применим его к ситуации, в которой оказался сам Фок в его «беспросветной» дискуссии с коллегами по поводу теории гравитации.

Истории науки известны и другие дискуссии, в которых с обеих сторон участвовали специалисты высшего уровня, но им так и не удавалось прийти к удовлетворяющему всех согласию. Самые знаменитые примеры — дискуссия Ньютона-Лейбница об абсолютной/относительной природе пространства и дискуссия Эйнштейна-Бора о природе вероятностного языка квантовой физики.

Противостоящие участники дискуссий, пользуясь каждый своими «средствами наблюдения», сидя каждый в своей «системе отсчета», видели разные картины.

Не будем говорить, насколько велика была общая часть их картин, по поводу которой они соглашались, и насколько полезно для развития науки было обсуждение различий в этих картинах. Сосредоточим внимание на самом различии научных картин мира у выдающихся деятелей науки, а лучше сказать — делателей науки.

Относительность к средствам наблюдения в истории науки
Установить «систему отсчета», «средства наблюдения» выдающегося ученого в истории науки сложнее, чем в Частной теории относительности или даже в квантовой механике.

И все же понять научную биографию можно, только установив «направляющие векторы» мировосприятия ученого, векторы, связанные воедино не безличной точкой начала координат, а его уникальной личностью.

Если в двух словах охарактеризовать особенность фоковской системы отсчета, то это — математичность и трезвомыслие. Ему совершенно не был свойствен романтизм, отличавший выдающихся математиков, неравнодушных к физике. Такой математико-физический романтизм предполагает, что природа подчинена физике, но физика подчинена математике.

Фок редким образом сочетал в себе подходы математика и физика-экспериментатора. Для него математика самоценна независимо от физики, но она также инструмент и материал для построения физических теорий. Любая физическая теория дает лишь приближенное описание эмпирической реальности, но «правильная математическая постановка физической задачи всегда должна обеспечивать единственность решения».

Если не учитывать системы отсчета Фока, то комичной выглядит его критика промежуточных рассуждений Эйнштейна, приведших к теории гравитации. При этом Фок напоминает признание Эйнштейна в своей недостаточно сильной математической интуиции. Эйнштейн, как известно, говорил о математике, что это лучший способ водить самого себя за нос.

Фок мог бы к этому добавить: «Если математику знаешь недостаточно хорошо».

Действительно, Эйнштейн, гениально угадав в римановой геометрии язык релятивистской теории гравитации, овладевал римановой геометрией только в процессе создания новой физической теории.

Фок располагал «средствами наблюдения», чтобы оценить гениальность результата, полученного Эйнштейном, но он видел и то, что пришел к этому результату Эйнштейн, пользуясь «неправильными» понятиями и соображениями.

Пройти мысленно по этому неправильному пути было для Фока выше его математических сил. Ему было совершенно ясно, что никакой большей относительности, чем имеется в ЧТО, быть просто не может. Ему было ясно, что принцип эквивалентности внутри ОТО невозможно даже сформулировать, потому что для произвольно искривленного пространства-времени нет понятия равномерно ускоренной системы отсчета, а гравитационное поле, описываемое кривизной геометрии, невозможно устранить, не «устраняя» саму геометрию. Поэтому Фок недоумевал: если математические структуры теории вполне определены, для чего нужны логически уязвимые, не имеющие точного математического смысла словесные построения, какими бы ни были их исторические заслуги?

А физик, скорее, вспомнил бы слова Эйнштейна: «Если не согрешить против логики, то вообще нельзя ни к чему прийти. Иначе говоря, нельзя построить ни дом, ни мост, не используя при этом леса, которые не являются частью всей конструкции».

Конечно, когда дом построен, можно убрать леса и забыть о них. Но что делать, если строитель за годы напряженного труда привык осматривать свое здание со своих строительных лесов? И к тому же питает надежду воспользоваться этими лесами для следующего — квантово-релятивистского — этапа строительства? В таком случае широкая мраморная лестница или даже лифт внутри уже построенного здания не столь уж и привлекательны.

Фок не верил в пригодность бывших в употреблении лесов для построения квантово-релятивистской теории. И это были не его леса. Он слишком ясно видел непрочность материала, из которого они были сделаны. Но это нисколько не мешало ему любоваться эйнштейновским зданием и обживать его: «То обстоятельство, что изумительная по своей глубине, изяществу и убедительности теория тяготения не была правильно понята ее автором, не должно нас удивлять. Не должны нас также удивлять логические пробелы или даже ошибки, допущенные Эйнштейном при выводе основных уравнений теории. Мы имеем в истории физики много примеров, когда подлинный смысл принципиально новой физической теории был осознан не ее автором, а кем-нибудь другим, и когда предложенный автором вывод основных уравнений теории оказывался логически несостоятельным. Достаточно указать на теорию электромагнитного поля Максвелла. Эта теория фактически покончила с представлением о механике как основе физики, между тем как ее автор, а также Герц, так много сделавший для ее проверки, целиком придерживались механического представления [об эфире]».

Система отсчета мешала не только Эйнштейну. В своей системе отсчета Фок пришел к двум представлениям, которые не выдержали испытания временем: привилегированность так называемых гармонических координат и сверхскептическое отношение к космологии. Эти представления взаимосвязаны, и за ними можно усмотреть «математическое трезвомыслие» Фока и его собственный научный опыт. Но думать так он мог лишь до шестидесятых годов, когда космология начала новую насыщенную жизнь, все более переплетавшуюся с жизнью физики.

Теории относительности двадцатишестилетнего Эйнштейна можно назвать триумфом позитивизма. А то, что это лишь одна из «крайностей», он понял при построении теории гравитации и еще более при попытках ее обобщения.

Он же, семидесятитрехлетний, обобщая свой жизненный и научный опыт, с иронией помянул «позитивистов и профессиональных атеистов, гордящихся тем, что им не только удалось «обезбожить» этот мир, но и «обесчудесить» его».

Чудом или вечной загадкой Эйнштейн считал познаваемость мира: «Априори следовало бы ожидать хаотического мира, который никак умом не охватишь. Можно (или должно) было бы ожидать, что мир лишь в той мере подчинен закону, в какой мы упорядочиваем его своим разумом. Упорядочиваем подобно алфавитному порядку слов языка. Совсем иной порядок создан, например, ньютоновской теорией гравитации. Хотя аксиомы этой теории и придуманы человеком, успех самого этого предприятия предполагает высокую упорядоченность объективного мира, ожидать которую априори нет оснований. В этом и состоит «чудо», которое только усиливается по мере расширения наших знаний».

Слово «чудо» не из словаря Фока. Ему было бы гораздо легче назвать чудом великий ум Эйнштейна, чем познаваемость мира. Диалектический материализм, подняв понятие общественно-исторической практики на философский уровень, дает общее объяснение — «разоблачение» — этого чуда. Познаваемость мира сделала возможным саму эволюцию человека, для которого «орган познания» стал более мощным инструментом выживания, чем любые зубы и когти.

Загвоздка, однако, в том, что подобный общий ответ способен удовлетворить не каждого. А почему мир был «создан» познаваемым — задолго до того, как в нем появился человек? Или, в кошмарной формулировке самого Эйнштейна: «Был ли у Бога при сотворении мира какой-нибудь выбор?»

Другая сторона той же загвоздки состоит в том, что далеко не для каждого — и уж во всяком случае, не для Фока — указанный вопрос имеет смысл. Этот вопрос не имеет для них смысла, даже если его сформулировать в более скромной форме, например: почему математика так непостижимо эффективна в естествознании? Почему математические конструкции, придуманные без какой-либо естественнонаучной надобности, оказываются так идеально пригодны для описания природы? Как, например, неевклидова геометрия, которая пригодилась физике спустя почти столетие после своего изобретения.

Итак, на конкретном примере мы видим, насколько по-разному могут воспринимать научную картину мира те, кто непосредственно участвовал в ее создании. Различия касаются, в сущности, не самой картины, а, можно сказать, рамы, в которую картина заключена, или даже стены, на которой картина «висит». Для наглядных размышлений о психологической природе этих различий годится образ зрителя в картинной галерее. Стоящий очень близко к картине видит тонкости живописи в каком-то одном месте, но может забыть о существовании рамы и думать, что никакая стена вообще не нужна. Стоящий далеко увидит, что картина занимает лишь небольшую часть стены. И с другой стороны — действительно, с другой стороны — смотрящий на картину «в профиль» увидит только одну сторону рамы.

Разные точки зрения, разные системы отсчета, разные средства наблюдения.

Читатель этой статьи может уже ехидно подумать, не слишком ли умен ее автор, претендующий на то, что понимает причину взаимо-не-понимания выдающихся ученых. А что же они сами? Что им мешало понять причину «безрезультатности» своих дискуссий?

На это историк науки смиренно отвечает, что обсуждать различия исследовательских «систем отсчета» своих героев не значит смотреть свысока на всех них. Ведь главное занятие исследователя — не поиски взаимопонимания с коллегами, а добывание новых кусочков «абсолютной истины». Для физико-математического творчества необходимо крепко стоять на ногах в своей собственной системе отсчета и быть уверенным в ее надежности.

Беря урок у принципа дополнительности, историк может предположить, что его способность переходить от одной системы отсчета к другой находится в дополнительном соотношении со способностью добывать новое научное знание. Или, перефразируя известный афоризм: «Те, кто могут делать открытия, делают их, а кто не может, размышляют о том, как открытия делаются».

По разному «ограниченные» своими системами отсчета участники высоконаучных, хоть внешне и «бесплодных» споров — Ньютон и Лейбниц, Эйнштейн и Бор, Фок и его оппоненты, — вошли в историю науки своими бесспорными достижениями. Отсюда следует не столь уж оригинальный общий вывод о благотворности для развития науки разнообразия систем отсчета, реально сосуществующих в научном сообществе, взаимодействующих, хоть в чем-то и не совместимых.

Вывод этот можно подкрепить уроком, взятым у эйнштейновской теории гравитации, согласно которой для описания искривленного пространства-времени в целом может не хватить одной системы отсчета. Есть и простая географическая аналогия: невозможно одной «правильной» картой охватить поверхность земного шара. Здесь простейшая расшифровка «правильности» — чтобы точки, близкие на земном глобусе, оставались близкими и на карте.

Новые кусочки «абсолютной истины» видны по-разному (или вовсе невидимы) в разных исследовательских системах отсчета, в разных исследовательских картах.

Квантово-релятивистский урок истории
Принципиальные разногласия встречаются не только в истории науки, но ее опыт особенно поучителен. В науке предмет расхождений наиболее удален от «уровня земли», наименее затрагивает людские страсти, отличается наибольшей рациональностью и объективностью, достижимой в людских делах. Зная, что и в этой сфере бывают неустранимые расхождения, с более легким сердцем и с большим пониманием относишься к расхождениям в сферах менее рациональных. Понимаешь, что дело не сводится к выяснению, кто На Самом Деле Прав. Разные средства наблюдения, стоящие за разногласием, могут и ослаблять, и обострять зрение в каких-то отношениях.

Показательный пример «неподдающегося» многовекового разногласия дает религиозное многообразие человечества. Не так давно вся эта сфера считалась не просто вненаучной, но и антинаучной. Сейчас нравы смягчились, и взаимоотношение науки и религии вновь привлекает внимание. Посмотрим на эту сферу в свете принципа относительности к средствам наблюдения и в свете уроков истории науки.

В 1989 году свободомыслящий верующий физик А. Д. Сахаров, ссылаясь на эйнштейновскую параллель «Бог — природа», высказал такой прогноз: «В период Возрождения, в ХVIII, в ХIХ веках казалось, что религиозное мышление и научное мышление противопоставляются друг другу, как бы взаимно друг друга исключают. Это противопоставление было исторически оправданным, оно отражало определенный период развития общества. Но я думаю, что оно все-таки имеет какое-то глубокое синтетическое разрешение на следующем этапе развития человеческого сознания».

Для свободомыслящего физика-атеиста В. Л. Гинзбурга вопиющее препятствие к подобному синтезу — «наблюдающееся многообразие верований и направлений даже в пределах одной и той же религии».

Вряд ли надо пояснять различие науки и религии по их «областям определения» и «областям значения». Важнее то, что другой физик-атеист, Е.Л. Фейнберг, ясно осмыслил один общий фундаментально-методологический элемент этих столь разных сфер — важнейшая роль интуитивных суждений, рационально не доказуемых в принципе.

И еще, быть может, важнее, что все три эти свободомыслящих физика выросли в одной научной семье, в одном научном доме — в Теоретическом отделе Физического института Академии наук СССР. Так что мы наблюдаем многообразие интуитивных представлений о религии даже в пределах одной и той же научно-культурной традиции.

Реально-историческое многообразие религиозных систем отсчета возникло естественным путем, некоторые из них — много веков назад. Системы, ныне признанные, когда-то были ересями, имевшими горстку сторонников. И если эти религии выжили и развились, то, значит, «это кому-то нужно», значит, эти системы отсчета помогают жить тем, кто их избрал своими.

Можно ли выработать наилучшую систему отсчета? Или объединить их экуменически в некую универсально обобщенную?

Опыт истории квантово-релятивистской физики побуждает относиться скептически к обоим стремлениям. Какое представление квантовой механики предпочтительнее — корпускулярное или волновое, координатное или импульсное? Какой одной универсальной системой координат покрыть сферическое пространство-время?

Сахаров в своей реальной правозащитной деятельности имел дело с подавлением религиозных систем отсчета, но он заметил: «Если бы я жил в клерикальном государстве, я, наверное, выступал бы в защиту атеизма и преследуемых иноверцев и еретиков!»

История науки помогает в такой правозащите видеть не просто претворение в жизнь абстрактно-либеральной заповеди о свободе совести, а бережное отношение к естественному многообразию жизненных систем отсчета. И в свободном открытом общении многообразных «наблюдателей» помогает видеть залог жизнестойкости и плодотворного развития человечества в целом.

Подобная мысль, безо всякого историко-научного обоснования, высказывалась уже не раз. Из уст Эйнштейна она прозвучала в 1921 году: «Разные народы не желают слияния: каждый хочет идти своим путем. Удовлетворительное решение может быть достигнуто, только если они будут относиться друг к другу с терпимостью и уважением».

Сейчас уже вряд кто может думать, что многообразие само по себе — причина злокачественных конфликтов. За религиозными по форме войнами научились видеть материально-политические интересы. И, как выяснилось в ХХ веке, насильно внедряемое единообразие оборачивается не меньшей кровью.

С другой стороны, советский опыт государственного единообразия дал и яркие примеры содружества различающихся индивидуальных систем отсчета.

Кратчайшим конспектом советского единообразия может быть надпись, придуманная в 1952 году Эйнштейном для Института марксизма-энгельсизма: «В стране искателей истины нет человеческих авторитетов. Над тем, кто здесь попытается изображать начальство, посмеются боги».

Под всесоюзный смех богов русские поэты Семен Липкин и Инна Лиснянская связали свои жизни, сохраняя свои разные религиозные системы отсчета — иудаизм и православие.

Сводила советских людей не только любовь друг к другу, но и любовь к поиску истины. В 1950 году, в эпицентре советской ядерной науки, известном под именем Арзамас-16, на тайном религиозно-философском семинаре сходились православный Н. Н. Боголюбов и иудей М. М. Агрест.

И, ближе к предмету статьи, в том же самом 1952 году, когда принципиальный философский оппортунист Эйнштейн придумал свой непочтительный к марксистскому начальству лозунг, диалектический материалист Фок фактически положил конец карьере одного большого философского начальника. На статью этого начальника «Против реакционного эйнштейнианства в физике» Фок ответил статьей «Против невежественной критики современных физических теорий».

Это все к тому, что многообразие систем отсчета — средств наблюдения — не препятствует соединению их в целом. Об этом, собственно, и говорит принцип относительности к средствам наблюдения, высказанный Фоком тридцать лет назад в «Вестнике Академии наук СССР».

А что же философская загадка в начале этой статьи? Если читатель не считает, что она разгадана, автору остается успокоить себя предположением об ограниченности его (автора или читателя) системы отсчета.

Труднее быть с тем, как отнесся бы главный герой этой статьи к тому, что его сдержанно высказанный принцип так сильно экстраполирован («до черт знает каких пределов», как сказал бы Коровьев-Фагот).

Надеяться можно только на то, что понятие «человечество в целом» Владимир Александрович Фок счел бы не столь безбожной спекуляцией, как «Вселенная в целом».

Геннадий Горелик



См. также:
Как определить надежность интернет-казино
Популярность онлайн-казино в России
Сравнение онлайн и офлайн-казино
ПРОЕКТ
осуществляется
при поддержке

Окружной ресурсный центр информационных технологий (ОРЦИТ) СЗОУО г. Москвы Академия повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования (АПКиППРО) АСКОН - разработчик САПР КОМПАС-3D. Группа компаний. Коломенский государственный педагогический институт (КГПИ) Информационные технологии в образовании. Международная конференция-выставка Издательский дом "СОЛОН-Пресс" Отраслевой фонд алгоритмов и программ ФГНУ "Государственный координационный центр информационных технологий" Еженедельник Издательского дома "1 сентября"  "Информатика" Московский  институт открытого образования (МИОО) Московский городской педагогический университет (МГПУ)
ГЛАВНАЯ
Участие вовсех направлениях олимпиады бесплатное

Номинант Примии Рунета 2007

Всероссийский Интернет-педсовет - 2005