Введение
Мир как он есть и представление о нем верующих
Революция в естествознании
Сущность теории относительности
Вселенная бесконечна в пространстве и во времени
Заключение
Рекомендуем прочитать
Содержание

Автор: Рахматуллин К.  

Теги: физика  

Год: 1984

Текст
                    К. РАХМАТУЛЛИН,
кандидат философских наук
В МИРЕ
ЭЙНШТЕЙНА
ИЗДАТЕЛЬСТВО „КАЗАХСТАН
А л м а-А т а—1 9 6 7


5 30.1 Р27 Образцом прямой линии принято считать луч света. А как ведет себя тот же луч в действительности? И что собою представляет пространство? А каков ритм времени? На эти и ряд других вопросов дает ответ в своей брошюре кандидат философских наук К. X. Рахма- туллин. В популярной форме автор рассказывает об основных положениях знаменитой теории относительности, разработанной одним из величайших физиков нашего времени — Альбертом Эйнштейном. Тем, кто заинтересуется затронутыми автором научными проблемами, он рекомендует для чтения книги, список которых дается в конце брошюры.
ВВЕДЕНИЕ С детских лет каждый из нас знает об увлекательных путешествиях Гулливера из книги английского писателя XVIII в. Дж. Свифта. Лилипутам Гулливер казался великаном, а огромным жителям Бробдингне- та — крошечным. А каким же в действительности был Гулливер — большим или маленьким? В обыденной жизни мы часто пользуемся понятиями «большой» и «маленький», «много» и «мало», «быстро» и «долго» и т. д. Абсолютны или относительны наши понятия? В самом деле, просторы Тихого океана мы называем громадными, а всю нашу Землю считаем одной из небольших планет. Расстояние до Луны, составляющее более 380 тысяч километров, в наш космический век кажется нам близким, а иногда небольшое расстояние на Земле кажется длинным. Астрономия говорит нам о молодости тех небесных тел, которые существуют десятки миллионов лет, в то же время мы говорим о~долгожителях — людях, живущих более ста 1* з
лет. Подобных примеров можно привести великое множество. О чем же они говорят? Выдающийся французский ученый А. Пуанкаре предложил следующий мысленный эксперимент. Предположим, что во время нашего сна мы сами и все тела во Вселенной одновременно увеличились в тысячу раз. Заметим ли мы, проснувшись, эти изменения? Оказывается, мы ничего бы не заметили и не смогли бы обнаружить изменения никаким экспериментом, так как если решительно все увеличилось бы в тысячу раз, то у нас не оказалось бы мерки, которая указывала бы на происшедшее. Называя любую вещь «большой», мы мысленно сравниваем ее с другой вещью меньшего размера, и без такого сравнения понятие «большой» теряет всякий смысл. Этот же мысленный эксперимент можно распространить на время, на скорости движения тел и на многое другое. Действительно, если бы во Вселенной движение всех тел и течение всех процессов ускорилось или замедлилось в несколько раз (в том числе и наши собственные движения и все физиологические и психические процессы в нашем организме), то мы и в этом случае ничего бы не заметили. Из приведенных примеров явствует, что наши понятия «большой», «маленький», «быстро», «долго» и т. п. не абсолютны, а относительны и приобретают смысл только при сравнении. Открытие относительности многих характеристик 4
тел и процессов, ранее считавшихся абсолютными, является заслугой крупнейшего физика современности Альберта Эйнштейна (1879—1955), которого В. И. Ленин назвал одним из «великих преобразователей естествознания». Теория относительности Эйнштейна состоит из двух взаимосвязанных частей. Первую ее часть, называющуюся частной, или специальной, теорией относительности, ученый создал в 1905 г., а вторую — общую теорию относительности, или теорию тяготения,— в 1916 г. Открытие Эйнштейна ломало так много укоренившихся представлений и было таким трудным для понимания, что даже среди ученых оно долго не получало признания. Основатель квантовой теории, выдающийся немецкий физик М. Планк, приглашая Эйнштейна на работу в 1913 г., писал ему, что так как во всем мире теорию относительности понимает всего десять человек, из которых пятеро живут в Берлине, то поэтому, мол, автору теории лучше приехать в Берлин. Конечно, это была шутка, но очень близкая к истине. Стройность, логичность теории Эйнштейна постепенно завоевывали все новых сторонников. Ее выводы стали применять ко все более широкому кругу явлений. Когда в 1919 г. во время полного солнечного затмения подтвердилось одно из предсказаний теории, она получила всеобщее признание. Популярность теории и ее автора стала невиданной. Два американских студента б
даже держали пари, дойдет ли письмо с таким адресом: «Европа. Эйнштейну». Письмо дошло. С тех пор триумфальное шествие теории Эйнштейна в науке продолжается. Однако и сейчас у нее есть противники. Но больше всего ущерба теории наносят, пожалуй, те, которые, прикидываясь ее сторонниками, извращают ее выводы. Среди них не последнюю роль играют идеологи религии и религиозно настроенные ученые в капиталистических странах. Из определенных положений теории относительности они стараются вывести доказательства бытия бога, сотворения им всего мира и т. д. Поэтому вокруг имени Эйнштейна, его теории и ныне идет острая идеологическая борьба.
МИР КАК ОН ЕСТЬ И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О НЕМ ВЕРУЮЩИХ Современная научная картина мира формировалась в процессе ожесточенной борьбы науки и религии. Первые представления человека о мироздании складывались за тысячелетия до нашей эры. Несмотря на низкий уровень производительных сил и бессилие человека перед природой, древнейшие сказания о мире носили реалистический, наивно-материалистический характер. Правда, вера в действительное существование природы совмещалась в них с верой в сверхъестественные силы. Но в этих сказаниях не говорится о сотворении мира из ничего, в них лишь предполагается наличие подобных человеку, но более могущественных существ. Эти человекоподобные боги «создают» мир из уже существующей материи, по существу, лишь ускоряют процессы, совершающиеся в природе. Первобытный человек исходил из своей практики: он знал лишь огонь костра, лесных пожаров и вулканов, видел, как вырастают растения и рождаются животные, он сам 7
мог делать вещи из дерева, глины, камня. Поэтому и в древних мифах мир возникает в результате рождения. Так, в якутском сказании гагара ныряет в воду, достает песчинку, из которой бог создает Землю. Здесь и птица, и вода, и песчинка уже имелись, а бог лишь строитель. Такой же характер носили мифы почти всех народов. Отмечая эту особенность древних сказаний, немецкий философ-материалист Л. Фейербах делает совершенно правильный вывод о том, что первобытные люди создали бога по своему образу и подобию (а не наоборот!). В древних мифах ничего не говорится о «начале» или «конце». С развитием религии происходит переход от идеи творца, ограниченного в своих действиях, к идее всемогущего бога, независимого от окружающих физических условий. Также постепенно религия переходит от политеизма (многобожия) к монотеизму (единобожию). Так, у древних евреев бог Ягве своим словом создал землю и небо в хаотическом состоянии, а потом, тоже словом, наводит порядок в этом первобытном хаосе. Во многих работах советских и зарубежных ученых убедительно показаны внутренние противоречия «священных книг» различных религий. Прочитайте ту часть книги «Бытия», в которой рассказывается о сотворении мира и человека, и вы убедитесь сами, сколь очевидны библейские противоречия. Поэтому и приходится богословам вот уже 2000 лет всячески изворачи- 8
ваться, чтобы согласовать библейские сказания если уж не с наукой, что просто невозможно, то хотя бы со здравым смыслом. В период расцвета рабовладения появились первые научные представления о мире. Философы-материалисты древности говорили о несотворимости и неунич- тожимости материального мира, о его единстве в бесконечном многообразии явлений. В. И. Ленин высоко оценивал следующие слова материалиста Древней Греции Гераклита: «Мир, единый из всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим». Мыслители древности говорили о бесчисленности во Вселенной миров, подобных Земле, которая находится в центре видимого мира и ничем в пространстве не поддерживается, считали, что «природа, лежащая в основе (всего) — едина и беспредельна». Знаменитый математик древности Пифагор первым выдвинул идею о шарообразности Земли, а пифагореец Филолай — о движении Земли и других небесных тел вокруг «центрального огня». Выдающийся материалист древности, с именем которого В. И. Ленин связывает все развитие древнегреческого материализма, основатель атомистического учения Демокрит высказал ряд замечательных догадок. Впервые в науке у Демокрита встречается положение о том, что Млечный путь состоит из бесчисленного количества звезд, что размеры Солнца огромны по 9
сравнению с Землей, что Луна не имеет своего собственного света. Он говорил о бесчисленности миров, образованных из различных сочетаний атомов и пустот, что можно рассмотреть как признание пространственной бесконечности Вселенной. Ибо, как учил Эпикур, последователь Демокрита, «и по количеству тел, и по величине пустоты... вселенная безгранична. Ибо если бы пустота была безгранична, а тела ограничены [по числу], то тела нигде не останавливались бы, но неслись бы, рассеянные по безграничной пустоте... А если бы пустота была ограничена, то безграничные [по числу] тела не имели бы места, где остановиться» К В дошедшем до нас труде Аристарха Самосского «О размерах и взаимных расстояниях Солнца и Луны» впервые в истории науки доеольно обоснованно (из определения расстояния до Солнца, сравнения его размеров с размерами Земли) излагается гелиоцентрическая система мира. Таким образом, Аристарх был одним из первых «коперниканцев до Коперника». Знаменательно, что против него было возбуждено судебное дело за его «нечестивое отношение к религии и к богам». Так что Ватикан в суде над Галилеем и Бруно шел по следам своих языческих «братьев». Многие из гениальных догадок античных ученых в дальнейшем не получили развития. Они взаимно не 1 Цит. по кн.: «Материалисты Древней Греции». М., 1955, стр. 183. 10
оплодотворяли друг друга. В частности, античная натурфилософия (учение о природе), признававшая бесконечность Вселенной, не использовала гелиоцентрическое учение для обоснования своего тезиса. Тем более, что вплоть до Бруно и Кеплера это был абсолютный гелиоцентризм, считающий Солнце центром не только нашей планетной системы, но и всей Вселенной. Забвению идей бесконечности Вселенной и гелиоцентризма способствовало и господство взглядов Аристотеля и Птолемея. В последнем обстоятельстве сыграли свою роль не только соответствие их взглядов религиозным догматам и громадный личный авторитет Аристотеля, но и соответствие геоцентрической и финитной (признание конечности мира) концепции чувственным данным. Система Аристотеля и Птолемея о центральном положении Земли и ограниченности мира сферой неподвижных звезд настолько общеизвестна, что нет необходимости на ней особо останавливаться. Их последователи считали Вселенную абсолютно неизменной, с повторяющимся движением, навязанным природе внешней силой. Такой характер движения исключал возможность развития и прогресса. Признание неизменности мироздания являлось отражением в идеологии медленности темпов общественного развития в эпоху рабовладения и феодализма. Она являлась как бы выражением предписанной богом вечности и неизменности всего строя земных и небесных отношений. П
Можно сказать, что в этой концепции будущее неотличимо от прошлого, время отчуждено от мира, и материя имеет поэтому божественную природу. Материалистическое содержание из астрономии античности «отцы церкви» впоследствии изгнали, а ошибочные положения Аристотеля и Птолемея канонизировали. Теоретик церкви Фома Аквинский в своих «Сводах веры и богословия» дословно цитирует положения Аристотеля о конечности мира, о противоположности земного и небесного и центральном положении Земли, возводя их в ранг догматов христианства. А правильные, материалистические выводы Аристотеля были забыты или просто извращены. Такой «очищенный» аристотелизм и геоцентризм Птолемея стали господствующими в науке на весь период средневековья. Но и в это время продолжали жить в умах людей прогрессивные идеи мыслителей античности. Даже некоторые из ранних христианских богословов признавали бесчисленность миров. Поэтому соборы в Халькедо- не и Константинополе официально осудили подобные взгляды как ересь. Верные астрономические идеи в мрачные средние века отстаивались лишь передовыми учеными Востока, в частности учеными Средней Азии. Однако и в средние века, хотя и медленно, происходило развитие человеческого общества. Феодальный строй изживал себя, в обществе зрели новые потребности и новые социальные силы. «Современное естество- 12
знание,— писал Ф. Энгельс,—... начинается с той грандиозной эпохи, когда бюргерство сломило мощь феодализма, когда на заднем плане борьбы между горожанами и феодальным дворянством показалось мятежное крестьянство, а за ним революционные предшественники современного пролетариата... Это была величайшая из революций, какие до тех пор переживала Земля. И естествознание, развивающееся в атмосфере этой революции, было насквозь революционным» 1. Величайшим завоеванием астрономии этого периода является гелиоцентрическая система мира Николая Коперника. Ф. Энгельс называет систему Коперника великим переворотом в науке, вызовом церковному суеверию, освобождением исследования природы от религии. С этого момента, по словам Ф. Энгельса, пошло гигантскими шагами развитие наук. Религии приходилось сдавать одну позицию за другой. Христианство, ислам, буддизм и другие религии по самой своей природе враждебны науке. Догматы любой религии основываются не на земных предметах и явлениях, а на отношении людей к богу. Религия говорит о полной зависимости человека и его дел от бога, о беспомощности и ничтожности человека самого по себе. Только в вере и любви к богу люди находят силу и опору. Познание ими окружающего мира подчинено вере. Пренебрежительное отношение к науке, принижение ее Ф. Энгельс. Диалектика природы. М., 1955, стр. 152. 13
роли пронизывает все сочинения «отцов церкви». Для Василия Великого, Августина Блаженного, Фомы Ак- винского и других авторитетов христианской церкви откровение Иисуса Христа было высшей и непререкаемой истиной, а познание окружающего мира — ничтожным делом людей. В средние века церковь имела широкие возможности легко подавлять прогрессивную научную мысль. Склонение чаши весов на сторону науки стало возможным только в результате глубоких экономических и политических изменений в жизни общества. Это заставило буржуазию потребовать от церкви изменения своего отношения к науке. В результате 11 сентября 1822 г. коллегия кардиналов Ватикана была вынуждена официально разрешить верующим изучать астрономию, сняла двухсотлетний запрет с книг Коперника, Кеплера и Галилея. Ослаблению влияния церкви на естествознание способствовало и возникновение противоречивых направлений внутри христианства. Разделение западного христианства на католицизм и протестанство (наряду с самостоятельностью православной церкви), возникновение десятков различных мелких сект и учений, их борьба между собой, взаимные разоблачения ослабляли христианство. Протестантские богословы и ученые упрекали католиков за сожжение Бруно и суд над Галилеем, а католики всячески пропагандировали враждебное отношение лидеров протестантства Лютера и Ме- 14
ланхтона к учению Коперника. Но, как правильно заметил французский астроном П. Лаберенн, это были мелкие козни враждующих братьев. В главном, во враждебном отношении к передовым естественнонаучным теориям, все течения христианства, как и других религий, оставались единодушны. Таким образом, в конце XIX в. церковь была вынуждена отказаться от отрицания некоторых положений естествознания и выдвинуть тезис об отсутствии конфликта между религией и наукой. Но при этом церковь старалась сохранить свое руководящее положение по отношению к науке. И кроме того, она оставалась на позициях непримиримости к передовым научным теориям, опровергающим «священное писание». С вступлением капитализма в империалистическую стадию развития возникший еще до этого союз буржуазии и церкви усилился и углубился. Образовался единый реакционный фронт религии и буржуазии для борьбы против всего прогрессивного, в том числе и в области естествознания. Этот союз всячески стремится отразить наступление естествознания на основы религии. Современная буржуазия уже давно перестала бороться с религией, наоборот, она опирается на нее, использует религию для упрочения своего строя. Изменение исторической обстановки привело к изменению форм и методов борьбы религии против современной науки. От физического уничтожения передовых ученых, сожжения их книг и запрещений религия пе- 15
решла к более скрытым и тонким приемам борьбы. Современные теологи и буржуазные философы стараются исказить данные науки, создать ложные теории, навязать науке чуждые ей религиозно-идеалистические выводы. Они пытаются, если уж нельзя опровергнуть материалистические данные науки, хотя бы сделать из них новое «доказательство» бытия бога. Отношение к науке современного протестантства, православной церкви и ислама в сущности ничем не отличается от отношения католической церкви. Они также исходят из догм Библии и Корана, также стремятся подчинить науку религии. Но современная религия не в состоянии опровергнуть всем очевидных грандиозных успехов естествознания. В то же время религия не может отказаться от своих основных догм. Это противоречивое положение и вызывает попытки церквей как-то примирить науку с религией, извратить научные данные, чтобы вывести из них доказательства существования бога. * * * Картины мира, созданные различными религиями, в сущности ничем не отличаются друг от друга. Ислам, все учения христианства и иудаизм делят мир на две принципиально отличные области: Землю и небо. В Библии сказано, что Земля находится в центре как обиталище венца творения — человека. Она неподвижна, ограничена «твердью небесной», которая вместе с 16
небесными светилами вращается вокруг Земли. Небо объявляется обителью бога и других «небожителей» (архангелов, ангелов), туда же попадают после смерти и души святых угодников и праведников. Религиозный миф о сотворении богом всей природы из ничего в течение нескольких дней современные богословы пытаются как-то увязать с данными астрономии, физики, геологии и биологии. Если «священные книги» различных религий говорят о неизменности раз сотворенного богом мира, то современные богословы вынуждены признать идею развития мира. Сам «творец» теперь становится «эволюционным» богом, и богословы выдвигают лозунг: развитие мира через его творение. Современная наука говорит об образовании и развитии небесных тел в течение нескольких миллиардов лет. В частности, наша Солнечная система, в том числе и Земля, имеет возраст примерно 5 миллиардов лет; Эти миллиарды лет формирования и существования небесных тел очень трудно согласовать с мифом о творении мира в течение шести дней и «возраста мира» в семь с половиной тысяч лет. Поэтому богословы стали говорить, что «дни творения» нельзя понимать буквально, что они, мол, соответствуют целым астрономическим и геологическим эпохам. Но если обратиться к самой Библии, то становится ясной надуманность этого аргумента. В книге Бытия речь идет именно о днях, о наступлении утра и вечера (описание каждого дня творения заканчивается словами: «и был вечер» такого-то 2-2571 17
дня). Если бы речь шла об эпохах, то так и было бы записано, ибо в древнееврейском языке, на котором написана Библия, имеются слова для обозначения и дня (иом) и эпохи (ткуфа). Как уже отмечалось, по религиозным представлениям Земля является центром мира. Такой взгляд называется геоцентризмом (гео — по-гречески Земля). Геоцентризм религии тесно связан с представлением о конечности пространства материального мира: сфера неподвижных звезд ограничивает две принципиально отличные области — небо и Землю. Первый удар по геоцентризму нанес Н. Коперник, создавший гелиоцентрическую (гелиос — по-гречески Солнце) систему мира. Земля оказалась одной из рядовых планет Солнечной системы, потеряла приписываемое ей религией исключительное, центральное положение в мире. Дальнейшее изучение звездного неба показало, что и само Солнце лишь обычная звезда, каких на небе бесчисленное множество. Было установлено, что Солнце со своими девятью большими планетами, их спутниками, тысячами малых тел (малые планеты, метеоры, кометы) входит в состав нашей Галактики, или Млечного Пути. Галактика состоит из более чем 150 миллиардов звезд, каждая из которых подобна нашему Солнцу, хотя и отличается от него размером, массой, температурой, наличием или отсутствием планет и т. д. При этом Солнце расположено не в центре Галактики, а в ее окра- 18
инных областях и обращается вокруг центра Галактики примерно за 200 миллионов лет. Итак, мы живем на рядовой планете, вращающейся вокруг рядовой звезды. А наша Галактика — одно из великого множества подобных ей скоплений звезд. Нашими космическими соседями являются Большое и Малое Магеллановы Облака, знаменитая туманность Андромеды (во многом похожая на нашу Галактику) и более десяти других галактик. Размеры нашей Галактики не очень велики: свет со скоростью 300 000 км/сек проходит с одного ее края до другого всего за 100 тысяч лет. В космосе это действительно небольшое расстояние. Галактика в созвездии Андромеды находится от нашей Галактики на расстоянии около полутора миллионов световых лет. На реактивном самолете (если бы самолеты могли летать в межгалактическом пространстве) со скоростью 1 000 км/час это расстояние можно преодолеть примерно за 200 миллиардов лет. По мере увеличения мощности астрономических инструментов растет количество наблюдаемых галактик. Так, 200-дюймовый рефлектор Паломарской обсерватории в США фиксирует более 400 миллионов галактик в радиусе около двух миллиардов световых лет. Но действительное их количество в этом объеме пространства должно быть гораздо больше, ибо некоторые галактики заслоняются темными облаками космического вещества, а возможно и другими, более близкими галактика- о* 19
ми. По подсчетам ученых, самые мощные современные телескопы могут обнаружить около миллиарда галактик. Однако мощность оптических телескопов довольно ограничена. Ныне наука научилась фиксировать не только видимые лучи небесных тел, но и невидимое их излучение в виде радиоволн. Построенные для этого специальные радиотелескопы наблюдают небесные тела на расстояниях более десяти миллиардов световых лет. В этом объеме пространства галактик, подобных нашей, уже миллионы миллиардов. Но современные астрономические инструменты могут наблюдать объекты лишь небольшого участка бесконечной в пространстве Вселенной. Эта часть мира, объединяющая миллионы миллиардов галактик, с сотнями миллиардов звезд в каждой из них, носит название Метагалактики. В бесконечной Вселенной, по-видимому, бесчисленное множество таких метагалактик. Вот что ныне осталось от пресловутого «центрального» положения Земли в мире. Итак, данные науки позволяют делать вывод о бесконечности мира. С этим выводом религия ныне вынуждена считаться. Римский папа Пий XII в специальном докладе в Ватиканской академии в 1951 г. под давлением фактов признал пространственную бесконечность Вселенной. Это значит, что глава католической церкви отказался от одного из важных положений христианства, согласно которому свойство бесконечности прису- 20
ще лишь одному богу. Но и из такого отказа Пий XII и христианские богословы пытаются извлечь «богоугодные» выводы. По их мнению, бесконечность Вселенной является свидетельством всемогущества бога. Они говорят, что чувство бесконечного по своей природе мистично, сверхрационально, оно якобы лежит за пределами человеческого разумения, а стало быть, является подлинным источником религии и относится к «вопросам веры». Признание пространственной бесконечности мира богословы ухитряются сочетать с догмой о его творении, о начале времени. Религия не может признать вечность мира во времени, это означало бы отказ от бога- творца. Как было показано в одной из предыдущих брошюр данной серии \ для поддержания идеи всемогущества бога религия пытается использовать некоторые временные затруднения науки в решении тех или иных конкретных проблем. Одной из них является установленное астрономией разбегание галактик друг от друга. Бельгийским астрономом и каноником по духовному званию Ж. Леметром это явление было использовано для создания теории «расширяющейся Вселенной». Суть теории в двух словах в том, что 2—4 миллиарда лет тому назад не было ни пространства, ни времени, существовал лишь одий «атом-отец», сосредоточивший 1 Рахматуллин К. Ожидает ли Вселенную тепловая смерть? Алма-Ата, 1965, 21
в нулевом объеме все вещество современной Вселенной. Этот «атом-отец» потом взорвался, из его разбегающихся осколков образовались все галактики, звезды и т. д., которые и ныне продолжают свое разбегание. Следовательно, мир был сотворен, есть начало отсчета времени (правда, библейские 7 500 лет «возраста мира» заменяются 2—4 миллиардами лет, но это никого не смущает). Вот поэтому «теория» Леметра и получила апостольское благословение Ватикана. Для вывода о расширении всей Вселенной у Леметра и его последователей нет никаких оснований. Современная наука считает, что разбегание галактик является ограниченным в пространстве и во времени явлением, то есть оно присуще только нашей области Вселенной в данную эпоху ее развития. А бессмысленность вывода о громадной плотности вещества в «атоме-отце» и отсутствии пространства и времени до его взрыва будет показана ниже. Религиозная догма о сотворении мира как будто подтверждалась и другой гипотезой, долго господствовавшей в астрономии. Речь идет о предположении, будто в далеком прошлом Вселенной все звезды возникли одновременно. Одно из важнейших открытий современной астрономии принадлежит советским ученым, главным образом, академику В. А. Амбарцумяну и его ученикам. Обобщая большой наблюдательный материал, В. А. Амбарцумян пришел к выводу, что в Галактике су- 28
ществуют особые группы звезд, отличные от обычных скоплений своими размерами, плотностью, наличием сравнительно редких типов звезд. Они были названы звездными ассоциациями. Можно было выделить два их типа: группировки неправильных переменных звезд типа Т Тельца (Г-ассоциации) и группировки горячих гигантов (О-ассоциации). Ассоциации резко отличаются от обычных скоплений звезд. Изучение обычных звездных скоплений, таких, как Плеяды, Гиады, Ясли и другие, показывает, что, несмотря на перемещение отдельных звезд внутри скоплений, в целом они находятся в установившемся состоянии. Но можно допустить возможность обмена энергиями в процессе тесных сближений между звездами скопления, в результате чего какая-либо звезда может получить энергию, превосходящую силу притяжения скопления, и покинет его. Постепенный распад скоплений может занять несколько миллиардов лет. Совершенно другое положение в звездных ассоциациях. Пространственная концентрация звезд в них настолько мала, что их члены не могут удерживаться в устойчивом состоянии силами взаимного притяжения и под влиянием возмущающего воздействия галактического центра должны распасться в течение нескольких миллионов лет. Изучение ассоциаций показало, что неустойчивые группы звезд не могли образоваться из устойчивых. Поэтому распад ассоциаций происходит, главным обра- 23
зом, не под действием галактического центра, а потому, что с самого начала члены ассоциаций получают большие скорости расширения от центра. Следовательно, ассоциации представляют собой расходящиеся группы звезд. Определение скорости расширения членов ряда ассоциаций позволило установить возраст звезд ассоциаций в 1—2 миллиона лет. После распада ассоциаций их члены входят в состав звезд общего галактического поля в виде одиночных или кратных (то есть состоящих из 2—3 и т. д. членов) звезд. Первый важный вывод, к которому приводит изучение ассоциаций: скопления находятся в неустойчивом состоянии и расширяются со скоростью около десяти километров в секунду. Вторым, не менее важным, является вывод о групповом возникновении звезд. Поскольку ассоциации обнаружены и в других галактиках, то можно, в-третьих, говорить об общности в некоторых главных чертах процессов возникновения и развития звездных групп в Галактике и в других звездных системах. В-четвертых, вытекает вывод о продолжающемся и в настоящее время процессе звездообразования. Из-за исключительного значения этого вывода остановимся на нем несколько подробнее. Неустойчивость и расширение звездных ассоциаций говорит о том, что если, несмотря на это, они продолжают существовать, значит, они молоды. «Самый факт существования звездных ассоциаций,— говорит В. А. Амбарцумян,—...является доказательством того, что 24
возникновение звезд в Галактике интенсивно продолжается и поныне. Это является прямым опровержением распространяемого в капиталистических странах взгляда, согласно которому образование всех звезд Галактики произошло в некоторую весьма отдаленную эпоху и сейчас новые звезды не возникают» *. Установлено, что некоторые О-ассоциации состоят из нескольких групп звезд: обычные скопления, цепочки гигантских звезд, кратные системы типа Трапеции Ориона. Неустойчивость трапеций и их распад в течение миллионов лет и меньше является указанием на наличие в ассоциациях тесных групп звезд, более молодых, чем остальные ее члены. Отсюда, говорит В. А. Амбарцумян, можно сделать два вывода: 1) не все звезды ассоциаций возникают одновременно и 2) образование отдельных групп происходит в сравнительно небольших объемах пространства. Эти выводы относятся не только к О-ассоциациям, но и к Г-ассоциациям, в которых также были обнаружены аналогичные факты. Таким образом, не только сами ассоциации в целом молоды по сравнению со звездами общего галактического поля, но и внутри ассоциаций есть звезды разных возрастов. Разновременность образования небесных тел доказывается открытием молодости и тех звезд, которые не входят в ассоциации. 1 «Труды второго совещания по вопросам космогонии». М., 1952, стр. 41. 25
Изучая источники энергии звезд, ученые установили, что выделение внутриядерной энергии в звездах зависит от их массы: при ее увеличении количество выделяемой на один грамм вещества энергии резко увеличивается. Излучение некоторых массивных звезд настолько велико, что они могли возникнуть лишь несколько миллионов лет тому назад, иначе весь их запас водорода давно истощился бы. Как показали выдающийся советский астроном академик В. Г. Фесенков и его ученики, современные массивные и яркие звезды в прошлом излучали еще более интенсивно. Пропорционально световому излучению происходит и выброс вещества с их поверхности. Зная закономерности излучения, легко рассчитать и возраст звезд. Оказалось, что наиболее яркие звезды, наблюдаемые в настоящее время, должны иметь совсем небольшой возраст — до нескольких миллионов лет, а в некоторых случаях всего сотни тысяч лет. Таким образом, астрономия открыла существование во Вселенной звезд самых различных возрастов. Отсюда вытекает важный вывод о разновременности их происхождения. Но совершенно недопустимо сведение вопроса лишь к возрасту звезд и их скоплений и замалчивание разновременности образования и развития другой составляющей нашей и других галактик—диффузного вещества. Согласно концепции В. А. Амбарцумяна, и звезды, и диффузные туманности образуются совместно из до- звездной формы материи. Следовательно, доказатель- 2G
ство продолжающегося и сейчас процесса звездообразования, разновременности возникновения звезд является доказательством того же и в отношении диффузного вещества. Внимание ученых к диффузным туманностям привлекли работы Б. А. Воронцова-Вельяминова, который еще в 1931 г. выдвинул гипотезу формирования диффузных туманностей из выбрасываемого звездами вещества. В свое время английские ученые Джине и Эд- дингтон высказывали предположение, что массы звезд в ходе их эволюции изменяются незначительно, лишь вследствие электромагнитного излучения. Б. А. Воронцов-Вельяминов доказал, что звезды не только излучают, но и теряют массу в результате непосредственного выброса вещества. Особенно интенсивно этот процесс идет у горячих гигантов. Если взять, например, звезды типа Вольфа-Райе, то они ежегодно выбрасывают массу, равную не менее 10~5—10~4 массы Солнца. А Солнце теряет на излучение ежесекундно лишь 4 миллиона тонн своей массы, в год это составляет 1014 тонн К Казалось бы, это — громадная величина, но и она ничто по сравнению с потерей горячих звезд: у Солнца ежегодно теряется лишь 1,7 • 10~13 массы, а у них — до 10~4. «Я не раз подчеркивал,— говорит Б. А. Воронцов- Вельяминов,— что открытие факта возникновения диф- 1 В целях сокращенной записи больших и малых чисел в математике приняты следующие обозначения: число 1014 — это единица с 14 нулями, а Ю-4 — это 0,001. 27
фузного вещества за счет звезд и в наше время имеет громадное философское значение, так как показывает возможность и необходимость круговорота в галактиках путем обмена вещества между двумя основными формами его — туманностями и звездами» 1. В. А. Амбарцумян и его ученики, развивая свою теорию дальше, установили, что галактики, как и звезды, имеют тенденцию к объединению в малые и большие коллективы. Они не могли образоваться из ранее одиночных галактик, следовательно, они также рождаются группами. Мир галактик исключительно многообразен. Если наша Галактика, галактика в созвездии Андромеды и другие состоят из миллиардов звезд и имеют диаметры в десятки тысяч световых лет, то есть и галактики-карлики с диаметрами всего в сотни световых лет и состоящие только из сотен тысяч звезд. Различаются они и по своей форме: неправильные, спиральные и эллиптические. Среди кратных звезд только около 10 процентов имеют конфигурацию типа Трапеции Ориона, а среди кратных галактик, оказывается, половина относится к этому нестабильному типу. И если они продолжают существовать, то это говорит об их относительной молодости. Значит, галактики и их группы также рождаются разновременно, этот процесс продолжается и в наши дни. Этот важный вывод делается на основе обобщения данных наблюдений. 1 «Труды второго совещания по вопросам космогонии», стр. 105. 28
Продолжающиеся и в наше время активные процессы образования звезд 1 и галактик говорят о многом. В частности, это является опровержением тезиса об одновременном образовании всех небесных тел несколько миллиардов лет тому назад (как мы уже видели, подобный тезис используется религией для доказательства творения мира богом). Во-вторых, это показывает несостоятельность попыток выделения каких-то особых эпох в развитии Вселенной. В ней нет готовых небесных тел, все они возникают и разрушаются. Но при этом материя не исчезает и не возникает из ничего, она лишь переходит из одной формы своего существования в другую. Например, звезды образуются из газовопылевых туманностей (диффузного вещества), которые в свою очередь могут образоваться из вещества, выброшенного звездами. Происходит то, что называют вечным круговоротом материи во Вселенной. Современную научную картину мира можно назвать картиной материального единства мира. Она утверждает, что Вселенная состоит из конкретных видов материи в виде вещества (плотного — звезды, планеты; разреженного — диффузные облака) и физических полей: электромагнитного, гравитационного и ядерных полей. Не исключено, что существуют еще не открытые нау- 1 Есть все основания считать, что вокруг многих звезд при этом образуются и планетные системы. Таким образом, рождение планет, а на некоторых из них и жизни, также является повсеместным и закономерным процессом во Вселенной. 29
кой другие виды материи. Но и в этом случае речь может идти о материальном мире, о его объективных (то есть существующих независимо от чьей-либо воли) закономерностях, в нем нет места для сверхъестественного. Не удивительно поэтому, что богословов в очень затруднительное положение ставят вопросы: где находится местожительство «небожителей», в какой системе координат находится бог или куда же, собственно, вознесся Христос после своего воскресения? Из этого трудного положения религия пытается выйти двумя путями: во-первых, признанием существования, кроме видимого материального космоса, особого невидимого «неба»; во-вторых, указанием на четвертое измерение пространства. О первом мы уже говорили, несостоятельность второго пути увидим при разборе теории относительности А. Эйнштейна.
РЕВОЛЮЦИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ Научная картина мира складывалась в борьбе с религиозными идеалистическими антинаучными представлениями о мире. В XVII—XIX вв. в науке господствовала механистическая картина мира классической физики, связанная прежде всего с именами Г. Галилея, И. Ньютона и П. Лапласа. В ее основе лежали открытые ими законы механики, законы движения земных и небесных тел, в особенности закон всемирного тяготения Ньютона. Классическая физика сводила всю сложную гамму взаимоотношений предметов и явлений природы к чисто механическим их связям. Конечно, эти представления были недостаточны, односторонни. Поэтому новые открытия естествознания требовали пересмотра этой картины мира. На рубеже XIX и XX вв. ее сменила электромагнитная картина мира. В ней брались в соображение не 31
только законы механики — законы простого перемещения тел, но и их электромагнитные свойства. Однако и она не удовлетворила ученых. Наука с каждым днем проникала во все более глубокую сущность окружающего нас материального мира, вскрывала все более интимные его свойства. Этот процесс начался в конце XIX в., он интенсивно продолжается и поныне. В. И. Ленин в своей замечательной работе «Материализм и эмпириокритицизм», написанной в 1908 г., обобщив достижения тогдашней науки, назвал этот процесс революцией в естествознании. Начавшаяся в те годы коренная ломка устаревших научных представлений была связана с открытиями в области ядерной физики, созданием квантовой гипотезы и кардинально новых взглядов на материю, движение, пространство и время. Эти взгляды нашли свое отражение в теории относительности Альберта Эйнштейна. Чтобы понять всю новизну и суть теории относительности, снова приходится бросить хотя бы беглый взгляд на историю формирования и развития научных представлений о пространстве и времени. А. Эйнштейн указывает на наличие в истории науки двух основных воззрений на пространство, время и тяготение. Начиная с Демокрита, многие ученые (Бруно, Галилей, Р. Декарт, Б. Спиноза, Дж. Локк, Ньютон, Г. Гегель и Фейербах), несмотря на различие их взглядов на конкретные вопросы данной проблемы, в це- 32
лом рассматривают пространство как протяженность, а время как длительность. При этом одни (Декарт) рассматривают пространство как чистую протяженность, а другие (Ньютон) — как простое вместилище материальных тел. Начиная с Аристотеля, другие ученые (Г. Лейбниц, X. Гюйгенс, Д. Дидро и др.) считают пространство порядком, или законом сосуществования явлений (свойством положения мира материальных предметов, по словам Эйнштейна), а время — числом движения, законом изменения явлений. Здесь главное внимание обращается на выражение отношений между телами. Кроме того, у Гераклита, Ньютона, Ибн-Сины, А. Н. Радищева и И. Канта были отдельные попытки синтетического рассмотрения этих двух свойств пространства и времени. Однако их попытки не получили детальной разработки. Обе концепции страдали односторонностью, возводя в принцип отдельные признаки пространства и времени. В «Математических началах натуральной философии» Ньютон отделяет понятия истинных, или абсолютных, пространства и времени от относительных. Абсолютное пространство по своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему остается всегда одинаковым и неподвижным. Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и называется длительно- 3-2571 33
сТью. Относительное пространство есть мера или какая-либо ограниченная часть пространства, положение которой определено относительно некоторой системы отсчета. Относительное время есть определенная мера продолжительности, устанавливаемая при помощи какого-либо движения и употребляемая в нашей обыденной жизни (например> сутки — мера продолжительности, определяемая вращением Земли вокруг своей оси). В основе этого разделения лежит двоякая связь пространства и времени с механическими процессами: 1) они являются вместилищем этих процессов, в них располагаются тела и разыгрываются процессы; 2) сами пространство и время становятся различными как конкретные места и времена только благодаря механическим процессам. При этом абсолютное пространство и время не связаны с механическими процессами, кроме того, они независимы и друг от друга. Пространство, по Ньютону, есть неограниченное вместилище материальных процессов, объем, отождествляемый с пустотой. Оно однородно (одинаковость геометрических свойств во всех точках) и изотропно (одинаковость этих свойств во всех направлениях). Утверждая однородность и изотропность пространства, Ньютон исходил из сформулированных им трех основных законов механики. Наиболее важным с точки зрения теории пространства и времени академик В. А. Фок считает первый закон Ньютона, говорящий о существо- 34
вании инерциальных систем отсчета \ в которых справедливы остальные законы движения. По Ньютону, материальные тела движутся не только в пространстве и времени, а по отношению к пространству; именно это движение и является истинным. Если Декарт считал необходимым для движения по крайней мере наличие двух тел, то у Ньютона для движения достаточно одного тела. Поэтому у него абсолютное пространство (а в известном смысле и абсолютное время) выступает в качестве своеобразного и единственного тела отсчета для всех движений. Следовательно, он приходит к выводу о неподвижности абсолютного пространства, лишает его активных физических свойств, которые связываются лишь с телами, а пространство имеет лишь геометрические свойства вместилища тел. Также понимается Ньютоном и сущность времени как потока чистой неограниченной длительности с равномерным течением. Законы движения не меняют своего вида с течением времени, и в этом смысле оно однородно, кроме того, время изотропно, то есть законы движения инвариантны (неизменны) при обращении течения времени. Сущность пространства и времени он раскрывает с позиций метафизического материализма. Метафизиче- 1 Инерциальная система отсчета — такая система координат, в которой выполняется закон инерции, то есть в которой тело (при компенсации оказываемых на него внешних воздействий) движется равномерно и прямолинейно. 3* 35
ский подход к проблеме особенно ярко виден в отрыве абсолютного пространства и времени от движущейся материи и друг от друга. Ньютон абсолютизировал отдельные свойства пространства и времени, хотя в его взглядах есть и некоторые диалектические моменты. За абсолютное пространство и время Ньютона ухватилось богословие как за обиталище бога. Да и сам Ньютон считал бога причиной всемирного тяготения, первоначального движения. Великий просветитель XVIII века Вольтер, распространявший учение Ньютона во Франции, прямо указывал, что вся философия Ньютона необходимо приводит к признанию высшего существа. Несмотря на эти и другие существенные недостатки, воззрения Ньютона на пространство, время и тяготение господствовали в науке в течение более двух столетий. А. Эйнштейн считает, что решение Ньютона было в тот период развития науки единственно возможным и, главное, плодотворным. Взгляды Ньютона и особенно его ортодоксальных последователей были подвергнуты острой критике со стороны немецкого философа Г. Лейбница, голландского физика X. Гюйгенса, английского материалиста Дж. Толанда, великого русского ученого М. В. Ломоносова и других. При этом одни критиковали односторонность, уступки богословию (Толанд, Ломоносов), а другие (Лейбниц, Дж. Беркли) критиковали Ньютона с позиций идеализма. 36
Эйнштейн считает, что Галилей и Ньютон обогатили и усложнили понятие пространства: пространство вводилось как самостоятельная причина инерциально- го поведения тел, поскольку было желательно придать точный смысл классическому принципу инерции и тем самым классическому закону движения. В отличие от Лейбница и Гюйгенса Ньютон понимал, что рассмотрение пространства как порядка существования вещей не может служить основой принципа инерции и закона движения, хотя при этом он понимал и причины их оппозиции против абсолютности пространства. Но плодотворность системы Ньютона на несколько веков заглушила эти сомнения. Ньютону потребовалась упорная борьба, чтобы утвердить понятие независимого и абсолютного пространства, необходимого для развития теории. Последующее развитие науки показало, что оппозиция Лейбница и Гюйгенса была оправдана, но она защищалась недостаточными аргументами. Потребовались еще более напряженные усилия целой плеяды ученых, чтобы преодолеть ошибочные взгляды Ньютона. * # * Несомненным достоинством старой теории пространства и времени академик В. А. Фок считает совершенную в математическом отношении ее форму — эвкдидову геометрию — и чрезвычайно точное соответ- 37
ствие ее природе. Это и обусловило ее долгое господство в науке. Однако безуспешные попытки на протяжении более 2000 лет доказать пятый постулат Эвклида о параллельных линиях (что они не пересекаются) показали возможность замены его другими аксиомами. Но только великий русский ученый Н. И. Лобачевский ( и независимо от него венгерский ученый Больяй) пришел к выводу о недоказуемости постулата Эвклида и создал свою знаменитую неэвклидову геометрию. Открытие Лобачевского означало целый переворот не только в геометрии, но и в воззрениях на пространство и время. Однако в то время не было достаточных данных, чтобы понять глубину идеи Лобачевского. В частности, не совсем было ясно, почему параллельные линии не параллельны, почему действительные свойства пространства не укладываются в рамки геометрии Эвклида. Развитие естествознания в XIX в. шло по линии дальнейшей критики и преодоления некоторых недостатков классической физики, хотя в целом она и была господствующей. Работы многих ученых различных стран вплотную подвели физику к пересмотру бытовавших тогда воззрений на пространство, время и движение. Особенно большое значение имели работы по электронной теории голландского ученого Г. Лоренца, в которых подверглись существенному изменению понятия вещества, движения, взаимодействия, протяженности, 38
массы. Правда, сам Лоренц еще стоял на позициях классической физики, когда он рассматривал поле как некое состояние неподвижного эфира, а пространство— как его абсолютное вместилище. Но гипотеза Лоренца о неподвижности мирового эфира была опровергнута опытами Майкельсона и Морли, которые установили, что Земля не движется относительно так называемого мирового эфира. Суть этого опыта в следующем. Старая классическая физика считала, что все пространство мира заполнено эфиром — особой сплошной средой, проникающей во все материальные тела и в пространство между ними. Эфир рассматривался как носитель электромагнитного поля (в том числе и света) и поля гравитации (тяготения). Если бы не было эфира, думали физики XVIII—XIX вв., то как могли бы свет или тяготение распространяться сквозь пустое межзвездное пространство. По мнению Лоренца, сам эфир неподвижен, а тела (в том числе и наша Земля) движутся сквозь него. Эфир, следовательно, служил оправданием взглядов Ньютона на абсолютное движение: тела движутся не относительно друг друга, а относительно эфира, заполняющего пространство. Если эфир неподвижен, то любой движущийся сквозь него предмет должен встретить эфирный ветер. Земля вокруг Солнца вращается со скоростью 30 км/сек. Это движение, думали в XIX в., должно вызвать эфирный ветер такой же скорости в противоположном направлении* Чтобы доказать это, надо было измерить 39
скорость света на поверхности Земли против эфирного ветра и в обратном направлении. Предполагалось, что в первом случае скорость света будет меньше (из-за дующего навстречу эфирного ветра), а в другом — больше. Такой опыт и был поставлен Майкельсоном и Мор ли в 1881 г. в США. Скорость света в обоих направлениях оказалась одинаковой. Значит, никакого эфирного ветра нет. Физики всего мира были поражены. Они не могли найти объяснение этому опыту, повторения которого приводили к тем же результатам. Эти и другие опыты доказали, что представление электронной теории об абсолютном характере поля противоречит факту относительности действия полей, а само поле оказывается в зависимости от взаимных положений и скоростей электронов. Поскольку до Эйнштейна так или иначе пространство и время отрывались от общих закономерностей материальных процессов, то гипотеза эфира служила дополнением к пространственно-временным воззрениям, средством, сближающим абсолютное пространство с материальными процессами природы. Указанные открытия вплотную подвели науку к отказу от гипотезы эфира и к пересмотру старой теории пространства и времени. Существуют очень простые математические формулы (преобразования Галилея), которые дают возможность написать законы механики для систем координат, движущихся относительно друг друга параллельно, прямолинейно и равномерно. Пользуясь ими, легко Ф
найти новое положение данного тела (по истечении определенного времени) при переходе от одной координатной системы к другой. Весь опыт физики подтверждал правильность этих формул Галилея. При этом было установлено, что законы природы должны быть инвариантны для инерциальных систем. Иными словами, на законы природы не должен влиять переход от одной координатной системы к другой. И вдруг в конце XIX в. английский ученый Дж. Максвелл, математически обобщая законы электрических и магнитных явлений, вывел уравнения, которые не инвариантны по отношению к преобразованиям Галилея. Ученые растерялись: одно из двух — ошибочны либо уравнения Галилея, либо Максвелла. Голландский физик Г. Лоренц, французский математик А. Пуанкаре при решении этой проблемы исходили из справедливости уравнений Максвелла. Поскольку они не инвариантны по отношению к преобразованиям Галилея, надо было найти другие преобразования координат, которые оставляли бы неизменными уравнения электромагнитных явлений. Они были найдены и получили название преобразований Лоренца. Эти преобразования оказались едиными как для механических процессов, так и для электромагнитных явлений. Сам Лоренц не смог до конца понять (как и Пуанкаре) всю глубину своих преобразований и все те важные следствия, которые из них вытекали. Он старался спастц гидотезу эфира и приспособил свои новью фор- 41
мулы для объяснения отрицательного ответа опыта Майкельсона и Морли об эфирном ветре. Дальнейшая разработка и правильное физическое истолкование преобразований Лоренца, а говоря шире — выведение физики из того тупика, в который она зашла в исследовании свойств пространства, времени, движения и тяготения,— величайший научный подвиг и историческая заслуга А. Эйнштейна.
СУЩНОСТЬ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ Итак, в начале XX в. в физике создалась довольно сложная ситуация. Требовались кардинально новые идеи, которые вывели бы теорию пространства, времени и тяготения на магистральный путь прогресса науки. Такие идеи были внесены в науку теорией относительности. Суть теории Эйнштейна весьма сложна. Она не только не опирается на так называемый здравый смысл, на наш обыденный опыт, а большей частью противоречит им. Сейчас физики любят говорить, что новые идеи должны быть в определенной мере «безумными» (то есть кардинально новыми, непривычными), чтобы оказаться правильными. Такого «безумства» было вполне достаточно в идеях Эйнштейна. Рассказать о сущности теории относительности так, чтобы всем было понятно, задача весьма трудная, так как теория эта опирается на очень сложный математический аппарат, связана с решением уравнений высших разделов совре- 43
менной математики. Все же постараемся сделать изложение вопроса по возможности простым К Представьте себе, читатель, что вы находитесь в вагоне поезда, движущегося равномерно, без толчков, с плотно закрытыми окнами. Можете вы доказать с помощью опыта, что находитесь в движении? Классическая физика отвечала, что посредством механического эксперимента это доказать невозможно. Например, находясь внутри вагона, вы подбросили прямо вверх спичечный коробок; он будет падать прямо вниз независимо от того, стоит или движется поезд. Если бы не былсг этого, то на чемпионате мира в Англии футбольный мяч от удара ноги И. Численко не влетел бы в ворота сборной Италии. Ведь пока мяч летел в воздухе со скоростью 15—18 м/сек, футбольные ворота вместе с Землей ушли бы от этого места на 30 километров на восток. Если вернуться к нашей спичечной коробке, то дежурный по вокзалу, мимо которого проносился бы наш поезд (если бы, конечно, дежурный мог видеть сквозь стены вагона), обнаружил бы, что коробка описала в воздухе кривой путь. В классической физике это называется принципом относительности Галилея: равномерное и прямолинейное движение зам- 1 Автор приносит свои извинения специалистам, если в их руки попадет эта брошюра, за те элементы упрощения в изложении сущности теории относительности, которые пришлось допустить, чтобы сделать теорию Эйнштейна более понятной неподготовленному читателю, 44
кнутой материальной системы как целого (коробка и вагон, мяч и Земля) не влияет на ход механических процессов, происходящих внутри системы. Эйнштейн обобщил принцип Галилея и говорит уже не только о механических, но и обо всех иных процессах, в том числе и электромагнитных. Иными словами, мы не могли бы обнаружить движение нашего поезда и путем опыта со светом (точнее: с электромагнитным излучением). Отсюда Эйнштейн сделал вывод: невозможно измерить равномерное движение каким-либо абсолютным способом. Это и есть знаменитый принцип относительности Эйнштейна, являющийся одним из двух основных постулатов его теории. Этот принцип с первого взгляда кажется простым, но последовательное его применение приводит к довольно непривычным результатам. Это касается, прежде всего, поведения света. Представим себе космическую ракету, летящую вдоль светового луча со скоростью ста тысяч километров в секунду, то есть равной одной трети скорости света. Если космонавт измерит скорость света, вдоль луча которого он летит, то установит, что этот свет имеет скорость 300 000 км/сек. Казалось бы, что свет должен при этом иметь скорость 200 000 км/сек, ибо космонавт сам движется в том же направлении со скоростью 100 000 км/сек. Такой же постоянной, то есть 300 000 км/сек, останется скорость света и в том случае, если космонавт двигался бы навстречу лучу света. А из обыденного опыта нам кажет- 45
ся, что при этом свет должен иметь скорость в 400 000 км/сек (сложение собственной скорости и скорости ракеты), но этого не происходит. Если бы космонавт нашел скорость света равной 200 000 км/сек в первом случае и 400 000 км/сек — во втором, то это означало бы существование эфирного ветра, что было опровергнуто опытом Майкельсона и Морли. Отсюда возникает необходимость установления правил перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой, то есть установление изменения положения рассматриваемого объекта в новой (движущейся) координатной системе по истечении определенного времени. Эти правила и даны в преобразованиях Лоренца. Если же при этом скорость тела меньше скорости света, то формулы Лоренца переходят в формулы Галилея. Следовательно, формулы Галилея справедливы для движений с небольшими скоростями, а Лоренца — со скоростями, близкими к скорости света. Но одним обобщением старой теории Эйнштейн не ограничивается: новая теория вводит исключительно важный принцип постоянства скорости света. «Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с определенной скоростью 1/, независимо от того, испускается ли луч света покоящимся или движущимся телом»1,— пишет об этом Эйнштейн. Этот принцип вытекает из опыта Майкельсона и Морли, установив- 1 А. Эйнштейн. Теория относительности. М., 1935, стр. 134. 46
Ших, что скорость света во всех направлениях одинакова, то есть что свет, или электромагнитные процессы, распространяется в пустоте с одной и той же скоростью по отношению к любому телу, движущемуся по инерции (одинаково во всех инерциальных системах), независимо от направления движения данного тела. Этот второй постулат о постоянстве скорости света в пустоте имеет исключительно большое значение. Он приводит к очень важным следствиям. Во-первых, поскольку скорость света есть отношение пути ко времени, то ясно, что существование скорости, универсальной для всех инерциальных систем отсчета, означает в то же время и существование определенной универсальной связи между пространственными и временными величинами (а отсюда и между пространством и временем), связи, справедливой для всех форм движения материи. В установлении этой всеобщей связи пространства и времени и заключается сущность частной теории относительности, ее важнейший вывод. Во-вторых, уже старая теория не считала координаты тела величинами, присущими телу самому по себе, а только характеристиками его отношений к некоторой системе отсчета. То же можно сказать и о времени наступления какого-либо события: при указании момента всегда подразумевается определенное начало отсчета времени. Но для указания размера тела и длительности процесса в старой теории не требовалось ссылки на систему отсчета. В новой теории это не так. В ней как длина, 47
так и длительность зависит также и от отношения тела или процесса к системе отсчета. По отношению к быстро движущейся системе отсчета данный процесс представляется замедленным, а длины — укороченными в направлении движения. Это знаменитые лоренцовы сокращения, названные так по имени Г. Лоренца. Постараемся разобраться в этом следствии теории относительности, которое часто называют релятивистскими эффектами (от слова релятивный — относительный). Воспользуемся для этого мысленным экспериментом, предложенным самим Эйнштейном. Вообразите себе, читатель, такую картину. Около железнодорожного полотна стоит стрелочник (М), слева от него входной семафор (А), справа на таком же расстоянии паровозное депо (Б). Если одновременно в точках А и Б вспыхнут молнии, то М увидит их в одно и то же время и будет считать одновременными. Представим теперь, что в момент вспышки молний по дороге от А к Б с большой скоростью шел поезд. Что скажет пассажир Т о времени вспышки молний? Поскольку Т движется от А к Б, то он увидит молнию у Б раньше, чем у А. Но он знает, что движется, знает скорость поезда и придет тоже к выводу, что молнии были одновременными. Однако из двух постулатов теории относительности мы знаем: можно считать, что поезд находится в покое, а Земля бежит назад под его колесами. При таком предположении Т сделает вывод, что вспышка в Б была раньше, а в А позже. С этим должен согласиться и М, 48
если считать, что он вместе с Землей движется, а поезд стоит. Таким образом, получается, что о времени наступления двух событий, их последовательности во времени мы не можем дать абсолютного ответа. Ответ наш будет зависеть от выбора системы отсчета. Это разработанная теорией Эйнштейна проблема относительности одновременности. Исходя из невозможности распространения любых действий со скоростью, превышающей скорость света, теория относительности отказалась от представления, что события, отделяющие прошедшее от будущего, длятся только одно мгновение. Из причинно-следственных отношений между процессами ясно, что прошедшими мы называем такие события, которые могут влиять на происходящее в данное время событие. В свою очередь событие А может влиять на будущее, но будущие события принципиально не могут влиять на А. Интервал между событиями А и В, отделение прошедшего от будущего будет зависеть от расстояния между ними. Если взять две вспышки света А в момент времени tA и В в момент времени ts, то в какой мере мы можем говорить об их одновременности? Если свет вспышки А успел дойти до В прежде, чем там произошла вспышка, то мы уверенно говорим об А как о прошедшем, а о В как о будущем событии (по отношению их друг к другу). Но если же вспышка В произошла, когда еще свет А не успел дойти до В, то ответ не будет 4-2571 49
однозначным: в одной системе отсчета прошедшей будет вспышка А, в другой системе — В. Иначе говоря, мы не можем утверждать об абсолютной одновременности двух сильно удаленных друг от друга событий. События, которые разделены промежутками времени, менее необходимого для пробегания света от одного до другого, называются квазиодновременными. А для небольших расстояний, с которыми люди встречаются ежедневно, не трудно установить практическую одновременность событий, тем более, если их распространение (радиосигналы, например) имеет очень большую скорость. Следовательно, теория относительности устанавливает зависимость течения и длительности времени от относительного движения тел и показывает, что нельзя говорить об одновременности событий без учета относительного движения тел и их пространственного расстояния. Но относительность одновременности нельзя абсолютизировать и доводить до отрицания существования в природе событий, которые по времени совпадают. Тела и процессы не лишаются присущих им свойств, но эти свойства различно проявляются в различных отношениях. Было бы странно относительность одновременности доводить до крайности, до абсурда, например, до отрицания понятий «до» и «после». Едва ли какой-либо космонавт, с какой бы скоростью он ни двигался, сумеет ухитриться умереть до своего рождения. Это же относится к возникновению и гибели лю- 50
бого тела и процесса; все они возникают раньше, а кончают свое существование «после» этого. Откйз от понятия абсолютной одновременности является одним из важнейших выводов специальной теории относительности. Относительность одновременности вытекает из того, что в мире нет независимого от материального движения абсолютного времени, нет единого мирового потока времени. Каждый движущийся предмет в зависимости от скорости движения имеет свое собственное течение времени (точнее говоря: ритм времени). Теперь мы вплотную подошли к рассмотрению еще более трудных для понимания вопросов об относительности пространственной протяженности предметов и явлений и их длительности во времени. Рассмотрим следующий мысленный эксперимент. Представим себе две космические ракеты А и Б, находящиеся в состоянии относительного движения с большой скоростью. Космонавт А смотрит через иллюминатор (в момент встречи двух ракет) и видит, что космонавт Б посылает луч света от потолка к зеркалу на полу. Зеркало отражает свет, и он возвращается снова к потолку. Для Б путь луча света будет прямым, а космонавту А он будет виден в виде буквы V. Поскольку длина сторон V больше сдвоенной прямой той же высоты, то космонавт А может подумать, что в ракете Б свет стал двигаться медленнее. Но помня принцип постоянства скорости света, он сделает правильный вывод, что 4* 51
это время в ракете Б течет медленнее. То же самое будет наблюдаться и в обратном случае: если луч света будет послан космонавтом А, а наблюдать будет космонавт Б. Выходит, таким образом, что ритм времени зависит от скорости движения тела: чем больше скорость движения, тем медленнее течет время, и наоборот. Если бы материальные тела могли двигаться со скоростью, равной скорости света, то время остановилось бы совсем. В связи с началом освоения космоса в научно-популярной литературе много внимания уделяется этому эффекту теории Эйнштейна (иногда его называют парадоксом часов). В будущих космических перелетах к другим звездам (а не внутри нашей Солнечной системы) он сыграет свою роль. Эти перелеты возможны только в том случае, если будет достигнута скорость, близкая к скорости света. Ведь самая ближайшая к нам после Солнца звезда находится на расстоянии более четырех световых лет. Представим себе, что космонавты будущего с большой скоростью (с двухкратным ускорением в первую половину пути и таким же торможением во вторую) летят к галактике в созвездии Андромеды. С такими же скоростью и ускорением возвращаются на Землю. Эта галактика находится от нас на расстоянии более полутора миллионов световых лет. В результате большой скорости время внутри ракеты будет идти куда медленнее, чем на Земле. По собственному времени кос- 52
монавта пройдет всего двадцать девять лет, а по земным часам пройдет три миллиона лет! Если у космонавта остались бы дети и были потомки, то их предок пережил бы своих пра-пра-пра-пра-пра и т. д. внуков и оказался бы моложе многих из живущих при его возвращении. Этот эффект настолько не укладывается в рамки нашего здравого смысла, что просто невозможно поверить в него. Но приходится, потому что это экспериментально подтвержденный факт. В опытах на ускорителях элементарных частиц — в синхрофазотронах и при изучении космических лучей, приходящих на Землю из глубин космоса (и в первом, и во втором случае элементарные частицы движутся со скоростями, близкими к скорости света), было установлено, что собственное время частиц течет медленнее. Нечто подобное происходит и с длинами, вернее с пространственной протяженностью тел. Чем больше скорость данного тела, тем меньше его протяженность в направлении движения в другой системе координат. Если вернуться к встрече двух космонавтов в космосе, то космонавту А будет казаться, что в ракете Б не только время стало идти медленнее, но и сама ракета стала как бы короче. Этот эффект также подтвержден опытным путем. Интересно и то, что сами космонавты совершенно не будут замечать этих эффектов, им будет казаться, что длины остались те же и время течет по- обычному. 53
Мы не будем слишком углубляться в суть вопроса, так как это потребовало бы приведения довольно сложных математических формул. Читатель, интересующийся этими проблемами, может прочитать рекомендованные нами книги. Из сущности теории относительности о всеобщей связи между пространством и временем вытекает закон пропорциональности массы и энергии: Е = гп • с 2, где Е — энергия материального объекта, m — масса, с — скорость света в вакууме (в данную формулу она входит в квадрате). Скорость света — величина постоянная, это и определяет пропорциональность массы и энергии. Поскольку масса есть мера способности тела сопротивляться ускорению (инертная масса) и мера ее способности создавать поле тяготения и испытывать силу в этом поле (тяжелая, или тяготеющая, или весомая масса), а энергия—мера количества материального движения, то этот закон является замечательным подтверждением положения марксизма о том, что нет движения без материи, как и материи без движения. Эта формула показывает, что определенному количеству массы соответствует определенное количество энергии. Неуничтожимость энергии означает неуничтожимость массы, и наоборот. Формула применима ко всем физическим процессам, не исключая и процессы взаимопе- 54
рехода вещества и поля, в которых происходят качественные изменения не только энергии, но и массы (при неизменности общего количества массы). Она доказывает положение марксизма о несотворимости и неунич- тожимости движения и материи (энергии и массы). Частная теория относительности, таким образом, установила единство пространства и времена на основе материального движения, показала, что разобщенность их допустима лишь при малых скоростях относительного движения тел. Как известно, пространство трехмерно и поэтому измеряется тремя координатами (длина, ширина, высота). Ввиду того, что время неразрывно связано с пространством и материя движется и во времени, оно (время) рассматривается как четвертая координата. Поэтому была принята четырехмерная координатная система немецкого ученого Г. Минковского. Разделение пространства самого по себе и времени самого по себе не имеет абсолютного значения. Однако при этом сами по себе пространство и время остаются, а не уходят в царство теней, как считал Минковский. Поэтому новая теория подчеркивает и различия между пространством и временем. Выражение «пространственно-временной интервал» не означает сведения их друг к другу. Отсюда надо считать правильным предложение, что не пространство само по себе и не время само по себе, а пространство — время в своем единстве являются основной формой бытия материи. 55
* * * Частная теория относительности исходила, как было сказано, из двух принципов: относительности и постоянства скорости света. При этом она, как и классическая физика, основывалась на геометрии Эвклида, признавала однородность пространства и времени, не связывала их с распределением тяготеющих масс и их движением. Однако изучение свойств пространства и времени показало необходимость учета влияния на них распределения и движения тяготеющих масс. Это и было сделано Эйнштейном в общей теории относительности. Создание общей теории относительности является, пожалуй, наиболее выдающейся заслугой Эйнштейна. Идеи специальной теории относительности носились в воздухе, к ним подходили вплотную Г. Лоренц и А. Пуанкаре, особенно последний. Если бы эту теорию не создал Эйнштейн, то через год-другой она была бы создана другим ученым. Но совершенно другое положение с созданием общей теории относительности. Те вопросы, которые задавал себе Эйнштейн и ответы на которые привели его к великой теории, даже не возникали в головах других физиков. Без Эйнштейна возникновение теории тяготения задержалось бы на несколько десятилетий. Эйнштейн обрушил на головы своих коллег каскад настолько новых и неожиданных идей, что физики б первое *б
время растерялись. Но уже через три года началось триумфальное шествие новой теории. Создавая эту сложнейшую теорию, Эйнштейн исходил из двух положений: 1) никакое материальное взаимодействие (в том числе и тяготение) не может распространяться в пространстве со скоростью большей, чем скорость света; 2) инертная и тяготеющая массы совпадают численно. Классическая физика говорила о возможности мгновенного взаимодействия тел, отстоящих друг от друга на сколь угодно большие расстояния. Старое представление прямо вело к выводу о нематериальной природе движения и взаимодействия. Это был так называемый принцип дальнодействия. Такова же позиция религии в данном вопросе: на каком бы расстоянии бог ни находился, информацию о событиях, происходящих в любой точке мира, он получает мгновенно. Его общение со своими «представителями» на Земле происходит так же. А теория относительности показала, что если тяготение, даже в вакууме, распространяется со скоростью, не превышающей скорость света, то ясно, что и вакуум является не абсолютной пустотой, а материальной средой, передающей гравитационные взаимодействия тел. Следовательно, нет пространства без материи, так же как нет и движения без его материального носителя. В создании теории тяготения второе положение о численном совпадении инертной и тяготеющей масс 57
(или, как его часто называют, принцип эквивалентности), пожалуй, сыграло основную роль. Рассмотрим, в чем этот принцип состоит и к каким следствиям он приводит. Этот принцип выведен Эйнштейном из закона падения тел, открытого еще Галилеем. Альберт Эйнштейн пришел к совершенно неожиданному для всех ученых выводу, что тяжесть и инерция — это совершенно одно и то же. Опыт Галилея заключался в следующем: с вершины знаменитой падающей башни в г. Пизе ученый бросал вниз предметы различного веса (два железных ядра в сто и один фунт), стремясь доказать ошибочность утверждения древнегреческого ученого Аристотеля: «Скорость падения пропорциональна весу падающих тел». Галилей был прав, считая, что все тела падают с одинаковой скоростью независимо от их веса. Более того, он сделал и другой вывод: тела во время своего падения вообще не имеют веса. Это явление ныне мы называем невесомостью. В результате этих опытов Галилей установил, что падающее тело сначала летит медленно, а потом все быстрее. Причем ускорение возрастает ежесекундно на одинаковую величину. Сейчас установлено, что это ускорение свободного падения тела под действием силы тяжести (или просто ускорение силы тяжести) равно 9,81 м/сек. Это хорошо знают парашютисты, совершающие затяжные прыжки. Перед раскрытием парашюта 58
они падают (несмотря на сопротивление воздуха) с очень большой скоростью. И еще одно, можно сказать, самое важное открытие Галилея в этой области. Он установил, что для движения тела нет необходимости, чтобы сила действовала непрерывно. Если тело не будет встречать никакого сопротивления (воздуха, трущихся поверхностей и т. д.), то оно, получив первоначальный толчок, будет двигаться равномерно и безостановочно. Впоследствии это открытие Галилея было названо законом инерции, а способность тел сохранять постоянную скорость движения — инерцией. Законы механики, начало открытию которых положил Галилей, впоследствии изучались австрийским ученым И. Кеплером, голландским ученым X. Гюйгенсом, французским ученым Р. Декартом и другими. Но стройную, классическую форму придал им великий английский физик И. Ньютон. Открытые им законы механики и особенно закон всемирного тяготения известны нам со школьной скамьи. На них опиралась вся наука до создания теории относительности. Специальная теория относительности не учитывала явления всемирного тяготения. Но в мире нет экрана, задерживающего силу тяготения. Она пронизывает все тела, всю Вселенную. Закон всемирного тяготения Ньютона гласит: все тела притягиваются друг к другу прямо пропорционально массе и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Говоря несколько 59
упрощенно, чем массивнее тела, тем больше их взаимное притяжение, сила которого убывает быстро с увеличением их расстояния друг от друга. Эйнштейн решил, что его теория не может не учитывать влияния тяготения на движение тел, на свойства пространства и времени. А этот учет привел к выводам общей теории относительности. Масса всякого тела имеет, если можно так сказать, две стороны. Тяготеющая масса — это способность тела создавать поле тяготения (притягивать другие тела) и испытывать на себе действие поля тяготения (других тел). Инертная масса — это способность тела сопротивляться ускорению. Казалось бы, это два совершенно отличные друг от друга свойства материальных тел. Но Эйнштейн говорит, что тяжесть и инерция — два различных слова для обозначения одного и того же явления, причем численно они совпадают. Принцип эквивалентности исключает существование таких двух тел, из которых одно ускорилось бы легче другого (приобретало бы данное ускорение под действием меньшей силы), но порождало бы поле тяготения большее, чем другое тело. Рассмотрим теперь, к каким результатам привел учет явления всемирного тяготения, каковы следствия этого принципа эквивалентности тяготеющей и инертной массы. Постараемся рассмотреть их в виде отдельных положений, связанных друг с другом, вытекающих одно из другого. 60
Во-первых, свет, как и электромагнитные явления вообще, обладает энергией. Если это так, то из закона пропорциональности энергии и массы (Е = т • с2) следует, что свет обладает инертной массой. Это было доказано еще до Эйнштейна тончайшим экспериментом выдающегося русского физика П. Н. Лебедева по измерению давления света. Установление давления света на твердые тела (а впоследствии и на газы) говорило о том, что свет обладает инертной массой. Далее. Нам известно, что инертная масса эквивалентна его тяжелой (или тяготеющей) массе. Следовательно, свет обладает и тяготеющей массой. Во-вторых, масса, находящаяся в поле тяготения, испытывает действие этого поля, и поэтому ее движение не будет прямолинейным. Чем больше сила тяготения, тем больше оно отклоняет движение тела от прямолинейного. Частная теория относительности рассматривала движение света в свободном от вещества пространстве, не учитывала влияния поля тяготения. Но в действительном мире нет абсолютно пустого пространства без поля тяготения. Следовательно, свет распространяется в поле тяготения, и коль скоро он имеет тяготеющую массу, то и испытывает на себе влияние этого поля. Иными словами, в действительности свет не может иметь прямолинейное движение, его путь будет искривленным. Кстати, это обстоятельство и было подтверждено опытным путем во время солнечного затмения 1919 г.: поле тяготения Солнца искривляет путь 61
света далеких звезд, проходящего вблизи него. В обычное время это искривление пути света звезд незаметно из-за яркого блеска Солнца. В-третьих, мы уже знаем, что закон распространения света с постоянной скоростью раскрывает универсальный характер связи пространства и времени. А если наличие поля тяготения искривляет путь света, то ясно, что тяготение тесно связано со свойствами пространства и времени. Отсюда, далее, следует, что метрика пространства и времени (их геометрические свойства) является более сложной, чем это считала частная теория относительности. Эта метрика зависит от распределения тяготеющих масс. В этом, пожалуй, заключается основная идея теории тяготения Эйнштейна. Скажем несколько проще: поскольку решительно все физические объекты в мире обладают тяготеющей массой и в мире нет пространства, свободного от поля тяготения, то никакое движение не может быть прямолинейным, оно обязательно более или менее искривлено. Иначе говоря, само пространство искривлено. Величина искривления пространства в данном месте зависит от силы поля тяготения. Математическим выражением этих свойств пространства и времени является не геометрия Эвклида, которая рассматривала прямые линии, а так называемая риманова геометрия. Одной из форм последней и является геометрия Лобачевского. Вот почему, оказывается, в природе, строго говоря, нет параллельных линий: все 62
линии искривлены, и потому параллельные не параллельны. Метрика пространства и времени является эвклидовой лишь тогда, когда мы не учитываем действия поля тяготения. Правда, при слабом поле тяготения, как у Земли, отличие метрики от эвклидовой настолько мизерно, что практически оно незаметно и обычно поэтому не учитывается. Но когда мы имеем дело с сильным полем тяготения, с большими участками пространства и большими промежутками времени, обязательно надо учитывать факт искривления и перейти на рима- нову геометрию. В-четвертых, Эйнштейн установил, что связь метрики пространства и времени с распределением тяготеющих масс и их движением является взаимной: а) распределение и движение тяготеющих масс определяют метрику пространства и времени; б) движение масс в поле тяготения обусловлено отклонениями метрики от эвклидовой. Таким образом, получается, что массы создают метрику пространства и времени, а метрика определяет их движение. Формально эта взаимосвязь математически проявляется в том, что уравнение Эйнштейна представляет собой не только уравнение поля, но и уравнение движения. Сущность теории тяготения, следовательно, состоит в установлении ряда общих связей: пространства и времени, массы и энергии, структуры пространства и времени и материи, законов поля тяготения и законов движения в поле тяготения. Взаимодействие тел в их тяго- 63
тении и изменение структуры пространство — время оказывается сторонами одного явления, но без сведения одной стороны к другой, как это пытаются делать идеалисты. Общая теория относительности может быть определена как теория тяготения, но она, по-видимому, не есть теория относительности любых движений, как это считал сам Эйнштейн. Главное ее значение в физике состоит в том, что она решила проблему, стоявшую со времени открытия тяготения,— выдвинула теорию этого фундаментального явления и, показав его связь со структурой пространство — время, дала основу для изучения влияния тяготения на разнообразные физические процессы. Советскими физиками проделана большая работа по вскрытию объективного физического содержания общей теории относительности Эйнштейна, а преодоление нечеткости ряда ее положений дало возможность отбить попытки извращения некоторых выводов из теории относительности религиозно настроенными буржуазными учеными. Общая теория относительности, или теория тяготения, вскрывает ограниченность частной теории, справедливой лишь для условий, когда можно пренебречь полем тяготения. При наличии сильных полей тяготения закон постоянства скорости света нарушается, а отсюда — нарушаются законы частной теории относительности. При этом закон взаимосвязи пространства и времени не только сохраняется, но подвергается даль- 64
нейшему углублению и уточнению путем установления связи пространства и времени и тяготеющих масс и их движения. Теория относительности — величайшее достижение науки. Но, как отмечает сам Эйнштейн в книге «Сущность теории относительности», современная теория относительности учитывает связь пространства и времени лишь с гравитацией, а в будущем их свойства надо связать и с такой формой материи, как электромагнитное поле. Поэтому теория относительности, хотя и очень важный, но только один из этапов в развитии познания, дающий определенные относительные истины, заключающие в себе зерно абсолютного знания природы. 5-2571
ВСЕЛЕННАЯ БЕСКОНЕЧНА В ПРОСТРАНСТВЕ И ВО ВРЕМЕНИ Выдающийся французский ученый П. Ланжевен еще в 1932 г. в статье «Относительность» совершенно справедливо утверждал, что появление теории относительности подготовлено всем развитием физики. Философские выводы из нее тоже являются закономерными, они также были подготовлены всем ходом развития естествознания и философии. Физическое содержание теории относительности является блестящим подтверждением выводов марксистской философии об объективности, абсолютности пространства и времени, как форм бытия материи, и наличии у них относительных свойств. Пространство — время, как форма бытия материи, зависима от своего содержания — от движения материи, и в этом смысле свойства пространства и времени относительны. Поскольку теория Эйнштейна вскрыла всеобщий характер пространства и времени, тем самым она утверждает и их абсолютность в качестве обязательных условий существо- 66
вания материи. Доказательство прямой связи пространства и времени с движением материи является доказательством и их объективности, независимости от нашей воли и сознания. Кроме того, в теории относительности показывается и более глубокий смысл самих пространственно-временных отношений, абсолютность связи и относительность различий этих форм. Она раскрывает внутреннюю противоречивость пространства и времени: моментов постоянства и изменчивости, протяженности и структурности пространства; длительности и течения, сменяемости моментов времени. В. И. Ленин в статье «О значении воинствующего материализма» отмечал, что за теорию Эйнштейна ухватилась уже громадная масса буржуазной интеллигенции всех стран, громадное большинство модных философских направлений. Они пытались сделать из ее положений религиозно-идеалистические выводы. В период усиления общего кризиса капитализма и буржуазной науки это явление получило широкое распространение. Для извращения содержания теории относительности давали основание некоторые идеалистические ошибки самого Эйнштейна, хотя объективное содержание исследований постоянно приводило его к материализму, даже в чисто философских высказываниях. В настоящее время извращение теории в духе идеализма идет вокруг нескольких основных вопросов. Понятие системы отсчета — одно из основных в тео- 5* 67
рии относительности — подменяется идеалистами понятием «точки зрения» наблюдателя, то есть делается попытка субъективизации выводов теории Эйнштейна. По мнению идеалистов получается, что лоренцево сокращение, относительность одновременности и другое зависят от субъективных намерений наблюдателя, от его точки зрения. Такой взгляд ведет к философскому релятивизму («все относительно, все зависит от точки зрения»), к отрицанию моментов физической абсолютности пространства и времени. Вновь открытые свойства пространства и времени выдаются идеалистами за простые логические следствия произвольно выбранных наблюдателем процедур измерения. Также и понятие одновременности будто основано на условном определении, что такое одновременность. Все эти рассуждения не имеют под собой научной почвы, они не опираются на объективное физическое содержание теории относительности. Здесь для идеалистов убийственны те же вопросы, которые в свое время Ленин задавал махистам: существовала ли природа до человека; объективны ее свойства или они зависят от нас? С позиции своих взглядов идеалисты не могут дать на эти вопросы строго научных ответов. Они не хотят понять, что вследствие всеобщей связи каждое тело и происходящие в нем процессы прямо или опосредованно связаны со всеми другими телами и процессами. Эти материальные связи определяют координацию тел и событий в пространстве и во времени по отношению 68
к любому данному телу и происходящим в нем процессам. Так, данное тело выступает как «тело отсчета», а опирающаяся на него координация событий — как «система отсчета». Поэтому система координат есть математическое выражение объективной координации тел и явлений в пространстве и времени. Теория относительности отражает тот факт, что некоторые явления данного типа объективно связаны с другими явлениями и эта связь разнообразна. В зависимости от этого и свойства подобного явления различно проявляются в разных системах отсчета. Физический закон отражает некоторую общую необходимую связь свойств явлений. И теория относительности констатирует, что хотя характеристики явления в отношении к различным системам отсчета могут быть разными, но их связь, данная законом, остается той же, остается объективной. Закон пропорциональности энергии и массы, взаимопревращаемость вещества и поля толкуете^ идеалистами как тождество энергии и массы, как отрицание качественных различий между массой и энергией. В результате простого рассуждения (масса есть не что иное, как энергия, а материя — это масса, следовательно, между материей и энергией различие несущественно) физические идеалисты объявляют энергию единственной реальностью, а материю — лишь формой энергии. При этом они отрывают движение от материи, утверждают возможность движения без материи. 69
Вот еще пример извращения теории относительности. Спекулируя на высказанной Эйнштейном мысли об отсутствии в теории тяготения привилегированной (преимущественной) системы координат, идеалисты объявляют равноправными системы Коперника и Птолемея. Ход их рассуждений таков: поскольку, мол, в природе не только инерциальные, но и другие системы отсчета относительны, то потому якобы безразлично, считать ли Землю вращающейся вокруг Солнца или наоборот. Выбор системы отсчета якобы зависит не от существа дела, а от соглашения между людьми. Положение о равноправности любых систем отсчета было высказано Эйнштейном на основании принципа эквивалентности полей ускорения и тяготения. Академик В. А. Фок показал возможность применения этого принципа лишь в малых областях пространства и времени и при небольших скоростях. Из анализа ряда положений теории относительности В. А. Фок делает вывод, что при любом существующем распределении масс имеются привилегированные системы отсчета, наиболее полно раскрывающие объективные свойства пространства и времени для данного распределения масс. В случае островного распределения масс (типа Солнечной системы) также имеется преимущественная система отсчета, но мы вправе пользоваться не только ею, но и всякой другой, удобной для решения данной задачи. Этот вывод имеет большое принципиальное значение, ибо приводит к новой точке зрения на вопрос о коордц- 70
натных системах в теори.ч тяготения Эйнштейна и на связанный с ними вопрос о природе ускорения. Отсюда видна глубокая ошибочность утверждений о равноправности систем Коперника и Птолемея. Эта «равноправность» является одним из тех китов, на которых держатся религия и идеализм в теории тяготения. «Равноправность» систем Коперника и Птолемея используется для отрицания объективности природы и ее законов. Один из зарубежных ученых договорился до того, что на вопрос, является ли Земля центром Солнечной системы, ответил: «Да», если вам угодно; «нет», если это вам не нравится». Очень интересными представляются соображения по этому вопросу ученика Эйнштейна польского ученого Л. Инфельда. Во-первых, он считает, что система Коперника более инерциальна, чем система, связанная с Землей. Во-вторых, нужно отличать математическую структуру физического закона от его физического содержания. Причиной многих недоразумений является неумение различать эти понятия. Математические уравнения дают нам физическую теорию, только будучи связаны с действительностью, без этого они абстрактны (отвлеченны) и не имеют никакого физического содержания. Каждая физическая теория должна быть охарактеризована не только посредством математической структуры (формул), но и посредством показа ее связи с той частью материального мира, к которой она относится. Уравнениям теории относительности, продолжа- 71
ет Инфельд, действительно безразлично понятие математической системы. Но эта математическая структура раскрывает физическое содержание теории только в связи с действительностью, то есть в связи с известной системой в физическом мире. Для Солнечной системы ею, без сомнения, является система Коперника, а не Птолемея. Таким образом, теорию относительности нельзя рассматривать как утверждение о равноправности инерци- альных систем в качестве способов описания, в ней речь идет не об объективной их равноправности. Они равноправны лишь в отношении общих законов, а не конкретных свойств систем, так как тела, с которыми эти системы связаны, могут существенно различаться. Со второй мыслью Инфельда перекликаются и следующие положения В. А. Фока: «Довольно распространено мнение, будто бы из общей теории относительности вытекают такие следствия, как конечность Вселенной или «возникновение» ее в какой-то момент времени из малого объема и т. п. Это мнение ни на чем не основано. Следствия, подобные перечисленным, вытекают из специальных, более или менее фантастических гипотез, хотя при разработке этих гипотез используются и уравнения Эйнштейна... а не самая теория Эйнштейна» К 1 В. А. Ф о к. Современная теория пространства и времени. «Природа*, 1953, № 12, стр. 25. 72
Эти «фантастические гипотезы», построенные на математическом аппарате теории тяготения, являются третьим идеалистическим выводом из теории Эйнштейна. К ним относятся тесно связанные между собой различные «теории» конечности мира в пространстве и во времени. Как мы уже видели, еще в рамках классической механики Ньютона были сделаны попытки создать научную картину строения бесконечной Вселенной, но она обнаружила существенные недостатки. Первый из них был вскрыт в 1823 г. Ольберсом — это так называемый фотометрический парадокс. Оказалось, что допущение бесконечности пространства при данном предположении в нем вещества приводит к выводу, что все небо должно бы светиться со средней яркостью существующих звезд. Другой был вскрыт в 1877 г. Нейманом и в 1894 г. Зеелигером — это гравитационный парадокс. Оказалось, что присутствие бесконечного числа тяготеющих масс должно бы привести к бесконечно большому потенциалу тяготения и бесконечной скорости движения звезд Галактики. Но ни первой, ни второй особенности нет во Вселенной. Старая астрономия не могла удовлетворительно объяснить эти парадоксы, однако материалистический дух естествознания этого периода не допускал ни на минуту сомнений в бесконечности Вселенной. Поиски разумного объяснения парадоксов бесконечного продолжались. В начале XX в. за эту задачу взялась реля- 73
тивистская космология. Ее поиски завершились ошибочными выводами, и в результате она пришла к неверному заключению в науке: о материальной и пространственной конечности мира. В работах ряда •буржуазных ученых запестрили термины о границах мира, нулевом радиусе мира, количестве всего вещества в мире, короткой шкале времени во Вселенной, математические выкладки о времени сотворения мира, глубокомысленные рассуждения Леметра о состояниях материи через 5—8—10 секунд после творения при таких-то величинах радиуса расширяющегося «атома- отца» и т. п. наукообразная чепуха. Поэтому не удивительно, что все эти теории получили апостольское благословение Пия XII. Почему же папа римский решил апеллировать к науке, чтобы доказать конечность мира, какие имелись для этого основания? Дело здесь в следующем. Те или иные выводы теории относительности о характере мирового пространства — времени опираются на решение дифференциальных уравнений тяготения. Одной из особенностей этих уравнений является их «капризность» : они поддаются решению лишь путем последовательных приближений, путем введения ряда дополнительных упрощающих предположений. При этом некоторые ученые вводят довольно произвольные исходные предположения. Поэтому, хотя определенные решения этих уравнений и служат для тех или иных 74
выводов, они не дают полной уверенности в правильности полученных результатов. Сам Эйнштейн, когда пятьдесят лет тому назад решал свои уравнения, исходил из следующих предположений: 1) вещество во всей Вселенной распределено равномерно и имеет повсюду одинаковую плотность (это так называемый космологический постулат, или принцип); 2) это приводит к тому, что кривизна пространства повсюду одинакова, местными отклонениями от ее среднего значения можно пренебречь; 3) эта кривизна пространства является положительной, образуя вогнутую линию; 4) плотность вещества в мире и отсюда характер кривизны пространства не зависят от времени, остаются постоянными (это стационарная, или неизменная, модель мира). Наконец, в уравнения тяготения Эйнштейн ввел так называемый космологический член, который характеризует гипотетические космические силы: отталкивания — если он больше нуля, притяжения — если он меньше нуля. Сам Эйнштейн взял первый случай (больше нуля). Эти предположения, введенные им лишь для решения своих уравнений, Эйнштейн не рассматривал как нечто абсолютное, раз навсегда доказанное. Зато некоторые его последователи стали рассматривать это решение как единственно правильное. А решение Эйнштейна означало следующее: вогнутая линия, имеющая повсюду одинаковую кривизну, составляет круг (точнее говоря, сферу). Следовательно, пространство мира сфе- 75
рично, замкнуто, то есть мир конечен в пространстве» Вывод Эйнштейна («...мировой континуум должен в отношении своих пространственных размеров рассматриваться как замкнутый континуум, имеющий конечный пространственный (3-мерный) объем» 1) и был подхвачен религиозными кругами и некоторыми буржуазными учеными. Сомнительность идеи конечности мира в определенной мере понимал и сам Эйнштейн. Поэтому он пытался как-то совместить ее с идеей бесконечности. Так, он стремился доказать «возможность конечного и все же неограниченного мира». Кроме того, он считал мир бесконечным (вечным) во времени. Пример Эйнштейна лишний раз убеждает в необходимости строго научного отбора исходных предположений, вводимых для решения дифференциальных уравнений тяготения. Это стало очевидным в результате работ замечательного советского ученого А. А. Фридмана, который показал возможность других решений уравнений тяготения, говорящих о нестационарности (изменяемости) мира. Решение Фридмана впервые в науке показало возможность заполнения мирового пространства веществом с положительной средней плотностью, неравной нулю как при положительном, так и при отрицательном и равном нулю космологическом члене. Советский ученый доказал, что «космологиче- 1 «Принцип относительности». М., 1935, стр. 319, 76
екая константа» была введена Эйнштейном в уравнения тяготения произвольно. Кроме того, он опровергает мнение, будто общая теория относительности требует признания конечности пространства. Фридман доказал, что кривизна пространства еще не дает, сама по себе, без определенных дополнительных предположений о свойствах связности пространства, права считать пространство конечным. Если в геометрии можно говорить о конечности изотропного пространства с положительной кривизной, то такое же пространство Лобачевского с отрицательной кривизной ведет к признанию его бесконечности. Фридман показал, что Вселенная изменяется с течением времени, сам радиус кривизны пространства является функцией времени, изменяется метрика пространства, а следовательно,— и расстояния между двумя точками в пространстве. Несмотря на непоследовательность мировоззрения А. А. Фридмана и некоторые спорные выводы, его исследования нанесли серьезный удар по идеалистическим моделям конечного мира. Поэтому его выводы о бесконечности мира за границей замалчивались. Но несколько позже и сам Эйнштейн в своей книге «Основы теории относительности» признал справедливость критики Фридманом его первоначального решения уравнений тяготения. Нестатическое решение уравнений тяготения впоследствии подробно исследовалось рядом ученых. У многих идеалистически настроенных ученых оно по- 77
лучило форму теорий «расширяющейся Вселенной». Как мы уже видели, эта «теория» у Леметра привела к библейскому мифу о сотворении мира богом. Выдвинутые в течение последних лет зарубежные теории релятивистской космологии также исходят из признания либо пространственной конечности мира, либо его начала во времени, либо же конечности и пространства и времени. Таким образом, попытки буржуазных ученых применить теорию относительности к созданию космологической картины мира начинаются и заканчиваются идеей конечности мира в пространстве и во времени. Не трудно показать космологическую и философскую несостоятельность этих конечных моделей мира. В. И. Ленин в своей книге «Материализм и эмпириокритицизм» отмечал, что новая физика, найдя новые виды материи и новые формы ее движения, поставила по случаю ломки старых физических понятий старые философские вопросы. Точно так же релятивистская космология в связи с открытием новых свойств пространства и времени, некоторых новых особенностей Вселенной (например, «красного смещения») поставила старые философские вопросы. Все старое естествознание твердо стояло на позиции признания несотворимо- сти и неуничтожимости материи. Некоторые представители релятивистской космологии, смыкаясь с религией, пришли к выводу о сотворении мира. Старая космология прочно стояла на точке зрения бесконечности мира, 78
а космологи-идеалисты пришли к выводу о пространственной конечности Вселенной. Стихийный материализм классической космологии был заменен идеалистически- метафизическим мировоззрением. А между тем новые открытия космологии являлись замечательным, еще более убедительным подтверждением материальности мира, диалектического характера его развития. Многие представители релятивистской космологии впали в новый пифагореизм, являющийся примером вырождения научной мысли, сведения теории к пустой математической игре, лишающей теорию всякого соответствия действительности. Как и у «физических идеалистов», у некоторых космологов-релятивистов космическая материя «исчезает» (примером такой точки зрения является модель мира голландского ученого де Ситтера о конечном мировом пространстве с нулевой плотностью материи), а остаются одни лишь уравнения. Некоторые физические основания теорий конечности мира первоначально были взяты из наблюдений, но в дальнейшем они оторвались от наблюдательной базы. При всей кажущейся связи этих теорий с новыми данными внегалактической астрономии, космогонии и астрофизики они идут не от фактов, а исходят из заранее постулированных утверждений. Зачастую доказательство конечности мира уже имеет эту идею в качестве своей предпосылки. Авторы теорий конечности мира нередко пользуются такими математическими формулами, которые сами 79
нуждаются в подтверждении астрономическими фактами. А между тем эти формулы кладутся в основу теории. Что касается уравнений тяготения, то они рассматриваются зачастую как некие абсолютные истины. Ведь только в таком случае и можно распространять их на всю Вселенную. Идеалисты забывают слова самого Эйнштейна, что его теорию надо рассматривать лишь как предельный случай, как истину, хотя и объективную, но относительную, только приблизительно верную. В настоящее время, по-видимому, надо признать правильным вывод, что теория относительности не может претендовать на абсолютную всеобщность, что ее применение должно иметь определенные ограничения. Ошибка авторов «теорий» конечности мира состоит в недопустимом распространении (экстраполяции) на всю Вселенную свойств материи, пространства и времени, верных лишь для ее конечных частей. А между тем современная наука, в том числе и сама теория относительности, говорит о необходимости ограниченного применения отдельных законов науки. Если идти в глубь бесконечного пространства, то количественные изменения обязательно приведут к новым качественным изменениям. Пространство и время могут получить другие свойства, неизвестные науке и не учитываемые теорией относительности. Следовательно, можно смело высказать предположение об ограниченной применимости самой теории относительности. 80
Упрощение астрономической действительности в «теориях» конечности мира состоит в чисто гидродинамической трактовке Вселенной, игнорирующей реальную структурность в распределении материи. Эйнштейн еще в работе 1917 г. «Вопросы космологии и общая теория относительности» постулирует равномерное распределение материи, недостаточно учитывая движение тяготеющих масс и электромагнитные явления, сводит всю материю лишь к тяготеющим массам. «Грубо упрощая явления,— говорит В. А. Амбарцумян,— предполагая, что Метагалактика является идеально однородной... ряд физиков и астрономов, используя аппарат теории тяготения Эйнштейна, пришли к представлению о так называемой конечной и расширяющейся Вселенной» 1. Вопросы о структуре (типе организации) данной космической системы из ее материальных компонентов имеют важное космологическое значение. Действительно, если структурность составляет существенное свойство материи, то очевидно, что характер и тип пространственно-временной формы бытия материи не может оставаться безразличным к характеру и типу строения материи. Обязательно первое будет зависеть от второго. В сущности сама теория относительности основана на 1 Цит. по кн.: 4Философские проблемы современного естествознания». М., 1959, стр. 271. 6-2571 81
этом коренном положении, но в своем космологическом аспекте иногда пренебрегает этим. В этой связи вопрос о средней плотности материи во Вселенной приобретает громадное значение. С точки зрения общей теории относительности, считал Эйнштейн, бесконечность Вселенной можно допустить лишь при исчезающе малой средней плотности материи в ней (но среднюю плотность, равную нулю, Эйнштейн считал маловероятной). Эта величина определяется весьма неточно, как среднее количество небесных тел средней массы на определенную единицу объема. Если средняя плотность атомного ядра 10й г/см3, Земли — 5,5 г/см3, Солнечной системы — 2 1012 г/см3, то по указанному методу средняя плотность Галактики определяется в 10~24 г/см3, а доступной нам части Метагалактики — в 10"29 г/см3. При этом возможна ошибка на целый порядок или даже более. При таком неуверенном определении этой величины мы ничего точного не можем сказать о метрике метагалактического пространства. Поэтому все выводы о конечности мира, основанные на определенном значении средней плотности материи, а отсюда и характера кривизны пространства и т. д., повисают в воздухе. Выводя то или иное значение средней плотности материи, некоторые ученые опираются на представление об однородности Метагалактики. В докладе на VI совещании по вопросам космогонии, как и в ряде других работ, академик В. А. Амбарцумян говорит о крайней 82
неоднородности в распределении вещества в Метагалактике. В условиях открытой в последнее время тенденции галактик образовывать скопления не представляется возможным говорить о средней для всей Метагалактики (тем более для всей Вселенной) плотности материи. Все выводы по этому вопросу, как и о других свойствах моделей мира, должны относиться только к определенной ступени структурной лестницы. Они могут быть, например, отнесены в целом к Метагалактике или, скорее всего, к какой-то определенной ее части. Экстраполяция их на всю Вселенную совершенно недопустима. Если этот вывод философски был безупречен и раньше, то теперь он стал уже и физическим фактом. С вопросом о средней плотности материи в мире тесно связан вопрос о кривизне пространства, из определенного значения которого также делается вывод о конечности мира. Эта кривизна может быть нулевой, отрицательной и положительной. Пространство нулевой кривизны — это эвклидово пространство с однородной метрикой. Пространство отрицательной кривизны — это гиперболическое пространство Лобачевского, где сумма внутренних углов треугольника меньше 180 градусов на величину, стремящуюся к нулю при неограниченном уменьшении размеров треугольника. Пространство положительной кривизны будет иметь геометрию, сходную с геометрией сферической поверхности, здесь сумма внутренних углов треугольника будет больше 180 градусов. 6* 83
Еще Лобачевский пытался определить сумму углов космических треугольников, чтобы выяснить характер пространства больших расстояний. Такие же попытки делали и другие ученые. Результаты каждый раз были разными. Так, на основе анализа данных более чем двадцатилетней работы трех американских обсерваторий в 1956 г. был сделан вывод о положительной кривизне пространства Метагалактики. Наоборот, другие ученые на основании других наблюдений склонны признать эвклидовость этого пространства. Результаты радиоастрономических наблюдений более удаленных космических объектов говорят об отрицательной кривизне пространства. Эта последняя точка зрения сейчас привлекает все больше сторонников. Таким образом, безоговорочный вывод о положительной кривизне и отсюда о конечности пространства не подтверждается данными астрономии. Но даже доказательство положительной кривизны пространства не дает права для вывода о его конечности. Ведь одна только метрика пространства не может определить всех его свойств. Для этого надо знать характер связности пространства, а для решения этого сложного вопроса наука пока не располагает данными. Между тем вывод о положительной кривизне пространства и отсюда — о его конечности, полученный Эйнштейном в результате произвольно принятого постулата о равномерном распределении и средней плотности материи в мире, стал впоследствии рассматриваться «4
как доказанное положение. Некоторые астрономы стали даже подсчитывать общее «количество материи» в конечной Вселенной. Так, Эддингтон «точно» установил, что в мире имеется 136 • 225(3 протонов и столько же электронов! Как курьезный факт можно отметить, в какое неловкое положение попал крупный английский астроном Дж. Джине с «границей мира». В статье «Новое в космогонии», опубликованной в 1927 г., он пытался установить точные размеры Вселенной в пространстве. Джине писал, что граница мира лежит не очень далеко, что самые дальние образования во Вселенной лежат не дальше 4 миллионов световых лет. Но не успели еще высохнуть чернила с этих строк, как астрономы стали наблюдать небесные тела, находящиеся от нас на расстоянии 140 миллионов световых лет. «Границы мира» сразу увеличились в 36 раз! Впоследствии Джине был вынужден по мере развития астрономии еще несколько раз «отодвигать» ранее установленные им «границы мира». А ныне радиотелескопы фиксируют небесные тела, свет которых до Земли идет более 12 миллиардов лет! Все сказанное неопровержимо доказывает несостоятельность «теорий» конечности мира в пространстве и времени. Они явились выражением кризиса в космологических воззрениях, переходом некоторых ученых на позиции идеализма. Рассмотренные модели мира не только не служат- изображениями всей Вселенной 7—2571 85
(впрочем, этого нельзя требовать и от любых других моделей), но имеют очень ограниченную применимость и к изученной части Метагалактики. Несмотря на это, их пытались рассматривать как непреложные реальные картины всей Вселенной. Отсутствие союза естествознания с передовой философией неизбежно приводит к целой цепи тяжелых ошибок и заблуждений, ведущих к оскудению естествознания и отнимающих силы и время ученых на блуждание вокруг уже решенных наукой вопросов. Одним из таких вопросов, получивших глубоко верное решение в передовой философии, но вновь поставленных на повестку дня в период кризиса естествознания, и был вопрос о бесконечности мира в пространстве и во времени. Финитизм (идея конечности мира), как и пятьдесят лет назад, занимает сегодня почетное место в буржуазной идеологии. Он оказывает исключительно большое отрицательное влияние на развитие естествознания. Под влиянием его идей теоретическое естествознание занимается бесплодными изысканиями свойств конечных пространства и времени. Финитизм наносит большой вред и наблюдательным работам, давая им ложную направленность и мешая делать правильные выводы из фактических данных. Идея конечности мира неразрывно связана с признанием его вторичности. Эту идею идеалист выводит из ограничения материального мира неким идеальным 86
пространством более высокого измерения, мировым духом или сознанием человека. Модели статического (неизменного) мира в свою очередь тесно связаны с метафизической методологией. Именно на эти стороны теорий конечности мира обращали внимание ученых Ф. Энгельс и В. И. Ленин в ряде своих работ, доказывая философскую и естественнонаучную несостоятельность этих теорий. Признание современной наукой бесконечности Вселенной в пространстве находится в полном соответствии с положениями диалектического материализма. Идеалистические выводы о конечности мира вызвали отрицательную реакцию многих ученых, стоящих на позициях стихийного материализма. Большую роль в преодолении ошибочных выводов сыграли работы советских ученых. Современная научная космология не капитулирует перед парадоксами бесконечного, но ищет и находит разумные пути их устранения (например, в идее о структурности Вселенной, о том, что она состоит из систем различного порядка: шщнетных, вроде нашей солнечной, скоплений звезд, галактик, скоплений галактик и Метагалактики). Наш казахстанский астроном Г. М. Идлис утверждает, что на структурную модель бесконечной Вселенной нет необходимости накладывать какие бы то ни было ограничения. С точки зрения теории относительности модель структурной Вселенной не приводит ни к какому гравитационному парадоксу, являясь в то же 7* 87
время бесконечной в пространстве и во времени. Г. М. Идлис подчеркивает, что идея конечности мира основана на признании однородности Вселенной, а между тем Вселенную принципиально нельзя считать однородной даже в смысле сколь угодно крупномасштабного распределения масс. Космические парадоксы обязаны своим происхождением распространению на бесконечное закономерностей, установленных для конечного. В вопросе об устранении парадоксов бесконечного серьезного внимания заслуживает идея возможности поглощения гравитационного и электромагнитного полей межзвездной, межгалактической материей, идея взаимосвязи и взаимоперехода между всеми видами существования материи. В наши дни наука твердо установила такие взаимопереходы между фотонами (частицами света) и парой частиц, то есть между электромагнитным полем и веществом: фотон, встретившись с преградой, может породить частицу и античастицу вещества, и наоборот, встреча пары частиц (например, электрона и позитрона) приводит к образованию фотона света. Что касается гравитации, то она по-прежнему продолжает рассматриваться лишь как поле; существование гравитонов остается недоказанным. Но ограниченность достигнутого уровня наших знаний не есть отрицание существования этих материальных носителей поля тяготения. Известные нам законы природы и положения марксистской методологии дают 88
прочное основание не только для признания существования гравитонов, но и их взаимосвязи, взаимоперехода в вещество и другие виды материи. Это признание неизбежно ведет к устранению гравитационного парадокса, как и к многим другим важным и интересным следствиям. Не исключена возможность, что именно в этих взаимопревращениях гравитационного, электромагнитного полей и вещества кроется устранение также и термодинамического парадокса — крушение теории тепловой смерти Вселенной. Решение этих проблем пролило бы много света не только на вопросы строения Вселенной, но и на величайшей научной и методологической важности вопросы о вечном круговороте материи во Вселенной, о путях происхождения и развития космических объектов. Как бы хорошо ни были разработаны модели однородной и изотропной Вселенной, вывод современной космологии о крайней неоднородности распределения материи в мире ставит перед наукой задачу исследования свойств анизотропной и неоднородной Вселенной. В СССР исследованием этого вопроса занимается, пожалуй, один А. Л. Зельманов. Им уже достигнуты некоторые результаты, однако они получены путем больших упрощений (из-за трудностей математической стороны вопроса), на очень простых, нереальных, так называемых пустых моделях. Автор приходит к выводу, что бесконечный пространственно-временной мир 89
какой-либо системы четырех координат, обладающий в этой системе бесконечным трехмерным пространством, может вместе с тем иметь конечное трехмерное пространство в другой системе. Получается, что конечность пространства в одной системе координат не исключает его бесконечности в другой системе. Таким образом, говорит А. Л. Зельманов, взаимоисключающего противопоставления конечности и бесконечности пространства нет. Однако изучение анизотропной неоднородной модели только начинается. Относительные неудачи или спорность выводов первых попыток в этом направлении еще не говорят об ошибочности или ненужности этих исследований. Развитие этого направления следует считать одной из важных задач космологии. Может быть, разработка его пойдет по пути поисков других уравнений тяготения, а может быть, и по пути создания более фундаментальной теории, чем теория Эйнштейна. Такую возможность не отрицал и сам Эйнштейн. Пожалуй, современная космология вплотную подходит к раскрытию сложного характера взаимодействия космических объектов, не сводимого только к гравитационному взаимодействию. Но природа, сущность этих сил остается пока неясной. На этом пути космология, вероятно, найдет и непротиворечивое устранение парадоксов в рамках бесконечности Вселенной в пространстве и во времени. В силу неразрывной связи времени с пространством 90
многое из сказанного о бесконечности пространства относится также и ко времени. До начала XX в. идея конечности мира во времени, в сущности, бытовала лишь в религии и идеалистической философии, а научная философия и передовое естествознание стояли на позициях несотворимости и неуничтожимости материи, вечности природы. Возникновение идеи конечности мира во времени в естествознании связано с появлением теории относительности. Но сам Эйнштейн, даже допуская конечность пространства, всегда рассматривал время как бесконечное. Пытаясь снять некоторые противоречия между конечным и бесконечным, некоторые ученые выдвинули положение, что время, как и пространство, также конечно и неограниченно. Они говорят, что пространство — время конечно и неограниченно во всех своих четырех измерениях. Время, выступающее как четвертое измерение, не имеет ни начала, ни конца, в этом заключается его неограниченность. Только несовершенство человеческой природы, говорят сторонники этой теории, заставляет нас отсчитывать время в одном направлении. Если бы люди могли следить за событиями до своего рождения и после смерти, то прошлое им показалось бы эквивалентным будущему: далекое будущее стало бы близким прошедшему; также и далекое прошлое стало бы близким будущему. В этой концепции неограниченного (но конечного) времени будущее обусловливает прошлое, как и прощдое обусловливает 91
будущее. Но при этом развитие Вселенной в целом продолжается конечное время. Как правильно отмечает французский ученый П. Лаберенн в книге «Происхождение мира», эта точка зрения приводит к антинаучному выводу и противоречит реальной действительности. Насколько нам известно, эта концепция не нашла широкой поддержки, и развитие идеи конечности времени пошло по другому руслу. Наиболее ошибочные выводы о конечности мира были сделаны в теории «расширяющейся Вселенной», которую мы уже рассмотрели выше. В точке зрения о конечности мира во времени есть путаница понятий «возраст небесных тел» с мифическим понятием «возраст» Вселенной. Второе понятие предполагает сотворение мира, и под «возрастом» Вселенной понимается время, протекшее с момента этого сотворения. А астрономическое понятие «возраст небесных тел» имеет в виду время пребывания материи в данном качественном состоянии, например, в состоянии звезды (до этого материя, составляющая данную звезду, могла пройти бесконечный ряд других состояний, которые, в свою очередь, тоже имели свой возраст, свой конечный отрезок времени). Ясно, что в данном случае и речи нет о сотворении материи, а лишь о времени существования отдельных конечных объектов бесконечной во времени Вселенной. Именно только с этой точки зрения можно говорить о возрасте космичо* ских объектов, 92
В астрономии существуют различные методы определения возраста небесных тел: по изучению движения кратных систем, по оценке времени внутренних физических изменений, по исследованию устойчивости скоплений звезд и галактик, по радиоактивному методу (это применимо пока лишь к Земле и метеоритам) и т. д. При этом ученые исходят из фактов, наблюдаемых в настоящее время. Эти факты стараются объяснить на основании предполагаемого развития небесных тел в свете известных нам законов природы. В результате относительности наших знаний и специфической трудности объекта исследования (громадные расстояния, размеры, миллиарды лет существования) эти методы не могут дать безукоризненных во всех отношениях выводов. Но все же они дают достаточно определенные результаты. Мы уже видели, что данные современной астрономии говорят о разновременности образования планет, звезд, галактик, о наличии во Вселенной объектов самого различного возраста. Некоторые космологи, отрицая бесконечность мира во времени, говорят о «начале всех начал», о «ноль- пункте» отсчета времени, повторяют, в сущности, доводы Дюринга, убедительно опровергнутые Ф. Энгельсом 80 лет тому назад. Их идея конечности времени является отрицанием кардинального принципа всей современной науки о несотворимости и неуничтожимое™ материи и ее движения. До возникновения любого тела в природе всегда, имеются какие-то другие, «родитель- 93
ские» по отношению к нему тела. А идея о начале отсчета времени приводит к выводу о сотворении материи богом. Если мы на минуту согласимся, что время когда-то получило начало, то дальше мы должны признать существование безвременного состояния бытия, должны признать, что было время, когда не было времени. Поскольку время неразрывно связано с пространством, то в таком безвременном бытии нет и пространства. При отсутствии пространства и времени бессмысленно говорить о движении, которое может происходить лишь в пространстве и во времени. Без этих форм существования не может быть и материи, ибо материя вне времени и пространства, материя без движения — это фикция, пустая абстракция. Следовательно, если когда-то не было времени, то тогда не было никакого бытия. Эти рассуждения опираются не только на положения диалектического материализма, но и всей современной физики, в частности теории относительности, на которую обычно ссылаются сторонники конечности мира. Во время первого приезда А. Эйнштейна в США юркий репортер попросил его в двух словах изложить суть теории относительности. Вот знаменитый ответ Эйнштейна: «Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранились бы. Теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время». Нет нужды разъяснять смысл этих слов. 94
Отсутствие бытия или небытия есть ничто, а из ничего возникает только ничего, говорили еще древние римляне. Таким образом, из этого ничто не могло бы ничего и возникнуть. Но поскольку мы убеждены в существовании всей окружающей природы, то должны отсюда сделать вывод, что она существовала всегда, что она не могла возникнуть из пустого небытия. Следовательно, мы даже на минуту не можем согласиться с антинаучной идеей о конечности времени. Но диалектико-материалистическое понимание бесконечности времени не может быть сведено только к признанию бесконечной старости мира. Это лишь одна сторона вопроса. Бесконечность времени должна быть связана с несотворимостью и неуничтожимостью материи, с ее абсолютностью и неисчерпаемостью. При этом мы должны исходить из правильного понимания самой сущности времени. Говоря о вечности времени, обычно рассматривают его лишь как длительность бытия. Но время — это не только длительность тел и процессов в их собственном бытии, но и закон изменения явлений. Изменение состояний явлений и отражено в течении времени, в преходимости его моментов. Таким образом, бесконечность времени, как и бесконечность пространства, очень сложна и противоречива. Она неразрывно связана с основными свойствами материи, как свойства формы определяются свойствами содержания.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Возникновение теории относительности наряду с открытием мира элементарных частиц и их весьма странных свойств создало в науке очень сложную ситуацию, коренную ломку старых представлений. Эту ситуацию сам Эйнштейн назвал «драмой идей». Автор одной из лучших популярных книг по теории относительности, американский ученый М. Гарднер следующими словами характеризует эту ситуацию: «Она (теория относительности.— К. Р.) вызвала в научном мире нечто похожее на то, что произошло в танцевальных залах США, когда в 1962 г. в них вторгся новый танец, крик моды, твист. Эйнштейн изменил древние ритмы танцев времени и пространства. В удивительно короткое время каждый физик или танцевал новый твист, не скрывая охватившего его ужаса перед ним, или жаловался на старость, мешающую научиться новому танцу»1. Надо сказать, что за прошедшие 60 лет физики научились прекрасно танцевать новый танец, их оставил и ужас перед ним. Но у танца появляются все новые 1 М. Гарднер. Теория относительности для миллионов. М., 1965, стр. 83, 96
па, сложные фигуры, весьма трудные для исполнения. Драма идей, революция в науке продолжается. Ныне ученые приходят к выводу, что глубина идей Эйнштейна еще далеко не исчерпана, что дальнейшее их развитие может привести к кардинально новым взглядам на закономерности окружающего нас мира. Французский ученый Лагранж когда-то о Ньютоне сказал так: «Он самый счастливый: систему мира можно установить только один раз». Но Эйнштейн, опровергая слова Лагранжа, оказался вторым таким счастливым. Развитие современной науки заставляет думать, что вот-вот появится третий. Может быть, он уже гуляет среди нас, как и Эйнштейн, задумавшись с детства над вопросами, которые никого пока не волнуют. Наш век космонавтики является веком триумфа теории относительности Эйнштейна. Именно на громадных просторах космоса, в свойствах больших скоплений космической материи и при больших космических скоростях движения проявляются и подтверждаются эффекты этой теории. Но глубокое проникновение в свойства Большой Вселенной и мира элементарных частиц зовет ученых дальше, к открытию новых закономерностей, к созданию еще более непривычных, еще более «безумных» теорий. Но какие бы новые теории ни были созданы, теория относительности Эйнштейна навсегда останется в истории науки как одно из величайших завоеваний человеческой мысли.
РЕКОМЕНДУЕМ ПРОЧИТАТЬ Т. А. А г е к я н. Звезды, галактики, Метагалактика. М., 1966 г. Гарднер М. Теория относительности для миллионов. М., 1965 г. Г у р е в Г. А. Великий конфликт. Борьба между наукой и религией. М., 1965. Данин Д. Неизбежность странного мира. М., 1966. 3 е л и г К. Альберт Эйнштейн. М., 1964. Ландау Л. Д. и Румер Ю. Б. Что такое теория относительности. М., 1963. Львов В. Е. Жизнь Альберта Эйнштейна. М., 1959. Мелюхин С. Т. Проблема конечного и бесконечного. М., 1958. Парнов Е. И. Дальний поиск. М., 1963. П е р е л ь Ю. Г. Развитие представлений о Вселенной. М., 1962. Румер Ю. Б. и Рыбкин М. Ш. Теория относительности. М., 1960. Свидерский В. И. Пространство и время. М., 1958. Эйнштейн А. Сущность теории относительности. М., 1955. Эйнштейн А. Творческая автобиография. В сб.: «Эйнштейн и современная физика». М., 1956. Эйнштейн А. и Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1965. «Эйнштейновский сборник. 1966». М., 1966.
СОДЕРЖАНИЕ Стр. Введение . 3 Мир как он есть и представление о нем верующих ... 7 Революция в естествознании 31 Сущность теории относительности 43 Вселенная бесконечна в пространстве и во времени . . .66 Заключение 96 Рекомендуем прочитать , 98
Рахматуллин Касым Халиуллинович. В мире Эйнштейна. Алма-Ата, «Казахстан», 1966. Касым Халиуллинович Рахматуллин В МИРЕ ЭЙНШТЕЙНА Редактор В. Яковлева. Техн. редактор М. Злобин. Обложка художника К. Халитова. Худож. редактор В. Ткаченко. Корректор 3. Самойленко. Сдано в набор 14/Х 1966 г. Подписано к печати 2/1II 1967 г. Формат 70X108'/32—3,125=4,375 п. л. (3,5 уч.-изд. л.). УГ02638. Тираж 9500. Цена 10 коп. Издательство «Казахстан», г. Алма-Ата, ул. Кирова, 122. Заказ № 2571. Полиграфкомбинат Главполиграфпрома Госкомитета Совета Министров КазССР по печати, г. Алма-Ата, ул. Пастера, 39.