ОБ ИСТОРИИ ФОРМИРОВАНИЯ ИДЕЙ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
III. СОЗДАНИЕ СПЕЦИАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
О работах А. Пуанкаре и А. Эйнштейна 1905 г.
Анри Пуанкаре, выдвинувший еще в конце прошлого столетия основные физические принципы СТО, в 1905 г. закончил свой фундаментальный труд, содержащий строгое математическое построение новой физической теории. Краткую статью об этой работе [27], озаглавленную “О динамике электрона”, он опубликовал в сообщениях Французской академии от 5 июня 1905 г. Свою работу Пуанкаре рассматривал только как более строгое математическое развитие физической теории, созданной за год до этого Лоренцем. В самом начале своей основной статьи [28] он писал: “Эта невозможность показать опытным путем абсолютное движение Земли представляет, по-видимому, общий закон природы; мы, естественно, приходим к тому, чтобы принять этот закон, который мы назовем постулатом относительности, и принять без оговорок”*. Вслед за этим Пуанкаре отмечает, что Лоренцу в работе 1904 г. удалось достигнуть полного соответствия с постулатом относительности, и следующими словами характеризует свое фундаментальное исследование: “Важность вопроса побудила меня снова заняться им; результаты, полученные мною, согласуются во всех наиболее важных пунктах с теми, которые получил Лоренц. Я стремился только дополнить и видоизменить их в некоторых деталях. Некоторые имеющиеся расхождения, как мы увидим дальше, не играют существенной роли”**.
Конечно, представление о скромности великого ученого будет достаточно полным, если мы, даже не уясняя значения сделанных им дополнений, обратим внимание на отсутствие ссылок на свои более ранние работы, заложившие основы новой теории и оказавшие непосредственное влияние на творчество Лоренца. Но не только
* См. стр. 118 наст. сб. — Прим. ред. ** См. стр. 119 наст. сб. — Прим ред.
скромность и некоторая недооценка значения полученных результатов сказались в приведенной характеристике собственной работы. В этом проявилось прежде всего глубокое понимание того, что работа Лоренца содержала полное решение проблемы вне зависимости от признания или непризнания им полной равноправности использования местного времени и координат. Ясное понимание конвенционального характера решения этого вопроса позволило Пуанкаре дать более правильную оценку работы Лоренца по сравнению с оценкой, позже утвердившейся в научной литературе.
Свое исследование Пуанкаре представил в виде обширного математического трактата [28], в котором, в отличие от прошлых своих работ по этой проблеме, он уже не прибегает к обоснованию и объяснению основных положений теории на таких простейших примерах физических измерений, как рассмотрение синхронизации часов световым сигналом. Это обстоятельство, как и публикация статьи в математическом журнале*, имело прямое отношение к тому, что работа Пуанкаре долгое время
не получала должной оценки. Во всяком случае, его фундаментальное исследование, к сожалению, не оказало заметного влияния на взгляды ученых в период формирования признания теории относительности.
В сентябрьском номере журнала “Annalen der Physik” за 1905 г, появилась статья “К электродинамике движущегося тела” тогда еще неизвестного молодого ученого Альберта Эйнштейна [29!. (Статья была представлена в журнал 30 июня 1905 г.) Именно эта работа сыграла решающую роль в утверждении идей теории относительности в науке. В работе Эйнштейна был четко поставлен вопрос о необходимости пересмотра прежних физических представлений о пространстве и времени, а вывод новых преобразований пространственно-временных координат сопровождался наглядным объяснением на примерах мысленных физических экспериментов. Эти мысленные эксперименты сводились к рассмотрению процедуры пространственно-временных измерений в рамках заранее принятых правил и определений. В частности, для иллюстрации и объяснения релятивистского преобразования времени, в которое входят не просто собственные (местные) времена двух систем координат, а по крайней мере в одной из систем фигурируют собственные времена в двух разных точках, весьма удобным оказалось использование представления о размещении по всем пространственным точкам системы отсчета специальным образом синхронизованных часов.
В полном соответствии с ранними работами Пуанкаре в статье Эйнштейна рассматривалась синхронизация часов световыми сигналами в предположении, что в каждой системе отсчета скорость распространения светового сигнала в прямом и обратном направлении принимается равной одной и той же величине с. В этой статье
* Статья А. Пуанкаре “О динамике электрона” была представлена в итальянский математический журнал “Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo” 23 июля 1905 г. и опубликована в январе следующего года.
Эйнштейна не обсуждается вопрос о независимости получаемых результатов от выбора физического процесса для синхронизации часов и даже не ставится вопрос о том, в какой мере использованное равенство скоростей распространения сигнала в противополож-?ных направлениях продиктовано экспериментальными фактами. Но именно этот вполне естественный для иллюстративных целей упрощенный вариант рассмотрения и определил успех эйнштейнов-I ского
1 яснить, как могло случиться, что перечисленные выше вопросы, имеющие большое гносеологическое значение, остались не выясненными в полной мере при дальнейшем развитии теории.
В литературе неоднократно обсуждался вопрос о том, в какой мере предложенное Эйнштейном построение теории относительности, на долю которого выпал максимальный успех признания, было независимо от более ранних работ, и в частности от работы Лоренца 1904 г. Формальное решение этого вопроса прежде всего осложнено отсутствием в статье Эйнштейна каких-либо литературных ссылок*. В этом отношении можно только констатировать, что в работе Эйнштейна нарушена традиция написания научного трактата, согласно которой автор должен сравнивать предлагаемое им новое решение проблемы с более ранними попытками ее решения, указав на пункты соответствия и различия. Правда, есть все основания объяснять такой стиль написания статьи тем, что Эйнштейн считал себя по сравнению с читателем менее информированным в предыстории рассматриваемой проблемы и поэтому все известные ему из научной литературы положения характеризовал как общеизвестные. Показательно, например, что о таких новых тогда понятиях, использованных в работах Абрагама [30] и Лоренца [20], как “продольная” и “поперечная” масса движущегося электрона, Эйнштейн говорит как о понятиях, основанных на обычном приеме рассуждений. Надо полагать, по этой же причине, используя принцип относительности в качестве исходного для построения электродинамики движущихся тел, он лишь в общих словах говорит о неудавшихся попытках „обнаружить движение Земли относительно “светоносной среды”", не сопровождая их ссылками на конкретные эксперименты, давшие отрицательный результат по обнаружению эффектов первого и второго порядка относительно vie.
Однако имеющаяся всегда в нашем распоряжении возможность сопоставления фактического содержания работ, помимо большого самостоятельного интереса сравнительного изучения различных путей решения проблемы, позволяет нам также судить о том, насколько вообще относится к делу выяснение вопроса о знакомстве Эйнштейна с той или иной более ранней работой. Так, совершенно очевидно, что построение теории относительности в статье Эйнштейна коренным образом отличается от лоренцевского подхода. Вместо теоретического обоснования принципа относительности, имеющегося в работе Лоренца 1904 г., Эйнштейн кладет этот принцип в основу теории в качестве исходного постулата.
* В статье дважды упоминается имя Лоренца в связи с уравнениями электродинамики. При этом явно имеется в виду его работа 1895 г. [3]. Далее мы обсудим необоснованность попытки связать это упоминание имени Лоренца с его работой 1904 г.
Вместе с тем давно следовало бы обратить внимание на непосредственную связь аксиоматического пути построения теории, избранного Эйнштейном, с идеями и конкретными установками, изложенными в более ранних и широко известных работах Пуанкаре. Исходные принципы, принятые Эйнштейном для построения теории, точно совпадают с постулатами, задолго до этого выдвинутыми Пуанкаре. Такое совпадение, как и уже отмеченное нами совпадение в деталях объяснения понятия одновременности и равноправности собственных времен на примере синхронизации часов световым сиг-* налом, не может быть случайным.
Этот вывод, сделанный нами на основании сопоставления исходных положений работы Эйнштейна с ранними публикациями Пуанкаре, подтверждается непосредственно и фактами, известными из биографии Эйнштейна. Из книги К. Зелига [31], отличающейся подробным и достоверным описанием бернского периода жизни Эйнштейна, мы узнаем, что Эйнштейн со своими друзьями М. Со-ловиным и К- Габихтом штудировали книгу А. Пуанкаре “Наука и гипотеза” (стр. 48). Подробно этот вопрос обсуждается в статье Дж. Кесуани [32]*. Напомним только, что в этой книге Пуанкаре была детально обоснована необходимость распространения принципа относительности на оптические и электромагнитные процессы, а приведенные в виде тезисов идеи об отсутствии абсолютного времени и однозначной одновременности событий сопровождались ссылкой на работу 1898 г. [14], посвященную их обоснованию. Восприняв эти радикально новые идеи, Эйнштейн вряд ли мог не обратиться к изучению работы 1898 года и последующих публикаций Пуанкаре по этим проблемам. Во всяком случае, отсутствуют какие-либо конкретные сведения, дающие основания исключить это весьма естественное предположение**. В то же время сопоставление фактического содержания работ, имеющее решающее значение для выяснения поставленного вопроса, вскрывает очевидную связь работы Эйнштейна не только с идеями, изложенными в книге Пуанкаре “Наука и гипотеза”, но и с конкретным обоснованием относительности одновременности, данным Пуанкаре при объяснении физической интерпретации понятия местного времени в работе [17] 1900 г. и в его докладе на Международном конгрессе в Сент-Луисе
* См. стр. 252 наст. сб. — Прим. ред.
** Следует заметить, что в качестве обоснования противоположного вывода нельзя выдвигать ответ Эйнштейна К- Зелигу, опубликованный в книге [31]. Эйнштейн отмечает, что он “знал только фундаментальный труд Лоренца, написанный в 1895 г., но не был знаком с его более поздней работой и со связанным с ней исследованием Пуанкаре” (стр. 60). Таким образом, в этом ответе на вопрос К- Зелига упоминается лишь основная работа Пуанкаре “О динамике электрона”, написанная им в 1905 г., и ничего не говорится о ранних публикациях Пуанкаре, содержащих исходные идеи теории относительности.
в 1904 г. [18]. Установление этой связи говорит о преемственности идей, подтверждает общий закон развития научного познания, согласно которому новых вершин в теоретическом обобщении опытных данных можно достигнуть лишь опираясь на достижения предшественников. Конечно, воспринять и развить ранее высказанные идеи сможет лишь критический ум, способный выделить их как правильные из
многочисленных и разнообразных попыток решения проблемы. Истории науки хорошо известно о влиянии предшественников на творчество Ньютона, заложившего основы научного естествознания. Весьма подробно известны и все последовательные этапы формирования квантовых идей.
Подобно тому как признание решающего значения идей Планка, Эйнштейна, Бора и де Бройля для открытия нового пути решения проблемы микрофизики не уменьшает заслуг непосредственных создателей квантовой механики — Гейзенберга и Шрёдингера, так и выяснение влияния исходных идей Пуанкаре на творчество Эйнштейна не может уменьшить его действительных заслуг как одного из создателей СТО. И как ни велика была заслуга первооткрывателя новых принципов, наметивших путь решения проблемы электродинамики движущихся тел, все-таки завершающий этап создания на их основе новой физической теории, коренным образом изменившей основные физические представления о времени и пространстве, безусловно, требовал гениальной проницательности и большой смелости суждений. В отличие от многих других исследователей, которым также были хорошо известны высказанные Пуанкаре новые идеи, критический ум Эйнштейна оказался способным воспринять их, несмотря на, казалось бы, явное противоречие исходных положений о принципе относительности и независимости скорости света от движения источника, и дать на основе этих постулатов самостоятельное построение физической теории. Независимость работы Эйнштейна в этой завершающей стадии создания новой физической теории от аналогичных работ Лоренца и Пуанкаре проявилась в целом ряде принципиальных отличий даваемой ими трактовки созданной теории. Прежде всего в работе Эйнштейна было наиболее явно подчеркнуто, что решение проблемы электродинамики движущихся тел связано с коренными изменениями физических представлений о пространстве и времени. Построение Эйнштейна было свободно от ошибок лоренцевского объяснения релятивистских эффектов.
Вместе с тем в статье Эйнштейна не содержалось новых предсказаний каких-либо физических эффектов, о которых не говорилось бы в работах Лармора [4] и Лоренца [20]*. Она объясняла те же эксперименты (влияние движения Земли на астрономические наблюдения — явление аберрации света, так называемое частичное увле-
* Нередко к принципиально новым результатам работы Эйнштейна относят получение в качестве непосредственного следствия преобразований Лоренца релятивистской формулы сложения скоростей. Однако на самом деле эта формула до работы Эйнштейна и Пуанкаре использовалась Лармором в 1900 г. при объяснении опыта Физо [4]. (См. стр. 61 наст. сб. — Прим. ред.)
чение эфира в опыте Физо и невозможность обнаружения движения Земли по наблюдению эффектов второго порядка относительно
vie в опыте Майкельсона — Морли и опыте Трутона — Нобля) и предсказывали те же обсуждавшиеся в работах Лармора и Лоренца новые эффекты (возрастание массы от скорости движения, замедление времени, дающее вклад второго порядка в эффект Доплера). Огромное принципиальное значение этой работы Эйнштейна состояло в новом обосновании универсальности упомянутых эффектов и в установлении их обратимости.
Как мы уже отмечали выше, только универсальность, всеобщность предсказываемых свойств делает теорию относительности теорией новых физических свойств пространства и времени, выходящей за рамки собственно электродинамики. Необходимого обобщения полученных для электродинамики результатов Лармор достигал, приписывая всем физическим явлениям электромагнитную природу. Лоренц в работе 1904 г. вводил необходимое обобщение путем распространения конкретных результатов, полученных первоначально для электродинамических систем, на все другие явления. В работе же Эйнштейна это обобщение было изначально заложено в самих исходных принципах, определяющих новые свойства пространства и времени*. И в частности, на это обстоятельство он обратил внимание
, заканчивая вводную часть статьи следующими словами: “Развиваемая теория опирается, как всякая другая электродинамика, на кинематику твердых тел, так как суждения всякой теории касаются соотношений между твердыми телами (координатными системами), часами и электромагнитными процессами. Недостаточное понимание этого обстоятельства — корень трудностей, преодолевать которые приходится теперь электродинамике движущихся тел”**.
В работах Лармора и Лоренца вообще не было обращено внимание на относительность всех предсказываемых эффектов в смысле их обратимости для рассматриваемых систем отсчета, хотя полученные ими правильные соотношения и удовлетворяли этому условию. В работе Эйнштейна всего в одной фразе был вскрыт обратимый характер этих эффектов: “Ясно, что те
же результаты получаются для тел, которые находятся в покое в покоящейся системе, но рассматриваются из равномерно движущейся системы”***. Этот важнейший аспект понимания физического содержания теории не был подчеркнут с такой определенностью и в параллельной работе Пуанкаре****. Именно уяснение обратимости релятивистских зф-
* Правда, у всех трех авторов названия их статей вовсе не отражали более общий смысл их исследований, выходящий за рамки собственно электродинамики движущихся тел.
** См. стр. 98 наст. сб. — Прим. ред.
*** См. стр. 106 наст. сб.— Прим. ред.
****
Проведенные Пуанкаре фундаментальные исследования групповых свойств преобразований Лоренца непосредственно включали, конечно, учет этих свойств обращения преобразований координат. Однако обратимость конкретных неклассических эффектов отдельно не обсуждалась в работе Пуанкаре.
фектов позволяло Эйнштейну полностью устранить эфир из интерпретации теории. Нередко утверждают, что Эйнштейн опроверг существование гипотетической среды — эфира. Это весьма неточное утверждение. СТО, строго говоря, обосновала лишь невозможность наблюдения так называемого эфирного ветра, иначе говоря, невозможность обнаружения абсолютного движения материальной системы относительно некоторой гипотетической среды. Но доказанная СТО невозможность обнаружения движения относительно эфира означала бы отсутствие у этого понятия всякого физического содержания только в том случае, если бы данным свойством находиться в определенном состоянии движения исчерпывались и другие возможности проявления гипотетической среды, заполняющей пустое пространство. Однако в других физических теориях возникает необходимость наделять эту гипотетическую среду конкретными свойствами, косвенно связанными с наблюдаемыми явлениями в материальных системах. Так, на основе теоретического представления о поляризации вакуума удалось объяснить наблюдаемые сдвиги энергетических уровней атомов. К необходимости использования понятия эфира позднее пришел и Эйнштейн, размышляя о проблемах созданной им общей теории относительности. Так, в статье “Эфир и теория относительности” он писал: “Согласно общей теории относительности, пространство немыслимо без эфира; действительно, в таком пространстве не только было бы невозможно распространение света, но не могли бы существовать масштабы и часы и не было бы никаких пространственно-временных расстояний в физическом смысле слова” [33, с. 689]. В связи с этим Эйнштейн в той же статье существенно уточняет свою точку зрения и на вопрос об эфире в СТО: “Между тем ближайшее рассмотрение показывает, что специальная теория относительности не требует безусловного отрицания эфира. Можно принять существование эфира; не следует только заботиться о том, чтобы приписывать ему определенное состояние движения; иначе говоря, абстрагируясь, нужно отнять у него последний механический признак, который ему еще оставил Лоренц” [там же, с. 685].
Следовательно, и в СТО можно считать оправданным использование понятия эфира в качестве модели, объясняющей независимость скорости света от движения источника, а также единства временных соотношений для физических процессов самой различной природы, и в частности одинаковости предельной скорости передачи различных взаимодействий. Такое использование понятия эфира в трактовке СТО, встречающееся, например, в основной работе Пуанкаре [28]*, нельзя относить к недостаткам трактовки теории. Духу СТО не отвечает лишь использование понятия эфира для объяснения релятивистских эффектов; в таком объ яснении эфир выступает как среда, по отношению к которой ма--
* См. стр. 120 наст. сб. — Прим. ред.
термальные системы находятся в определенном состоянии движения.
Основному же условию невозможности наблюдения движения относительно эфира удовлетворяют и работа Лармора [4], и работа Лоренца [20] 1904 г. Однако у этих авторов эфиру было отведено видное место в объяснении возникновения самих релятивистских эффектов, в свою очередь обеспечивающих невозможность наблюдения абсолютного движения. В статье же Эйнштейна теория относительности освобождалась от этой непоследовательности в трактовке ее содержания.
В следующей статье [34], опубликованной в том же 1905 г., Эйнштейн дополняет свое исследование установлением связи между массой и энергией*. Рассматривая частный случай излучения телом плоских волн в противоположных направлениях, он дает строгое доказательство соотношения между энергией и массой излучения, впервые введенного в качестве предположения Пуанкаре в работе [17] 1900 г. Этот важнейший результат, полученный для лучистой энергии, Эйнштейн затем, исходя из общих соображений, распространяет на общий случай, делая следующий фундаментальный вывод: “Масса тела есть мера содержания энергии в этом теле...”** Именно это, содержащееся в работе [34] обобщение, дает основание называть соотношение между энергией и массой именем Эйнштейна. И
только в этой второй статье, приняв данное обобщение, Эйнштейн фактически выходит за пределы предсказаний своих предшественников.
Вполне возможно, что этот важнейший результат был получен Эйнштейном как непосредственное развитие опубликованных в 1900 г. идей Пуанкаре [17]. Это предположение оправдывает приведенная в следующей статье [37] Эйнштейна ссылка на работу Пуанкаре “Закон сохранения движения центра тяжести и инерция энергии”. В вводной части этой статьи [17] Эйнштейн фактически признал приоритет Пуанкаре в постановке данного вопроса: “Мы показали, что изменение энергии на величину АЕ должно соответствовать эквивалентному изменению массы на величину
AEIV2, где V — скорость света.
В настоящей работе мы покажем, что это утверждение является необходимым и достаточным условием того, чтобы выполнялся, по крайней мере в первом приближении, закон сохранения движения центра тяжести системы, в которой кроме механических происходят также и электромагнитные процессы. Несмотря на то что простое формальное рассмотрение, которое должно быть приведено для доказательства этого утверждения, в основном содержится
* Несколько раньше в работах 1904 и 1905 гг. австрийский ученый Га-зенёрль показал, что электромагнитное излучение, заключенное в замкнутой плоскости, обладает инерциальной массой. Однако для соотношения между энергией и массой он получил неверное значение: (3/8)с
2 — в первой работе [35] и (3/4)<;2 — в следующей работе [36].
** См стр. 163 наст. сб. — Прим. ред.
в работе А. Пуанкаре (Н. Poincare. Lorentz-Festschrift, 1900, p. 252), мы из соображений наглядности не будем основываться на этой работе”.
Итак, основной вклад Эйнштейна состоял в объединении ранее обсуждавшихся принципов в стройную теоретическую схему и в существенном развитии интерпретации новой теории, в котором известные из более ранних работ Пуанкаре наглядные объяснения понятия одновременности разноместных событий и физического смысла местного времени совмещались с принципиально новой постановкой вопроса об обратимости предсказываемых релятивистских эффектов. Именно эти преимущества работы Эйнштейна значительно ускорили признание научной общественностью новой физической теории с необычными, казалось бы, парадоксальными выводами. Однако, высоко оценивая значение вклада Эйнштейна, не следует тем
не менее считать всеобъемлющей созданную им интерпретацию физического содержания теории. Работа Эйнштейна вовсе не перекрывала всех аспектов объяснения теории, имеющихся в предшествующей работе Лоренца и параллельной работе Пуанкаре. И даже вместе взятые эти работы Лоренца, Эйнштейна и Пуанкаре не исключали необходимость дальнейшего развития как основного содержания СТО, так и объяснения важнейших вопросов этой теории.
О некоторых невыясненных сторонах лоренцевского квазиклассического пути построения теории речь пойдет в одном из следующих разделов. Что же касается основной работы Пуанкаре [28], то она содержала совершенно не затронутый Эйнштейном важнейший аспект исследования инвариантов новой теории. Доказательство' того, что преобразования Лоренца образуют группу в многообразии четырех измерений и исследование ее инвариантов представляли собой развитие математического аппарата, способствующего значительному углублению понимания физического содержания теории. Так, только преобразования, составляющие группу
, удовлетворяют необходимому требованию однозначности получаемых физических величин. Установление инвариантов показывало, что в новой теории имеются свои неизменные физические величины.
Пуанкаре первым ввел четырехмерное многообразие как удобный метод математического выражения законов новой теории. Добавив к трем пространственным координатам временную координату, умноженную на скорость света и мнимую единицу, он показал,, что метрические соотношения новой теории сводятся к простым геометрическим соотношениям в пространстве четырех измерений. В частности, преобразования Лоренца в этой геометрии означают поворот системы координат вокруг оси, не совпадающей с временной.
Только после этой работы Пуанкаре, существенно развившей математический аппарат теории, можно считать, что в основном завершилось построение СТО как теоретической дисциплины. Математические исследования Пуанкаре, продолженные затем Минковским,
имели, конечно, и большое практическое значение, так как существенно упрощали применение новой теории.
Математические построения в работе Пуанкаре сопровождались глубоким пониманием существа физической проблемы. С самого начала он формулирует принцип относительности в качестве всеобщего и строгого положения, а введенные Лоренцем преобразования Пуанкаре непосредственно связывает с невозможностью обнаружения абсолютного движения Земли в любых физических экспериментах. Так, в первом же параграфе своей статьи он писал: “Эти уравнения можно подвергнуть замечательному преобразованию, найденному Лоренцем, интерес которого заключается в объяснении того, почему никакой опыт не в состоянии обнаружить -абсолютное движение Земли”*.
По этой причине никак нельзя согласиться с последней частью * утверждения Б. Г. Кузнецова: “Формализм четырехмерных преобразований, изложенных в статье Пуанкаре, опередил математические построения Эйнштейна и даже Минковского. Но в первую очередь он опередил физические построения самого Пуанкаре” [38, стр. 285]. Даже если не учитывать предшествовавшего вклада "Пуанкаре в обоснование основных физических принципов СТО и данного им наглядного объяснения физического смысла местного 'времени и ограничиться рассмотрением только основной его работы, то и в этом случае нетрудно выяснить большую глубину проникновения в суть физической проблемы. Он отлично
понимал принципиальную необходимость обобщения полученных для электродинамики результатов. Этот важнейший аспект понимания физического смысла новой теории пространства и времени представлен в работе Пуанкаре более конкретно, чем у Эйнштейна. Так, в отличие от Эйнштейна само отрицание возможности обнаружения абсолютного движения Земли он непосредственно связывал с требованием приведения в соответствие с новой метрикой известных тогда, кроме электромагнитных, гравитационных взаимодействий. Поэтому в той же работе [28] он сделал первую попытку изменения закона тяготения Ньютона, придав ему лоренц-инвариантный вид. Можно ли после этого считать, что Пуанкаре недостаточно осознавал радикальность преобразований основных физических представлений, вносимых новой теорией. Скорее всего, он просто не подчеркивал это обстоятельство, чтобы не отпугивать от новой теории многих исследователей, склонных лишь к постепенному преобразованию укоренившихся воззрений.
* *
*
Итак, кого же из ученых мы должны считать создателями СТО, если исходить из проведенного выше анализа фактического содержания их работ, а не только из того, насколько они были признаны и оценены современниками? Для получения справедливых кри-
См. стр. 122 наст. сб. — Прим. ред.
териев решения поставленного вопроса в наиболее запутанных случаях мы будем прибегать к рассмотрению сложившейся оценки вклада ученых в создание другой фундаментальной физической теории XX в. — квантовой механики.
Конечно, открытые до Эйнштейна преобразования Лоренца включают в себя все содержание СТО. Но вклад Эйнштейна в их объяснение, в построение целостной физической теории и в интерпретацию основных следствий этой теории настолько существен и принципиален, а роль его работы в распространении идей теории относительности настолько значительна, что Эйнштейн с полным правом считается создателем СТО. Однако высокая оценка работы Эйнштейна не дает никакого основания считать его единственным создателем СТО и пренебрегать вкладом других ученых, открывших до него все проверяемые на опыте соотношения новой теории, но не давших им достаточно полной и правильной интерпретации. Для уяснения необоснованности такой точки зрения полезно обратиться к примерам, связанным с созданием квантовой теории. Совершенно справедливо одним из создателей квантовой механики считается Шрёдингер, открывший основное уравнение квантовой теории, но не нашедший правильной интерпретации входящей в это уравнение волновой функции. В соответствии с этой сложившейся справедливой оценкой значения работы Шрёдингера мы должны считать создателями СТО прежде всего Лармора и Лоренца — первооткрывателей физической теории, строго удовлетворяющей принципу относительности. Открытые ими закономерности являются строгими количественными соотношениями СТО. Взятые вместе работа Лармора 1900 г. и работа Лоренца 1904 г. образуют фундамент теории, включающей основные проверяемые на опыте предсказания релятивистских эффектов. Мы рассмотрели работу Лармора в разделе идей, предшествующих созданию теории относительности, отдавая дань сложившемуся мнению и учитывая, что на эту пионерскую работу не было своевременно обращено должного внимания других исследователей и что поэтому дальнейшее развитие пошло независимо, повторяя фактически этапы, пройденные Лармором. Конечно, более правильная оценка должна исходить из разделения исторических фактов, относящихся к созданию теории и к признанию научной общественностью отдельных работ. Необходимо учитывать также естественную закономерность развития познания, состоящую в том, что первооткрыватель принципиально новой физической теории, как правило, формулирует ее в запутанной форме, и лишь впоследствии усилиями других ученых создается более полная и правильная трактовка ее физического содержания. Если же пренебрегать этой особенностью научного творчества, то в создателях новой теории несправедливо окажутся только ученые, сделавшие существенный вклад в интерпретацию теории, а не подлинные первооткрыватели физической теории.
Нужно заметить, что представлять Эйнштейна единственным создателем СТО, как это делают многие авторы, столь же несправедливо, как и приписывать, например, создание квантовой механики одному М. Борну, впервые давшему правильную физическую интерпретацию волновой функции, пренебрегая фундаментальным вкладом самого первооткрывателя основного уравнения
квантовой механики. Нелепость такой точки зрения в данном случае более очевидна только потому, что признание основополагающих работ по квантовой механике складывалось без каких-либо отступлений от нормального пути, когда каждый следующий шаг в развитии новой механики лишь подчеркивал принципиальное значение ранее высказанных новаторских идей.
Для характеристики соотношения работы Эйнштейна с работами его предшественников довольно часто используют параллель Коперника и Птолемея. Такое сопоставление, однако, нельзя признать удачным, поскольку в работах, например, Лармора и Эйнштейна полностью совпадают проверяемые на опыте математические соотношения, тогда как системы Птолемея и Коперника отличались математическим описанием одних и тех же астрономических наблюдений. В этом отношении используемые нами примеры из истории создания квантовой механики гораздо больше отвечают существу обсуждаемых работ создателей СТО. Кроме того, хронологическая близость этой аналогии особенно ярко подчеркивает, как в одно и то же время, практически в одном и том же обществе ученых так по-разному сложилось признание основных работ этих двух фундаментальных направлений в физике.
Сопоставление с квантовой механикой полезно также и для установления аналогии в развитии решающих идей периода, непосредственно предшествующего созданию новой физической теории пространства и времени. Аналогом работ Планка, Эйнштейна, Бора и де Бройля в квантовой механике, в теории относительности, очевидно, следует считать работы Лоренца 1892 и 1895 гг. [2, 3]
и работы Пуанкаре 1895, 1898—1900 гг. [8, 14, 15, 17]. Значение работ, давших правильное направление всем остальным исследованиям, так велико, что годом рождения квантовой механики многие считают, например, 1900 г., когда М. Планк опубликовал свою работу о квантах энергии. Не следует недооценивать значения аналогичных работ и при рассмотрении истории создания СТО. Нельзя представлять дело так, будто бы идеи СТО носились в воздухе.
Такие основные исходные идеи, как понятие местного времени, физическая интерпретация этого понятия, условный характер понятия одновременности разноместных событий, предполагающий постоянство скорости света для разных направлений, и, наконец, формулировка принципа относительности как всеобщего фундаментального закона вовсе не являлись общепринятыми, неизвестно когда и кем выдвинутыми положениями. Они являли собой радикально новые идеи и были выдвинуты конкретными учеными, передовыми мыслителями того времени —Лоренцем, Лармором и Пуанкаре. Трудный процесс усвоения этих идей лишь немногим оказался под силу, а к дальнейшей их разработке смогли успешно подключиться только двое ученых — Эйнштейн и Минковский.
Огромный вклад Пуанкаре в завершающий этап построения теории делает его одним кл основных создателей СТО. Однако для правильной оценки его фундаментального исследования необходимо принять во внимание, что более простые исходные понятия о физическом смысле относительности времени, о выборе определения одновременности были объяснены им в других, более ранних работах.
Итак, если не впадать в крайности и объективно оценивать как приоритетные преимущества первых, но весьма нечетких формулировок новой физической теории пространства и времени, так и принципиальное значение возникших позже целостных изложений этой теории, то создателями СТО следует считать Лармора, Лоренца, Пуанкаре и Эйнштейна. В последнем разделе настоящей статьи мы покажем, что этот вывод близок к точке зрения некоторых авторов, которая, несмотря на ее обоснованность и соответствие историческим фактам, не получила, однако, широкого распространения в историографии создания СТО.
Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?
Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).
Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.
Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.
Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.
Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
