Теория относительности

Общие замечания

В этом разделе речь идет о первой революции в научном мышлении, вызванной открытия двадцатого века. На жаргоне физика содержание всех предыдущих разделов объединяет понятия классической физики, чтобы отличить эту старую физику от новейших, современных теорий, к которым мы и переходим.

Идеи относительности встретили сначала сильное сопротивление как со стороны физиков, так и со стороны философов. Физики встретили новую гипотезу критично, как всегда они встречают новую идею, пока она не прошла их требований тройного экзамена. Во-первых, она должна оставлять нетронутыми успехи предыдущей работы и не обесценивать тех объяснений результатов наблюдений, которые использовались для обоснования более ранних идей. Во-вторых, она должна удовлетворительно объяснять новые данные, поставили под сомнение предыдущие идеи и повлекли возникновение новых гипотез. И, в-третьих, она должна прогнозировать новые явления или новые соотношения между различными явлениями, которые до сих пор были еще неизвестными или не до конца понятными.

Этот процесс требовал некоторого времени, так как учет относительности является важным только для объектов, движущихся со скоростью, сравнимой со скоростью света. Поскольку подобные объекты не всегда доступны для наблюдения, то не было достаточных возможностей для проверки, к тому же во многих случаях опыты требовали очень сложных наблюдений высокой точности. С тех пор частицы, движущиеся с высокими скоростями, стали обычными в любой физической лаборатории. Теперь мы не можем воспринимать незначительные изменения в поведении частиц, для выявления которых требуются измерения высокой точности, как несущественные; релятивистские особенности их движения связаны с большими эффектами, которыми невозможно пренебречь. Проще говоря, проектируя оборудования для физических исследований, инженеры вынуждены конструировать устройства стоимостью во много миллионов долларов, что связано исключительно с релятивистским характером движения частиц. Вряд ли склонны они считать это результатом бесполезного или ложного измышления. Сегодня ни один физик, практически знаком с опытами над быстрыми частицами, не будет возражать принципы теории относительности.

Отрицание философов возникали потому, что теория относительности начала пересмотр положений, которые считались сферой философии. Подвергалось сомнению право физиков отрицать идеи, которые философы считали очевидными и неоспоримыми истинами.

Но теперь, кажется, есть уже общепризнанным фактом, что наши представления о пространстве и времени связаны непосредственно с познанием внешнего мира и многие положения, которые мы считаем очевидными, справедливы лишь в пределах нашего повседневного опыта. Они могут оказаться необоснованными предубеждениями, если распространить их на ситуации, необычные для нас.

В истории физики такие случаи - обычное дело. Открытие факта, что Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, противоречило механической интуиции, основанной на повседневном опыте. Когда мы узнаем в школе о противодействии, которое оказывали сначала этой идее, то средневековые ученые, не могли воспринять ее, кажутся нам людьми с ограниченным кругозором. Но мы легко восприняли эту мысль только потому, что привыкли к ней с самых первых своих шагов и восприняли ее до того, как наш критицизм стал достаточно развитым, чтобы серьезно ее обсуждать.

Идея закона Галилея о том, что тело, которое движется, стремится продолжить свое движение, противоречит повседневному опыту и сначала вполне законно подвергалась критике тогдашних физиков. С большим трудом воспринимали эту идею мыслители, пытаясь обобщить абстрактные идеи о движении.

Тот факт, что свет распространяется с конечной скоростью, также противоречит нашей интуиции. Трудно привыкнуть даже к тому, что скорость звука тоже конечна, и когда мы наблюдаем за человеком, рубит далеко от нас лес, и звук удара доходит к нам после того, как мы увидим падение топора, то для осмысления этой необычной ситуации нужно сознательно напрячь голову. Еще больше мы привыкли полагаться на свои глаза, считая, что информация, которую они дают нам о внешнем мире, - это ложное сообщение о событиях, которые происходят в тот момент, когда мы смотрим, В повседневном опыте на поверхности Земли нет ничего, что могло бы разрушить эту иллюзию, но трехсотлетний опыт астрономии и более поздние методы чрезвычайно точного измерения времени заставили нас признать, что скорость света конечна.

Волновая природа света создает для нашей интуиции подобные трудности. Только благодаря сознательному усилию ума мы способны признать, что из-за дифракции волн света на резкой грани свет действительно огибает препятствие.

Таким образом, каждое новое достижение науки заставляет нас покончить со своим каким-то глубоко укоренившимся предубеждением, но, наверное, все предыдущие достижения, за исключением закона Галилея, усваивались легче, потому что мы могли объяснить их языке знакомых механических моделей. Например, конечности скорости звука подготовила нас к признанию конечности скорости света. Обращение световых волн можно наглядно представить себе, наблюдая рябь на поверхности пруда, различия только в масштабе, но эти аналогии не пригодны для усвоения идей теории относительности.

Вероятно, утверждение теории относительности немного задержалось также из-за названия, потому что она наводит на мысль о связи с философской концепцией относительности, согласно которой любая истина рассматривается как относительная. Как мы увидим, нет ничего более далекого от содержания новых достижений теории. В теории относительности законы физики имеют точную и абсолютную форму, лишь некоторые положения, которые наша интуиция воспринимала как абсолютные, оказываются предубеждением.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >