1300
ственно зависит от количества таких фотонов, уже имеющихся вблизи атома". Выдающимся достижением Э. явилось создание физической теории пространства, времени и гравитации - теории относительности. (Вплоть до конца 19 в. было принято считать, что объекты материального мира состоят из материальных точек, которые взаимодействуют между собой. Под воздействием приложенных сил материальные точки находятся в непрекращающемся движении, к которому сводятся все наблюдаемые явления. Такую концепцию мира Э. считал тесно связанной с наивным реализмом, сторонники которого полагали, по его мнению, что объекты внешнего мира даются человеку непосредственно чувственным восприятием. Однако введение материальных точек означало шаг к более "изощренному реализму", потому что введение подобных атомистических элементов не основано на непосредственных наблюдениях.) Господствовавшие до Э. ньютонианские представления конца 17 в. реально не противоречили фактам действительности до тех пор, пока исследователи в физических науках не приступили к изучению объектов, движущихся со скоростями V, для которых невозможно пренебречь величинами порядка (V/С)2, где С - скорость света. Результаты экспериментов, противоречившие теориям классической физики (например, опыт Майкельсона измерения скорости света и др.), Э. объяснил на основании общих свойств пространства и времени, показав при этом, что одним из следствий этих свойств является изменение протяженностей материальных объектов и промежутков времени при изменениях состояния движения материальных объектов. Таким образом, следующий шаг в процессе изменения физической картины мира был и сделан самим Э. в специальной теории относительности (далее - СТО). Э. показал, что для согласования теоретических представлений с опытом следует отказаться от понятий абсолютного пространства (эфира) и времени, и ввел понятие относительного характера длины, интервала времени и одновременности. В основу СТО легли два постулата: принцип относительности и принцип постоянства скорости света. Принцип относительности состоит в том, что все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, т.е. в системах, движущихся с постоянной скоростью. Этот принцип имел экспериментальное обоснование, состоявшее в отрицательном результате опыта Майкельсона, в котором он пытался обнаружить движение Земли относительно абсолютного пространства (эфира). Принцип постоянства скорости света был введен Э. без экспериментального обоснования. Э. показал, что для согласования этих двух постулатов следует отказаться от идеи о абсолютном характере одновременности, длин и промежутков времени, которые, как оказалось, зависят от состояния системы отсче
та. Таким образом, понятие эфира и абсолютного пространства стали ненужными. В рамках СТО время потеряло свой абсолютный характер и стало рассматриваться как параметр, алгебраически подобный пространственным координатам. В физику было введено понятие о четырехмерном пространстве-времени. Пуанкаре в статье "О динамике электрона" (1905, опубликовано в 1906) независимо от Э. вывел и развил математические следствия концепции ковариантности (сохранения формы) законов при преобразованиях от одной инерциальной системы отсчета к другой (постулата относительности), поэтому СТО также называют теорией относительности Э. Пуанкаре. Предметом СТО, согласно работе Э. "К электродинамике движущихся тел", являются пространственно-временные соотношения при равномерных и прямолинейных (т.е. инерциальных) движениях систем отсчета. В СТО Э. открыл новые законы движения, сводимые к законам Ньютона только в случаях возможности пренебрежения величинами порядка (V/С)2. Там же была дана и теория оптических явлений в движущихся материальных объектах. В дополнении к СТО также была показана пропорциональность массы материального объекта заключающейся в нем энергии (широко известное соотношение E = МхС2, где E энергия, М - масса). В своей книге "Сущность теории относительности" Э. писал: "Мы останемся верными принципу относительности в его наиболее широком смысле, если придадим такую форму законам природы, что они окажутся применимыми в любой четырехмерной системе координат". Основное положение СТО постулирует полную равноправность всех инерциальных систем отсчета, что отвергает существование абсолютного Пространства и абсолютного Времени, концептуализированного в теории Ньютона. Абсолютный смысл имеют только некоторое сочетания неразрывно связанных Пространства и Времени. Математическим выражением этого принципа относительности является ковариантность законов природы. СТО утверждает, что все физические закономерности, имеющие объективное значение, сохраняют свое значение при переходе к любой системе отсчета (в том числе и инерциальной), "если в формулировке этих законов правильно учтены свойства Пространства и Времени". В СТО ковариантность законов Пространства и Времени рассматривается как отражение их объективного свойства однородности. После СТО Э. начал исследования общих пространственно-временных отношений (в случаях несводимости изменения системы отсчета к переходу из одного инерциального движения в другое и к распространению на этот случай принципов ковариантности законов природы). Э. открыл полную эквивалентность между переходом из инерциальной системы в систему, движущуюся прямолинейно, но неравномерно, с одной стороны,
1301
и появлением нового поля гравитирования, - с другой. Поэтому проблема ковариантности оказалась полностью включена в проблему гравитации и наоборот. К 1916 Э. создал общую теорию относительности (далее - ОТО), которая была фундирована на интеграции принципов эквивалентности и относительности как релятивистская теория гравитации, где выделена неоднородность пространства-времени. Э. доказал, что в присутствии материальных объектов, создающих поле гравитации, метрика (как количественные меры пространства и времени) становится иной, чем в отсутствие таких объектов (например, время замедляется, сумма углов треугольника больше двух прямых и пр.). Переход к другой системе отсчета (движущейся, например, прямолинейно и неравномерно, т.е. неинерциально), эквивалентный введению нового поля гравитирования, соответственно изменяет метрику пространств. Лобачевский еще в первой половине 19 в. показал, что метрика реального пространства может обладать такими отклонениями от обычно принимающейся метрики Евклида (с попытками экспериментального поиска таких отклонений). В ОТО Э. нашел (физическую) причину такого отклонения, дал его математическое выражение и показал, что такие отклонения в метрике реального Пространства невозможно отрывать от соответствующих трансформаций Времени. Теория Э. о пространстве, времени и гравитации показала их неразрывную взаимосвязь, причем в ОТО не всякое гравитирование возможно полностью свести к эффектам стандартной кинематики. Уравнения гравитационного поля в ОТО дефинируют и метрику пространства-времени, и законы движения материальных объектов, являющихся полевыми источниками. Но отклонение метрики пространства от евклидовой и законов движения от законов Ньютона проявляется лишь в сильных гравитационных полях больших масс тел. Поэтому ОТО стала основой исследований проблем космологии, а СТО и квантовая теория - основой исследований структур атома, его ядра и элементарных частиц. Изменение представлений о пространстве, времени, гравитации и их взаимосвязях означало отход от теории Ньютона, предполагавшей независимое существование Пространства и Времени, в отрыве от Материи. Э. писал: "согласно ньютоновской системе, физическая реальность характеризуется понятиями пространства, времени, материальной точки и силы (взаимодействия материальных точек)... После Максвелла физическая реальность мыслилась в виде непрерывных, неподдающихся механическому объяснению полей, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных. Это изменение понятия реальности является наиболее глубоким и плодотворным из тех, которые испытывала физика со времен Ньютона... Нарисованной мною картине чисто фиктивного
характера основных представлений научной теории не придавалось особого значения в 18 и 19 вв. Но сейчас она приобретает все большее значение по мере того, как увеличивается в нашем мышлении расстояние между фундаментальными понятиями и законами, с одной стороны, и выводами, к которым они приводят в отношении нашего опыта, с другой стороны, по мере того, как упрощается логическая структура, уменьшается число логически независимых концептуальных элементов, необходимых для поддержания структуры". (По мнению Э., основной постулат ОТО, согласно которому общие законы природы должны быть выражены через уравнения, справедливые во всех координатных системах, отнимает у пространства и времени последний остаток физической предметности, и означает, что введение координатной системы служит только для более простого описания совокупности совпадений. Общая теории относительности была подтверждена опытным путем посредством объяснения ряда наблюдаемых явлений: аномального поведения орбиты планеты Меркурий, отклонения лучей света в поле тяготения Солнца и смещения спектральных линий атомов в поле тяготения.) В книге "Эволюция физики" Э., фактически принимая точку зрения Канта, писал: "Физические понятия суть свободные творения человеческого разума, а не определены однозначно внешним миром... В нашем стремлении познать реальность мы отчасти подобны человеку, который хочет понять механизм закрытых часов. Он видит циферблат и движущиеся стрелки... слышит тиканье, но не имеет средств открыть их корпус. ... он может нарисовать себе некую картину механизма, которая бы отвечала всему, что он наблюдает, но он никогда не может быть уверен в том, что его картина единственная, которая могла бы объяснить его наблюдения. Он никогда не будет в состоянии сравнить свою картину с реальным механизмом, и он не может даже представить себе возможность или смысл такого сравнения". М.Клайн полагал, что "мы в состоянии оценить, сколь велика та часть нашей физической науки, которая была математизирована в форме геометрии... Э. подхватил их /Лобачевского, Бойяи и Римана - В.Т., C.C.I идеи, превратив наш физический мир в четырехмерный математический. Гравитация, время и материя наряду с пространством стали компонентами геометрической структуры четырехмерного пространства-времени. Так, уверенность древних греков в том, что реальный мир удобнее и понятнее всего выражать через его геометрические свойства и проникнутое духом Возрождения учение Декарта о том, что феномены материи и движения легко объяснить через геометрию пространства, получили убедительнейшее подтверждение". В исследованиях Э. всегда значительное место занимали общефилософские проблемы естествознания: "Почему возможно