Теория относительности изменила соотношение между разумом, «углубляющимся в самого себя», и разумом, «идущим вперед». В специальной теории относительности четырехмерная геометрия обрела физические эквиваленты, в общей теории относительности их обрела неэвклидова геометрия. Так появилось представление не только о парадоксальном мнении, взгляде, теории, но и о парадоксальном бытии. Оно оказалось величайшей революционной силой, оно сообщило науке и технике XX в. более высокий динамизм.
Парадоксальность бытия — это появление нетрадиционных и несовместимых с традицией основных принципов науки и идеалов научного объяснения. Цели научного творчества меняются, они становятся движущимися, и научный прогресс приобретает ускорение.
Сейчас мы остановимся на том характерном для XX в. синтезе преобразования логико-математического аппарата науки и эксперимента, который придает науке подобный более высокий динамизм.
Создавая теорию относительности, Эйнштейн пользовался двумя критериями выбора физической теории. Они уже упоминались, и здесь об этих критериях следует сказать несколько подробней, в связи с чем вкратце и популярно изложить некоторые идеи теории относительности. До сих пор можно было упоминать о ней без такого изложения, но теперь представление о критериях выбора физической теории должно стать более конкретным.
Критерии, о которых идет речь, вели науку к слиянию лапласовского «движения разума вперед» с «его углублением в самого себя». Первый критерий Эйнштейн назвал внешним оправданием: оно состоит в соответствии теории и эмпирических наблюдений. Если теория соответствует наблюдениям, в том числе новым, неожиданным, парадоксальным, значит, выдвигая эту теорию, разум движется вперед, охватывая объяснением новые факты. Второй критерий — «внутреннее совершенство» теории: она по возможности не должна включать допущения ad hoc, т. е. специально выдвинутые для объяснения данного факта, она должна исходить из возможно более общих исходных допущений. Великое значение теории относительности Эйнштейна для науки, культуры и стиля мышления людей вытекало из того, что Эйнштейн объяснял некоторые парадоксальные факты, исходя из таких общих принципов, которые означали преобразование самого разума, новые формы познания природы, новые идеалы науки.
Каковы эти факты и в чем состояло объяснение?
Теория относительности исходит из эксперимента, показавшего, что свет распространяется с одной и той же скоростью в системах, которые движутся одна относительно другой. По отношению к подобным системам скорость света одна и та же. Такое постоянство скорости света во всех этих системах противоречит классической механике и, на первый взгляд, противоречит очевидности. Оно противоречит классическому правилу сложения скоростей. Если человек идет со скоростью 5 км в час по коридору вагона в поезде, движущемся со скоростью 70 км в час, и идет в сторону движения поезда, то его скорость по отношению к рельсам будет 70 + 5 = 75 км в час. Оказывается, свет движется в поезде с неизменной скоростью 300 тыс. км в секунду по отношению к поезду, к рельсам и даже к встречному поезду. Из этого парадоксального факта и исходил Эйнштейн. Он увидел здесь весьма общий принцип: движение состоит в изменении расстояний между движущимся телом и другими телами — телами отсчета. Можно с тем же правом считать эти тела движущимися, а телу, которое мы рассматривали как движущееся, приписать покой. Тела движутся взаимно, одно относительно другого, и движение, не отнесенное к другим телам, абсолютное движение, — это понятие, не имеющее физического смысла.
Подобный принцип был уже с XVII в. известен в механике: если система движется без ускорения, то внутри этой системы не происходит ничего такого, что демонстрировало бы ее движение. Уже Галилей говорил о каюте корабля, где летают бабочки, вода каплет в узкое отверстие, дым поднимается вверх, и все эти процессы происходят одним и тем же образом в неподвижном и движущемся корабле. Если по внутренним механическим процессам нельзя судить о движении, значит, оно состоит только в изменении расстояний между телами и имеет относительный смысл.
Но в отношении оптических процессов в классической физике существовала иная точка зрения. Считалось, что все мировое пространство заполнено эфиром и в нем движутся волны, которые являются электромагнитными волнами, светом. Движение по отношению к эфиру — абсолютное движение, его можно обнаружить по ходу внутренних процессов в движущейся системе. Если в каюте того же корабля, о котором говорил Галилей, расположены фонарь со стороны носа и экран со стороны кормы, т. е. сзади по движению корабля, то свет от фонаря до экрана дойдет скорее, когда корабль движется. В этом случае экран и свет движутся навстречу друг другу. Однако оптические опыты уже в конце XIX в. непререкаемым образом показали, что свет распространяется с одинаковой скоростью в неподвижной по отношению к эфиру и в движущейся системах. Оставалось отказаться от классического правила сложения скоростей и признать, что и оптика не спасает понятия абсолютного движения, что никаким способом нельзя обнаружить движения по внутренним эффектам в движущейся системе.
Лоренц попробовал спасти классическую точку зрения, предположив, что все тела, движущиеся в эфире, изменяют свои размеры в такой мере, которая компенсирует изменение скорости света в этих телах. Таким образом, абсолютное движение существует, оно проявляется в изменении скорости света, но эти проявления нельзя обнаружить. Гипотеза Лоренца обладала «внешним оправданием», она соответствовала наблюдениям, но в ней не хватало «внутреннего совершенства», она была искусственной, придуманной ad hoc специально для объяснения результатов оптических экспериментов.
Эйнштейн обратился к весьма общим допущениям. Он обратил внимание на физическую бессодержательность понятий абсолютного времени и абсолютной одновременности.
В классической физике принимали как нечто само собой разумеющееся, что некоторое единое, тождественное, одно и то же мгновение наступает повсюду во всей Вселенной. Из таких одновременных мгновений состоит охватывающий Вселенную поток абсолютного времени. Но что, собственно, означает физически тождественность двух мгновений, одновременность событий, происшедших в эти мгновения? Эйнштейн отказывает в физическом смысле понятию одновременности событий в отдаленных точках пространства, если нет возможности синхронизировать события, доказать, что часы в точках, где они происходят, идут синхронно. Ньютон мог говорить о такой синхронизации. Он допускал мгновенное, происходящее с бесконечной скоростью распространение сил. Если Солнце притягивает Землю и их взаимодействие распространяется мгновенно, то можно говорить об одновременности: в одно и то же мгновение импульс исходит от Солнца и воздействует на Землю. Такую же возможность идентификации мгновений и синхронизации отдаленных событий дал бы мгновенно движущийся световой сигнал. Можно было бы также синхронизировать часы в одной точке и часы в другой точке, соединив их абсолютно жестким валом. Но все это, строго говоря, иллюзии. В природе и силовые поля, и световые сигналы, и напряжения в валах передаются с конечной скоростью. Остается отождествить мгновения: 1) выхода сигнала из одной точки и 2) прихода его в другую точку минус время, затраченное на движение сигнала. Это легко сделать, если указанные точки неподвижны по отношению к эфиру или если их движение отнесено к эфиру. Но опыт показал, что покой и движение относительно эфира не имеют смысла. Если же время распространения сигнала измеряется в различных движущихся одна относительно другой системах, то получаются различные значения для этого времени. Если на палубе корабля, в ее центре, зажечь свет и осветить экран, расположенный на носу корабля, то легко сверить часы на носу и в центре палубы: достаточно внести поправку на скорость света относительно корабля, вычесть из времени, когда осветился экран, время, в течение которого свет распространялся от источника до экрана. Это и будет время вспышки света. Но при наблюдении света и освещенного экрана с берега, вдоль которого движется корабль, путь, пройденный светом, и время его прохождения окажутся большими: экран как бы уходит от света. Поэтому подобная синхронизация возможна только в том случае, когда тела, на которых расположены отдаленные точки и происходят синхронизируемые события, неподвижны по отношению друг к другу либо рассматриваются в одной и той же системе отсчета. Но, как показал Эйнштейн, их с тем же правом можно рассматривать в другой системе; тогда то, что казалось неподвижным, окажется движущимся, и наоборот; соответственно синхронизация дает другие результаты. Согласно теории относительности то, что представляется одновременным в одной системе, будет неодновременным в другой. Абсолютной одновременности, независимой от системы отсчета, нет.
