Мировоззренческий аспект специальной теории относительности

Причину кризиса порой  видели в чрезвычайном обилии эмпирического  материала, в недостаточности его  охвата математикой; надежды возлагались  на еще более интенсивную математизацию  науки. Некоторые ученые видели выход  из кризиса своей науки в выработке  умения логически мыслить, предлагая  для этого кроме математики изучение древних языков. Некоторые из них  стали обращаться к проблемам  гносеологии и методологии.

Английский физик Г. Бонди, автор ряда трудов по теории относительности, следующим образом передает обстановку, которая царила среди физиков  в начале XX в.: «Исторически случилось  так, - отмечает он, - что мощь, достаточную  для того, чтобы помочь нам вырваться  за рамки применимости здравого смысла, физические приборы обрели к концу XIX и в первые годы XX века. Тогда впервые были получены результаты, явно противоречащие нашему повседневному опыту, приобретенному в иных, прежних условиях, и это привело к мучительным поискам и сомнениям» [2].

Вывод об относительности  физического знания не привел Эйнштейна  к отрицанию внешнего мира, объективности  истины, как это случилось с  рядом физиков, называемых «физическими идеалистами». Эйнштейн не отбросил механику Ньютона. Он отвел ей подобающее место  в структуре физического знания, считая, что теоретические выводы механики пригодны лишь для определенного  круга явлений.

Для классической физики пространство и время были некими самостоятельными сущностями, причем пространство рассматривалось  как простое вместилище тел, а  время - как только длительность процессов; пространственно-временные понятия  выступали как несвязанные друг с другом. Теория относительности  показала односторонность такого взгляда  на пространство и время. Пространство и время органически связаны, и эта связь отражается в теории относительности, в математическом аппарате которой фигурируют так  называемые четырехмерные пространственно-временные  векторы и тензоры. Эта теория привела к выводам о зависимости  ритма часов от состояния их движения, зависимости массы от скорости, о  взаимозависимости между массой и энергией; все эти выводы широко подтверждены опытом.

Специальная теория относительности, построение которой было завершено  к 1905 г., доказала, что в реальном физическом мире пространственные и  временные интервалы меняются при  переходе от одной системы отчета к другой. Старая физика считала, что  если системы отсчета движутся равномерно и прямолинейно относительно друг друга (такое движение называется инерциальным), то пространственные (расстояние между  двумя ближними точками) и временные (длительность между двумя событиями) интервалы не меняются.

Теория относительности  эти представления опровергла, вернее, показала их ограниченную применимость. Оказалось, что только тогда, когда  скорости движения малы по отношению  к скорости света, можно приблизительно считать, что размеры тел и  ход времени остаются одними и  теми же, но когда речь идет о движении со скоростями, близкими к скорости света, то изменение пространственных и временных интервалов становится заметным. При увеличении относительной  скорости движения системы отсчета  пространственные интервалы сокращаются, а временные - растягиваются. До создания теории относительности считалось, что объективность пространственно-временного описания гарантируется только тогда, когда при переходе от одной системы отсчета к другой сохраняются огдельно пространственные и временные интервалы.

Теория относительности  обобщила это положение. В зависимости от характера движения систем отсчета друг относительно друга происходит различное расщепление единого пространства-времени на отдельные пространственный и временной интервалы, но происходит таким образом, что изменение одного как бы компенсирует изменение другого. Получается, что расщепление на пространство и время, которое происходит по-разному при различных скоростях движения, осуществляется так, что пространственно-временной интервал, т.е. совместное пространство-время (расстояние между двумя близлежащими точками пространства и времени), всегда сохраняется, т.е. остается инвариантом. Тем самым, специальная теория относительности раскрыла внутреннюю связь между собой пространства и времени как форм бытия материи. С другой стороны, поскольку изменение пространственных и временных интервалов зависит от характера движения, то выяснилось, что пространство и время определяются состояниями движущейся материи. Они таковы, какова движущаяся материя.

Идея специальной теории относительности получила дальнейшее развитие и конкретизацию в общей  теории относительности, которая была создана Эйнштейном в 1916 г. В этой теории было показано, что геометрия  пространства-времени определяется характером поля тяготения, которое, в  свою очередь, определено взаимным расположением  тяготеющих масс. Вблизи больших тяготеющих масс происходит искривление пространства (его отклонение от евклидовой метрики) и замедление хода времени. Если мы зададим геометрию пространства-времени, то тем самым автоматически задается характер поля тяготения, и наоборот, если задан определенный характер поля тяготения, то автоматически задается характер пространства-времени. Здесь  пространство, время, материя и движение оказываются ограниченно сплавленными между собой.

Пространство-время нашего мира имеет 4 измерения: три из них  характеризуют пространство и одно время. В истории философии и естествознания эти свойства пространства и времени не раз пытались объяснить, но естествознание не располагало достаточными возможностями для этого, поэтому это положение было принято как опытный факт.

Первый шаг в обосновании  трехмерности пространства и одномерности времени был сделан австрийским  физиком П. Эренфестом [5]. Он показал, что трехмерность пространства является условием существования устойчивых связанных систем, состоящих из двух тел. Впоследствии этот опыт был обобщен  применительно к атомам и молекулам. Было показано, что только в трехмерном пространстве возможно образование  электронных оболочек вокруг ядра, существование атомов, молекул и  макротел.

Интересен еще один момент в размышлениях физики о философских  категориях пространства-времени - объяснить  новые законы сохранения, открытые физикой элементарных частиц (сохранение барионного и лептонного зарядов). В  связи с этими трудностями  значительное распространение получили концепции, отвергающие необходимость  использования представлений о  непрерывности пространства и времени  в физическом описании.

Одно из направлений развития релятивистской квантовой физики идет по пути отказа от рассмотрения пространственно-временного аспекта физической реальности (теория матрицы рассеяния). В связи с  этим имели место утверждения  о том, ч то пространство и время носит макроскопический характер, а для физики микромира реальность пространства и времени вообще отрицается.

Более широкую поддержку  со стороны физиков и философов  получила концепция дискретного  пространства-времени. Несмотря на отдельные  успехи, использование гипотезы дискретного  пространства-времени не привело  к согласованию физических принципов  теории относительности и квантовой  механики между массой, энергией и  скоростью быстрых электронов.

Теория относительности  не только предложила новое решение  проблемы пространственно-временной  структуры Вселенной, но и оказала  огромное влияние на стиль научного мышления в целом. Но основным и самым  главным было то, что эта теория заставила пересмотреть укоренившиеся  в физике представления классического  периода. Таким образом, СТО превратила ньютоновскую механику в теорию, лишь приблизительно описывающую реальность, но не преуменьшила ее значения, а уточнила ее в процессе развития науки.

Литература

1. Шмутцер Э. Теория  относительности. М., 1981.

2. Бонди Г. Относительность  и здравый смысл. М., 1967.

3. Эйнштейн и современная  физика. М., 1956.

4 Алексеев П.В. Наука  и мировоззрение. М., 1983.

5. Горохов В.Г., Степин B.C. Философия науки и техники.  М., 1995.