Философское значение теории относительности. Привет студент

Р Е Ф Е Р А Т

Философские аспекты теории относительности

Эйнштейна

Горинов Д.А.

Пермь 1998г.
Введение.

В конце XIX начале XX веков был сделан ряд крупнейших открытий, с которых началась революция в физике. Она привела к пересмотру практически всех классических теорий в физике. Возможно, одной из самых крупных по значимости и сыгравших наиболее важную роль в становлении современной физики наряду с квантовой теорией была теория относительности А.Эйнштейна.

Создание теории относительности позволило пересмотреть традиционные взгляды и представления о материальном мире. Такой пересмотр существовавших взглядов был необходим, так как в физике накопилось много проблем, которые не могли быть решены с помощью существовавших теорий.

Одной из таких проблем был вопрос о предельности скорости распространения света, которая с точки зрения господствовавшего тогда принципа относительности Галилея, основывавшегося на преобразованиях Галилея, исключалась. Наряду с этим существовало множество экспериментальных фактов в пользу представлений о постоянстве и предельности скорости света (универсальной постоянной). Примером здесь может служить осуществленный в 1887 г. опыт Майкельсона и Морли показавший, что скорость света в вакууме не зависит от движения источников света и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. А также наблюдения датского астронома Оле Ремера, определившего еще в 1675г. по запаздыванию затмений спутников Юпитера конечную величину скорости света.

Другая значимая проблема, возникшая в физике, была связана с представлениями о пространстве и времени. Существовавшие в физике представления о них основывались на законах классической механики, поскольку в физике господствовал взгляд, согласно которому всякое явление имеет, в конечном счете, механистическую природу, так как принцип относительности Галилея представлялся всеобщим, относящимся к любым законам, а не только к законам механики. Из принципа Галилея, основывавшегося на преобразованиях Галилея, следовало, что пространство не зависит от времени и наоборот время от пространства.

Пространство и время мыслились как заданные и независимые друг от друга формы, в них укладывались все делавшиеся в физике открытия. Но такое соответствие положений физики концепции пространства и времени существовало лишь до тех пор, пока не были сформулированы законы электродинамики, выраженные в уравнениях Максвелла, так как выяснилось, что уравнения Максвелла не инвариантны относительно преобразований Галилея.

Незадолго до создания теории относительности, Лоренцем были найдены преобразования, при которых уравнения Максвелла оставались инвариантными. В этих преобразованиях, в отличие от преобразований Галилея, время в различных системах отсчета не было одинаковым, но самым главным было то, что из этих преобразований уже не следовало, что пространство и время независимы друг от друга, так как при преобразовании координат участвовало время, а при преобразовании времени - координаты. И как следствие этого встал вопрос - как поступить? Существовало два решения, первое - считать, что электродинамика Максвелла ошибочна, или второе - предположить, что классическая механика с ее преобразованиями и принципом относительности Галилея является приближенной и не может описать всех физических явлений.

Таким образом, на этом этапе в физике проявились противоречия между классическим принципом относительности и положением об универсальной постоянной, а также между классической механикой и электродинамикой. Было много попыток дать другие формулировки законам электродинамики, но они не увенчались успехом. Все это сыграло роль предпосылок к созданию теории относительности.

Работы Эйнштейна наряду с громадным значением в физике имеют, также, большое философское значение. Очевидность этого следует из того, что теория относительности связана с такими понятиями как материя, пространство, время и движение, а они являются одними из фундаментальных философских понятий. Диалектический материализм нашел аргументацию своим представлениям о пространстве и времени в теории Эйнштейна. В диалектическом материализме дается общее определение пространства и времени как форм бытия материи, а следовательно, они неразрывно связаны с материей, неотрывны от нее. «С позиций научного материализма, который основывается на данных частных наук, пространство и время - не самостоятельные независимые от материи реальности, а внутренние формы ее бытия» . Такую неразрывную связь пространства и времени с движущейся материей с успехом показала теория относительности Эйнштейна.

Были также попытки использовать теорию относительности идеалистами в качестве доказательства своей правоты. Так, например, американский физик и философ Ф. Франк говорил, что физика ХХ века, особенно теория относительности и квантовая механика остановили движение философской мысли к материализму, основанное на господстве механической картины мира в прошлом веке. Франк говорил, что «в теории относительности, закон сохранения материи больше не имеет силы; материя может превращаться в нематериальные сущности, в энергию» .

Однако все идеалистические трактовки теории относительности основываются на искаженных выводах. Примером этому может служить то, что иногда идеалисты подменяют философское содержание понятий "абсолютное" и "относительное" физическим. Они утверждают, что поскольку координаты частицы и ее скорость всегда останутся сугубо относительными величинами (в физическом смысле), т. е. они никогда не превратятся даже приближенно в абсолютные величины и поэтому, якобы, никогда не смогут отражать абсолютную истину (в философском смысле). В действительности же координаты и скорость, не смотря на то, что не обладают абсолютным характером (в физическом смысле), являются приближением к абсолютной истине.

Теория относительности устанавливает относительный характер пространства и времени (в физическом смысле), а идеалисты толкуют это как отрицание ею объективного характера пространства и времени. Относительный характер одновременности и последовательности двух событий вытекающий из относительности времени, идеалисты пытаются использовать для отрицания необходимого характера причинной связи. В диалектико-материалистическом понимании и классические представления о пространстве и времени и представления о теории относительности есть относительные истины, включающие в себя лишь элементы абсолютной истины.

До середины XIX века понятие материи в физике было тождественно понятию вещества. До этого времени физика знала материю только как вещество, которое могло иметь три состояния. Такое представление о материи имело место из-за того, что «объектами изучения классической физики являлись лишь движущиеся материальные тела в виде вещества, кроме вещества естествознание не знало других видов и состояний материи (электромагнитные процессы относили или к вещественной материи, или к ее свойствам)» . По этой причине механические свойства вещества были признаны универсальными свойствами мира в целом. Об этом упоминал в своих работах Эйнштейн, писав, что «для физика начала девятнадцатого столетия, реальность нашего внешнего мира состояла из частиц, между которыми действуют простые силы, зависящие только от расстояния» .

Представления о материи начали меняться лишь с появлением нового понятия, введенного английским физиком М. Фарадеем - поля. Фарадей, открыв в 1831 г. электромагнитную индукцию и обнаружив связь между электричеством и магнетизмом, стал основоположником учения об электромагнитном поле и тем самым дал толчок к эволюции представлений об электромагнитных явлениях, а значит и к эволюции понятия материи. Фарадей впервые ввел такие понятия как электрическое и магнитное поле, высказал идею существования электромагнитных волн и тем самым открыл новую страницу в физике. В дальнейшем Максвелл дополнил и развил идеи Фарадея в результате чего и появилась теория электромагнитного поля.

Определенное время ошибочность отождествления материи с веществом не давала о себе знать, по крайней мере, явно, хотя вещество не охватывало собой всех известных объектов природы, не говоря уже об общественных явлениях. Однако принципиальное значение имело то, что материю, находящуюся в форме поля, было невозможно объяснить с помощью механических образов и представлений, и что эта область природы, к которой относятся электромагнитные поля, все больше начинала проявлять себя.

Открытие электрического и магнитного полей стало одним из фундаментальных открытий физики. Оно сильно повлияло на дальнейшее развитие науки, а также на философские представления о мире. Некоторое время электромагнитные поля не могли научно обосновать, построить вокруг них одну стройную теорию. Учеными было выдвинуто множество гипотез в попытке объяснить природу электромагнитных полей. Так Б. Франклин объяснял электрические явления наличием особой материальной субстанции состоящей из очень мелких частиц. Эйлер пытался объяснить электромагнитные явления посредством эфира, он говорил, что свет по отношению к эфиру то же самое, что звук по отношению к воздуху. В этот период стала популярна корпускулярная теория света, согласно которой световые явления объяснялись испусканием частиц светящимися телами. Были попытки объяснить электрические и магнитные явления существованием неких материальных субстанций соответствующих этим явлениям. «Их относили к различным субстанциальным сферам. Даже в начале XIX в. магнитные и электрические процессы объяснялись наличием соответственно магнитной и электрической жидкостей».

Явления связанные с электричеством магнетизмом и светом были известны давно и ученые, изучая их, пытались объяснить эти явления по раздельности, но с 1820г. такой подход стал невозможен, так как нельзя было игнорировать работы, проведенные Ампером и Эрстедом. В 1820г. Эрстедом и Ампером были сделаны открытия, в результате чего стала явной связь между электричеством и магнетизмом. Ампер обнаружил то, что если через проводник расположенный рядом с магнитом пропустить ток то на этот проводник начинают действовать силы со стороны поля магнита. Эрстед наблюдал другой эффект: влияние электрического тока протекающего по проводнику на магнитную стрелку, находящуюся рядом с проводником. Из этого можно было сделать вывод, что изменение электрического поля сопровождается возникновением магнитного поля. Эйнштейн отмечал особое значение сделанным открытиям: «Изменение электрического поля, произведенное движением заряда, всегда сопровождается магнитным полем - заключение основано на опыте Эрстеда, но оно содержит нечто большее. Оно содержит признание того, что связь электрического поля, изменяющегося со временем, с магнитным полем весьма существенна» .

На базе экспериментальных данных, накопленных Эрстедом, Ампером, Фарадеем и другими учеными, Максвелл создал целостную теорию электромагнетизма. Позднее, проведенные им исследования привели к заключению о том, что свет и электромагнитные волны имеет единую природу. Наряду с этим было обнаружено что электрическое и магнитное поле обладает таким свойством, как энергия. Об этом Эйнштейн писал: «Будучи вначале лишь вспомогательной моделью поле становится все более и более реальным. Приписывание полю энергии является дальнейшим шагом в развитии, в котором понятие поля оказывается все более существенным, а субстанциальные концепции, свойственные механистической точке зрения, все более отходят на второй план». Максвелл также показал, что электромагнитное поле будучи один раз созданным, может существовать самостоятельно, независимо от источника. Однако он не выделил поле в отдельную форму материи, которая была бы отлична от вещества.

Дальнейшее развитие теории электромагнетизма рядом ученых, в том числе Г.А. Лоренцем, поколебало привычную картину мира. Так в электронной теории Лоренца в отличие от электродинамики Максвелла заряд, порождающий электромагнитное поле, представлялся уже не формально, роль носителя заряда и источника поля у Лоренца начали играть электроны. Но на пути выяснения связи электромагнитного поля с веществом возникло новое препятствие. Вещество в соответствии с классическими представлениями мыслилось как дискретное материальное образование, а поле представлялось непрерывной средой. Свойства вещества и поля считались несовместимыми. Первым кто перебросил мост через эту пропасть, разделявшую вещество и поле, был М. Планк. Он пришел к выводу, что процессы испускания и поглощения поля веществом происходят дискретно, квантами с энергией E=h n . В результате этого изменилось представления о поле и веществе и привело к тому что было снято препятствие к признанию поля как формы материи. Эйнштейн пошел дальше, он высказал предположение о том, что электромагнитное излучение не только испускается и поглощается порциями, но распространяется дискретно. Он говорил что свободное излучение это поток квантов. Эйнштейн поставил в соответствие кванту света, по аналогии с веществом, импульс - величина которого выражалась через энергию E/c=h n /c (существование импульса было доказано в опытах проведенных русским ученым П. Н. Лебедевым в опытах по измерению давления света на твердые тела и газы). Здесь Эйнштейн показал совместимость свойств вещества и поля, так как левая часть приведенного выше соотношения отражает корпускулярные свойства, а правая - волновые.

Таким образом, подходя к рубежу XIX столетия, было накоплено множество фактов относительно представлений о поле и веществе. Многие ученые стали считать поле и вещество двумя формами существования материи, исходя из этого, а также ряда других соображений, возникла необходимость соединения механики и электродинамики. «Однако так просто присоединить законы электродинамики к законам движения Ньютона и объявить их единой системой, описывающей механические и электромагнитные явления в любой инерциальной системе отсчета, оказалось невозможным». Невозможность такого объединения двух теорий вытекала из того, что эти теории, как уже говорилось ранее, основаны на разных принципах, это выражалось в том, что законы электродинамики в отличие от законов классической механики являются нековариантными относительно преобразований Галилея.

Для того чтобы построить единую систему, в которую бы входила и механика и электродинамика существовало два наиболее очевидных пути. Первый состоял в том, чтобы изменить уравнения Максвелла, то есть законы электродинамики таким образом, чтобы они стали удовлетворять преобразованиям Галилея. Второй путь был связан с классической механикой и требовал ее пересмотра и в частности введения вместо преобразований Галилея других преобразований, которые обеспечили бы ковариантность как законов механики так и законов электродинамики.

Верным оказался второй путь, по которому и пошел Эйнштейн, создав специальную теорию относительности, которая окончательно утвердила новые представления о материи в своих правах.

В дальнейшем знания о материи были дополнены и расширены, более ярко стала выражена интеграция механических и волновых свойств материи. Это можно показать на примере теории, которая была представлена в 1924 г. Луи де Бройлем в ней де Бройль высказал предположение о том, что не только волны обладают корпускулярными свойствами, но и частицы вещества в свою очередь обладают волновыми свойствами. Так де Бройль поставил в соответствие движущейся частице волновую характеристику - длину волны l = h/p, где p - импульс частицы. Основываясь на этих идеях, Э. Шредингер создал квантовую механику, где движение частицы описывается с помощью волновых уравнений. И эти теории, показавшие наличие волновых свойств у вещества, были подтверждены экспериментально - так например, было обнаружено при прохождении микрочастиц через кристаллическую решетку можно наблюдать такие явления, как раньше считалось, присущие только свету, это дифракция и интерференция.

А также была разработана теория квантового поля, в основе которого лежит понятие о квантовом поле - особый вид материи, оно находится в состоянии частицы так и в состоянии поля. Элементарная частица в этой теории представляется как возбужденное состояние квантового поля. Поле - это тот же особый вид материи, который характерен и для частиц, но только находящийся в невозбужденном состоянии. На практике было показано, если энергия кванта электромагнитного поля превысит собственную энергию электрона и позитрона которая, как мы знаем из теории относительности, равна mc 2 и если такой квант столкнется с ядром, то в результате взаимодействия электромагнитного кванта и ядра возникнет пара электрон - позитрон. Существует также обратный процесс: при столкновении электрона и позитрона происходит аннигиляция - вместо двух частиц появляются два g-кванта. Такие взаимопревращения поля в вещество и назад вещества в поле указывают на существование тесной связи вещественной и полевой формы материи, что и было взято в основу при создании многих теорий, в том числе и в теории относительности.

Как можно видеть, после опубликования в 1905г. специальной теории относительности было сделано много открытий связанных с частными исследованиями материи, но все эти открытия полагались на то общее представление о материи, которое было впервые дано в работах Эйнштейна в виде целостной и непротиворечивой картины.

Пространство и время

Проблема пространства и времени, как и проблема материи, непосредственно связана с физической наукой и философией. В диалектическом материализме дается общее определение пространства и времени как форм бытия материи. «С позиций научного материализма, который основывается на данных частных наук, пространство и время - не самостоятельные независимые от материи реальности, а внутренние формы ее бытия» , а следовательно, они неразрывно связаны с материей, неотрывны от нее. Такое представление о пространстве и времени имеет место и в современной физике, однако в период господства классической механики было не так - пространство было оторвано от материи, не было связано с ней, не являлось ее свойством. Такое положение пространства относительно материи вытекало из учения Ньютона, он писал, что «абсолютное пространство по самой сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное есть его мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которые в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное... Место есть часть пространства, занимаемая телом, и по отношению к пространству бывает или абсолютным, или относительным».

Время представлялось также отдельным от материи и не зависело от каких-либо протекающих явлений. Ньютон разделил время, также как и пространство, на абсолютное и относительное, абсолютное - существовало объективно, это «истинное математическое время, само по себе и самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью». Относительное же время было лишь кажущимся, постигаемым лишь с помощью чувств, субъективным восприятием времени.

Пространство и время считались не зависимыми не только от явлений протекающих в материальном мире, но и друг от друга. Это субстанциальная концепция в этой концепции, как уже говорилось ранее, пространство и время являются самостоятельными по отношению к движущейся материи и не зависят друг от друга, подчиняются лишь собственным закономерностям.

Наряду с субстанциональной концепцией существовала и развивалась другая концепция пространства и времени - реляционная. В основном этой концепции придерживались философы-идеалисты, в материализме такая концепция была скорее исключением, чем правилом. Согласно этой концепции пространство и время не есть что-то самостоятельное, а являются производными от более фундаментальной сущности. Корни реляционной концепции уходят в глубь веков к Платону и Аристотелю. По Платону время было сотворено богом, у Аристотеля эта концепция получила большее развитие. Он колебался между материализмом и идеализмом и поэтому признавал две трактовки времени. Согласно одной из них (идеалистической) время представлялось как результат действия души, другая материалистическая состояла в том, что время представлялось результатом объективного движения, однако основным в его представлениях о времени, было, то что время не являлось самостоятельной субстанцией.

Во время господства в физике представлений о пространстве и времени данных в теории Ньютона в философии превалировала реляционная концепция. Так, Лейбниц на основе своих представлений о материи, более широких, нежели у Ньютона, довольно полно развил ее. Лейбниц представлял материю как духовную субстанцию, однако ценным было то, что в определении материи он не ограничился лишь вещественной ее формой, к материи он относил также и свет, и магнитные явления. Лейбниц отвергал существование пустоты и говорил, что материя существует всюду. Исходя из этого, он отверг ньютоновскую концепцию пространства как абсолютного, а следовательно, отбросил и то, что пространство есть нечто самостоятельное. Согласно Лейбницу было бы невозможным рассматривать пространство и время вне вещей, так как они являлись свойствами материи. «Материя, считал он, играет определяющую роль в пространственно-временной структуре. Однако такое представление Лейбница о времени и пространстве не находило подтверждения в современной ему науке и потому не было принято его современниками».

Лейбниц был не единственным, кто противостоял Ньютону, среди материалистов можно выделить Джона Толанда он, также как и Лейбниц, отвергал абсолютизацию пространства и времени, по его мнению, было бы невозможным мыслить пространство и время без материи. Для Толанда не существовало абсолютного пространства отличного от материи которое бы являлось вместилищем материальных тел; нет и абсолютного времени, обособленного от материальных процессов. Пространство и время суть свойства материального мира.

Решающий шаг к развитию материалистического учения о пространстве, основанного на более глубоком понимании свойств материи был сделан Н. И. Лобачевским в 1826г. До этого времени геометрия Евклида считалась верной и незыблемой, в ней говорилось, что пространство может быть только прямолинейным. На евклидову геометрию опирались практически все ученые, так как ее положения прекрасно подтверждались на практике. Исключением не был и Ньютон в создании своей механики.

Лобачевский впервые предпринял попытку подвергнуть сомнению незыблемость учения Евклида, «он разработал первый вариант геометрии криволинейного пространства, в которой через точку на плоскости можно провести более одной прямой параллельной данной, сума углов треугольника меньше 2d и так далее; введя постулат о параллельности прямых, Лобачевский получил внутренне не противоречивую теорию» .

Геометрия Лобачевского была первой из множества разработанных позднее подобных теорий, в качестве примера можно привести сферическую геометрию Римана и геометрию Гаусса. Таким образом, стало ясно, что геометрия Евклида не является абсолютной истиной, и что при определенных обстоятельствах могут существовать другие геометрии отличные от Евклидовой.

«Успехи естественных наук, приведших к открытию материи в состоянии поля, математических знаний, открывших неевклидовы геометрии, а также достижения философского материализма являлись фундаментом, на котором возникло диалектико-материалистическое учение об атрибутах материи. Это учение впитало в себя всю совокупность накопленных естественнонаучных и философских знаний, опираясь на новое представление о материи». В диалектическом материализме категории пространства и времени признаются отражающими внешний мир, они отражают общие свойства и отношения материальных объектов и поэтому имеют общий характер - ни одно материальное образование не мыслимо вне времени и пространства.

Все эти положения диалектического материализма были следствием анализа философских и естественнонаучных знаний. Диалектический материализм соединил в себе все то позитивное знание, накопленное человечеством за все тысячелетия его существования. В философии появилась теория, которая приблизила человека к пониманию окружающего его мира, которая дала ответ на основной вопрос - что есть материя? В физике же до 1905г. такой теории не существовало, имелось множество фактов, догадок, но все выдвигаемые теории содержали лишь осколки истины, многие появлявшиеся теории противоречили друг другу. Такое положение вещей имело место вплоть до опубликования Эйнштейном своих работ.

Бесконечная лестница познания

Создание теории относительности было закономерным результатом переработки накопленных человечеством физических знаний. Теория относительности стала следующей ступенью развития физической науки, включив в себя позитивные моменты предшествующих ей теорий. Так, Эйнштейн в своих работах, отрицая абсолютизм механики Ньютона, не отбросил ее полностью, он отвел ей подобающее место в структуре физического знания, считая, что теоретические выводы механики пригодны лишь для определенного круга явлений. Аналогичным образом обстояло дело и с другими теориями, на которые опирался Эйнштейн, он утверждал преемственность физических теорий, говоря, что «специальная теория относительности представляет собой результат приспособления основ физики к электродинамике Максвелла-Лоренца. Из прежней физики она заимствует предположение о справедливости евклидовой геометрии для законов пространственного расположения абсолютно твердых тел, инерциальную систему и закон инерции. Закон равноценности всех инерциальных систем с точки зрения формулирования законов природы специальная теория относительности принимает справедливым для всей физики (специальный принцип относительности). Из электродинамики Максвелла-Лоренца эта теория заимствует закон постоянства скорости света в вакууме (принцип постоянства скорости света)».

Вместе с тем Эйнштейн понимал, что специальная теория относительности (СТО) также не являлась незыблемым монолитом физики. «Можно лишь заключить, - писал Эйнштейн, - что специальная теория относительности не может претендовать на неограниченную применимость; ее результаты применимы лишь до тех пор, пока можно не учитывать влияние гравитационного поля на физические явления (например световые)». СТО была лишь очередным приближением физической теории, действующим в определенных рамках, которыми являлось гравитационное поле. Логическим развитием специальной теории стала общая теория относительности, она разорвала «гравитационные путы» став на голову выше специальной теории. Тем не менее, общая теория относительности не опровергала специальную теорию, как пытались представить оппоненты Эйнштейна, по этому поводу он в своих работах писал: «Для бесконечно малой области координаты всегда можно выбрать таким образом, что гравитационное поле будет отсутствовать в ней. Тогда можно считать, что в такой бесконечно малой области выполняется специальная теория относительности. Тем самым общая теория относительности связывается со специальной теорией относительности, и результаты последней переносятся на первую» .

Теория относительности позволила сделать громадный шаг вперед в описании окружающего нас мира, объединив бывшие обособленными понятия материи, движения, пространства и времени. Она дала ответы на множество вопросов остававшихся неразрешенными в течение веков, сделала ряд предсказаний подтвердившихся впоследствии, одним из таких предсказаний было предположение сделанное Эйнштейном об искривлении траектории светового луча вблизи Солнца. Но вместе с этим перед учеными возникли новые проблемы. Что стоит за явлением сингулярности, что происходит со звездами-гигантами, когда они «умирают», что есть на самом деле гравитационный коллапс, как зарождалась вселенная - решить эти и многие другие вопросы станет возможным, лишь поднявшись еще на одну ступень вверх по бесконечной лестнице познания.

Орлов В.В. Основы философии (часть первая)

Ньютон И. Математические начала натурфилософии.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Министерство Образования и Науки РФ

ФГБОУ ВПО

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра философии и культурологии

Реферат на тему “Философские проблемы теории относительности”

Преподаватель: Гвоздецкий А.В. Студент: Паршаков А.В. Группа: ТГР 12-1

Екатеринбург

Введение…………………………………………..……………………………….3

Физика и философия. Теория относительности…………………………..…….4

Заключение……………………………………………………………………… 15

Список используемой литературы……………………………………………...16

Введение.

Темой для моего реферата я выбрал тему, связывающую, казалось бы, на первый взгляд, две разные и несовместимые науки: философию, и физику, а точнее, теорию относительности. Еще в конце XIX начале XX веков был сделан ряд крупнейших открытий, с которых началась революция в физике. Она привела к пересмотру практически всех классических теорий в физике. Возможно, одной из самых крупных по значимости и сыгравших наиболее важную роль в становлении современной физики наряду с квантовой теорией была теория относительности.

Теория относительности всегда играла в современной физике особо важную роль. В ней впервые была показана необходимость периодического изменения основополагающих принципов физики. Поэтому обсуждение тех проблем, которые были подняты и отчасти решены теорией относительности, необходимы для рассмотрения философских аспектов современной физики. В известном смысле можно сказать, что создание теории относительности - в противоположность квантовой теории - потребовало сравнительно немного времени с момента окончательного осознания трудностей, о которых в данном случае шла речь, до их разрешения.

Физика и философия. Теория относительности.

Повторение опыта Майкельсона Морлеем и Миллером в 1904 году явилось первым надежным доказательством невозможности обнаружить поступательное движение Земли с помощью оптических методов, а решающая работа Эйнштейна появилась менее чем два года спустя. С другой стороны, опыт Морлея и Миллера и работа Эйнштейна явились все-таки, пожалуй, лишь последними фазами развития, которое началось гораздо ранее и которое, по-видимому, можно связать с проблемой "электродинамики движущихся сред".

Электродинамика движущихся сред оказалась важным разделом физики и техники. Серьезная трудность выявилась в этой области только тогда, когда Максвелл вскрыл электромагнитную природу световых волн. Эти волны одним отличаются от других, уже известных ранее волн, например от звуковых волн. Они могут распространяться в пустом пространстве. Если звонок заставить звучать в сосуде, из которого откачан воздух, то звук не достигает пространства вне сосуда. Свет же свободно проходит сквозь безвоздушное пространство. Поэтому предположили, что световые волны можно рассматривать как упругие волны в очень легкой субстанции, называемой эфиром, которую нельзя ни видеть, ни ощущать, но которая заполняет как безвоздушное пространство, так и пространство, занятое другим веществом. Мысль о том, что электромагнитные волны обладают своей собственной реальностью, независимой ни от каких тел, в то время еще не приходила физикам в голову. Так как это вещество - эфир - могло проникать во все другие тела, то встал вопрос: что происходит, если тело приведено в движение? Принимает ли эфир участие в этом движении, и если да, то как распространяется световая волна в этом движущемся эфире?

Эксперименты, которые дают ответ на этот вопрос, трудны по следующей причине: скорости движущихся тел обычно чрезвычайно малы по сравнению со скоростью света. Поэтому движение этих тел может вызвать только очень незначительные эффекты. Электронная теория, развитая Лоренцом в 1895 году, дала удовлетворительное описание этих эффектов "первого порядка". Но эксперимент Майкельсона, Морлея и Миллера создал новую ситуацию: чтобы получить большие эффекты, а тем самым и более точные результаты, казалось целесообразным экспериментировать с телами, движущимися очень быстро. Вычисление эффекта, который следует ожидать, показывает, что он в данном случае должен быть очень малым, так как оказывается пропорциональным квадрату отношения скорости Земли к скорости света. Поэтому необходимо поставить точные эксперименты по интерференции двух световых пучков, один из которых направлен параллельно, а другой - перпендикулярно к направлению движения Земли. Первый эксперимент такого рода, выполненный Майкельсоном в 1881 году, был недостаточно точен. Но и последующие повторные эксперименты не обнаружили ни малейших следов ожидаемого эффекта. Такого рода окончательным доказательством того, что эффект ожидаемого порядка величины не имеет места, являются в особенности эксперименты Морлея и Миллера 1904 года.

Их результат казался сначала непонятным, но он имеет отношение и к другому вопросу, незадолго до этого уже осаждавшемуся физиками. В Ньютоновской механике справедлив определенный принцип относительности, который можно характеризовать следующими словами: если в определенной системе отсчета законы Ньютоновской механики выполняются для механического движения тела, в таком случае это имеет место и в любой другой системе отсчета, движущейся относительно первой системы равномерно и прямолинейно. Равномерное и прямолинейное движение не вызывает, таким образом, никаких механических эффектов в этой системе, и поэтому эти эффекты не могут служить средством обнаружения такого движения.

Подобного рода принцип относительности, как казалось физикам, не мог быть справедлив в оптике и электродинамике. Ибо если первая система покоится относительно эфира, то движущаяся система, напротив, не находится в состоянии покоя, и отсюда следует, что движение этой второй системы относительно эфира можно наблюдать благодаря эффектам того рода, которые были исследованы Майкельсоном. Отрицательный результат опыта Морлея и Миллера 1904 года позволял поэтому снова воскресить идею о том, что принцип относительности такого рода все-таки, вероятно, мог быть также справедлив в электродинамике, как и ранее в Ньютоновской механике.

С другой стороны, имелся старый опыт Физо 1851 года, который, казалось, непосредственно противоречил этому принципу относительности. Физо исследовал скорость света в движущейся жидкости. Если бы принцип относительности был справедлив, то суммарная скорость света в движущейся жидкости должна была бы быть равной сумме скорости жидкости и скорости света в покоящейся жидкости. Однако это было не так. Опыт Физо показал, что суммарная скорость была несколько меньше, чем указанная сумма.

Решающий шаг был сделан в 1905 году Эйнштейном, истолковавшим кажущееся время в преобразованиях Лоренца как время реальное и исключившим из рассмотрения время, которое Лоренц называл "истинным". Это означало изменение оснований физики - совершенно неожиданное и радикальное изменение, для которого именно и была необходима смелость молодого и революционного гения. Чтобы сделать этот шаг в плане математического описания природы, надо было лишь применить к опыту преобразование Лоренца непротиворечивым образом. Однако благодаря новому истолкованию этого преобразования изменялись представления физиков о структуре пространства и времени, и многие проблемы физики предстали поэтому в новом свете Эфирная субстанция, например, оказывалась ненужной и могла быть просто вычеркнута из учебников физики. На самом деле принимать во внимание такую субстанцию больше не имеет смысла и много проще говорить, что световые волны распространяются в пустом пространстве и что электромагнитные поля обладают своей собственной реальностью и могут существовать в пустом пространстве.

Решающее изменение, однако, затрагивает структуру пространства и времени. Очень трудно описать это изменение словами обычного языка без применения математики, так как обычные слова "пространство" и "время" уже относятся к структуре пространства и времени, представляющей собой идеализацию и упрощение действительной структуры. Несмотря на это, необходимо попытаться описать новую структуру, и, пожалуй, это можно сделать следующим образом. Когда мы употребляем слово "прошлое", то тем самым имеем в виду все те события, о которых мы, по крайней мере в принципе, можем что-то знать и получить какие-то сведения. Подобным же образом слово "будущее" охватывает все те события, на которые мы, по крайней мере в принципе, еще можем воздействовать, которые мы можем как-то пытаться изменить или воспрепятствовать их свершению. Хотя сразу трудно утверждать, почему эти определения слов "прошлое" и "будущее" следует считать особенно целесообразными, но можно легко показать, что они в самом деле очень точно соответствуют обычному употреблению этих выражений. Если их употребляют подобным образом, то, как показывают результаты многих экспериментов, область событий, относимых к будущему или прошлому, не зависит от состояния движения или других свойств наблюдателя. На более строгом математическом языке можно сказать, что введенное определение инвариантно относительно перемещений наблюдателя. Оно справедливо как в Ньютоновской механике, так и в теории относительности Эйнштейна.

Но здесь возникает существенное различие: в классической теории мы принимаем, что будущее и прошлое отделены друг от друга бесконечно малым интервалом времени, который можно назвать настоящим мгновением. В теории же относительности мы видели, что дело обстоит несколько иначе. Будущее отделено от прошлого конечным интервалом времени, длительность которого зависит от расстояния до наблюдателя. Какое угодно воздействие может распространяться только со скоростью, которая меньше или равна скорости распространения света. Поэтому наблюдатель в данное мгновение не может ни знать, ни оказать влияние на событие, происшедшее в некоторой удаленной точке в промежутке между двумя характеристическими моментами времени. Первый момент - мгновение, в которое должен быть послан из места события световой сигнал, который достигнет наблюдателя в момент наблюдения. Другой момент - мгновение, в которое световой сигнал, посланный наблюдателем в момент наблюдения, достигает места события. Весь конечный интервал времени между обоими этими мгновениями может быть назван для наблюдателя в данный момент наблюдения "настоящим". Ибо любое событие, происшедшее в этот интервал времени, не может в момент выполнения наблюдения ни стать известным наблюдателю, ни испытать какое-либо воздействие последнего, и именно так было определено понятие "настоящее". Всякое событие, имеющее место между обоими характеристическими моментами времени, может быть названо "одновременным с актом наблюдения".

Использование выражения "может быть названо" уже указывает на двусмысленность слова "одновременно", объясняющуюся тем, что слово "одновременно" возникло из опыта повседневной жизни, в пределах которого скорость света можно считать практически бесконечно большой. На самом же деле слово "одновременно" может быть определено в физике несколько иначе, и Эйнштейн использовал в своих работах это второе определение "одновременности". Если два события в одной и той же точке пространства происходят одновременно, мы говорим, что они совпадают. Это выражение совершенно однозначно. Теперь представим себе три точки в пространстве, лежащие на одной прямой линии таким образом, что средняя точка находится на одном и том же расстоянии от обеих крайних. Если два события в обеих внешних точках происходят в такие моменты времени, что световые сигналы, посланные в момент свершения событий, приходя в среднюю точку, совпадают, то оба события можно определить как "одновременные". Это определение является в данном случае более узким, чем первое. Одно из его важнейших следствий состоит в том, что, когда два события одновременны для одного наблюдателя, они, возможно, не одновременны для другого наблюдателя; это будет иметь место, если второй наблюдатель движется относительно первого. Соотношение между обоими определениями слова "одновременно" можно выразить высказыванием: во всех случаях, когда два события одновременны в первом смысле, можно найти также систему отсчета, в которой они одновременны и во втором смысле. Несколько более наглядно положение вещей в целом можно, пожалуй, изобразить следующим образом: предположим, что спутник, вращающийся вокруг Земли, испускает сигнал, который через некоторый малый промежуток времени принимается станцией наблюдения на Земле. Эта станция наблюдения в ответ на данный сигнал посылает спутнику команду, которую он принимает через некоторый малый промежуток времени. Весь интервал времени между посылкой сигнала и приемом команды можно считать на спутнике, согласно первому определению, одновременным с моментом приема сигнала на Земле. Если на спутнике выбирается какое-либо определенное мгновение из этого интервала, то, хотя это мгновение, вообще говоря, в смысле второго определения, не "одновременно" с моментом приема сигнала на Земле, всегда существует система отсчета, в которой эта одновременность имеет место.

Первое определение слова "одновременно" кажется несколько более соответствующим обычному употреблению этого слова в повседневной жизни, так как вопрос о том, одновременны ли два процесса, в повседневной жизни определенно не зависит от системы отсчета. В обоих же релятивистских определениях понятие одновременности приобрело ту точность, которая совершенно отсутствовала у него в языке повседневной жизни. В квантовой теории физики должны были уже заранее осознать, что понятия классической механики описывают природу недостаточно точно, что квантовые законы ограничивают их применимость и что поэтому при их использовании необходима большая осторожность. В теории относительности физики, напротив, пытались изменить смысл слов классической физики, уточнив эти понятия таким образом, чтобы они точно соответствовали новой, только что познанной ситуации в природе.

50 лет назад, когда была создана теория относительности, гипотеза об эквивалентности массы и энергии революционизировала физику, но экспериментальных доказательств этого закона было тогда очень мало. В наши дни можно во многих экспериментах непосредственно видеть, как элементарные частицы рождаются из кинетической энергии и как такие частицы могут снова исчезнуть, превратившись в излучение. Поэтому ныне превращение энергии в массу и наоборот не представляет собой ничего необыкновенного.

Эквивалентность массы и энергии, кроме своего огромного значения для практической физики, подняла также вопросы, связанные с очень старой философской проблематикой. Различные философские системы прошлого исходили из тезиса, что субстанция, или материя, неуничтожима. Эксперименты, которые проводятся в современной физике, показали, что элементарные частицы, например, позитроны и электроны, могут быть уничтожены и превращены в излучение. Означает ли это, что более старые философские системы тем самым опровергнуты новейшим опытом и что аргументы, выдвигающиеся в этих более ранних системах, должны считаться ложными?

Это было бы, несомненно, несколько преждевременное и неоправданное заключение, ибо понятия "субстанция" и "материя" в античной или средневековой философии нельзя просто отождествлять с понятием "масса" в современной физике. Если наши современные знания выразить на языке более старых философских систем, то можно было бы, например, массу и энергию рассматривать в качестве двух различных форм одной и той же субстанции и, таким образом, сохранить представление о неуничтожимой субстанции.

Гипотетическая субстанция "эфир", игравшая столь важную роль в более ранних истолкованиях теории Максвелла в XIX столетии, как это уже упоминалось выше, была устранена теорией относительности. Это обстоятельство часто выражают также в виде утверждения, что теорией относительности было устранено абсолютное пространство. Но такое утверждение нуждается в некоторых оговорках. Правда, согласно специальной теории относительности, больше нельзя выбрать определенную систему отсчета, относительно которой эфир покоился бы и которая по этой причине заслуживала бы название "абсолютной". Но было бы все же неправильно утверждать, что теперь пространство будто бы потеряло все физические качества. Уравнения движения материальных тел или полей все еще принимают различный вид в "обычной" системе отсчета и в другой системе, равномерно вращающейся относительно "обычной" системы отсчета. Если ограничиваются теорией относительности 1905, 1906 годов, то существование, центробежных сил во вращающейся системе отсчета доказывает, что существуют физические свойства пространства, позволяющие отличить вращающиеся системы от не вращающихся.

В философском плане это не кажется удовлетворительным, и было бы предпочтительнее приписывать физические свойства только физическим объектам, как, например, материальным телам или полям, а не пустому пространству. Однако если ограничиться рассмотрением электромагнитных процессов и механических движений, то наличие этих свойств у пустого пространства следует просто из фактов, которые не могут быть оспорены, например из факта существования центробежной силы.

Решающая фундаментальная гипотеза общей теории относительности - предположение о тождестве тяготеющей и инертной масс. Весьма тщательные измерения показали, что масса тела, определяемая его весом, в точности пропорциональна другой массе, определяемой инерцией тела. Даже самые точные измерения никогда не давали никаких отклонений от этого закона. Если этот закон имеет универсальное значение, то силы тяготения могут быть поставлены в параллель с центробежными или другими силами, возникающими как реакция на инерционные воздействия. Так как центробежные силы должны быть поставлены в связь с физическими свойствами пустого пространства, как это показано выше, то Эйнштейн пришел к гипотезе о том, что силы тяготения также соответствуют свойствам пустого пространства. Это был очень важный шаг, который тотчас же сделал необходимым новый шаг в том же направлении. Мы знаем, что силы тяготения вызываются массами. Поэтому если тяготение связано со свойствами пространства, то эти свойства пространства должны быть порождены массой или испытывать воздействия масс. Центробежные силы во вращающейся системе отсчета, возможно, должны вызываться вращением относительно этой системы весьма удаленных масс вселенной.

Чтобы провести в жизнь программу, намеченную в этих утверждениях, Эйнштейн должен был связать эти основополагающие физические соображения с математической схемой общей геометрии, развитой Риманом. Так как свойства пространства, очевидно, непрерывно меняются с изменением гравитационных полей, то геометрия мира должна быть подобной геометрии искривленных поверхностей, на которых прямые линии евклидовой геометрии должны быть заменены геодезическими линиями, то есть линиями наименьшей длины, и кривизна непрерывно меняется от точки к точке. В качестве окончательного результата Эйнштейн смог предположить в конце концов математическую формулировку соотношения между распределением масс и параметрами, определяющими геометрию. Эта теория правильно отображает общеизвестные факты, характеризующие тяготение. Она в очень хорошем приближении идентична с обычной теорией тяготения и, кроме того, предсказывает некоторые очень интересные эффекты, лежащие как раз на границе возможностей измерительных приборов. К ним относится, например, влияние силы тяготения на излучение.

Лучшим экспериментальным доказательством справедливости общей теории относительности является, кажется, движение перигелия орбиты планеты Меркурий, величина которого, по-видимому, находится в очень хорошем согласии с предсказаниями теории.

Хотя, таким образом, экспериментальный базис общей теории относительности еще довольно узок, она, однако, содержит идеи огромнейшей степени важности. В течение всего времени развития математики от античности до XIX столетия евклидова геометрия рассматривалась как самоочевидная. Аксиомы Евклида имели отношение к основаниям любой математической теории геометрического характера и представляли собой базис, который не мог быть поставлен под сомнение. Затем в XIX столетии математики Больяй и Лобачевский, Гаусс и Риман нашли, что можно построить другие геометрии, которые могут быть развиты с той же математической строгостью, что и евклидова. Поэтому вопрос о том, какая геометрия является справедливой, с этого времени становится эмпирическим. И только в трудах Эйнштейна этот вопрос смог быть поставлен как физический. Геометрия, о которой идет речь в общей теории относительности, включает в себя не только геометрию трехмерного пространства, но и четырехмерное многообразие пространства и времени. Теория относительности устанавливает связь между геометрией этого многообразия и распределением масс во вселенной. Значит, эта теория поднимает в новой форме старые вопросы пространства и времени в случае очень больших расстояний, и она предполагает ответы, которые могут быть проверены наблюдениями.

Следовательно, можно снова поставить очень старые философские вопросы, занимавшие человеческий разум со времени самых ранних эпох философии и науки: конечно или бесконечно пространство? Что было до начала времени? Что будет в конце времени? Или у времени нет ни начала, ни конца? Эти вопросы нашли различные ответы в различных религиях и философских системах. В философии Аристотеля, например, все пространство вселенной представлялось как конечное, хотя оно и было бесконечно делимо. Пространство возникает благодаря протяженности тел, оно в известном смысле растягивается телами. Поэтому там, где нет никаких тел, нет и пространства. Вселенная состоит из Земли, Солнца и звезд - конечного числа тел. По ту сторону сферы неподвижных звезд нет никакого пространства. Поэтому пространство вселенной и было конечным. В философии Канта этот вопрос принадлежал к тому, что он назвал "антиномиями", - к числу вопросов, на которые нельзя ответить, так как два различных доказательства ведут к взаимно противоположным выводам. Пространство не может быть конечным, потому что мы не можем себе представить "конец" пространства. И какой бы точки пространства мы ни достигли, мы всегда представляем себе, что можем двигаться еще дальше. Но пространство не может быть и бесконечным, потому что пространство - это нечто, что мы можем себе представить, иначе понятия пространства не возникло бы вовсе, а мы не можем представить себе бесконечное пространство в отношении этого второго утверждения доказательство Канта нельзя передать дословно. Утверждение "пространство бесконечно" означает для нас нечто негативное: мы не можем дойти до "конца" пространства. Для Канта, однако, бесконечность пространства означает нечто действительно данное, нечто, что "существует" в смысле, который мы едва ли можем выразить. Кант приходит к выводу, что на вопрос о том, конечно или бесконечно пространство, нельзя дать никакого рационального ответа, потому что вселенная в целом не может быть предметом нашего опыта.

Подобное же положение возникает и относительно проблемы бесконечности времени. В исповеди Августина, например, вопрос поставлен в следующей форме: "Что делал бог до того, как он создал мир?" Августин не был удовлетворен известным ответом: "Бог был занят тем, что создавал ад для людей, задающих глупые вопросы". Это был бы слишком дешевый ответ, полагает Августин; и он пытается рационально проанализировать проблему: только для нас время течет, только мы ожидаем его как будущее, оно протекает для нас как настоящее мгновение, и мы вспоминаем о нем, как о прошлом. Но бог не находится во времени. Тысяча лет для него - что один день, и один день - что тысяча лет. Время было создано вместе с миром, оно, стало быть, принадлежит миру, и поэтому в то время, когда не существовало вселенной, не было и никакого времени. Для бога весь ход событий во вселенной был дан сразу. Значит, не было никакого времени до того, как мир был создан богом.

Правда, легко понять, что в подобных формулировках понятие "создан" тотчас же приводит к существенным трудностям. Это слово, в том виде как оно обычно употребляется, означает нечто, что возникает и чего ранее не существовало, и в этом смысле оно уже предполагает понятие времени. Поэтому в рациональных выражениях невозможно дать определение того, что можно понимать под оборотом речи "время было создано". Это обстоятельство снова напоминает нам часто обсуждаемый урок, который необходимо извлечь из новейшего развития физики, а именно: что всякое слово или всякое понятие, каким бы ясным оно нам ни казалось, имеет все-таки только ограниченную область применения.

Эти вопросы о бесконечности пространства и времени могут быть в общей теории относительности поставлены и отчасти - на основании эмпирического материала - решены. Если теория правильно описывает связь четырехмерной геометрии пространства и времени с распределением масс во вселенной, то астрономические наблюдения о распределении спиральных туманностей в пространстве могут дать нам информацию о геометрии вселенной. Тогда можно будет построить по крайней мере модели вселенной, космологические картины, следствия которых могут быть сравнены с эмпирическими фактами.

Что касается времени, то здесь, кажется, что-то вроде "начала" имело место. Многие наблюдения указывают на то, что вселенная около 4 миллиардов лет назад имела "начало" или, во всяком случае, что в то время материя вселенной была сконцентрирована в значительно меньшем объеме пространства, чем сейчас, и что с того времени вселенная все еще продолжает расширяться из этого небольшого объема с различными скоростями. Это одно и то же время в 4 миллиарда лет все снова и снова появляется во многих различных наблюдениях, например возраста метеоритов, минералов на Земле и т. д., и поэтому было бы, вероятно, затруднительно найти этому объяснение, совершенно отличное от идеи возникновения мира 4 миллиарда лет назад. Если идея "возникновения" в этой форме окажется правильной, то это будет означать, что по ту сторону указанного момента времени - то есть ранее чем 4 миллиарда лет назад - понятие времени должно претерпеть существенные изменения. Это более осторожное заключение становится на место простой формулировки о создании мира. При современном состоянии астрономических наблюдений эти вопросы геометрии пространства-времени еще не могут быть решены с какой-нибудь степенью надежности. Но уже довольно интересно знать, что эти вопросы, возможно, позднее смогут быть решены в один прекрасный момент на прочной основе астрономических знаний.

Даже если дальнейшее рассмотрение ограничить более надежно обоснованной специальной теорией относительности, то можно не сомневаться, что эта теория в огромной степени изменила наши представления о структуре пространства и времени. Беспокоит в этих изменениях, пожалуй, не столько их особенная природа, сколько тот факт, что они вообще оказались возможны. Структура пространства и времени, которую Ньютон математически установил в качестве основы своего описания природы, не содержала никаких внутренних противоречий, была проста и очень точно соответствовала употреблению понятий пространства и времени, к которому мы привыкли в повседневной жизни. Соответствие фактически было столь близким, что Ньютоновские определения можно было рассматривать просто как точную математическую формулировку этих понятий пространства и времени повседневной жизни. До теории относительности считалось само собой разумеющимся, что процессы могут быть упорядочены во времени независимо от их расположения в пространстве. Мы знаем, что в повседневной жизни это впечатление возникает потому, что скорость света значительно больше каких угодно других скоростей, с которыми имеют дело в повседневной жизни. В то время это ограничение, естественно, никто не представлял себе отчетливо. Но даже при условии, что сейчас мы знаем об этом ограничении, едва ли можно себе представить, что порядок событий во времени должен зависеть от их пространственного расположения, то есть от места, в котором они происходят.

0

Введение.

Актуальность исследования. В конце XIX начале XX веков был сделан ряд крупнейших открытий, с которых началась революция в физике. Она привела к пересмотру практически всех классических теорий в физике. Возможно, одной из самых крупных по значимости и сыгравших наиболее важную роль в становлении современной физики наряду с квантовой теорией была теория относительности А.Эйнштейна.
Создание теории относительности позволило пересмотреть традиционные взгляды и представления о материальном мире. Такой пересмотр существовавших взглядов был необходим, так как в физике накопилось много проблем, которые не могли быть решены с помощью существовавших теорий.
На этом этапе в физике проявились противоречия между классическим принципом относительности и положением об универсальной постоянной, а также между классической механикой и электродинамикой. Было много попыток дать другие формулировки законам электродинамики, но они не увенчались успехом. Все это сыграло роль предпосылок к созданию теории относительности.
Работы Эйнштейна наряду с громадным значением в физике имеют, также, большое философское значение. Очевидность этого следует из того, что теория относительности связана с такими понятиями как материя, пространство, время и движение, а они являются одними из фундаментальных философских понятий. Именно поэтому для философской методологии имеет смысл анализ и рассмотрение не только самой теории Эйнштейна, но и философских воззрений одного из крупнейших ученых XX века. Позицию Эйнштейна в физике можно понять только в свете его общефилософской концепции, в свете того, как он понимал единство законов природы и пути его познания, как он понимал связи, существующие в природе, а также предмет исследования физики. Именно этот факт влияния философии на программу и метод физических исследований есть главная причина интереса к вопросу о том, каковы философские взгляды ученого.
Степень разработанности темы. Автором проведена работа по анализу философской литературы, которую можно классифицировать по следующим группам: историко-философская литература по проблеме взаимосвязи философии и физики (Г. Рейхенбах, С. И. Вавилов, Н. Бор, А. Б. Мигдал, С. Вайнберг, В. В. Ильин, В. С. Готт, В. Г. Сидоров и др.); по философии и методологии науки (в частности, физики) и по проблемам оснований физико-математического знания (в отечественной литературе - В. В. Ильин, В. Г. Сидоров, Е. П. Никитин, А. Н. Кочергин, JI. А. Микешина, В. Н. Вандышев, Е. И. Кукушкина, JI. Б. Логунова, Ю. А.Петров, Ю. Б. Молчанов, С. С. Гусев, Г. Л. Тульчинский, А. С. Никифоров, В. Т. Мануйлов и др.; в зарубежной литературе - С. Грофф, Chalmers A. F., Simon Y. R.,Cornwell S; Stamp S. E. и др.); по истории физики (М. Планк, Д. К. Максвелл, Г. Е. Горелик, И. Д. Новиков, А. В. Шилейко, Т. И. Шилейко, А. М. Мостепаненко, В. И. Григорьев, Г. Я. Мякишев и др.); историко-философская литература по проблемам взаимосвязи философии и физики (М. Г.Лобановский, В. Ф. Асмус, В. И. Шинкарук, Н. Т. Абрамова, И. Б. Новик, С. П. Чернозуб, А. М. Анисов, Dobbs В. J. Т., В. И. Колядко, Р. С. Карпинская, И. К. Лисеев и др.); работы по исследованию философских проблем теории относительности (И. И. Гольденблат, Г. Рейхенбах, К. X. Рахматуллин, В. И. Секерин, Д. П. Грибанов, Л. Я. Станис, К. X. Делокаров, Э. М. Чудинов и др.).
Цель курсового исследования. Целью данной курсовой работы является определение гносеологических корней концепций пространства и времени в теории относительности А. Эйнштейна. Для достижения цели предполагается решение следующих задач:
1. Рассмотрение философских и методологических тенденций в науке начала XX века;
2. Раскрытие особенностей Эйнштейнова подхода к пониманию статического и динамического времени, материального и математического пространства.
Научная новизна работы отражается в положениях, выносимых на защиту:
1. Раскрытие философских особенностей теории Эйнштейна;
2. Определение методологических оснований работы ученого;
3. Определение философско-мировоззренческой картины мира мыслителя, послужившей базисом для развития концепции теории относительности.

1. Проблема определения философских воззрений Эйнштейна.

Как ответить на вопрос о том, какая же философия вела Эйнштейна, кто он по своим философским взглядам — материалист, идеалист или позитивист? На этот вопрос нельзя дать однозначного ответа: в его трудах можно найти достаточно высказываний в пользу любого направления.
Известно, например, что Эйнштейн высоко оценивал критическую работу Маха в отношении априорных идей Канта или введения Ньютоном в обиход классической физики понятий абсолютного пространства, времени, движения, вообще метафизических понятий, которым в опыте, как его понимает Мах, ничего не сопоставляется. Эйнштейн неоднократно заявлял, что концепция Маха помогла ему критически осмыслить исходные положения классической физики. Неоднократно также Эйнштейн определял теорию как систему упорядочения наших чувственных восприятий, а не как отражение объективных закономерностей внешнего мира. Эти формулировки не случайны для Эйнштейна, они встречаются в его работах на протяжении всей его жизни. Так, в лекциях об основах теории относительности, читанных и Принстонском университете в 1921 г., он утверждал, что понятие и системы понятий ценны для нас лишь постольку, поскольку они облегчают нам обозрение комплексов наших переживаний. В 1936 г. в статье Физика и реальность Эйнштейн писал: В противоположность психологии, физика истолковывает непосредственно только чувственные восприятия и „постижение" их связи. И далее: Я считаю, что первый шаг в установлении „реального внешнего мира" состоит в образовании понятия телесных объектов и телесных объектов различных видов. Из всего многообразия чувственных восприятий мы мысленно и произвольным образом выделяем постоянно повторяющиеся комплексы чувственных восприятий (частично в совпадении с чувственными восприятиями, которые могут истолковываться как знаки чувственного опыта других людей) и мы сопоставляем им понятие телесного объекта. В книге Эволюция физики сказано: С помощью физических теорий мы пытаемся найти себе путь сквозь лабиринт наблюденных фактов, упорядочить и постичь мир наших чувственных восприятий. Наконец, в его автобиографии мы встречаем: ...Всякое наше мышление— того же рода: оно представляет свободную игру с понятиями. Обоснование этой игры заключается в достижимой при помощи нее возможности обозреть чувственные восприятия. Понятие „истины" к такому образованию еще совсем не применимо; это понятие может, по моему мнению, быть введено только тогда, когда имеется налицо условное соглашение относительно элементов и правил игры. И далее: Система понятий есть творение человека, как и правила синтаксиса, определяющие ее структуру... Все понятия, даже и ближайшие к ощущениям и переживаниям, являются с логической точки зрения произвольными положениями, точно так же как и понятие причинности, о котором в первую очередь и шла речь.
Таковы суждения Эйнштейна, в которых несомненно обнаруживается влияние позитивистской философии. Однако известно и другое. Мы помним, что позитивистские взгляды Оствальда и Маха Эйнштейн назвал философскими предубеждениями, помешавшими им найти правильное истолкование фактам, приводящим к признанию атомов и молекул. Далее. Свое несогласие с идеями квантовой механики, в частности с введением ею статистической закономерности наряду с динамической, Эйнштейн мотивировал тем, что переход от описания самих вещей к описанию вероятностей появления вещей есть переход к позитивизму. Критикуя аргументацию в пользу квантовой механики, он в?Ответе на критику (1949) писал: Что мне не нравится в подобного рода аргументации,— это, по моему мнению, общая позитивистская позиция, которая, с моей точки зрения, является несостоятельной и которая, по моему мнению, ведет к тому же самому, что и принцип Беркли — esse est percipi (существовать — значит быть воспринимаемым). Эйнштейн считал, что защита статистической трактовки квантовой механики есть защита позитивистских взглядов. Даже в дружеской переписке Эйнштейн выступает против позитивизма. В конце сороковых годов, говоря о желательной встрече с Борном, он писал ему: Хотя ты никогда не согласишься с моей точкой зрения, она тебя могла бы позабавить. Я бы тоже получил удовольствие, разбив твои позитивистские философские взгляды. Но вернемся к Эйнштейну. Это, конечно, серьезный довод, чтобы не признавать Эйнштейна позитивистом, если он отклонял целое направление в физике, огромное практическое значение которого он всегда и безоговорочно признавал, отклонял из-за того, что считал его основу позитивистской. Другое дело, прав ли Эйнштейн, толкуя квантовую физику как по существу своему позитивистскую; в данном случае существенно подчеркнуть, что, отклоняя ее, он руководствовался антипозитивистскими мотивами.
Крайне интересное понимание процесса познания высказано Эйнштейном в статье Влияние Максвелла на эволюцию идей о физической реальности, написанной к столетию со дня рождения Максвелла в 1931 г. Эту статью он начинает со следующего утверждения: ?Вера в существование внешнего мира, независимого от воспринимающего субъекта, есть основа всего естествознания. Но так как чувственное восприятие дает информацию об этом внешнем мире, или о „физической реальности", только опосредованно, мы можем охватить последнюю только умозрительными средствами. Из этого следует, что наши представления о физии ческой реальности никогда не могут быть окончательными. Мы всегда должны быть готовы изменить эти представления, т. е. изменить аксиоматическую базу физики,— чтобы оправдать факты восприятия логически наиболее совершенным образом. И действительно, беглый взгляд на развитие физики показывает, что она испытывает глубокие изменения с течением времени.
Это высказывание по духу близко к материализму, и трудно понять, как Эйнштейн совмещает столь противоположные точки зрения. Однако он не только их совмещает, но и отлично при этом сознает, какое недоумение может вызвать это совмещение. Но он относит это недоумение за счет философов, которые-де слишком жестки в своих концепциях, представляющих собой, правда, цельную, но все же абстрактную схему. Естествоиспытателя же невозможно уложить в какую-либо схему. Его положение, по Эйнштейну, сложнее потому, что он должен считаться с результатами своих исследований и принимать точки зрения, несовместимые в одной системе. В своем Ответе на критику он пишет, что философ, однажды додумавшийся до какой-то системы, ...будет склонен интерпретировать богатство идей точных наук в смысле своей системы и не признавать того, что под его систему не подходит. Ученый же не может себе позволить, чтобы устремления к теоретико-познавательной систематике заходили так далеко. Он с благодарностью принимает теоретико-познавательный анализ понятий, но внешние условия, которые поставлены ему фактами переживаний, не позволяют ему при построении своего мира понятий слишком сильно ограничивать себя установками одной теоретико-познавательной системы. В таком случае он должен систематизирующему философу-гносеологу показаться своего рода беспринципным оппортунистом».
Эйнштейн по разным поводам подчеркивает невозможность для естествоиспытателя придерживаться какой-либо одной философской системы. Отвечая Маргенау по поводу его утверждения о том, что позиция Эйнштейна... содержит черты рационализма, а также крайнего эмпиризма, Эйнштейн в Ответе на критику пишет: Это замечание совершенно правильно. Откуда происходит эта флуктуация Логическая система понятий является физикой постольку, поскольку ее понятия и утверждения необходимо приведены в связь с миром переживаний (experiences). Тот, кто желает установить такую систему, встретится с опасным препятствием в виде произвола выбора. Вот почему стараются по возможности прямо и необходимым образом связать свои понятия с миром переживаний. В этом случае взгляды исследователя эмпиричны. Этот путь часто плодотворен, но он всегда открыт для сомнений в силу того, что отдельное понятие и единичное утверждение может выражать нечто сопоставляемое с эмпирически данным в конечном счете только в связи с целостной системой. Тогда признают, что никакого пути от данного в опыте к миру понятий нет. Тогда взгляды исследователя становятся скорее рационалистическими, потому что он признает логическую независимость системы. В такой позиции возникает опасность того, что при поисках этой системы можно потерять всякий контакт с миром переживаний. Колебания между этими крайностями кажутся мне неустранимыми.
Конечно, нельзя согласиться с неизбежностью для естествоиспытателя выглядеть в глазах философа беспринципным оппортунистом? и находиться в вечном, неустранимом колебании между философскими крайностями. Если философия существует как наука, а не как предвзятая схема, то в ней непротиворечивым образом должны быть обобщены такие категории, как объективный внешний мир, ощущения как информации о нем, понятия и теории как обобщение информации, представляющие собой образ объективной реальности. Мы убеждены, что такая философия существует.
Однако правильнее будет рассматривать взгляды Эйнштейна во всей их сложности и постараться понять, откуда эта сложность появилась. И тут он сам дал хороший совет, как относиться к самооценкам ученого. В интересной спенсеровской лекции О методе теоретической физики (1933) он говорил: ?Если вы хотите кое-что выяснить у физиков-теоретиков о методах, которые они применяют, я советую вам твердо придерживаться одного принципа: не слушайте, что они говорят, а лучше изучайте их действия. Тому, кто в этой области что-то открывает, продукты его творческого воображения кажутся ему столь необходимыми и естественными, что он рассматривает их не как создания мышления, а как данные реальности. И ему хотелось бы, чтобы так их рассматривали и другие.
Изучать действия ученых — это справедливый совет. Профессиональная деятельность накладывает глубокий отпечаток на весь образ мышления ученого, да и вообще любого деятеля. Через это окно профессиональной деятельности он видит мир, его внешний облик, его закономерности, способ его постижения. Чего достиг ученый в науке, как ему представляется путь к этому достижению,— в этом лежит разгадка его подчас сложного противоречивого мировоззрения. Здесь, по нашему мнению, лежит ключ к пониманию взглядов и самого Эйнштейна, противоречивость которых с точки зрения целостной философии он понимал и сам. Но в таком случае мы должны будем ответить на вопрос: что же было главным в профессиональной деятельности Эйнштейна
Вряд ли можно сомневаться в том, что при всех замечательных идеях Эйнштейна в области квантовой и статистической физики, основной стороной его деятельности всегда были (и оставались главными для него самого) развитие теории относительности и его, эйнштейновская, система обобщения и расширения сферы применения этой теории. Электромагнитные и гравитационные поля, еще только становившиеся в годы его юности реальностями для физиков, пространственно-временной континуум, как единая теоретическая основа для всей физики,— вот круг тесно связанных друг с другом проблем, которые с ранних пор и до конца жизни владели Эйнштейном, в развитие которых была вложена его душа и его разум.
Работа над этими проблемами и метод их решения как раз и оказали решающее влияние на взгляды Эйнштейна. Мы должны, следовательно, попытаться рассмотреть вопрос о том, к каким философским идеям могла привести и, по-видимому, привела Эйнштейна его разработка теории относительности и раздумье над ее результатами.

2. 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 стимулирующим примером критика абсолютных категорий ньютоновой физики, отвечал на этот вопрос просто. Понятие—чисто психическое образование. Характерная черта понятия — это воспоминание о постоянном комплексе восприятий и выделение в нем главных восприятий, по которым вспоминается весь комплекс (абстрагирование, по Маху). Научные теории имеют своей целью упорядочить множество фактов восприятий, которые без такого упорядочения невозможно удержать в памяти.
Теория, по Маху, не заключает в себе ничего более, чем все отдельные факты восприятия, она есть только экономичная 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 восприятий: она дает картину мира, его связи, которые непосредственно в фантах восприятий 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 объясняет 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. 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. Здесь 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 В лекции О методе теоретической физики Эйнштейн говорил: В том, что такое отражение 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 свободное изобретение 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.
Постижение роли теории как целостности, в которой каждая физическая категория играет служебную роль,— большое достижение современной теоретической мысли. Труды Эйнштейна, — впрочем, не только его — сильно способствовали усвоению этой истины.
Но мы видели, что Эйнштейн отрицал путь от опыта к построению теории. Тот путь, который подсказывал Мах, не мог удовлетворить Эйнштейна. При всей своей высокой оценке маховской критики априорных понятий ньютоновой физики Эйнштейн не мог принять тезис позитивизма о существовании только мира ощущений, о понятиях как психических образованиях, о теориях как экономной записи все тех же фактов восприятии. Эйнштейн сам создавал теории, и вовсе не таким путем, какой указывал Мах; весь профессиональный опыт Эйнштейна выражал внутренний протест против маховского опрощения проблемы происхождения понятий и теорий. Он вел к более глубоким выводам.
Если образование теории — не такая опрощенная операция с фактами восприятий, комплексами восприятий, как указывал Мах, а логический процесс, в результате которого возникает целостная логическая система, выводы которой совпадают с новыми комплексами ощущений, то это действительно вселяет веру в существование внешнего мира, независимого от воспринимающего субъекта, в то, что и теория, и ощущения выражают именно этот мир.
Однако именно то, что подняло Эйнштейна над позитивизмом, привело его к рационализму. В самом деле, вдумаемся в его обоснование того, почему неизбежны колебания между эмпиризмом и рационализмом. Вот Эйнштейн констатирует нечто новоевпознании: исследователи приходят к выводу, что?отдельное понятие и единичное утверждение может выражать нечто сопоставимое с эмпирически данным в конечном счете только в связи с целостной системой. Но тогда признают, что никакого пути от данного в опыте к миру понятий нет. Тогда взгляды исследователя становятся скорее рационалистическими. Таким образом, Эйнштейн сам признает, что к рационализму его привело именно раскрытие роли теории как целостности.
Известны высказывания Эйнштейна, в которых он выражал симпатии к выдающемуся рационалисту XVII века — Спинозе. Но, пожалуй, его метод ближе к рационализму старшего современника Спинозы — Декарта.
Как в наше время Эйнштейн брал за образец научного метода геометрический метод Евклида и математики вообще (Эйнштейн говорит об этом и в лекции О методе теоретической физики и в Творческой автобиографии), так и свое время и Декарт опирался на геометрический метод (как известно, геометрия была профессией Декарта, он положил начало аналитическим методам в ней). В?Рассуждении о методе для руководства разума и отыскания истины в науках (1637) Декарт писал: ?Те длинные цепи простых и легких рассуждений, которыми обычно пользуются геометры, чтобы дойти до своих наиболее трудных доказательств, дали мне случай представить себе, что все вещи, способные стать предметом знания людей, стоят между собою в такой же последовательности. Если таким образом остерегаться принимать за истинное что-либо, что таковым не является, и соблюдать всегда порядок, в каком следует выводить одно из другого, то нет таких отдаленных вещей, которых нельзя было бы достигнуть, и таких сокровенных, которых нельзя было бы открыть. В этой рационалистической схеме Декарта все вещи стоят между собой в той же последовательности, что и в геометрии, и в ней логические следствия его схемы совпадают с опытом. Декарт (как и Эйнштейн в наше время) искал исходные предпосылки познания, из которых он мог бы вывести все знание: Я старался найти принципы или первые причины всего, что существует или может существовать в мире... Потом я исследовал первые и самые обыкновенные следствия, которые можно вывести из этих причин: и кажется мне, что таким путем я нашел небо, светила, звезды и на них воду, воздух, огонь, минералы и некоторые другие предметы, наиболее общие и простые, а потому и более доступные познанию.
Как известно, Декарг признал невозможным практически провести эту логическую нить до самых отдаленных вещей, ибо хотя вещи и стоят между собой в геометрической последовательности, эта последовательность в каком-то пункте становится неоднозначной, и какая ветвь из этих последовательностей реализована в природе,— человеческий разум логически не может решить. Следовательно, обратить их в нашу пользу можно, только восходя от следствий к причинам и производя множество различных опытов. Декарт верил в рациональную структуру мира, но он признал, что отразить ее в мышлении возможно только в принципе, практически же необходимо восходить от следствий к причинам. Позиция Эйнштейна отличается тем, что в этом вопросе он не шел ни на какие компромиссы.
Рационализм Эйнштейна отличен от классического и в другом отношении. В классическом рационализме (Декарта) все следствия выводятся из начальных принципов, они развертываются в последовательную цепь, в которой каждое звено вытекает из предыдущего и каждое из них может быть сопоставлено с реальным миром.
Эйнштейн же исходил из того, что физическая теория представляет собой замкнутую логическую структуру и потому может быть проверена только в целом, в ее конечных выводах. Следовательно, теория не развертывается в последовательную цепь следствий, в которой может быть проверено каждое звено. До получения конечных выводов исследователь творит теорию чисто логически. В самом процессе создания теории разум следует по своим законам; Эйнштейн настойчиво подчеркивает, что теория — свободное изобретение разума; рационализм доведен им до предела.
При обсуждении гносеологических проблем Эйнштейн не выдвигает в качестве решающего критерия познания активное взаимодействие человека с внешним миром, изменение внешнего мира на основе познания.
Он сравнивает выводы теории с миром восприятий, довольствуясь сознанием того, что восприятия как-то связывают человека с внешним миром.
Как относится свободно созданная разумом теория к внешнему миру —это можно судить по тому, как она объясняет, упорядочивает мир восприятий, который несомненно вызывается в нас внешним миром. Подтверждение последнего факта Эйнштейн видит не в целеустремленном взаимодействии с внешним миром, а в том, что наши восприятия имеют надличный (или внеличный) характер, т. е. одни и те же восприятия при одинаковых обстоятельствах присущи не одному человеку, а ряду людей.
Таким образом, по Эйнштейну, теория возникает не из опыта, а свободно изобретается разумом на основе более или менее совершенного отбора понятий —кирпичей фундамента— и, минуя внешний мир, накоротко замыкается непосредственно с миром восприятий, с тем надличным, что в нем встречается, объясняет и упорядочивает его. Это замыкание теории непосредственно на мир восприятий оставляет большую свободу в конструировании теорий. Эйнштейн рассуждал так: раз теория в целом должна отвечать фактам восприятий, то части ее могут быть произвольным, свободным изобретением разума, однако в данной теории необходимыми. Этим он объясняет тот, на первый взгляд парадоксальный, факт, что хотя математика (геометрия) имеет дело с идеализированными объектами (и потому она всегда верна), все же она необходима для познания действительности. Это находит объяснение в следующем положении Эйнштейна, которое он высказал в докладе Геометрия и опыт на торжественном заседании Прусской академии наук в 1921 г.: Геометрия (Г) ничего не говорит о соотношении действительных предметов, и только геометрия вместе с совокупностью физических законов (Ф) описывает это соотношение. Выражаясь символически, мы можем сказать, что поверке опыта подлежит только сумма (Г) + (?). Таким образом, в действительности можно по произволу выбрать как (Г), так и отдельные части (Ф); все эти законы являются условными. Для избежания противоречия необходимо только, чтобы оставшиеся части (Ф) выбрать таким образом, чтобы опыт оправдывал совместно (Г) и полное (Ф).
Идея эта принадлежит Пуанкаре, но Эйнштейн признал, что?такое воззрение Пуанкаре совершенно правильно. В этой идее, в противоречие с изложенным ранее взглядом на теорию, явно реализуется позитивистский тезис: теория есть система упорядочения чувственных восприятий, и таких систем упорядочения может быть множество. Чтобы это стало очевидным, напомним рассуждения позитивиста Рейхенбаха в его Philosophical Foundations of Quantum Mechanics (1946) в связи с обсуждением им вопроса о том, существуют ли в физике ненаблюдаемые. Этот вопрос, говорит Рейхенбах, аналогичен вопросу: существует ли дерево, когда на него перестают смотреть Ответ, по Рейхенбаху, может быть любым: можно предположить исчезновение дерева либо его удвоение, утроение и т. д., но важно соблюдать одно правило: каждому предположению должна соответствовать такая конструкция физических законов, которая оправдывала бы во всех случаях восприятие одной тени. Это будут различные, но правомерные описания ненаблюдаемого; в гносеологии Рейхенбаха они составляют класс эквивалентных описаний. Что происходит в действительности, для Рейхенбаха несущественно, для него действительность есть только факт данного восприятия (одной тени дерева).
По существу, такого же представления о возможности многих эквивалентных описаний чувственных восприятий придерживается Эйнштейн. Однако, в отличие от позитивистов, Эйнштейн признает, что чувственные восприятия идут от внешнего мира, который, следовательно, существует. Но сам внешний мир представляется Эйнштейну загадкой.
Он находит эту идею — мир есть загадка — очень ценной и указывает, что она идет от Канта. В Ответе на критику Эйнштейн пишет: Я не был воспитан в традициях Канта и довольно поздно пришел к пониманию того действительно ценного, что имеется и его учении, наряду с заблуждениями, которые теперь совершенно очевидны. Оно заключено в утверждении: реальное нам не дано, а загадано (в виде загадки). Это, очевидно, означает: для охвата межличного существует умозрительная конструкция, основание которой лежит исключительно в ней самой. Эта умозрительная конструкция относится именно к реальному (по определению), и все дальнейшие вопросы о природе реального бессодержательны.
Более популярно эта концепция была изложена в книге?Эволюция физики?. В ней авторы пишут: ?Физические понятия суть свободные творения человеческого разума и не однозначно определены внешним миром, как это иногда может показаться. В нашем стремлении понять реальность мы отчасти подобны человеку, который хочет понять механизм закрытых часов. Он видит циферблат и движущиеся стрелки, даже слышит тиканье, но он не имеет средств открыть их корпус. Если он остроумен, он может нарисовать себе некую картину механизма, которая отвечала бы всему, что он наблюдает, но он никогда не может быть вполне 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. Но он, конечно, уверен в том, что по мере того, как возрастает его знание, картина реальности становится все проще и проще и будет объяснять все более широкий ряд его чувственных восприятий. Он может даже верить в существование идеального предела знаний и в то, что человеческий разум приближает этот предел. Этот идеальный предел он может назвать объективной истиной. Теперь перед нами вполне законченная картина мира и путей его познания, как представлял их Эйнштейн. В этой картине действительна отведено место всем философским направлениям — реализму и позитивизму, рационализму и кантиантству, и несомненно — элементам ряда других философских направлений. Эйнштейн видел в этом достоинство философских взглядов естествоиспытателя, выражение необходимости для него считаться не с односторонней философской схемой, а с реальным разносторонним процессом познания.
В этой главе мы проследили, как зарождалась гносеология Эйнштейна из его понимания собственного опыта построения физических теорий. В следующей главе мы рассмотрим вопрос о том, оправдалась ли эта гносеология, когда он стал руководствоваться ею в трактовке уже созданных физических теорий, а также в разработке новых.

3. Гносеология Эйнштейна и реальный процесс познания. Опыт и теория у Эйнштейна.

Итак, в ходе развития теории относительности и обобщенной теории тяготения Эйнштейн выработал некоторое методологическое оружие, теорию познания естествоиспытателя.
От опыта нет пути к построению теории. Понятия и теории имеют не опытное происхождение, но и не априорное. Они суть свободное изобретение разума, которое оправдывается только в сопоставлении конечных выводов теории с опытом. Естествоиспытатель отбирает минимальное число простейших „кирпичей" для фундамента и на этом концептуальном фундаменте строит внутренне наиболее совершенную теорию. Непосредственная цель теории — упорядочение наших восприятий. Если это достигается, то мы можем полагать, что построенная нами теория в какой-то мере соответствует внешнему, всегда закрытому от нас миру, соответствует постольку, поскольку восприятия являются следствием протекающих в нем процессов.
Такова схема познания Эйнштейна. Главное, что отличает метод познания Эйнштейна,— это отрицание пути от опыта к построению теории. Вместе с тем это отрицание является наиболее слабым пунктом его гносеологии.
Но, может быть, это отрицание есть случайная, хотя и повторяющаяся оговорка великого физика, критиковать которую было бы делом недостойным Разве не известно, что Эйнштейн даже в тот период, когда разрабатывал свои обобщающие теории, опирался на опыт, например на экспериментальный факт равенства тяжелой и инертной масс Разве Эйнштейн (совместно с Инфельдом) не показал в Эволюции физики, как под влиянием открытия новых фактов возникают новые представления и понятия, как в особенности возникло и утвердилось понятие поля — основное в физике Эйнштейна
Все это несомненно так. И тем не менее ссылка Эйнштейна на опыт отнюдь не изменяет обрисованной выше рационалистической схемы его познания, в которой существенным является отбор концептуального фундамента и построение теории на его основе. Иначе говоря, отдельные ссылки Эйнштейна на опыт не означают, что его вывод — нет пути от опыта к построению теории?— случайная для него оговорка. Это станет ясным, если рассмотреть наиболее общую форму связи физической теории с экспериментом и сравнить ее с той ролью, какую опыт играет в трудах Эйнштейна.
Физическое познание начинается с установления некоторых экспериментальных соотношений, определенным образом связывающих физические категории (понятия, величины) друг с другом (причем сущность категорий в этих соотношениях всегда определяется в свете существующих теорий). Эти экспериментальные соотношения могут казаться (опять-таки в свете существующих теорий) даже противоречащими друг другу.
Но поскольку они представляют собой проявления одного и того же типа объектов, необходимо возникает задача: найти логическое условие их совместности, обобщить их. Следовательно, сущность обобщения такого рода состоит в рассмотрении экспериментальных фактов совокупно как единой логически связанной системы, в отыскании условий совместности результатов различных экспериментов. В физике эти условия формулируются в виде математических уравнений или неравенств. Их отыскание, разумеется, трудный и подчас болезненный процесс, иногда затягивающийся на долгие годы. Результатом этого процесса и является теория.
Отношение между совокупностью экспериментальных фактов и теории взаимно. Иначе говоря, теория должна быть таким обобщением экспериментально установленных соотношений, что из нее при определенных условиях должны вновь возникать ie же соотношения, которые привели к образованию leopmi. Но этого требования для подлинной теории недостаточно. Теория не просто суммирует экспериментальные соотношения, которые стали известны исследователю, но она (в полную противоположность Маху) выходит за их пределы, раскрывая через них объективные связи природы. И если эти объективные связи действительно раскрыты правильно, то теория неизбежно приведет к раскрытию и таких соотношении, которые существуют в природе объектов, но еще не были известны исследователю. В этом заключается эвристическое значение теории.
Она не пассивно суммирует уже известный опыт, а дает новое знание, расширяет возможности опыта. Теория есть нечто большее, чем простая сумма единичных опытов.
Именно поэтому в марксистской философии теория с полным основанием рассматривается как образ объективной реальности.
Указанный путь обобщения узловых экспериментов есть наиболее общий и глубокий путь образования теории. Он фактически и реализуется во всех плодотворных физических теориях, хотя это не всегда осознается.
Таким именно путем создавалась квантовая механика, а также и теория относительности (?специальная?). И такое обобщение фактически реализовал сам Эйнштейн, который в те годы еще не выработал своей особой концепции познания и шел стихийным путем. Не следует забывать, что Эйнштейн отталкивался от классической теории Максвелла, в которой уже были обобщены экспериментальные факты в области электромагнетизма, установленные его предшественниками. Но теория Максвелла оказалась неполным обобщением; необходимо было учесть еще и такие факты, как симметричность (относительность) электромагнитных взаимодействий и независимость скорости света от движения его источника. Это дальнейшее обобщение и выполнил Эйнштейн, что и привело его к теории относительности.
Подобный путь обобщения труден, но он — единственно возможен, и он всегда плодотворен по своим результатам. Мы не можем здесь входить в детальное рассмотрение так понимаемой теории и ее связи с экспериментом, но отметим еще два существенных момента.
Теория опирается на определенный круг однозначно установленных экспериментальных соотношений. Условие совместности этих соотношений также всегда однозначно. Это означает, что теория выступает как однозначный образ внешнего мира как в целом, так и в своих частях.
Могут получиться различные формы теории; при уточнении они оказываются эквивалентными, как это было, например, в отношении матричной и волновой форм квантовой механики. Процесс обобщения, приведший к теории относительности (специальной), был настолько однозначен, что к его результату продвигался не один Эйнштейн, но и другие физики, в особенности Лоренц, Пуанкаре. Лоренц вопреки личным симпатиям, как свидетельствует Макс Борн, был вынужден отказаться от механистической идеи о существовании особого носителя электромагнитных процессов — эфира; он же, как известно, вывел существенные для теории относительности уравнения преобразований, получившие его имя, и вынужден был ввести в инерциальных системах местное время?, хотя и не понимал его смысла. Пуанкаре всего несколькими месяцами позже Эйнштейна опубликовал статью О динамике электрона (1906) в которой по существу были все необходимые элементы теории относительности. Словом, экспериментальные факты в начале нашего века с неизбежностью подводили всех физиков к однозначному теоретическому обобщению —теории относительности. Далее. Теория, являющаяся формулировкой условий совместности экспериментальных фактов, в силу своей природы опирается только на установленные экспериментальные соотношения и не предполагает заранее никаких определенных представлений о свойствах объекта или определенных типов связей, действующих в объекте. Последние могут быть получены лишь в результате отыскания условий совместности экспериментов, т. е. в результате выработки физической теории. Это очень важное свойство данного метода образования теорий, ибо оно означает, что данный метод не навязывает исследователю никаких априорных представлений ни об объекте, ни о действующих в нем связях; в силу этого он является необходимым и наиболее общим способом раскрытия в объекте новых свойств и нового типа связей, притом его выводы реализуются с принудительной силой, часто вопреки навыкам и психологическому сопротивлению исследователя.
Рассмотрим теперь ту роль, какая отведена опыту в схеме познания Эйнштейна. Эта роль двоякая. Об одной из них Эйнштейн говорит ясно: выводы теории должны совпадать с опытом, без этого теория превращалась бы в пустую схему. Это положение бесспорно. Но это — апостериорная, контрольная функция опыта. Она отбирает адекватные объекту теории среди всех созданных, содействуя тем развитию науки в целом, но она не ведет непосредственно к построению теории.
Опыт играет в схеме Эйнштейна и другую роль. В схеме построения теории Эйнштейна нетрудно заметить два этапа: на первом он конструирует концептуальный фундамент, а на втором —создает на его основе теорию. Но откуда он берет понятия для фундамента Эйнштейн утверждает, что понятия (как и теория) — продукт свободного изобретения разума. Но, конечно, он не придумывает их произвольно, а фактически отбирает, отбирает среди тех, которые по каким-то основаниям уже возникли в физике. Мы не будем здесь исследовать этот процесс возникновения понятий и их последующего закрепления или же отклонения. Эйнштейн (и Инфельд) показали этот процесс в Эволюции физики. Ясно, что в возникновении физического понятия опыт играет определенную (однако не непосредственную, не в смысле позитивизма или операционализма) роль. У Эйнштейна он играет роль и в отборе понятий для концептуального фундамента (равенство тяжелой и инерциальнои масс). Но это совсем не та роль, какую играет опыт, когда отыскивается единственно возможное условие совместности экспериментов. Эйнштейн прав: та роль, какую он сам отводит опыту, не дает ему возможности найти пути от опыта к построению теории. Она вполне совмещается с концепцией теории как продукта свободного изобретения разума, со всеми вытекающими отсюда следствиями, а именно, что одни и те же факты могут отображаться разными теориями, что одна теория отличается от другой различными концептуальными фундаментами, положенными в основу теории, что помимо критерия внешнего оправдания теории существует еще критерий внутреннего совершенства и т. п.
Идея множественности теорий, отображающих одни и те же факты, но отличающихся тем, что они построены на основе различных концептуальных фундаментов, не подтверждается реальным процессом познания. Нет оснований считать, что две теории тяготения —Ньютона и Эйнштейна —относятся к одному и тому же кругу фактов, но только по-разному их упорядочивают, поскольку-де первая имеет несовершенный концептуальный фундамент, а вторая —совершенный. Классифицировать эти теории приходится по-иному. Обе эти теории стоят не рядом друг с другом, как неоднократно подчеркивал Эйнштейн, а в определенном отношении друг к другу, и вторая охватывает более широкий круг фактов, чем первая. Теория тяготения Ньютона справедлива только для скоростей, малых сравнительно со скоростью слета, и потенциалов, малых сравнительно с квадратом скорости света. Обобщенная теория тяготения Эйнштейна охватывает также и области больших скоростей и шленциалов, а при малых их значениях принимает форму ньютоновой теории.
Обе теории представляют собой различные степени углубления познания природы. Нельзя, следовательно, утверждать, что концептуальный фундамент и сама теория свободно конструируются разумом. Замечание Борна по этому поводу (см. стр. 560) было справедливым. Нельзя принять и идею о том, что мир есть и навсегда будет для нас загадкой. Если корпус мирового механизма наглухо закрыт от нас и никогда не раскроется, то предъявляемые к теории требования становятся не столь жесткими, поскольку внешнее оправдание ее конечных выводов фактически сводится при этом только к той или иной степени упорядочения наших восприятий. Эта концепция лишает теорию однозначной достоверности, что неоднократно признавал и.
Но реальные знания человека развиваются вовсе не так: сегодня нет никаких теорий, а завтра будет теория, охватывающая весь замкнутый в себе мир, корпуса механизма которого мы вскрыть никогда не сможем. Человек создает теории, относящиеся не к миру как целому, а к отдельному кругу явлений природы. При этом он непрерывно взаимодействует с природой, как до создания теории, так и после. Он создает теорию на основе взаимодействия и проверяет свои теоретические выводы о ней через взаимодействие, через практику. В результате этого человек непрерывно расширяет и углубляет свои связи с природой. Это и есть процесс познания природы. Это и есть раскрытие корпуса мирового механизма. Только игнорируя это постоянное взаимодействие с внешним миром, исследователь может утверждать, что его теория — продукт свободного изобретения разума. К чему это игнорирование привело на практике самого Эйнштейна, мы увидим позже, а пока рассмотрим, к какому результату оно приводит в самой теории познания. В логическом аспекте физическая теория представляет собой некоторую связь физических категорий или понятий. Отобрав „кирпичи" для фундамента, Эйнштейн приступает к построению теории, устанавливая некоторую связь между отобранными понятиями. Но какие же типы связей он использует Только типы связей, выражаемые дифференциальными уравнениями, для поля — в частных производных. Следовательно, гносеология Эйнштейна исходит из заранее определенного типа причинных связей, приписываемых внешнему миру: это — однозначная непрерывная связь событий, смежных во времени и пространстве. Опора на связи этого типа для Эйнштейна неизбежна, ибо других связей он не знает и ему неоткуда почерпнуть знание о них, поскольку он не рассматривает условия совместности различных экспериментов. Игнорирование этого метода, раскрывающего реальные связи в природе, и вынуждает Эйнштейна неявным образом постулировать, что внешний мир подчиняется связям именно указанного типа.
Выходит, что априоризм, правомерность которого Эйнштейн подверг справедливой критике, стремясь освободить от него классическую физику, выступает в теориях Эйнштейна в новой форме: теперь априорный характер приобретают уже не отдельные физические категории, а определенный тип закономерных связей, характерный для классической физики.
Но откуда следует, что мир должен подчиняться именно тому типу связей, который известен исследователю в период разработки им теории или по каким-то причинам наиболее близок его духу А что если внешний мир и в самом деле обладает закономерностями иного типа, как получить об этом информацию? Не выступает ли здесь принятый метод познания как препятствие познанию
Это именно так и есть. Это — противоречие, но оно неизбежно для рационализма, как классического, так и современного. Но классический рационализм для своего времени был прогрессивным течением, поскольку он выступал против догм, утверждавших, будто истина дана только в церковных книгах, и выдвигал идею, что творческий разум человека в состоянии прочитать ее в книге самой природы. В наше время богословские догмы преодолены и рационалистическая философия лишь тормозит познание: она не в состоянии раскрыть в природе связи нового типа.
И если Эйнштейн на определенном этапе раскрывал их, то, как сказано выше, раскрывал потому, что фактически применял не рационалистический метод познания.
Итак, Эйнштейн признавал опыт, но он недооценивал его гносеологическое значение, его существенную роль в построении теории. Он использовал опыт так, что допускал возможность множественности теорий, описывающих один и тот же круг фактов, и исключал возможность познания объективных связей и свойств нового типа.

4. Квантовая теория и гносеология Эйнштейна.

Можно ли было создать теорию квантовых явлений тем путем, который Эйнштейн признал единственно правильным Безусловно, нет.
Метод Эйнштейна включал в себя правильное положение о том, что теория отображает определенную совокупность явлений внешнего мира только как целое, определяя смысл и содержание используемых в ней понятий (физических категорий). Мы помним, что осознание этого факта привело его к отходу от позитивизма Маха и операционализма Бриджмена. Но метод Эйнштейна включал в себя также и требование предварительного отбора простейших понятий для концептуального фундамента, из которого затем должна рационалистическим путем развиваться теория; он заранее предопределял также и тип связей между физическими категориями.
Но как можно было сказать заранее, какие понятия среди выработанных классической физикой могут быть отобраны для фундамента и применены в теории квантовых явлений? И можно ли было использовать в ней классический тип связей? Первый период накопления фактов в этой области с несомненностью обнаружил невозможность отобрать заранее исходные понятия и тип связей между ними, чтобы затем строить теорию рационалистическим методом. Это было слишком очевидно. Нужно было искать другой путь к теории. И физики нашли его, не сразу, не без колебаний, конечно.
Если отбросить то субъективное, что привносили и привносят в изложение и трактовку квантовой теории отдельные авторы, и кратко сформулировать объективную суть метода, которым создавалась квантовая механика, то эта суть может быть выражена следующим образом.
В области атомных явлений физики встретились с рядом узловых экспериментальных фактов, необычных и даже странных с точки зрения уже известных классических законов. Исследователь должен исходить из этих экспериментальных соотношений и рассмотреть их совокупно как единую логическую систему. Он заранее не может делать никаких предположений ни о природе физических объектов и их состояниях, ни о характере их взаимосвязей, заранее не может строить никаких определенных моделей исследуемого мира. Он не отбирает для фундамента никаких наипростейших понятий и не изменяет их смысла заранее, до образования теории; в каждом отдельном эксперименте он просто использует уже сложившиеся понятия, понятия классической физики.
Чем он еще должен руководствоваться, так это положением, что при определенных физических условиях — когда квантом действия можно пренебречь — любая новая теория должна принимать форму уже испытанной классической теории. Это — так называемый принцип соответствия.
Но и принцип соответствия не является принципом, навязываемым природе извне, императивно; по существу он тоже выражает опытный факт — достоверность законов классической физики при определенных, классических условиях.
Так в результате обобщения узловых экспериментальных фактов атомной физики устанавливается их логическая взаимосвязь, условие их совместности — квантовая теория. Природу физических объектов и их состояний, равно как и природу их взаимосвязей, физик принимает такими, какими они оказываются в результатах обобщенной теории.
Они, безусловно, уже не те, что были в классических теориях; требование соблюдения условий совместности, новой совокупности экспериментов, т. е. новая теория, наложило свой отпечаток на природу категорий и связей между ними. Поскольку созданная таким путем квантовая теория подтверждается и последующими экспериментами, предсказывает новые, еще не встречающиеся в лабораториях физиков, и. кроме того, удовлетворяет еще и принципу соответствия, она рассматривается как теория, адекватная внешнему миру, так же как адекватными представляются и все ее составные элементы и установленные в ней взаимосвязи.
Таким образом, в области атомных явлений был применен именно такой метод образования теорий, который позволил раскрыть в природе новое, позволил выйти за пределы уже известных закономерностей, уже известных представлений о физических объектах и их характеристиках.
В квантовой механике он привел к выводу о том, что физические свойства объекта должны рассматриваться не как абсолютные, присущие объекту самому по себе, а лишь как относительные, определяемые взаимодействием объектов в целостной системе. Тем самым устраняются представления классической физики не только о существовании систем отсчета с абсолютными свойствами, но и о существовании физических объектов с абсолютными свойствами. В этом смысле квантовая теория продолжает и углубляет деятельность Эйнштейна в области преобразований классических представлений. Квантовая теория обогатила также характеристику состояния физического объекта, определяя его по набору его потенциальных возможностей.
Точно так же этот метод объективировал новую форму причинных связей — статистические закономерности. Последние вытекают здесь из существа самой теории, подтвержденной практикой, а не как временная замена точных динамических закономерностей, используемая нами в условиях слабомощности наших знаний.
Здесь для иллюстрации мощности этого метода приведены только некоторые примеры раскрытия нового в природе. Но такой метод построения теорий и вытекающие из него следствия никак не укладывались в систему представлений Эйнштейна о структуре мира, о путях его познания, о том, что единственной формой причинной связи в природе могут быть только однозначные связи, отражаемые в структурных или дифференциальных уравнениях. Идея континуума, на которую Эйнштейн опирался и в теории относительности, и в обобщенной теории тяготения, и в разработке единой теории поля, совместима только с одним, указанным выше, типом причинных связей. Все это и привело к тому, что Эйнштейн, исходивший из собственного метода построения теорий, не мог согласиться с основными идеями квантовой физики.
Эйнштейн, конечно, приводил свои доводы против принятия квантовых идей. На первый взгляд они даже кажутся убедительными. Но при более внимательном рассмотрении становится ясным, что они опираются на априорные представления о природе квантовых объектов и процессов, а именно это и не разрешает делать метод рассмотрения условий совместности экспериментальных фактов, приводящий к новой теории, к созданию образа новой объективной реальности. Возражая Бору, Борну, Паули, Гайтлеру и другим, Эйнштейн в Ответе на критику указывает на то, что волновая функция не дает полного описания распада отдельного индивидуального атома, так как не содержит в себе никаких указаний относительно момента времени распада радиоактивного атома (курсив Эйнштейна). А ведь каждый прежде всего склонен предположить,— продолжает он,— что индивидуальный атом распадается в определенный момент времени. В этой постановке проблемы явно обнаруживается априорный подход Эйнштейна: картина процесса обрисована прежде, чем создана теория, с позиции этой наглядной картины ведется критика новой теории. Здесь доводы и следствия поставлены с ног на голову.
Мы помним, что квантовая теория появилась в результате отыскания условий совместности экспериментальных фактов в данной области микроявлений, что она предсказала и новые факты, что она даже переходит в классическую (проверенную!) теорию при классических условиях, что, следовательно, она, а не что-либо иное, не какая-либо наглядная картина выступает как адекватный образ физической реальности.
И вот эта теория приводит к иной картине распада атома. Согласно теории (которая является обобщением опыта, многочисленные следствия которой подтверждаются опытом же!), время распада и энергия связаны так, что чем точнее определяется время, тем неопределеннее становится изменение энергии. Наши представления о механизме распада должны меняться, они должны соответствовать теории. Это требование не ново, оно аналогично тому, как Эйнштейн в свое время требовал, чтобы наши представления о структуре жидкости соответствовали проверенной теории броуновского движения. На этом основании мы должны были признать существование атомов и молекул, хотя непосредственно они не наблюдались.
Однако хотя Эйнштейн в свое время и пришел к выводу о необходимости трактовать теорию как целостность, механизм радиоактивного распада он рассматривал не в свете его квантовой теории, а на основе привычных представлений, которые для данного случая выступали уже как априорные.
В Ответе на критику он описывает небольшую дискуссию между критиком и защитником квантовой механики (физиком-теоретиком).
В уста последнего он вкладывает следующий довод в защиту квантовых идей: ?Утверждение о существовании определенного момента распада имеет смысл, если я могу в принципе определить этот момент экспериментально... Вся мнимая трудность получается потому, что нечто ненаблюдаемое выдается в качестве,.реального" (таков ответ физика-теоретика).
Вот этот предполагаемый ответ (несомненно, что такие ответы встречались) Эйнштейн и назвал (см. стр. 548) позитивистским, ведущим к принципу Беркли: существовать, значит быть наблюдаемым. Но здесь нет логики. Позитивизм утверждает: существуют только мои ощущения, наблюдения, восприятия; они ничего не отражают вне меня (ощущения могут быть похожи только на ощущения же, говорит Беркли). Другое дело утверждение: данному представлению в данной области ничего не соответствует (не соответствует же ничто в реальном мире представлению о чёрте!). Доводы Эйнштейна против Маха были убедительны: атомы были ненаблюдаемы непосредственно, но они были, и они наблюдались опосредованно, в частности через теорию броуновского движения, что и доказал Эйнштейн. Доводы Эйнштейна против квантовой механики неубедительны потому, что он хочет заставить верить в существование такого ненаблюдаемого, которое не находит отражения в теории-образе физической реальности, а напротив, исключается ею. Аналогично этому в свое время критиковали соотношение неопределенности координат и импульса квантового объекта: ?Нельзя одновременно точно определить координаты и импульс? Ну это только при современной технике; в будущем, когда техника усовершенствуется, координаты и импульсы можно будет измерить абсолютно точно. Нельзя же класть пределы нашему познанию!?.
Эта критика исходила из того, что координаты и импульс квантового объекта всегда существуют в определенно точном значении, вне связи друг с другом, невозможна только процедура одновременно точного измерения этих значений при современной технике.
Но такая критика обнаруживает непонимание того, что квантовая теория (эвристическое значение которой Эйнштейн всегда признавал!) в корне изменила наши представления о квантовом объекте и процессах, происходящих в квантовой области.
Мы помним, какой мощный импульс дал сам Эйнштейн развитию статистических методов физики. Тем не менее всю вторую половину жизни он категорически отрицал их объективный смысл. В письме Максу Борну от 3 декабря 1947 г. он писал: ?Мою физическую позицию я не могу для тебя обосновать так, чтобы ты признал ее сколько-нибудь разумной. Конечно, я понимаю, что принципиально статистическая точка зрения, необходимость которой в рамках существующего формализма впервые была ясно осознана ведь тобой, содержит значительную долю истины. Однако я не могу в эту теорию серьезно верить, потому что она несовместима с основным положением, что физика должна представлять действительность в пространстве и во времени без мистических дальнодействий... В чем я твердо убежден, так это в том, что в конце концов остановятся на теории, в которой закономерно связанными вещами будут не вероятности, а факты, как это и считалось недавно само собой разумеющимся. В обоснование этого убеждения я могу привести не логические доводы, а мой мизинец, как свидетеля, т. е. авторитет, который не внушает доверия за пределами моей кожи?. Всю жизнь Эйнштейна беспокоила двойственная, корпускулярноволновая природа квантовых объектов (так называемый?дуализм?).
Он, открывший фотонную структуру света, утверждал теперь, что все дискретные образования — элементарные частицы, атомы, фотоны и т. п.— суть сингулярности (?особые области?) поля, иначе говоря, они должны быть сведены к полю, в котором действуют дифференциальные уравнения, поскольку ничто, кроме них, по Эйнштейну, не является формой выражения причинной связи. Это прежде всего относится к статистической закономерности. Но современная квантовая электродинамика выявляет статистические закономерности и у поля. Дифференциальные уравнения (максвелловы) электромагнитного поля отражают лишь ту его сторону, которая рассматривается в макроскопической электродинамике, т. е. закономерности в процессах, в которых существенную роль играют изменения средних значений переменных. В микропроцессах приходится иметь дело с флуктуациями переменных поля около средних значений и с квантованием поля. Поэтому переход к полю не может освободить физику от статистических закономерностей. Некоторые авторы обсуждают вопрос: не вытекает ли отрицательная позиция Эйнштейна по отношению к квантовой теории из какого-либо прозрения будущих путей развития физики, путей, которых еще не видят его соратники, но которые уже раскрылись перед его умственным взором?
Нет, мы видим, что она вытекает из его методологии, из его понимания путей построения теории, из его априорной трактовки структуры внешнего мира, из того, что этому миру заранее предопределялся определенный тип связей.
Это отношение к квантовой теории появилось у него не в результате накопления нового экспериментального материала, ставящего под сомнение основы теории, не в итоге каких-либо собственных или даже чужих достижений. Оно появилось вскоре после построения им обобщенной теории тяготения, успех которой он принял за подтверждение?общего принципа относительности? и за обоснование тогда уже выработанной им рационалистической методологии.
Еще 8 марта 1920 г. Эйнштейн писал Максу Борну: ?В свободное время я всегда размышлял над квантовыми проблемами с точки зрения относительности. Я не думаю, что эта теория может обойтись без континуума. Однако мне до сих пор не удалось придать осязаемый образ моей любимой идее — понять квантовую теорию с помощью дифференциальных уравнений, применяя условия для особых решений?. А немного ранее, в том же году (27 января) он писал Борну: ?Меня также очень тревожит проблема причинности. Будут ли поглощение и излучение света квантами когда-либо поняты в смысле полной каузальности или же сохранится статистический остаток? Я должен признать, что у меня отсутствует мужество убеждения. Но я очень, очень неохотно отказываюсь от полной каузальности....
Мир, по Эйнштейну, представляется только в образе континуума, и теория должна выражать его посредством дифференциальных уравнений, которые являются единственной формой каузальной связи,— таков смысл этих писем. Уже в то время в них ярко отразилась вся методология Эйнштейна. В ней ничего не изменилось до конца его жизни. Теперь эта методология уже явно встала вразрез с основным развитием физики.

Заключение.

Теория познания Эйнштейна, выработанная им на основе своеобразной трактовки собственного успешного построения теории относительности и обобщенной теории тяготения, не оправдалась. Высоко оценив значение теории как целостности, поднявшись в этом отношении над гносеологией позитивизма, Эйнштейн не сумел полностью извлечь из этой идеи ее глубокий смысл и даже обеднил ее, так как не понял логической и генетической связи теории с опытом. Оказался неверным его основной тезис о том, что нет пути от опыта к построению теории. Этот тезис привел Эйнштейна не только к отрицанию основных идей квантовой физики, но и к созданию искусственной преграды к познанию связей нового типа в природе. Он привел к развитию рационалистической теории познания и к формулировке программы развития физики, которая оказалась нереализуемой.
Но сам Эйнштейн никогда не предавался унынию. Он твердо верил в спой путь и надежда не покидала его. Этой стойкости духа можно учиться у Эйнштейна.
Стойкость духа... Нельзя не преисполниться глубоким уважением к Эйнштейну как человеку. Высокая моральная чистота Эйнштейна; его глубочайшая преданность науке; его непритязательность в личной жизни; его искреннее презрение к славе, к внешнему благополучию, к деньгам; его душевное отношение к людям и постоянная готовность морально и материально помочь всем, в честности кого он убежден; его жгучая ненависть ко всякого рода бюрократизму; его свободолюбие и бесстрашие, с которым он бросал в лицо правителям обвинения в забвении интересов человечества; его настойчивая борьба против войны как средства решения спорных вопросов между народами и в особенности против атомной войны,— все это показывает в нем человека большой, благородной души. И все же при всех этих качествах он был крайне индивидуален и одинок. Его думы о настоящем и будущем человечества сочетались в нем с наивностью в делах общественно-политических; в философии он подвергался критике с разных сторон. И даже в своей стихии — в физике — он остался на склоне лет одиноким.
Подавляющее большинство физиков не пошло за Эйнштейном до конца. Жизнь заставила их искать другую линию развития физики. Но в их глазах Эйнштейн по-прежнему остается великим физиком нашего времени.
То, что он сделал для физики в ее критический переломный период, навсегда сохранит свое значение в ее развитии. Мы не назовем его беспринципным оппортунистом в философии. Такого наименования заслуживают те, кто идет на сделку с совестью. Эйнштейн был не таков. Он был убежден в правоте своего пути, но мы не можем не сказать: в теории познания он заблуждался. Вырабатывая ее, он опирался на слишком узкую базу своего профессионального опыта и слишком односторонне его толковал. Это оказало влияние и на понимание им путей дальнейшего развития физики. Упрек, в свое время адресованный им Маху, может быть возвращен и ему самому: философские предубеждения и ему помешали правильно определить пути познания и перспективы развития физики.

Список литературы отсутствует

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

Философское значение теории относительности заключается прежде всего в том, что она подтвердила диалектико-материалистическое понимание пространства и времени, их неразрывной связи друг с другом и материей. Философский смысл новой теории заключался не только в подтверждении уже существовавших положений научной философии, а в том, что она дала материал и толчок для существенного углубления научной философской концепции пространства, времени, движения и материи. Она наполнила более глубоким содержанием понятие связи пространства и времени, их зависимости от материи. С теорией относительности в науку и философию входит понятие о различных формах пространства и времени.

Наконец, величайшее значение теории относительности и неевклидовой геометрии состоит в том, что они потребовали пересмотра казавшихся незыблемыми представления о неизменных пространстве и времени, об их абсолютном характере.

Физическая форма материи: единство, сущность, способ существования, направленность эволюции.

Виды материи:

Вещество (имеет массу покоя, различные агрегатные состояния)

Форма материи – совокупность различных объектов и систем, обладающих единой качественной определенностью, выражающейся в общих свойствах и специфических для данной формы материи способах существования.

Физическая форма материи (ФФМ): единство, сущность, способ существования, направленность эволюции.

Физическая форма материи известна нам лишь с простого уровня – лептонов и кварков, выше которого уровень элементарных частиц – протонов, нейтронов, атомов макротел, включая образование – метагалактику, или нашу вселенную. В более укрупненном плане ФФМ может рассматриваться как составленная из двух основных форм физической материи – вещества и поля.

Хотя современная физика не знает как наиболее простых, так и наиболее крупных уровней физической реальности, в ней получила серьезные основания идея генетического единства ФФМ. Согласно современным представлениям, известная нам физическая реальность возникла из относительно простого сингулярного состояния в результате “Большого взрыва” 10-20 млрд. лет назад. Не зная нижнего и верхнего пределов ФФМ, мы можем, однако, с большой уверенностью заключить о существовании объединяющих физическую реальность двух наиболее фундаментальных свойств – массы и энергии.

Каждая частная физическая форма материи и движения обладает своими специфическими свойствами, отличающими ее от других форм, однако в целом, в своей тотальности частные физические формы материи характеризуются единым, общим, интегральным свойством – энергией, в которой угасают эти специфические свойства, исчезают различия между частными физическими формами материи и движения. Наличие этого свойства оказывается необходимой основой взаимодействия и взаимопревращения различных физических объектов, позволяет ввести общую меру физического движения, отражающую единство физической реальности, ее отличие от химической, биологической, социальной форм материи.

Фундаментальные свойства масса и энергия находятся в глубокой зависимости, фиксируемой соотношением Эйнштейна E=mc2. таким образом, физическая форма материи – это масс-энергетический мир.

Материал современной физики позволяет определить специфический способ, или форму, развития. С момента Большого взрыва развитие ФФМ осуществлялось первоначально путем преимущественно дифференциации, возникновения все большего многообразия физических объектов, затем, все в большей степени, посредством прямого субстратного синтеза, интеграции простых образований в более сложные. Важнейшей особенностью этого процесса дифференциации – интеграции является его масс-энергетический характер.

Единым способом существования являются 4 типа взаимодействия: сильное, слабое, электромагнитное, гравитационное.

Теория относительности была первой физической теорией, которая радикально изменила взгляды ученых на пространство, время и движение. Если раньше пространство и время рассматривались обособленно от движения материальных тел, а само движение независимо от систем отсчета, т.е. как абсолютное, то с возникновением специальной теории относительности было твердо установлено:

Всякое движение может описываться только по отношению к другим телам, которые могут приниматься за системы отсчета, связанные с определенной системой координат;

Пространство и время тесно взаимосвязаны друг с другом, ибо только совместно они определяют положение движущегося тела. Именно поэтому время в теории относительности выступает как четвертая координата для описания движения, хотя и отличная от пространственных координат;

Специальная теория относительности показала, что одинаковость формы законов механики для всех инерциальных, или галилеевых, систем отсчета сохраняет свою силу и для законов электродинамики, но только для этого вместо преобразований Галилея используются преобразования Лоренца;

При обобщении принципа относительности и распространении его на электромагнитные процессы постулируется постоянство скорости света, которое никак не учитывается в механике.

Общая теория относительности отказывается от такого ограничения, так же как и от требования рассматривать лишь инерциальные системы отсчета, как это делает специальная теория. Благодаря такому глубокому обобщению она приходит к выводу: все системы отсчета являются равноценными для описания законов природы.

Выявление алгоритма развития исхода из существующих концепций современного естествознания позволяет зафиксировать «взаимодействие» как движущую силу развития природы. С точки зрения экономической науки взаимодействие двух элементов системы отображается в экономические отношения между двумя экономическими субъектами, возникновение которых оказывает непосредственное влияние на развитие экономики. В то же время классификация взаимодействия на близкодействие и дальнодействие также находит свое отражение в экономической науке при различении микро- и макроэкономики.

Приведенное выше интуитивное определение системы достаточно для того, чтобы отличать системы от таких совокупностей предметов и явлений, которые системами не являются. В нашей литературе для названия последних не существует специального термина. Поэтому мы будем обозначать их заимствованным из англоязычной литературы термином агрегаты. Кучу камней вряд ли кто-либо назовет системой, в то время как физическое тело, состоящее из большого числа взаимодействующих молекул, или химическое соединение, образованное из нескольких элементов, а тем более живой организм, популяцию, вид и другие сообщества живых существ всякий будет интуитивно считать системой. Чем мы руководствуемся при отнесении одних совокупностей к системам, а других - к агрегатам? Очевидно, что в первом случае мы замечаем определенную целостность, единство составляющих систему элементов, во втором случае такое единство и взаимосвязь отсутствуют и установить их трудно, поэтому речь должна идти о простой совокупности, или агрегате, элементов.

Таким образом, для системного подхода характерно именно целостное рассмотрение, установление взаимодействия составных частей или элементов совокупности, не сводимость свойств целого к свойствам частей.

На протяжении всего изложения мы имеем дело с многочисленными физическими, химическими, биологическими и экологическими системами, свойства которых нельзя объяснить свойствами их элементов. В отличие от этого свойства простых совокупностей определяются свойствами их частей. Так, например, длина тела, состоящего из нескольких частей, и его вес могут быть найдены суммированием соответственно длины и весов его частей. В отличие от этого температуру воды, полученную путем смешения разных ее объемов, нагретых в разной степени, нельзя вычислить таким же способом. Нередко поэтому говорят, что свойства простых совокупностей аддитивны, т.е. суммируются или складываются из свойств или величин их частей, а свойства систем как целостных образований неаддитивны.

Следует, однако, отметить, что различие между системами и агрегатами, или простыми совокупностями, имеет неабсолютный, а относительный характер и зависит от того, как подходят к исследованию совокупности. Ведь даже кучу камней можно рассматривать как некоторую систему, элементы которой взаимодействуют по закону всемирного тяготения. Тем не менее здесь мы не обнаруживаем возникновения новых целостных свойств, которые присущи настоящим системам. Этот отличительный признак систем, заключающийся в наличии у них новых системных свойств, возникающих вследствие взаимодействия составляющих их частей или элементов, всегда следует иметь в виду при их определении.

В последние годы предпринималось немало попыток дать логическое определение понятия системы. Поскольку в логике типичным является способ определения через ближайший род и видовое отличие, постольку в качестве родового понятия обычно выбирались наиболее общие понятия математики и даже философии. В современной математике таким понятием считается понятие множества, введенное в конце прошлого века немецким математиком Георгом Кантором (1845-1918) и обозначающее любую совокупность объектов, обладающих некоторым общим свойством. Поэтому Р.Фейджин и А.Холл воспользовались понятием множества для логического определения системы.

Система - это множество объектов вместе с отношениями между объектами и между их атрибутами (свойствами).

Такое определение нельзя назвать корректным хотя бы потому, что самые различные совокупности объектов можно назвать множествами и для многих из них можно установить определенные отношения между объектами, так что видовое отличие для систем (differentia specifica) не указано. Дело, однако, не столько в формальной некорректности определения, сколько в его содержательном несоответствии действительности. В самом деле, в нем не отмечается, что объекты, составляющие систему, взаимодействуют между собой таким образом, что обусловливают возникновение новых, целостных системных свойств. По-видимому, такое предельно широкое понятие, как система, нельзя определить чисто логически через другие понятия. Его следует признать исходным и неопределяемым понятием, содержание которого можно объяснить с помощью примеров. Именно так обычно поступают в науке, когда приходится иметь дело с исходными, первоначальными ее понятиями, например, с множеством в математике или массой и зарядом в физике.

Для лучшего понимания природы систем необходимо рассмотреть сначала их строение и структуру, а затем их классификацию.

Строение системы характеризуется теми компонентами, из которых она образована. Такими компонентами являются: подсистемы, части или элементы системы в зависимости оттого, какие единицы принимаются за основу деления.

Подсистемы составляют наибольшие части системы, которые обладают определенной автономностью, но в то же время они подчинены и управляются системой. Обычно подсистемы выделяются в особым образом организованные системы, которые называются иерархическими.

Элементами часто называют наименьшие единицы системы, хотя в принципе любую часть можно рассматривать в качестве элемента, если отвлечься от их размера.

В качестве типичного примера можно привести человеческий организм, который состоит из нервной, дыхательной, пищеварительной и других подсистем, часто называемых просто системами. В свою очередь, подсистемы содержат в своем составе определенные органы, которые состоят из тканей, а ткани - из клеток, а клетки - из молекул. Многие живые и социальные системы построены по такому же иерархическому принципу, где каждый уровень организации, обладая известной автономностью, в то же время подчинен предшествующему, более высокому уровню. Такая тесная взаимосвязь, взаимодействие между различными компонентами обеспечивают системе как целостному, единому образованию наилучшие условия для существования и развития.

Структурой системы называют совокупность тех специфических взаимосвязей и взаимодействий, благодаря которым возникают новые целостные свойства, присущие только системе и отсутствующие у отдельных ее компонентов. В западной литературе такие свойства называют эмерджентными, возникающими в результате взаимодействия и присущими только системам. В зависимости от конкретного характера взаимодействия между компонентами мы различаем определенные типы систем: электромагнитные, атомные, ядерные, химические, биологические и социальные. В рамках этих типов можно, в свою очередь, рассматривать отдельные видь! систем. В принципе к каждому отдельному объекту можно подойти с системной точки зрения, поскольку он представляет собой определенное целостное образование, способное к самостоятельному существованию. Так, например, молекула воды, образованная из двух атомов водорода и одного атома кислорода, представляет собой систему, компоненты которой связаны силами электромагнитного взаимодействия. Весь окружающий нас мир, его предметы, явления и процессы оказываются совокупностью самых разнообразных по конкретной природе и уровню организации систем. Каждая система в этом мире взаимодействует с другими системами.

Для более тщательного исследования обычно выделяют те системы, с которыми данная система взаимодействует непосредственно и которые называют окружением или внешней средой системы. Все реальные системы в природе и обществе являются открытыми и, следовательно, взаимодействующими с окружением путем обмена веществом, энергией и информацией. Представление о закрытой, или изолированной, системе является далеко идущей абстракцией и потому не отражающей адекватно реальность, поскольку никакая реальная система не может быть изолирована от воздействия других систем, составляющих ее окружение. В неорганической природе открытые системы могут обмениваться с окружением либо веществом, как это происходит в химических реакциях, либо энергией, когда система поглощает свежую энергию из окружения и рассеивает в ней «отработанную» энергию в виде тепла. В живой природе системы обмениваются с окружением, кроме вещества и энергии, также и информацией, посредством которой происходит управление, а также передача наследственных признаков от организмов к их потомкам. Особое значение обмен информацией приобретает в социально-экономических и культурно-гуманитарных системах, где он служит основой для всей коммуникативной деятельности людей. 1

Различение систематичности структурной организации природы или экономики позволяет зафиксировать определенное состояние объекта исследования естествознания или экономической науки. В ходе дальнейшего исследования знания об этом состоянии обеспечивают выявление организации связей между различными предметами исследования на основе использования принципов суперпозиции, неопределенности, дополнительности как инструментария для проведения исследования в рамках естествознания или экономической науки.

Классификация систем может производиться по самым разным основаниям деления. Прежде всего все системы можно разделить на материальные и идеальные, или концептуальные. К материальным системам относится подавляющее большинство систем неорганического, органического и социального характера. Все материальные системы, в свою очередь, могут быть разделены на основные классы соответственно той форме движения материи, которую они представляют. В связи с этим обычно различают географические, физические, химические, биологические, геологические, экологические и социальные системы. Среди материальных систем выделяют также искусственные, специально созданные обществом, технические и технологические системы, служащие для производства материальных благ.

Все эти системы называются материальными потому, что их содержание и свойства не зависят от познающего субъекта, который может все глубже, полнее и точнее познавать их свойства и закономерности в создаваемых им концептуальных системах. Последние называются идеальными потому, что представляют собой отражение материальных, объективно существующих в природе и обществе систем.

Наиболее типичным примером концептуальной системы является научная теория, которая выражает с помощью своих понятий, обобщений и законов объективные, реальные связи и отношения, существующие в конкретных природных и социальных системах.

Системный характер научной теории выражается в самом ее построении, когда отдельные ее понятия и суждения не просто перечисляются как попало, а объединяются в рамках определенной целостной структуры. В этих целях обычно выделяются несколько основных, иди первоначальных, понятий, на основе которых по правилам логики определяются другие - производные, или вторичные, понятия. Аналогично этому среди всех суждений теории выбираются некоторые исходные, или основные, суждения, которые в математических теориях называются аксиомами, а в естественно-научных - законами или принципами. Так, например, в классической механике такими основными суждениями являются три основных закона механики, в специальной теории относительности - принципы постоянства скорости света и относительности. В математизированных теориях физики соответствующие законы часто выражаются с помощью систем уравнений, как это осуществлено английским физиком Д.К. Максвеллом (1831-1879) в его теории электромагнетизма. В биологических и социальных теориях обычно ограничиваются словесными формулировками законов. На примере эволюционной теории Ч.Дарвина мы видим, что ее основное содержание можно выразить с помощью трех основных принципов или даже единственного принципа естественного отбора.

Все наше знание не только в области науки, но и в других сферах деятельности мы стремимся определенным образом систематизировать, чтобы стала ясной логическая взаимосвязь отдельных суждений, а также всей структуры знания в целом. Отдельное, изолированное суждение не представляет особого интереса для науки. Только тогда, когда его удается логически связать с другими элементами знания, в частности с суждениями теории, оно приобретает определенный смысл и значение. Поэтому важнейшая функция научного познания состоит как раз в систематизации всего накопленного знания, при которой отдельные суждения, выражающие знание о конкретных фактах, объединяются в рамках определенной концептуальной системы.

Другие классификации в качестве основания деления рассматривают признаки, характеризующие состояние системы, ее поведение, взаимодействие с окружением, целенаправленность и предсказуемость поведения и другие свойства.

Наиболее простой классификацией систем является деление их на статические и динамические, которое в известной мере условно, так как все в мире находится в постоянном изменении и движении. Поскольку, однако, во многих явлениях мы различаем статику и динамику, то кажется целесообразным рассматривать специально также статические системы.

Среди динамических систем обычно выделяют детерминистские и стохастические (вероятностные) системы. Такая классификация основывается на характере предсказания динамики поведения систем. Как отмечалось в предыдущих главах, предсказания, основанные на изучении поведения детерминистских систем, имеют вполне однозначный и достоверный характер. Именно такими системами являются динамические системы, исследуемые в механике и астрономии. В отличие от них стохастические системы, которые чаще всего называют вероятностно-статистическими, имеют дело с массовыми или повторяющимися случайными событиями и явлениями. Поэтому предсказания в них имеют недостоверный, а лишь вероятностный характер.

По характеру взаимодействия с окружающей средой различают, как отмечалось выше, системы открытые и закрытые (изолированные), а иногда выделяют также частично открытые системы. Такая классификация носит в основном условный характер, ибо представление о закрытых системах возникло в классической термодинамике как определенная абстракция, которая оказалась не соответствующей объективной действительности, в которой подавляющее большинство, если не все системы, являются открытыми.

Многие сложноорганизованные системы, встречающиеся в социальном мире, являются целенаправленными, т.е. ориентированными на достижение одной или нескольких целей, причем в разных подсистемах и на разных уровнях организации эти цели могут быть различными и даже прийти в конфликт друг с другом.

Классификация систем дает возможность рассмотреть множество существующих в науке систем ретроспективно и поэтому не представляет для исследователя такого интереса, как изучение метода и перспектив системного подхода в конкретных условиях его применения. 1

Определение в последовательности организации отслеживания связей между различными состояниями природных явлений необходимости учета фактора времени или же его отсутствия позволяет выявлять динамические или статические закономерности в природе. Отсюда по аналогии познания экономических отношений с учетом фактора времени или без его учета представляет собой динамическое или статическое рассмотрение закономерностей экономики.