Физика и философия

  Физика и философия
 
Википедии. Философия в противоположность физике, химии или биологии никогда не включала в себя процесс экспериментирования. Это очевидно для древней и средневековой философии, которые не знали экспериментов. Даже великие философы, которые считались учеными (Декарт, Паскаль, Лейбниц и другие) всегда отделяли свою научную работу и философскую. Некоторые философы, такие как Кант или Витгенштейн даже видели в отсутствии экспериментирования существенную гносеологическую характеристику философии, и они отказывались от смешения философии с экспериментальными науками.
      
       Д.Т. Трудно не согласиться с приведенными выше рассуждениями, почерпнутыми Вами из Википедии, за исключением неправильно понятого Вами утверждения, что философская работа - это работа не научная. То есть, в Википедии сказано, что нельзя смешивать науку-философию с экспериментальными науками. Тогда как Вы, неправильно поняв это утверждение, делаете вывод:

     Гарик. Несмотря на то, что многие думают иначе, философия никакого отношения к физике не имеет.

       Д.Т. (продолжение). Что бы обратить Ваше внимание на ошибочный вывод о том, что философия никакого отношения к физике не имеет, я попытаюсь к приведенным в Википедии рассуждениям о философии что-то, уже конечно, Вам хорошо знакомое, добавить. Философия, как известно - это любовь к мудрости. Если эти слова Вам ни о чем не говорят, тогда можно попробовать пофилософствовать и сказать, например, что философия - это наука, устанавливающая правила написания законов другими, уже конкретными, касающимися той или иной сферы деятельности человека, науками: физикой, химией, математикой и так далее.

            Другими словами, философия - это наука, анализирующая и постоянно меняющая уже какие-то имеющиеся правила установления законов физики, химии, математики, которые приводят к положительным результатам их развития. Если и эти рассуждения Вам ничего не объясняют, то можно сказать, что философия - это камертон, с помощью которого настраивается оркестр, состоящий из скрипок, виолончелей, контрабасов, других музыкальных инструментов, для совместного исполнения какого-то произведения.

      Тем не менее, как нас учили в школе, которая занимало в мое время первое место в мире, философия - это не наука наук, как это может показаться на первый взгляд, а такая же наука, как и все другие. Что бы осознать приведенные выше определения рассмотрим пример работы Думы, принимающей законы развития физики, химии, простите, законы развития политики, энергетики, агротехнической и других видов промышленности: машиностроения, строительства, связи, транспорта,  и так далее. Так вот, что бы законы, которые принимает Дума, были рабочими, то есть, решали насущные проблемы развития конкретных наук, простите, не наук, а, конечно же, конкретных отраслей народного хозяйства. Надо, что бы в Думу попадали люди, способные писать, правильны законы. Эту задачу, насколько я знаю, должна решать Центральная избирательная комиссия. Так вот функции ЦИК и философии, как мне представляется, чем-то весьма и весьма схожи. Этот пример я привел для того только, что бы было понятно, что философия это совсем не наука наук, или как еще иногда говорят: царица наук. Действительно, какой же из Центральной избирательной комиссии - царь.
 
       Другими словами, как это видно из приведенных выше рассуждений, философия имеет прямое отношение к физике. То есть, развитие физики может направляться по материалистическому - Аристотелевскому пути, а может направляться по релятивистскому руслу, которое протоптал Альберт Эйнштейн, абсолютизировавший принцип относительности Галилея. Одна дорога ведет в храм науки, которая, конечно же, способна решить проблемы выживания цивилизации, включая поклонников релятивизма, другая - на кладбище, вместе с динозаврами.

Гарик. Рассмотрим пример, который многие из нас, кто постарше, учили. Наш ранее любимый Владимир Ильич как-то написал: "Электрон так же неисчерпаем, как и атом". Правильно это или нет? Не знаю. Это не физика, а философия. Пусть желающие философы разбираются. К физике это не имеет ни малейшего отношения. В физике можно черпать, например, воду из водоема. Если водоем небольшой, ее можно даже всю исчерпать, а большое озеро, в которое впадает много рек, так же неисчерпаемо, как море. А электрон у нас, физиков, не черпают, его можно изучать, можно определить его массу, электрический заряд, спин. Можно изучать, как электроны движутся в пустоте, а как в металле или полупроводнике. Можно узнать множество интересных, а иногда и очень полезных для всего человечества вещей.

Д.Т.  Гарик, так не хорошо, попробовал узнать Ваш возраст, но по ложечке, которая находится в Вашем стакане, простите, сделать это не смог. Тем не менее, позволю Вам заметить, раз Вы учились в Университете имени, вероятно, Ленина, других у нас в то время просто не могло быть по определению товарища Сталина, Вы должны с большим почтением относиться к своей альма-матер. И еще, позвольте полюбопытствовать, почему Вы говорите: «Наш ранее любимый Владимир Ильич?». Не уж то, действительно, разлюбили?

Гарик. Попытаемся теперь рассмотреть это же утверждение Владимира Ильича об электроне с точки зрения философии. Если бы автором был не В. И. Ленин, а какой-нибудь рядовой философ, ему могли бы и возразить. Ведь фраза "Электрон так же исчерпаем, как и атом" звучит ничуть не хуже. Можно было бы опубликовать множество философских статей, пытающихся установить "истину" в этом вопросе. Возможно, появился бы какой-нибудь революционно настроенный философ, провозгласивший: "Электрон, в отличие от атома неисчерпаем (исчерпаем, если вам так больше нравится)". Возможно, эта революционная точка зрения и победила бы со временем. Но это никак бы не повлияло на развитие физики, мы все равно занимались бы изучением техже свойств, и пришли бы к темже результатам.
 
Д.Т.  Не знаю, Гарик, к каким результатам в физике Вы сможете придти.

Гарик. Мне могут возразить, что я просто выбрал неудачный пример. Что все знают, что некоторые очень известные физики, например, всемирно знаменитый профессор Х., пишет статьи, которые смело можно назвать философскими. Да, это правда. Физики тоже люди. Некоторые любят пофилософствовать, другие верят в бога и ходят в церковь, коллекционируют марки, а некоторые даже играют на скрипке. Важно лишь одно: если они хорошие физики, то делают это в свободное от работы время.

Гарик. В чем же разница между философией и физикой? Дело в том, что физика, в отличие от философии, наука и, как всякая наука, может развиваться только по своим собственным законам или правилам. Физика, например, целиком и полностью основана на опыте или, как говорят у нас, на эксперименте. В физике пустые фантазии полностью исключаются. Всякая идея должна основываться либо непосредственно на экспериментах, либо на экспериментально обоснованных теориях. И, самое главное, новая идея не должна противоречить уже накопленным знаниям.

Гарик. Значит ли это, что физика - это застывшая наука? Нет, конечно. Но, если вы хотите опровергнуть что-нибудь, что в физике считается твердо установленным, сделайте эксперимент, который это демонстрирует. Всякие утверждения типа "Вчера, почесывая в затылке (или ковыряя в носу, если вам это больше нравится). И, размышляя о насущных проблемах физики, я понял, что закона сохранения энергии нет, а ее не сохранение можно использовать в мирных и даже немирных целях" - ничего, кроме смеха, извините, не вызовет. В физике не тот гений, который сказал.  А, а тот, кто доказал, что А это А. Доказать можно опять-таки и экспериментально, и теоретически. Но теоретическое доказательство - это не слова, как думают некоторые не физики, а математика и, как правило, сложная. Пусть вас не вводит в заблуждение то, что окончательная формула может выглядеть довольно просто. Вы даже не представляете, какие сложные математические выкладки пришлось сделать, чтобы ее получить.

Гарик. А, если вам не нравятся идеи, которые я здесь высказал, то совершенно не обязательно идти в физики. Существует множество интересных профессий, некоторые из которых оплачиваются даже лучше, чем физика. А науку оставьте тем, кто согласен играть по правилам. Удачи вам всем.

P.S. А для любителей философии в Самиздате существует специальный раздел.


Размышления по поводу дискуссии

Гарик. Честно говоря, был приятно удивлен интересом к этому тексту. Очень забавная развернулась здесь дискуссия. Несколько профессиональных физиков попытались объяснить окружающим, что такое физика и как ее изучают, но их голоса буквально потонули в голосах оппонентов. Эти оппоненты, для определенности буду называть их философами, с пеной у рта доказывают, что здешние физики в физике ничего не понимают. Что основанием физики является философия, и все стоящие физики сделали все свои открытия только благодаря философии.

Гарик. Давайте попытаемся разобраться. Прежде всего, нужно договориться о словах. Дело в том, что многие философы очень неправильно переводят слово "философский" с иностранных языков. В доброе старое время всех, кто занимался естественными науками, называли философами. Алхимики, например, искали философский камень вовсе не потому, что с его помощью можно было писать философские трактаты, а для того, чтобы выполнять вполне материалистическую функцию превращения неблагородных металлов в золото. Или, более современный пример, в Англии издается "Философский журнал" (Philosophical magazine). Какие же статьи там печатаются?

Гарик. По-русски это звучит примерно так: " Философский журнал публикует статьи и критические обзоры по физике конденсированного состояния, которые описывают новые результаты, теории и концепции, относящиеся к структуре и свойствам кристаллических материалов, керамик, стекол, аморфных пленок и так называемого "мягкого конденсированного состояния"... Ну, где же здесь философия?

Гарик. Рассмотрим теперь доводы наших философов. Характерной их чертой является обилие общих слов и полное отсутствие конкретики. Начнем по порядку. Жирным шрифтом выделены прямые цитаты из соответствующих комментариев.
 
   
  Хома Брут. 8. 2004/08/04 10:54. Конечно, ваша мысль, что физика не имеет отношения у философии, крайне поверхностна и элементарно безграмотна... ...А электрон не был бы открыт, если бы его открыватели не руководствовались философской идеей закономерности, присутствующей в хаосе эмпирических "данностей".

   
Гарик. Что он имел в виду? Кто, по его мнению, открыл электрон? В каких экспериментах это было сделано? И какая руководящая философская идея лежала в основании этих экспериментов? И кто ее туда положил? Автор экспериментов? Хома Брут? Кто-нибудь из других философов?
 
   
Хома Брут 11. 2004/08/04 12:19.  Но тезис, что философия и физика не имеют отношения друг к другу, действительно элементарно поверхностен и безграмотен, хотя бы просто потому, что физика как наука как раз и возникла из развития философии вообще и натурфилософии в частности.
   

Гарик. Типичный пример неправильного перевода, о котором я писал. Конечно же, немецкое слово Naturphilosophie можно тупо переводить, как натурфилософия, но правильный, литературный перевод - естествознание, как можно убедиться, прочитав определение этого слова. Точно также переводятся английское нatural philosophy и французское philosophie naturelle
   
    PN2. 51. (pn2@bk.ru) 2004/08/12 13:55 Гарик: Это же неправда. Методологию развития физики действительно придумали философы и для философов. Физики, те, которые занимаются научными исследованиями, на эту методологию не обращают ни малейшего внимания.
   
    PN2: Вы часто обращаете внимание на авторучку? Вы ей просто пользуетесь (пока она работает).
   
    Хома Брут: Философия - сфера рефлексии над основаниями физики, значимая как ее генеральная стратегия.
         
    PN2: А вот здесь случай, когда надо написать на стекле (попробуйте сделать это той же авторучкой, придется поискать замену).
         
    Хома Брут: Например, сама идея атома выдвинута философами.
       
   Гарик: Неправда, не философами, а естествоиспытателями.
         
   PN2: Аристотель естествоиспытателем не был.
   
   Гарик: Был, был Аристотель естествоиспытателем. Он даже что-то вроде лаборатории организовал на деньги Александра Македонского, если не ошибаюсь
         
   Хома Брут: А электрон не был бы открыт, если бы его открыватели не руководствовались философской идеей ...
         
   Гарик: Не занаю знает ли Хома, кто и как открыл электрон, но никакими философскими идеями он не руководствовался.
         
PN2: Хома имел в виду, что можно смотреть в упор и не видеть. Вам не приходилось искать авторучку на столе...
   
Гарик: Аллегорию про авторучку я совсем не понял, а остальная часть ясно показывает убедительность философских доводов.
   
    ОК 56 2004/08/12 15:38
Вот что пишут умные люди. - Физика как наука появилась лишь благодаря тому, что ее создатели, Галилей, Ньютон, Гук, Гюйгенс, Эйлер, Лаплас, Фарадей, Максвелл и многие другие исследователи, которые придерживались некоторых изначальных философских принципов...
   
Д.Т. Все правильно, только Вы  забыли сказать самое главное, а именно хоть что-то сказать об этих самых изначальных философских принципах, которые были заложены самым умным из всех когда-либо проживающих на Земле людей – Платоном и его учеником – Аристотелем. Платон, говорят, был идеалистом, а  Аристотель - родоначальником физики, то есть, человеком, который заложил изначальные философские принципы развития физики, как науки. Аристотель, кстати, говорил:  Платон мне друг, но истинный друг – истина. Так создавалась физика. И такой она оставалась вплоть до создания релятивистской физики. Что будет дальше, одному Создателю известно.

Гарик: Да, один философ ссылается на другого философа, а тот, другой, всех известных физиков под одну гребенку постриг. И, главное, никакой конкретики. В каких именно работах, и на какие именно философские принципы эти ребята опирались? Кто и как установил, сей "факт"? Может быть, Максвелл и многие другие сами об этом в своих работах писали? В каких именно?

Д.Т. Гарик, для Вас важнее кошки – зверя нет. Максвелл, конечно, хороший парень, но что он Вам должен написать? Что его учителями были Платон и Аристотель? Так Вы проанализируйте, какие принципы заложены при написании его уравнений и Вам станет все понятно.

 А теперь давайте проанализируем, что надо сделать, что бы решить проблему движения. Известно, что одной из важнейших проблем в физике является проблема движения тел, систем отсчета. Аристотель и Галилей, Ньютон и Эйнштейн занимались ее решением. Тем не менее, важным является то, что решить указанную проблему теперь возможно единственно, основываясь на материалистическом учении. Только исследователь, обладающий жемчужиной диалектиче¬ского материализма: соотношением абсолютной и отно¬сительной истины, может решить в настоящее время проблему движения.

Дальнейшие решения проблемы движения, методом распространения принципа относительности Эйнштейна на все явления природы, заставляет физиков постоянно иметь дело с такими понятиями, как на¬чало Вселенной и ее рождение. Решать такие вопросы, как бесконечность и конечность Вселенной, ее граничность, множественность и так далее.

Если при этом вспомнить и учесть что наука - это логически непротиворечивая упорядоченная система знаний, устанавливающая причинные связи процессов и явлений в форме законов, с целью объективного все более глубокого и полного познания окружающего нас мира. Если учесть что ее стержнем может быть только философия, формирующая наиболее общие правильные суждения о природе. Если при этом учесть что только материалистическая философия действительно способна упорядочить систему знаний так, чтобы эти знания образовали науку. Тогда необходимо признать, что релятивисты не просто, но дважды - предатели. Предав материалистическую филоофию, они предали науку. Предпринимаемые попытки представить дело таким образом, что естествоиспытатели могут создавать научные теории без философии. Или, что вообще в высшей степени интересно, сами, посредством своих естественнонаучных теорий, способны выкристаллизовывать те или другие философии. Есть, в первом случае - невежество, а во втором - стремление поставить телегу впереди лошади.

Процесс познания многообразен. Но мое объяснение будет не полным, если не остановиться на центральном вопросе - материальности среды распространения света вытекающей, если Вы допускаете ссылку на диалектическую философию, уже из материальности пространства. Потому как, признав за пространством статус материальности, Вы не сможете, оставаясь на позиции диалектического материализма отказаться от материальности среды распространения не только света, но также звука, тепла, электричества.
 
Нет необходимости еще раз говорить о том, как классики диалектического материализма, все материалисты представляют процесс распространения тепла, звука, света, электричества - все это хорошо известно. Впрочем, как и то, что существует другая точка зрения по исследуемому вопросу. Точка зрения релятивистов в тысячный раз празднующих свою победу над материалистами, признающими существование среды распространения света – эфира, которому релятивисты отказывают в статусе материальности. Примечательно, что значение физики в связи с этим видоизменяется, а роль философии - принижается. Предпринимаемые попытки развивать релятивистскую физику в ущерб классической или, что почти одно и то же, попытки сделать классическую физику частные случаем релятивистской, в основу которой положен специальный принцип относительности А. Эйнштейна, нельзя назвать разумными, не противоречащими объективному развитию науки.

Впрочем, объективное развитие науки это как раз то, чего меньше всего желают и к чему меньше всего стремятся релятивисты. Известно, что теплород, электрическая жидкость, эфир - все это, безусловно, метафизические представления, так сказать первая реакция естествоиспытателей на природу изучаемых явлений. И вполне понятно, что механистические модели о взаимодействии эфира с физическими телами, звездами, планетами, также как, к примеру, взаимодействие теплорода или электрической жидкости с веществами, не могут и не должны относиться к научным теориям. Не могут потому, что по мере того как метафизические представления посредством диалектического материализма преобразуются в научные, они выступают уже не как материальные тела, не как вещество, но как или особый вид материи, или ее особое состояние или форма. Не должны же относиться к научным теориям потому, что диалектический материализм всегда критически относился к метафизике. Вместе с тем борясь с метафизическими представлениями, учил Владимир Ильич Ленин, нельзя выплескивать из ванны вместе с водой и ребенка; нельзя допустить отрицания материальности рассматриваемых процессов; нельзя допустить отрицания объективной реальности физического мира.

Какой же силы ослепление должно было приключиться с нашими учеными, чтобы они, забыв, о том чему учил В.И.Ленин, не заметили, как релятивисты вместе с водой выплеснули и ребенка. Не заметили, как вместе с эфиром на помойку была выброшена и объективная реальность физического мира - материальность среда распространения света. Не заметили как уравнения, идеи, сознание оттеснили на второй план материю.

Академик Л.Д.Ландау, рассуждая о процессах распространения света, шутил: "Частицы-волны - это обман трудящихся". Если говорить серьезно, то отрицать материальность среды распространения света, отрицать реальность изменения физических свойств среды, как функции изменяющейся материи, значит изменять мар¬ксистско-ленинской философии со всеми вытекающими последствиями. Все это происходит потому, что таким только теперь единственно образом и может завершиться процесс предательства: замена одной идеологии другой, замена материализма идеализмом. Вот когда это произойдет, когда процесс этот станет необратимым, вот тогда господа релятивисты и все кто за ними стоят, кто с самого начала этого горячо и страстно желал, вот тогда все они живо разберутся и определят роль и место философии в науке. Но вот беда - науки, то уже не получится. Наука - дама капризная, она предателей как шельм метит. Д.Т.

   
PN2 99. (pn2@bk.ru) 2004/08/13 13:15
         Как Вы совершенно правильно обозначили: физика, формулирует законы, а философия принципы, поэтому:
         4. Принцип анизотропии.
         5. Принцип симметрии.
         6. Принцип неопределенности.
         7. Принцип относительности.
         Попробуйте доказать любой из них экспериментально, однако пользуетесь батенька.
 
   
    Гарик: Нет в физике ни принципа анизотропии, ни принципа симметрии. Анизотропия и симметрия бывают, иногда вместе, иногда по отдельности, но они не принципы. А последние 2 -- действительно существующие в физике принципы, но они оба давным, давно доказаны экспериментально и мы ими пользуемся с чистой совестью.
   
    ОК 108. 2004/08/13 14:16
   Физика решает свои проблемы с существенным участием философской компоненты, заключенной в самой глубине физического подхода к миру...
   

    Гарик: Опять общие слова. На чем это основано? Хоть один пример физической проблемы, решенной с помощью философии.
   

    ОК 113. 2004/08/13 14:44 Физики и философы существуют не сами по себе, а в общем пространстве человеческой культуры, с ее многообразными запросами и интересами. Философия - это самый высший этаж культуры.
   
    Гарик: Ну, сам себя не похвалишь...
   
    ОК 145. 2004/08/21 14:31
   И точно так же в глубине любой естественной науки, как ее самое общее методологическое ядро, лежит философия.
   
   И как Вы это узнали? Раскопки проводили или ультразвуком просвечивали? Вы сами-то не устали от голословных утверждений. Вы пишите лежит, а я напишу не лежит. Больше сорока лет в физике копаюсь и никакого такого ядра не видел. Вы мне резонно возразите, что значит я плохой физик, а я Вам не менее резонно - сам дурак.
   
    Хома Брут 146. 2004/08/21 16:13
   А ведь это часто бывает, когда специалисты в одной области разъясняют специалистам в другой области, как те НА САМОМ ДЕЛЕ работают
   
    Гарик: Если это часто бывает, то неплохо было бы примерчик привести, а то опять голословные утверждения.
         
    Хома Брут:  А ВЫ СПРОСИТЕ СОРОКОНОЖКУ - "РАССКАЖИТЕ, КАК ВЫ ПЕРЕДВИГАЕТЕСЬ?.."   В ЛУЧШЕМ СЛУЧАЕ ОНА УПОЛЗЕТ, НИ СЛОВА НЕ СКАЗАВ. В ХУДШЕМ - ЗАДУМАЕТСЯ - И ВООБЩЕ ПЕРЕСТАНЕТ ХОДИТЬ...
   
    Гарик: А в самом худшем - ее какой-нибудь Брутальный Хомяк съест
         
  Хома Брут:  Философия ВСЕГДА задает реальную стратегию физических исследований.
   
    Гарик: Такое, извините, каждый дурак может написать. Хотя бы один реальный примерчик?!!
   
    Хома Брут:  ФИЗИКИ - ЭТО СОРОКОНОЖКИ, НЕ СПОСОБНЫЕ ОБЪЯСНИТЬ, КАК ОНИ ХОДЯТ.
   
    Гарик: Ну-ну...
   
    Петров Николай Николаевич 147. (pn2@bk.ru) 2004/08/21 17:08 Ограниченный Вы человек Гарик, даже в физике ограниченный.
   
Гарик: Разумеется, ограниченный, а Вы, простите, Вы безграничный?
   
   Вот, пожалуй, и все "философские, доводы. Особенно сильный довод, конечно, последний из 147 комма. Что тут возразишь?
 
   
Гарик. Немного о космологии.  Космология и некоторые другие звери

  Гарик. Космология стала сейчас одной из самых популярных наук среди неспециалистов. Прошу не обижаться, к неспециалистам я отношу и себя. Такая популярность этой науки совсем не удивительна. Действительно, чего только в ней нет. Там и загадочные Черные Дыры, и Большой Взрыв, и много еще других удивительных и часто непонятных явлений и объектов. Многие даже относят космологию к физике, но это не так. Если рассматривать точные и естественные науки, то космология, будучи вполне самостоятельной наукой, ближе всего к математике. И по этому поводу я хотел написать несколько слов.
   
   В одном из интернетных словарей я нашел такое определение: "Космология это наука, изучающая происхождение, эволюцию и структуру Вселенной, как целого". Здесь все правильно, так оно и есть. Самое забавное, что космология произошла и до сих пор опирается на абсолютно физическую "Теорию относительности" Эйнштейна. В чем же тогда разница между физикой и космологией, если теория относительности - это физика, а то, что на ней выросло - уже нет? Давайте попробуем разобраться вместе. Но, прошу прощения, быстро не получится. Когда я писал, то все время сбивался на более или менее лирические отступления. В результате, не смотря на вполне приличную длину текста, все получилось конспективно и схематично так, что, если вдруг кого-нибудь что-нибудь заинтересует, спрашивайте в комментариях - отвечу, если смогу.
   
   Начнем с того, что такое физика. В самых общих словах физика - эта наука, изучающая явления окружающей нас неживой природы. В этом определении я бы хотел подчеркнуть, что физика изучает явления, которые действительно происходят. Если кто-нибудь придумал какое-нибудь явление и описал его в физических терминах - это не физика. Именно поэтому в физике опыт или, как мы говорим, эксперимент является первичным. И это понятно - в первую очередь явление должно быть обнаружено. После этого другие физики, теоретики, пытаются создать теорию этого явления. Иногда им это даже удается. Бывают и случаи, когда данная теория предсказывает другие явления, которые еще никем и никогда не наблюдались. Тогда мы, экспериментаторы, опять беремся за дело и пытаемся это предсказанное явление обнаружить. Если все оказалось так, как сказали теоретики, значит теория правильная, а, если нет, то уж извините. Бывает ведь, что и теоретики ошибаются.
   
   Перейдем к теории относительности. В чем величие этой теории, ее автора? В позапрошлом веке многие физики и другие люди думали, что свет распространяется в некоторой универсальной мировой среде - эфире. Чтобы это проверить, Альберт Майкельсон поставил свой знаменитый эксперимент, который продемонстрировал, что никакого такого эфира нет. Эйнштейн пошел несколько дальше, простых выводов этого сравнительно простого опыта и предположил, что свет может распространяться в пустоте и его скорость не зависит от скорости источника по той причине, что скорость света представляет собой максимально возможную скорость, для любых объектов и взаимодействий. Основываясь на этом, по сути, единственном предположении, ему удалось построить очень сложную, но исключительно красивую теорию, которая предсказала великое множество различных и абсолютно неожиданных явлений и эффектов и все, что мы были в состоянии проверить, подтвердилось. Подтвердился, конечно же, и факт, что скорость света в пустоте не зависит от скорости источника света.
   
   Совпадение всех предсказанных теорией относительности явлений с экспериментами однозначно доказывает правильность этой теории и, если вы где-нибудь прочитаете, что кто-то доказал неправильность теории относительности, то это может рассматриваться только, как недостаточная грамотность этого конкретного индивидуума.
   
   Пойдем дальше. Многое, предсказанное теорией относительности, подтвердилось, но она предсказывает гораздо больше, чем человечество в состоянии было проверить. В частности, Эйнштейн написал уравнения, описывающие ни больше, ни меньше, как эволюцию Вселенной. Эти уравнения исключительно сложны и имеют бесчисленное множество решений. Уже почти 100 лет прошло с тех пор, как эти уравнения были написаны, а их все продолжают и продолжают решать. Вот эта деятельность и получила название космологии. В отличие от физики, в космологии не бывает экспериментаторов - одни теоретики. Их задача найти такие решения уравнений Эйнштейна, которые как можно лучше согласуются с тем, что мы можем наблюдать в окружающем нас мире. Если правильное решение найдено, то по нему можно ходить взад и вперед по времени и таким образом узнать то, что было раньше, и, что нас ждет в будущем. Но решений, как я сказал, много и, в зависимости от сделанных предположений, результаты получаются разные, а, какие предположения правильные, никто в точности не знает. Вот и образовалась целая новая наука и, если кто-нибудь хочет быть успешным на этом поприще он, прежде всего, должен быть хорошим математиком. Такие есть и их не так уж мало. В качестве своей специализации они пишут "общая теория относительности и космология". В чем же их отличие от физиков-теоретиков?
   
   Начнем с физиков-теоретиков. Как они работают? Вот, нашел физик-теоретик правильное решение некоторого правильного уравнения и хочет этому радоваться. Но не тут-то было. Не оказалось, понимаете ли, объекта, который этому решению соответствует и все, точка. Никого эта теория не интересует. Может быть, кто-нибудь когда-нибудь такой объект и обнаружит, но про эту теорию и теоретика, ее сделавшего, к тому времени все уже давно забудут. Поэтому все физики, даже теоретики, очень заботятся о выборе реальных объектов.
   
   В космологии дела обстоят иначе. Космологические теории проверяются не опытом, а другими теоретическими расчетами. Космологам достаточно не сделать ошибки в вычислениях. Это придает им некоторую свободу и легкомысленность в выражениях особенно, когда речь идет о знакомой им только понаслышке физике. Возьмем, например, одного из самых известных специалистов в области общей теории относительности и космологии Стивена Хокинга. Что стоит его выражение "фотон сам себе античастица"? Для физика эта фраза - ерунда на постном масле и может восприниматься либо, как неудачная шутка, либо, как глупость и полное неуважение к читателю. Почему?
   
      Отступление 1. Что же такое античастица?
      
   Вопрос, который легче задать, чем ответить. Что мы об этом знаем? Мы знаем, что практически для каждой, так называемой, элементарной частицы существует своя античастица, которая выглядит практически так же, как и сама частица, но, если частицу поместить рядом со своей античастицей, то они обе исчезнут - аннигилируют, т.е. вся их масса превратиться в энергию двух, образовавшихся при этом, фотонов. Так, кстати, очень легко проверить знаменитое соотношение Эйнштейна об эквивалентности массы и энергии - E = m*c^2. Процесс аннигиляции, пожалуй, единственный надежный способ отличить античастицу от частицы просто похожей, но посторонней. Про античастицы известно многое. Известно, что большинство характеристик частиц и их античастиц с точностью измерений совпадает. Это относится и к их массе (которая, конечно же, положительна), и к спину (такая квантовая характеристика частицы, которая несколько напоминает вращение вокруг собственной оси). Исключение составляет электрический заряд (если он не равен нулю), который у частиц и античастиц всегда противоположен.
   
   Ужасно интересна история открытия античастиц. Первая из известных античастиц, антиэлектрон (позитрон), был предсказан теоретически (!) Полем Дираком, а уже потом обнаружен экспериментально. В этой истории есть солидная доля фантастичности, и я напишу здесь об этом несколько слов. Поклонников Дирака прошу на меня не обижаться, он, безусловно, был одних из величайших физиков-теоретиков. И я отношусь к нему с глубоким уважением, несмотря даже на то, что он всю свою жизнь верил в существования магнитных монополей (а вы мне скажите, кто здесь, на этой планете, без странностей?).
   
   Одной из важнейших характеристик элементарных частиц является спин. Спин, как я уже писал, это что-то вроде вращения вокруг собственной оси. Отсюда и название. Практически у всех элементарных частиц спин равен 1/2. Если мы рассмотрим более сложное образование, например, атомное ядро, то здесь определяющим является суммарный спин всех, входящих в него, протонов и нейтронов. Такой суммарный спин может быть целым (1, 2, 3 и т.д.) или полуцелым (1/2, 3/2, 5/2 ...). У частиц с разными спинами все разное: и свойства, и поведение. Частицы с целым спином подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна (видите, он не только теорией относительности знаменит), а с полуцелым - Ферми-Дирака.
   
   Вернемся теперь к электронам. Чтобы описать их поведение, Дирак вывел свое знаменитое уравнение Дирака. И действительно это уравнение очень хорошо описывало многие свойства электронов. Но, у этого уравнения, кроме обычных решений, которые описывали поведение окружающих нас электронов, были еще и решения с отрицательной энергией. Здесь, разумеется, идет речь о потенциальной энергии (отрицательной кинетической энергии не бывает). Надо сказать, что часто случается, когда уравнения, наряду с так называемыми физическими решениями, имеют еще решения, которые ни к чему реальному не относятся. Физики давно к этому привыкли и научились просто не обращать на них внимания. Но здесь было по-другому. Дирак прекрасно понимал, какое замечательное уравнение он написал, и был совершенно уверен, что все его решения чему-нибудь да соответствуют. Вот он и предположил, что каждому решению с отрицательной энергией соответствует свой электрон, т.е. все эти решения (или, как говорят, уровни энергии) заняты. Именно потому мы этих электронов и не видим - они везде и распределены совершенно однородно в пространстве, а перемещаться они никак не могут, как раз потому, что все возможные уровни уже заняты другими электронами. Это такое свойство, присущее только частицам с полуцелым спином. Что же будет, если мы вытащим один электрончик из этого окружающего нас электронного океана. Ну, во-первых, у нас в руках появится электрон, а, во-вторых, в электронном океане появится дырка (отсутствие электрона). Надо сказать, что эта дырка уже может двигаться. На самом деле двигаются, конечно, электроны, перепрыгивая на образовавшееся вакантное место, но мы будем иметь впечатление, что перемещается некоторая частица с противоположным электрону зарядом. Вот это отсутствие электрона Дирак и назвал антиэлектроном. Действительно, если по тем или иным причинам электрон окажется рядом с дыркой, то он сразу прыгнет на это вакантное место, и мы потеряем их обоих - аннигиляция. Кроме того, энергия электрона, которая до этой аннигиляции была положительна, станет отрицательной, а соответствующая разность энергий выделится в виде излучения.
   
   Прошло время. Антиэлектрон открыли. Все так и оказалось. Поместишь его рядом с электроном - оба исчезают, энергия выделяется. Значит у Дирака все вроде бы правильно. Тут-то и начинается самое интересное. Прошло еще некоторое время, и экспериментаторы открыли еще и антипротоны, и антинейтроны и многие другие античастицы. Здорово, скажите вы. Конечно, здорово, но есть одно "но". Это значит, что вокруг нас не одинокое электронное море, но и невидимые океаны разных других частиц. Может ли такое быть? Да, может. Можем ли мы быть уверены, что так оно и есть? Нет, не можем. Но это не космология. Это физика. Это наверняка будет проверено экспериментально. Я не уверен, правда, что это случится еще при моей жизни. Уж очень это все трудно сделать.
   
   Что же с фотонами? Прежде всего, фотон ни в коей мере не является элементарной частицей. Фотон - это квант электромагнитного поля и, хуже того, он является бозоном (так называются частицы с целым спином, подчиняющиеся статистике Бозе-Эйнштейна). Что же будет с двумя фотонами, которые неожиданно встретились в пространстве? Да ничего не будет, полетят себе дальше, как ни в чем не бывало, даже не поздороваются. В такой ситуации абсолютно бессмысленно говорить, что это они проаннигилировали и в результате превратились сами в себя. Так можно сказать только, если тебе совсем уж нечего делать или очень хочется запудрить кому-нибудь мозги. Очень, надо сказать, типично для теоретиков.
   
   Однажды перед Теоретиком поставили практическую задачу. Как вытащить из доски забитый по шляпку гвоздь, если в вашем распоряжении молоток, стамеска и клещи. Теоретик был малый не промах и подробно описал все необходимые действия. Тогда ему задали вторую задачу. Как вытащить гвоздь, вбитый наполовину? Очень просто - ответил тот. Забиваем его по шляпку и тем самым сводим задачу к предыдущей задаче.
      
   Опять космология
      
   Давайте теперь вернемся к космологии. Это безумно интересная наука. Чего там только нет: и то, как наша Вселенная появилась, и то, что с ней потом будет. Теперь уже каждый знает, что Вселенная появилась в результате Большого взрыва и, очень может быть, что она потом опять схлопнется. Возникает естественный вопрос, а, что было до этого самого взрыва, когда еще ничего не было. Некоторые даже думают, что это Господь Бог запалил бикфордов шнур (в те невообразимо древние времена никаких электронных взрывателей, разумеется, еще не было). По поводу нашего Господа космология ничего сказать не может, а ответ на вопрос, что было до большого взрыва, дает прямой, но очень странный: "никогда не было ДО большого взрыва, всегда было ПОСЛЕ". Не думайте, я совсем не шучу. Хоть в голове такой ответ не очень укладывается, это единственный ответ, который может дать космология.
      
   Отступление 2. Черные дыры.
   
      Интересная еще штука "черные дыры". Про них, конечно же, все слышали, и они находятся как раз посередине между физикой (астрофизикой) и космологией. Что же такое черная дыра? Давайте возьмем сначала просто большую звезду и посмотрим, что с ней происходит с течением времени. Надо сказать, что звезды с течением времени стареют, водород, который они используют в качестве горючего, расходуется и они, в конце концов, остывают, переходя из одного звездного класса в другой. Эти звездные классы обозначаются заглавными латинскими буквами, причем в своеобразном порядке: O, B, A, F, G, K, M. Температура поверхности звезды понижается с 50000 градусов, для звезд класса О, до 3000 - для класса М. Чтобы запомнить эту довольно дурацкую последовательность букв, придумали очень неплохую фразу: "Oh Be A Fine Girl, Kiss Me!".
   
   Пока звезда горячая, давление, создаваемое тепловым движением и излучением, несколько компенсирует силу тяжести и звезда большая. По мере остывания тепловое движение и излучение уменьшаются, и силы тяготения приводят к тому, что размер звезды уменьшается и, в конце концов, она делается маленькая, холодная и вся ее громадная масса собирается в сравнительно небольшом объеме. Сила тяжести на поверхности такого образования может быть очень и очень велика. Как известно, чем больше сила тяжести, тем больше становится скорость, необходимая любому объекту, чтобы улететь - так называемая вторая космическая скорость. Может так случиться, что эта вторая космическая скорость окажется больше скорости света. Тогда ничего, даже свет не сможет покинуть эту нашу остывшую звезду и она превратиться в черную дыру. Сейчас уже накоплено достаточно много астрономических наблюдений, чтобы быть уверенным, что такие черные дыры существуют.
   
   Я сейчас описал ситуацию с точки зрения обычно "ньтоновской" механики. Тот же самый ответ получается, если использовать общую теорию относительности Эйнштейна. Только тогда мы будем говорить уже не о космических скоростях, а об искривлении пространства под действием гравитационного поля. Такая универсальность результата не перестает восхищать меня в физике. Чтобы разобраться в том или ином явлении, вы можете использовать различные подходы, но, если вы нигде не ошиблись, ответ будет один и тот же. Часто бывает очень важно выбрать такой подход, в котором данная конкретная проблема решается проще и вероятность ошибки соответственно меньше. Меня иногда спрашивают: "Почему вы считаете, что мой вечный двигатель не будет работать? Я же все правильно и согласно законам вашей физики посчитал. Найдите сначала у меня ошибку, а уж потом говорите. Но он  наворотил там столько разных шкивов, шестеренок и прочей дребедени, что сам черт не разберется, и, конечно же, ошибся. А, если и найдешь такому ошибку, то он сразу вставит туда еще три-четыре передаточных механизма и спросит - А теперь?
   
   Хватит с изобретателями, вернемся к нашим дырам. Из них ничего не вылетает, но они с удовольствием затягивают в себя любое пролетающее мимо тело. Это-то совершенно ясно и без каких-либо специальных знаний, но, если вы хотите деталей, то без теории относительности не обойтись. Представим себе космический корабль (лучше беспилотный), который оказался в окрестностях такой черной дыры. Конечно же, он будет захвачен и съеден черной дырой и все это произойдет довольно быстро для самого корабля. Но, если мы наблюдаем все это со стороны, то увидим совершенно другую картину. Мы увидим, что скорость нашего корабля вдруг начала замедляться. С каждым часом, с каждым годом, с каждым тысячелетием он движется все медленнее и медленнее и даже через многие миллионы лет он, с нашей точки зрения, так и не достигнет этой черной дыры. Все дело в том, что сильное гравитационное поле замедляет время, а напряженность гравитационного поля при приближении к так называемому гравитационному радиусу черной звезды столь велика, что время там практически останавливается.
   
      Опять космология.
   
      Все, что я пока написал о черных дырах, это физика. Космология, как мы знаем, отдельными объектами даже такими необычными, как черные дыры, не занимается. Где же здесь начинается космология? А космология начинается дальше. Как выяснилось, очень может быть, что черные дыры соединяют нас с другими, больше с нами не связанными, Вселенными или, даже, "Анти вселенными", играя роль своеобразного соединительного туннеля. Во всяком случае, такая возможность не противоречит никаким известным нам до сих пор уравнением и законам физики. Связь эта, как вы сами понимаете, весьма своеобразная. Ведь, поскольку из черной дыры нельзя выйти, то и пробраться в другую вселенную нам, таким образом, не удастся. Можно, конечно, вообразить себе встречу двух представителей разных вселенных прямо там, на черной дыре. Но поговорить вряд ли удастся. Под действие чудовищной силы тяжести все, из чего мы состоим, развалится не только на отдельные атомы, но, скорее всего, на отдельные протоны и нейтроны с небольшим облачком электронов сверху.
   
   Остановлюсь теперь еще немного на том, что может и не может быть в космологии. Еще раз повторюсь космология, как наука, гораздо ближе к математике, чем к физике. Вот, например, типичное название статьи по космологии: "Оn the problem of the singularities in the general cosmological solution of the Einstein equations." Приблизительный перевод - "Проблема особых точек в общем космологическом решении уравнений Эйнштейна". А, откроешь такую статью, плохо может сделаться от изобилия чудовищно сложных формул и уравнений. Но, хоть космология и близка к математике, она ни в коей мере не противоречит и не может противоречить известным нам физическим законам. Не содержит она и ничего к нашей физике дополнительного. Даже, если очень хочется, нельзя ввести в космологию ничего нам неизвестного. Хотите, например, скорости, превышающие скорость света, будьте любезны обнаружить это сначала в лаборатории.
   
   А был ли действительно большой взрыв? Схлопнется ли наша Вселенная или будет всегда расширяться? Со сколькими еще другими Вселенными мы еще связаны через черные дыры? Однозначные ответы на эти вопросы не появятся в обозримом будущем, если когда-нибудь. Не физика это, нет способа проверить все эти и многие другие результаты. Какие-нибудь идеи, из существующих сейчас в космологии, могут закрыться, но обязательно появится что-нибудь новое и, наверняка, захватывающе интересное.
   
   Вот, пожалуй, и все, что я хотел написать, Мог, правда и упустить что-нибудь интересное.  Комментарии: 183, последний от 28/02/2008.
© Copyright Гарик (igor_L70@hotmail.com). Обновлено: 25/07/2006. 21k. Статистика. Статья: Естествознание.  Оценка: 8.48*11.  Ваша оценка:   


Верна ли теория относительности?

Захотелось сказать борцам с теорией относительности, что я о них думаю

 Мемориальная доска на доме, в котором жил Эйнштейн (Берн, Швейцария).

Вопрос, сформулированный в заголовке, одновременно и простой, и сложный. Простой ответ - теория относительности, обе ее части, верны. Но многие, очень многие, с этим не согласны. Я не буду здесь касаться тех психологических причин, которые приводят к таким сомнениям, расскажу только о том, почему я и подавляющее большинство других физиков (да и не только физиков) считают обе эти теории правильными.

Начну издалека. К концу позапрошлого, 19го, века физика уже очень многого достигла, но были в ней и вещи совершенно загадочные, пережитки далекого прошлого. Я говорю об "эфире". Не о том эфире, который дают при наркозах, а о том, который повсюду, но не видим и не ощущаем.

Физики уже более или менее разобрались в природе звука и света. Было известно, что это колебательные процессы. Например, при звуке - происходят колебания воздуха или иной среды, в которой распространяется звук. А вот что колеблется при распространении света и как эти колебания передаются из одной точки пространства в другую, такого понимания еще не было. Вот люди и придумали некоторую мистическую среду, которую и назвали эфир. По идеям того времени свет распространялся в эфире аналогично звуку в воздухе. Этот эфир заполнял все пространство и был неподвижен (относительно чего он был неподвижен - это уже другой вопрос). А все, что находится в нашей Вселенной - звезды, планеты, люди, звери движутся сквозь этот эфир, совершенно его не замечая. Предположение, согласитесь, несколько странное, но люди не могли себе представить, что свет, в отличие от звука может распространяться в пустоте.

Эфир - это вещь исключительно показательная. Дело в том, что не существовало абсолютно никаких экспериментальных фактов, свидетельствующих о его существовании. Он был выдуман из головы. Выдуман для того, чтобы объяснить что-то в те времена непонятное. Как господь Бог нужен для создания вселенной, так и эфир нужен для распространения света. Такова была логика. Сейчас в физике ничего такого нет. Современная физика - это наука целиком и полностью основанная на опыте, в которой именно эксперимент является и основанием для выводов и единственном инструментом для проверки теорий и предположений. Но во времена эфира думали иначе. Думали, что в некоторых случаях законы природы можно правильно "придумать из головы". Именно про такие случаи Л.Д. Ландау говорил: "Там, где начинается философия, кончается наука".

Но время шло, люди узнавали все больше и сомнения в существовании эфира завоевывали все большую популярность. Дело дошло до того, что физики, не очень в эфир верящие, решили экспериментально проверить его наличие. Такой опыт был осуществлен Майкельсоном совместно с Морли и однозначно показал, что эфира нет. Нельзя сказать, что физики того времени все и сразу согласились с выводами опыта Майкельсона-Морли. Очень многие и очень именитые физики считали, что это ерунда и быть такого не может - эфир абсолютно необходим для распространения света! Но это уже вопросы истории, а нас интересует физика.

***
Уже очень давно люди убедились, что, если говорить о механике, т.е., о перемещении тел в пространстве, все инерциальные системы (двигающиеся без ускорения) одинаковы. И действительно, как вы отличите состояние покоя от состояния равномерного и прямолинейного движения? - Никак не отличите (представьте себе, например, что вы едете в поезде, который не постукивает на стыках). Это обстоятельство получило очень элегантное, на мой взгляд, название - "принцип относительности Галилея". Но в 19 веке этот принцип распространяли только на механику, а, если говорить про электромагнитные явления, то думали, что с ними все иначе. Действительно, при наличии эфира никакой эквивалентности инерциальных систем быть не может. Важна скорость движения данной системы относительно неподвижного и вездесущего эфира.

Но вот эфира не стало, и Эйнштейн был одним из первых, кто понял, что принципу Галилея можно придать большую общность и сказать, что "все физические процессы происходят одинаково во всех инерциальных системах". В тот момент, в 1905 году, это было предположением. Еще не было тех экспериментов, которые могли бы это сколько-нибудь убедительно доказать. С другой стороны, нельзя не признать это предположение достаточно естественным - эфир исчез, что еще может приводить к неравноправию систем. Это предположение стало первым основанием специальной теории относительности (СТО) и получило название "принципа относительности Эйнштейна".

Но с одним этим предположением далеко не уедешь, и Эйнштейн сделал еще одно. Он предположил, что скорость света (в пустоте) не зависит от скорости движения источника света и является, таким образом, универсальной физической постоянной. На первый взгляд, это очень странное предположение, но на самом деле можно найти и достаточные для него резоны. Кроме того, оба предположения Эйнштейна, легшие в основание СТО были впоследствии проверены экспериментально и перешли из разряда предположений в разряд экспериментальных фактов.

Эйнштейн назвал эти свои предположения постулатами. Если мы посмотрим толковый словарь русского языка, то увидим: "ПОСТУЛАТ - исходное положение, принимаемое без доказательств". Похожие, хотя и не полностью совпадающие определения, можно найти в английском и немецком языках (статьи Эйнштейна были написаны на немецком). Слово постулат часто встречается в математике и практически никогда не используется в профессиональном физическом языке. Дело в том, что физика - это наука, основанная опыте. На опыте основаны и физические теории. Бывает, правда, когда теории, подобно специальной теории относительности, основаны не на уже установленных экспериментальных фактах, а на предположениях, которые проверяются впоследствии. Понятию "постулат" в его традиционном смысле здесь нет особого места. Трудно сказать, чем руководствовался Эйнштейн, выбирая это слово. Может быть, он хотел подчеркнуть, что на момент создания теории, эти два предположения не были еще доказаны, а, может быть, сказалось его математическое образование или его родной немецкий язык, в котором слово Postulat имеет несколько иное значение.

Важно, что оба предположения таки оказались правильными. Но и не это главное. Главное, что оказалась правильной сама теория. Но как в физике отличают правильные теории от неправильных теорий? - Разумеется, по результатам. Обычно теории предсказывают новые, еще не наблюдавшиеся явления и СТО предсказала таких явлений великое множество. Это и всем известная связь массы и энергии, и поведение систем при очень больших скоростях, и замедление течения времени. Важно, что ничего этого мы не знали и даже не предполагали, поэтому теорию было нельзя "подогнать" под заранее известный ответ, как это нередко случается. Совершенно невозможно представить, что столь точное совпадение предсказаний теории с впоследствии обнаруженными явлениями, простая случайность. Это и есть доказательство ее правильности. Хочу еще сказать, что одно из главных предположений СТО - независимость скорости света от скорости источника, было экспериментально проверено и подтверждено только в 60х годах.

Таким образом, были подтверждены не только все результаты, предсказанные СТО, но и предположения, лежащие в ее основании. Сейчас не осталось ни малейших сомнений в ее правильности и, если мы хотим рассчитать, например, ускоритель элементарных частиц или любое явление электродинамики, мы можем смело пользоваться формулами СТО, будучи уверены в правильном ответе.

Многие думают, что теория относительности существенна только при очень больших скоростях, сравнимых со скоростью света, но это не так. Существуют и явления, которые мы пользуемся в реальной жизни и имеющие "релятивистскую" природу. Слово "релятивистский" означает, что скорость света является существенной для данного явления и, если бы взаимодействия распространялись бесконечно быстро, то этих явлений не существовало бы. К таким явлениям принадлежит, например, электромагнитная индукция, которая лежит в основе работы электромоторов, трансформаторов и всех систем магнитной записи. Хотя и электромагнитная индукция, и уравнения Максвелла были установлены задолго до СТО, никто не знал, что делает скорость света, стоящая в знаменателях многих уравнений. Только СТО объяснила, что это и есть результат релятивистских эффектов.

***
Кстати, в специальной теории относительности мало кто сомневается. Видимо, это делают только люди не слишком амбициозные. Серьезные, уважающие себя, "отрицатели" отрицают общую теорию относительности (ОТО). Что же такое ОТО? Эту теорию нельзя рассматривать, как развитие и углубление СТО. Хотя эти теории и имеют много общих идей и были созданы одним человеком, они совершенно различны. В то время как СТО рассматривает только электромагнитные взаимодействия (электродинамику) и совершенно не касается гравитации, ОТО является современной теорией гравитации.

Скажу еще, что, хотя СТО и описывает замедление времени при больших скоростях, к тому, что называется "парадоксом близнецов" она отношения не имеет. Дело в том, что СТО оперирует только инерциальными системами отсчета и в этом случае никто не может улететь и вернуться обратно. Для этого нужно использовать ускорение и замедление, а такие процессы описываются уже не СТО, а общей теорией относительности - ОТО.

***
В отличие от СТО, ОТО основана не на двух, а одном единственном предположении, которое уже и в те годы было не предположением, а, скорее, экспериментальным фактом. Я говорю об эквивалентности гравитационной и инертной масс, которая сейчас называется "принципом эквивалентности". Несколько слов о том, что это такое. Люди (физики) уже давно заметили, что свою массу мы можем определить, встав, например, на весы. Но это не единственный способ. Кинетическая энергия, как всем известно, определяется выражением эМ-Вэ-квадрат-пополам, где эМ - это тоже масса. Определив массу и тем, и другим способом, люди с удивлением обнаружили, что с точностью измерений они неразличимы. Более того, чем точнее их измеряли, тем точнее они совпадали друг с другом. Этот факт был известен со стародавних времен. Люди им пользовались, но никакого особого значения ему не придавали.

А Эйнштейн, положив этот экспериментальный факт в основу своей ОТО, сотворил то, что иначе как чудом не назовешь. На этой мелочи, на этой ерундовинке он построил громадный и необычайно красивый замок или, если хотите, дворец. Дворец современной теории тяготения. Хотя с создания этой теории прошла почти сотня лет, в ней не пришлось ничего изменять или перестраивать. В ней все было уже с самого начала и все стояло на своих местах. Потом, правда, пристроили некоторые дополнительные крылья, типа науки космологии, но эти крылья настолько органично вписались в начальную конструкцию, что многие стали считать космологию частью ОТО, хотя это и неверно. Космология - это отдельная наука, но наука, стоящая обеими своими ногами на теории относительности.

Итак, что же предполагается в ОТО. Как я уже сказал, эквивалентность гравитационных и инерционных сил и, конечно же, конечная скорость передачи взаимодействий. В данном случае, гравитационного взаимодействия. В этой теории нет даже постоянства скорости света, на которой базируется СТО. Это и понятно постоянство скорости света (независимость скорости света от скорости источника) распространяется только на инерциальные системы отсчета, а ОТО имеет дело с неинерциальными системами отсчета.

Что же означает принцип эквивалентности с точки построения теории? - Он означает, что, если в каждой точке пространства, мы введем систему координат, которая двигается с ускорением, в точности равным ускорению силы тяжести в данной точке, мы можем забыть о гравитации, но получим вместо нее бесконечное число систем отсчета, которые двигаются друг относительно друга с различными ускорениями. Лучше это или хуже? - С той математикой, которая была развита специально для ОТО, оказалось, что вариант со многими системами отсчета много проще для построения теории.

Если мы рассмотрим две системы координат движущиеся с ускорением друг относительно друга, то прямая линия в одной из них будет выглядеть для наблюдателя, находящегося в другой системе, как кривая. Таким образом, вместо нашего эвклидова пространства с гравитацией, мы получаем пространство без гравитации, но уже неэвклидово. Неэвклидово пространство - это и есть такое, в котором прямая, перенесенная из одного места пространства в другое, может оказаться кривой. В эвклидовом такого не бывает.

То, что я написал в предыдущем абзаце, конечно же, не описание ОТО и даже не введение в нее. Это очень грубое представление идеи. Сама же ОТО, хоть и красивая, но очень сложная теория. Не случайно у Эйнштейна ушло более восьми лет напряженной работы на ее окончательную формулировку. Краткое введение в ОТО на физфаке является, если я ничего не путаю, годовым спецкурсом и значительная его часть уходит на изучение Римановой геометрии и тензорного анализа. Здесь, на самиздате, ничего такого невозможно, да я и не являюсь специалистом по теории относительности.

Скажу только, что ОТО является полной и законченной теорией гравитации точно также как СТО является полной и законченной электродинамикой (теорией электромагнитных взаимодействий). Что же дала нам ОТО, действительно ли ее результатам можно доверять, какие есть экспериментальные доказательства ее справедливости?

До ОТО, мы имели теорию тяготения Ньютона. В этой теории гравитационное взаимодействие распространяется мгновенно, что, разумеется, неверно. Но если гравитационные поля не слишком велики, то и теория Ньютона не приводит к большим ошибкам. Например, траектория Земли вокруг Солнца практически идеально описывает ньютоновской теорией, а уже для Меркурия, который находится ближе к Солнцу, эта теория приводит к заметным ошибкам.

Сразу скажу, что до настоящего времени не наблюдалось никаких экспериментальных наблюдений, которые бы хоть в малейшей степени отличались от предсказаний теории относительности. Но давайте по порядку.

1. Отклонение света в поле тяжести. Это наблюдение во время солнечного затмения в 1919 году послужило первым и решающим подтверждением теории относительности. Но, конечно же, такие наблюдения повторялись и повторяются до наших дней. С каждым новым солнечным затмением точность измерений возрастает, и экспериментальный результат становится ближе и ближе к теоретически предсказанному значению.

А что дает теория Ньютона? - Вопрос не такой простой, как может показаться. Если придерживаться волновой теории света, то никакого отклонения не будет вообще. Свет будет двигаться по прямой. Но в корпускулярной теории, которая, как и теория тяготения, была развита Ньютоном, отклонение света в поле тяготения должно иметь место, но это отклонение в два раза меньше того, что предсказывает теория относительности и именно результаты ОТО совпадают с наблюдениями.

2. Другой интересный эффект взаимодействия гравитации и света это, предсказанное ОТО, "красное смещение" в гравитационном поле. Если свет движется в направлении от объекта, к которому он притягивается, то его спектр сдвигается в сторону красного цвета (уменьшение энергии фотонов), а если к объекту, то эффект имеет противоположный знак. Этот эффект вполне понятен и отражает собой закон сохранения энергии. Он наблюдался экспериментально и совпадает с предсказаниями ОТО.

3. Расчеты орбиты Меркурия на основе ОТО полностью совпадают с астрономическими наблюдениями. С повышением точности астрономических наблюдений астрономы наблюли подобные отклонения от предсказаний ньютоновской теории и для других планет солнечной системы.

4. Эйнштейн предсказал, что, если две массивные звезды вращаются вокруг общего центра тяжести, они должны излучать гравитационные волны. Эти волны уносят с собой энергию, отнимая ее у энергии вращения, и, следовательно, звезды должны постепенно сближаться, а их период обращения соответственно изменяться. Этот эффект наблюдался астрономами и это наблюдение было удостоено Нобелевской премии.

5. Другим эффектом ОТО является зависимость скорости течения времени от напряженности гравитационного поля. Сейчас измерение времени достигло такой точности, что этот, ничтожный по своей величине, эффект смогли экспериментально проверить, не выходя за пределы земной атмосферы. Сравнивались показания часов, расположенных на поверхности земли, с часами установленными на самолетах. Многократно больший эффект наблюдается при использовании спутников и космических ракет.

6. Отклонение света в поле сил тяготения массивного небесного тела можно использовать как своеобразную линзу. Такие расчеты, проведенные Эйнштейном, показали, как именно должно изменяться изображение звезды, если на пути света попалась такая гравитационная "линза". Этот эффект тоже наблюдался астрономами и привел к открытию нового класса массивных, но тусклых звезд, которые получили название "коричневых карликов".

7. Несколько слов о парадоксе близнецов. Как все знают, это мысленный эксперимент, когда одного из братьев-близнецов посылают в далекое звездное путешествие со скоростью, близкой к скорости света. Когда он возвращается через несколько лет (по своим часам) на землю, он находит своего брата глубоким старцем. Это, пожалуй, самое известное из предсказаний теории относительности. Несколько лет назад я где-то читал, что американцы собираются произвести экспериментальную проверку этого эффекта, используя космическую ракету. Подозреваю, что это было уже сделано, но результаты этого эксперимента мне на глаза не попадались. Впрочем, я и не искал.

Очень может быть, что этот эффект еще и не имеет своего экспериментального подтверждения, но нет никакого сомнения, что как только такой эксперимент будет проведен с достаточной точностью, подтверждение будет получено. Почему я столь в этом уверен? - Дело в том, что парадокс близнецов это, на самом деле, проявление того же самого эффекта, который приводит к замедлению часов в гравитационном поле или к гравитационному красному смещению, а эти два эффекта, как я уже писал, наблюдались экспериментально.

***
Многие думают, что парадокс близнецов это проявление Лоренцевского сокращения времени. Это не так. Соотношения Лоренца справедливы только в инерциальных системах отсчета, а, используя такие системы, невозможно улететь с Земли и вернуться обратно. Для того полета нужны и торможение, и ускорение в обратном направлении. Более того, если мы, забыв об этом, попытаемся применить соотношения Лоренца к такому мысленному эксперименту, то немедленно придем к полной ерунде. Это обстоятельство нередко используется для демонстрации "несостоятельности" теории относительности, но оно демонстрирует только слабое знание физики такими "специалистами".

На самом деле, вся разница в возрасте братьев набегает не за время полета по инерции, а именно в процессе торможения и обратного разгона. Однажды мне попалось неплохое объяснение этого эффекта в интернете. Но это не легкое чтение. Текст занимал примерно столько, сколько этот мой и, чтобы разобраться, его надо было читать очень не спеша, вдумываясь в каждое слово. Кроме того, это описание в рамках "специальной теории относительности", которая только указывает на момент, когда эта разность в возрасте набежала. Желающие узнать, почему это случилось, должны перейти к "общей теории относительности". Краткое описание можно найти здесь.

***
Одним из результатов теории относительности является вывод системы уравнений, описывающих нашу Вселенную - уравнения Эйнштейна. Их роль и значение оказались значительно шире, чем это предполагалось Эйнштейном при формулировке ОТО. Решения этих уравнений, полученные при определенных условиях, дают нам информацию об эволюции нашей Вселенной. На это обстоятельство указал Фридман примерно через 15 лет после создания теории относительности. Фридман показал, что в зависимости от полной массы Вселенной, существуют три типа решений. Стационарная вселенная, в которой ничего особенного не происходит. Вселенная сжимающаяся, объем которой уменьшается со временем. И Вселенная расширяющаяся. Сравнение этих решений с астрономическими наблюдениями (красное смещение) показало, что наша Вселенная расширяется. Эта работа Фридмана дала начало новой и самостоятельной науке, которая получила название космологии. Эта наука изучает происхождение, эволюцию и структуру Вселенной, как целого.

***
Скажу еще несколько слов о "черных дырах". Про них, конечно же, все слышали, и они находятся как раз посередине между физикой (астрофизикой) и космологией. Что же такое черная дыра? Давайте возьмем сначала просто большую звезду и посмотрим, что с ней происходит с течением времени. Надо сказать, что звезды, как и люди, стареют. Водород, который они используют в качестве ядерного горючего, расходуется, и они постепенно остывают, переходя из одного звездного класса в другой. Эти звездные классы обозначаются заглавными латинскими буквами, причем в очень своеобразном порядке: O, B, A, F, G, K, M. Температура поверхности звезды понижается с 50000 градусов, для звезд класса О, до 3000 - для класса М. Чтобы запомнить эту довольно дурацкую последовательность букв, придумали очень неплохую фразу: "Oh Be A Fine Girl, Kiss Me!". Есть еще и русские варианты этой фразы, например, "Один Бритый Англичанин Финики Жевал Как Морковь", но лично мне гораздо больше нравится английский вариант особенно, если представить, что девушка хорошенькая.

Пока звезда горячая, давление, создаваемое тепловым движением и излучением, несколько компенсирует силу притяжения и звезда занимает большой объем. По мере остывания, силы тяготения приводят к тому, что звезда сжимется и, в конце концов, она делается маленькая, холодная и вся ее громадная масса собирается в сравнительно небольшом объеме. Сила тяжести на поверхности такого образования может быть очень и очень велика. Как известно, чем больше сила тяжести, тем больше становится скорость, необходимая любому объекту, чтобы улететь - так называемая вторая космическая скорость. Может так случиться, что эта вторая космическая скорость окажется больше скорости света. Тогда ничто, даже свет не сможет покинуть эту остывшую звезду и она превратиться в черную дыру. Сейчас уже накоплено достаточное количество астрономических наблюдений, чтобы уверенно предполагать, что такие черные дыры существуют.

Я видел возражения против теории относительности, основанные как раз на том, что существование черных дыр еще не доказано. Такие возражения абсурдны. Дело в том, что черные дыры получаются в любой мыслимой теории гравитации, в том числе и Ньютоновской. Нужно просто, чтобы достаточно большая звезда достаточно остыла. Например, то объяснение, которое я привел в предыдущем абзаце, не имеет никакого отношения к теории относительности, а основано именно на ньютоновской теории тяготения. Другое дело, если вы хотите выяснить количественные характеристики таких объектов. В этом случае вам без ОТО не обойтись.

***
Подведем теперь некоторый итог. Все выводы обеих теорий относительности, которые человечество в состоянии было проверить, идеально согласуются с результатами лабораторных экспериментов и астрономических наблюдений. Не существует ни одного наблюдения, которое хоть в малейшей степени противоречит или не согласуется с этой теорией. Это и есть определение правильной физической теории.

Единственный способ вызвать хотя бы малейшие сомнения в справедливости теорий относительности, это обнаружить такой экспериментальный факт, который должен ими описываться, но описывается неправильно. Другого способа нет. Если вы, размышляя о том, о сем, пришли к выводу, что теория относительности неверна, написали статью и отправили в научный журнал, ее там не напечатают. В лучшем случае, рецензенты напишут вежливый отказ, но, скорее всего, посоветуют подучить сначала физику. На них не следует обижаться - они правы.

Для таких отказов в публикации не нужно никаких мифических постановлений Академий Наук. Да, часто человеку, сделавшему "великое" научное открытие, бывает трудно признать свою неправоту. Гораздо легче списать это на происки научного эстаблишмента, который делает все от него возможное, чтобы защитить себя от всего нового и прогрессивного. Можно много всякой ерунды придумать, но лучше, все-таки, выучить физику или, хотя бы понять одну простую вещь - физика - наука экспериментальная и физические теории опровергаются не рассуждениями, а экспериментами.

Можно, правда, поискать математические ошибки. В принципе, такое иногда случается в теоретических работах. Но для этого вам нужно сначала овладеть соответствующим математическим аппаратом не хуже, чем многие выдающиеся математики, которые уже не раз и не два проверяли эту теорию и никаких ошибок там не обнаружили.

***
Означает ли это, что ОТО является венцом творения? - Нет, конечно. Ее область применимости ограничена. Ее, например, невозможно использовать для описания явлений, происходящих на квантовых масштабах или при больших плотностях материи. На этом пути оказались очень серьезные трудности, которые пока не удалось преодолеть. По самой своей сути теория относительности не может быть обобщена на квантовые объекты. Именно поэтому, несмотря на то, что и теория относительности, и нерелятивистская квантовая механика существуют уже почти 100 лет, квантовая электродинамика (гибрид теории относительности с квантовой физикой) находится еще на зачаточном уровне.

В настоящее время еще не ясно является ли трудность перехода от теории относительности к квантовой механике дефектом теории относительности или это свойство природы, которое останется при любой возможной теории гравитации. Поживем - увидим, но уже сейчас можно утверждать одну вещь. Новая теория гравитации, когда она появится, не отменит теорию относительности, не покажет ее неправильность. Она просто продемонстрирует границы ее применимости. Продемонстрирует точно так, как теория относительности указала область применимости механики Ньютона.

Я здесь ничего не писал про сами теории относительности. Это не входило в мою задачу. Если кто интересуется этим более подробно, много интересных текстов на эту тему можно найти здесь. Кстати, чуть не забыл, у меня самого есть текст про космологию.

О ПАРАДОКСАХ.
 
Парадокс - (греч. paradoxos - неожиданный - странный) - противоречие, полученное в результате логически формально правильного рассуждения, приводящее к взаимно противоречащим заключениям.

Поскольку слово парадокс исключительно часто используется в сочетании с теорией относительности, решил добавить этот кусочек к основному тексту. Как вы все сами, наверное, понимаете, настоящих парадоксов в природе не бывает. То, что нам может показаться парадоксом, всегда связано с недостаточным пониманием рассматриваемого явления. Именно такого рода парадоксы и существуют в теории относительности, которая просто описывает окружающую нас действительность. Все ее парадоксы кажущиеся и связаны с тем, что поведение систем при очень больших скоростях, больших ускорениях и в сильных гравитационных полях сильно отличается от того, к чему мы привыкли в повседневной жизни.

Я здесь рассмотрю только один из парадоксов теории относительности, который связан с одновременностью событий в различных системах отсчета. Я выбрал этот, практически хрестоматийный, пример за простоту и наглядность объяснения.

Время субстанция таинственная и нам не так уж трудно согласиться с тем, что оно может течь по-разному в различных условиях. Другое дело одновременность. Нам кажется очевидным, что если два события произошли одновременно, то они останутся одновременными, даже если мы будем пролетать мимо них на самолете. Но теория относительности учит нас, что это заблуждение и связано оно с тем, что мы привыкли к самолетам, которые летают медленно. При больших же скоростях одновременность перестает быть абсолютной, а делается, как и все в теории относительности, относительной.

Представим очень длинный поезд (длиной 2L), который едет по прямой линии с постоянной, но очень большой скоростью v. Что бы еще больше упростить нашу задачу, мы не будем двигать наш поезд со скоростью, близкой к скорости света, а ограничим ее, скажем, половиной. Это ограничение позволит нам избежать необязательных для нашего рассмотрения усложнений, связанных с преобразованиями Лоренца.

Пусть у нашего поезда будут две двери, расположенные в голове и хвосте поезда. Открывать эти двери мы будем по световому сигналу, который подается специальной лампой, расположенной в середине состава.

Давайте побудем сначала пассажирами. Свет, как известно, распространяется всегда с одной и той же скоростью c. Значит, наш световой сигнал будет идти до передней двери ровно столько же времени, сколько и до задней и двери откроются одновременно через время, которое легко посчитать, поделив половину длины поезда на скорость света.

А что увидит человек, сидящий на пригорке и смотрящий на проезжающий мимо поезд? - Он увидит, что в центре поезда загорелась лампа, свет которой распространяется и по ходу поезда и назад с одинаковыми скоростями. Но это не все. Он еще увидит, что задняя часть поезда движется навстречу этому свету со скоростью v, а передняя столь же быстро убегает. В результате сначала откроется задняя дверь (через время L/(c + v)), а только потом передняя (через L/(c - v)). Если скорость нашего поезда с/2, то временные задержки между включением лампы и открытиями разных дверей отличаются в 3 раза. Это для человека, сидящего на пригорке. Пассажиры же поезда ясно видят, что обе двери открываются одновременно. Такая вот относительность.

Факт, что скорость света в пустоте не зависит от скорости движения его источника, установлен достоверно, а это единственное, что использовалось в рассуждениях. Не универсальность одновременности двух событий в различных системах отсчета не вызывает ни малейших сомнений, а нам, тем не менее, трудно с этим согласиться. Мы готовы до посинения твердить, что такого не может быть, что теория относительности это глупость и она не может быть правильной, если приводит к таким 'дурацким' выводам. Наша проблема в том, что мы никогда не сталкиваемся с такими вещами в нашей жизни. Более того, повседневный опыт учит совершенно другому. Это и правильно - не нужно нам этого. Не бывает у нас поездов длиной многие сотни километров и движущихся со скоростями в сотни тысяч километров в час, а в других условиях эти эффекты ненаблюдаемые. Их надо оставить исследователям, которые занимаются такими вещами. Может быть, они поизучают такие вещи и придумают что-нибудь для нас всех полезное.

Комментарии: 525, последний от 08/05/2008. © Copyright Гарик (igor_L70@hotmail.com). Обновлено: 21/06/2007. 31k. Статистика. Статья: Ваша оценка:
 


Рецензии